Тиристор что это. Тиристор: принцип работы, параметры и применение в электронике

Что такое тиристор и как он работает. Какие бывают виды тиристоров. Для чего применяются тиристоры в электронике. Каковы основные параметры и характеристики тиристоров.

Что такое тиристор и как он устроен

Тиристор — это полупроводниковый прибор, предназначенный для коммутации электрических цепей. Он имеет четырехслойную структуру из чередующихся областей с разным типом проводимости (p-n-p-n) и три вывода — анод, катод и управляющий электрод.

Основные особенности тиристора:

• Имеет два устойчивых состояния — открытое (проводящее) и закрытое (непроводящее)
• Переключение из закрытого состояния в открытое происходит при подаче управляющего сигнала на затвор
• После открытия тиристор остается в проводящем состоянии даже при снятии управляющего сигнала
• Закрывается тиристор при снижении протекающего тока ниже определенного значения

Таким образом, тиристор можно рассматривать как управляемый электронный ключ с памятью состояния. Это определяет его широкое применение в силовой электронике для коммутации мощных нагрузок.

Принцип работы тиристора

Работа тиристора основана на взаимодействии двух транзисторных структур в его четырехслойной p-n-p-n конструкции. Рассмотрим основные режимы работы:

Закрытое состояние

В исходном состоянии при отсутствии управляющего сигнала тиристор закрыт и имеет высокое сопротивление. Ток через прибор практически не протекает.

Открытие тиристора

При подаче положительного импульса на управляющий электрод происходит инжекция носителей заряда в базовые области транзисторных структур. Это приводит к лавинообразному нарастанию тока и переключению тиристора в открытое состояние.

Открытое состояние

После открытия тиристор остается в проводящем состоянии за счет внутренней положительной обратной связи между транзисторными структурами. Управляющий электрод при этом теряет контроль над прибором.

Закрытие тиристора

Для закрытия тиристора необходимо уменьшить протекающий через него ток ниже тока удержания. Это можно сделать, снизив напряжение на аноде или разорвав анодную цепь.

Такой принцип работы обеспечивает тиристору свойства бистабильного ключа с памятью состояния.

Основные типы тиристоров

Существует несколько разновидностей тиристорных приборов:

Однооперационный тиристор (SCR)

Классический тиристор с тремя выводами. Открывается подачей сигнала на управляющий электрод, закрывается снижением анодного тока.

Симистор (TRIAC)

Двунаправленный тиристор, способный проводить ток в обоих направлениях. Используется для управления переменным током.

Запираемый тиристор (GTO)

Тиристор, который можно закрыть подачей отрицательного импульса на управляющий электрод. Не требует снижения анодного тока для запирания.

Двухоперационный тиристор (GCT)

Улучшенная версия GTO с повышенным быстродействием и улучшенными характеристиками.

Оптотиристор

Тиристор, управляемый световым излучением через встроенный светодиод. Обеспечивает гальваническую развязку цепей управления и нагрузки.

Выбор типа тиристора зависит от конкретной схемы применения и требований к управлению.

Основные параметры тиристоров

При выборе тиристора следует учитывать его ключевые характеристики:

• Максимальное обратное напряжение
• Максимальный анодный ток
• Напряжение и ток управления
• Время включения и выключения
• Ток удержания
• Падение напряжения в открытом состоянии
• Критическая скорость нарастания тока и напряжения

Эти параметры определяют возможности применения тиристора в конкретных схемах и режимах работы.

Применение тиристоров в электронике

Благодаря своим свойствам тиристоры нашли широкое применение в силовой электронике:

Регуляторы переменного напряжения

Тиристоры используются для плавного регулирования напряжения и мощности в нагрузке за счет изменения угла открытия.

Импульсные источники питания

Тиристоры применяются в инверторных схемах для преобразования постоянного напряжения.

Управление электродвигателями

На тиристорах строятся регуляторы скорости и устройства плавного пуска двигателей переменного тока.

Сварочные аппараты

Тиристорные ключи используются для регулирования сварочного тока.

Бесконтактные коммутаторы

Тиристоры заменяют механические переключатели в силовых цепях.

Это лишь некоторые примеры применения тиристоров. Их использование позволяет создавать эффективные устройства управления мощными нагрузками.

Преимущества и недостатки тиристоров

Тиристоры обладают рядом достоинств и ограничений по сравнению с другими полупроводниковыми ключами:

Преимущества:

• Высокая перегрузочная способность по току
• Малые потери в открытом состоянии
• Возможность коммутации больших мощностей
• Высокая помехоустойчивость
• Простота схем управления

Недостатки:

• Относительно низкое быстродействие
• Сложность принудительного запирания
• Чувствительность к скорости нарастания напряжения
• Односторонняя проводимость (для SCR)

Несмотря на некоторые ограничения, тиристоры остаются одними из самых распространенных силовых ключей в современной электронике.

Тиристор – энциклопедия VashTehnik.ru

Содержание

• 1 История создания тиристора
• 2 Как работает тиристор
• 3 Что такое диак

Тиристор – это твердотельный полупроводниковый прибор-ключ, обнаруживающий два устойчивых состояния с низкой и высокой проводимостью и содержащий четыре полупроводниковые области с разными и чередующимися типами проводимости. В зависимости от способа переключения конструкции различаются. Оригинальный тиристор представляет двойной полупроводниковый диод с управляемым электродом – в понимании разработчиов устройства.

История создания тиристора

Согласимся, определение тиристора сложное и способно вызывать непонимание. Среди разработчиков прибора бытовало мнение о возможности управляемого диода: прибора, не пропускающего обратный ток, проводящего прямой исключительно по команде. Описан классический тиристор. С односторонней проводимостью и управляемым электродом, ток которого сильно влияет на процесс переключения (перехода в открытое состояние).

Википедия отдаёт приоритет идее тиристора Вильяму Шокли. Якобы высказанной в 1950-м году. Авторы искали и нашли красочный рассказ в противовес упомянутому. В 2014 году, один из создателей тиристора Фрэнк «Билл» Гутцвиллер поделился с общественностью историей. Вопросов немало:

1. Кто считается разработчиком.
2. Где найти номер патента на тиристор.

Винтовой тиристор

Вопросы удивляют, ведь прибор активно вытесняет транзистор из сфер жизненного пространства. Подобные разновидности используются в качестве ключей и регуляторов в составе бытовой техники. Гутцвиллер присоединился к корпорации Дженерал Электрик в 1955 году. Тогда инженер читал лекции, считал Святым Граалем воплощение идеи управляемого выпрямителя. Подразумевался не твердотельный полупроводниковый диод, но прибор, способный контролировать пропускаемый ток в зависимости от управляющего напряжения. Представлялся как аналог:

• Тиратрона. Обозначает группу приборов, отличие которой от электронных ламп в наличии газового наполнителя внутри трубки. В обычном случае средний электрод-сетка зажигает дугу, чтобы ток проходил на выход. В вакуумных лампах происходит обратное, где отрицательный потенциал управляющего контакта запирает путь электронам.
• Мотора-генератора. Читателям Википедии термин непонятен, подобного в русскоязычном доме нет. Вкратце скажем – это приспособление для преобразования постоянного тока в переменный, и наоборот. Причём устройство изолирует две цепи, когда двигатель не работает. Понятие изложено в теме про сварочные инверторы.
• Ртутного вентиля с сеточным управлением. О приборе сказано в Большой энциклопедии, в разделе нефти и газы. Принцип действия похож на тиратрон. Потенциал управляющего электрода управляет временем возникновения дугового разряда в газовой среде.

Итак, идея на момент 1955 года уже существовала. Это не противоречит утверждению, что высказать её мог Вильям Шокли, разработчик первого транзистора. По мнению Гутцвиллера, новое изобретение заменило бы перечисленные, открыв новые сферы применения электроники, включая области военной направленности. Задача была поставлена, и когда инженеры Лабораторий Белла опубликовали технические данные на pnpn-диод, Гордон Холл уразумел, что это напоминает решение поставленной задачи. Персонал начал пробовать новинку, в итоге создав силовой прибор с третьим электродом, при помощи которого происходило влияние на процесс переключения.

Управляемый диод

Когда Гордон принёс Гутцвиллеру вновь созданный управляемый диод, появились мысли о лучшем применении. Для проб избрали электрический двигатель. В магазине купили ручную дрель. Тогда электрический инструмент обнаруживал единственную скорость.

В лаборатории Гутцвиллер собрал простую схему запуска, куда включил потенциометр и новое изобретение. Питание на дрель подавалось через ключ. Инженер получил цепь управления скоростью коллекторного двигателя через изменяемое сопротивление тиристорного ключа. Это и сегодня применяется в кухонных комбайнах. Вращая ручку потенциометра, исследователь отмечал плавный разгон шпинделя. Неслыханно по тем временам.

Немедленно учёный собрал диммер и стал смотреть, как изменяет накал спираль обычной лампочки. Гордон и Рэй Йорк обрадовались наглядной демонстрации и сразу отзвонились в Сиракузы по поводу успеха. Группе инженеров позволили работать исключительно над новым тиристором. За несколько недель был разработан вариант для сетевого напряжения 120 В для управления током на 16 А. Любопытно, что изобретение не засекречивали, и мир узнал о нем из свободной печати (даже с фотографиями). Дженерал Электроникс анонсировало изобретение, скоро появилась заметка в Бизнес Уик.

Учёного завалили телефонными звонками с целью добиться подробностей устройства тиристора. Гутцвиллер занялся написанием статей для журналов и газет, выпустил собрание первых применений для тиристора на 50 страницах. Потом издание Controlled Rectifier Manual выросло до 400 страниц и претерпело 9 изданий. Перевод выполнялся на ограниченное число языков, но желающие поймут суть из оригинальной версии.

Триак

Потом организовали целый отдел для исследований по упомянутой теме. Чуть позднее последовало изобретение триака. Пусть Гутцвиллер получил 20 патентов в указанной области, авторы не видят в числе них главного – на тиристор. Присутствуют все основания утверждать, что тиристор – чрезвычайно загадочное изобретение.

Как работает тиристор

Легко представить тиристор pnpn, как pnp-транзистор, за коллекторным переходом которого дополнительный слой n полупроводника, либо npn-транзистор, перед эмиттером которого находится p-область. В результате ток здесь течёт в единственном направлении, причём в момент, когда на базе присутствует отрицательное управляющее напряжение. По характеристикам прибора видно: чем выше потенциал управления, тем при меньшем напряжении на выходе потечёт ток.

Тиристор без управляющего электрода работает на эффекте обратимого пробоя центрального p-n-перехода. В таком режиме, кстати, часто используются и кремниевые транзисторы, когда включаются в цепь двумя электродами из трёх. Ток потечёт, пока не понизится напряжение ниже удержания лавинного пробоя. Подача управляющего напряжения значительно снижает уровень развития явления. Причём лавинный пробой продолжает идти, даже если с базы окончательно убрать потенциал. Этим тиристоры выгодно отличаются от транзисторов, работают в принципиально ином стиле.

Раз эффект лавинного пробоя сохраняется, напряжение в силовой цепи предполагается повышенное (чтобы хватило), вдобавок экономится энергия управляющей цепи. Для указанной цели годятся импульсы, апеллируя к цифровой электронике. На практике часто в этом качестве используются генераторы несинусоидального сигнала. Чтобы запереть тиристор, требуется подать напряжение обратной полярности на управляющий электрод.

Читатели спрашивают, отчего лавинный пробой возможен лишь в единственном направлении. Действительно, структура тиристора симметричная, впрочем, исключительно на картинке. Когда прикладывается ток другой полярности, потребуется уже пробить два p-n-перехода, подобный эффект пока в литературе не описан. Массу интереса вызвало и новое изобретение Гутцвиллера.

Три вывода тиристора

Гораздо более интересным образом устроен триак. В русскоязычной литературе называется симистором от термина «симметричный тиристор». Прибор способен проводить в определённых условиях ток в любом направлении. Учёный говорит: однажды поздно ночью он подумал, что возможно аналогичным образом собрать прибор из пяти чередующихся областей с разным типом проводимости и укороченным эмиттером. Набросал скетч, принёс в лабораторию, где работоспособность подтвердилась. Термин произошёл от tri – количество электродов и ac – переменный ток.

Схема контролировала обе полуволны сетевого напряжения. Сегодня на триаках работает большинство диммеров для систем освещения. Неплохо, учитывая, что уже прошло минимум четыре десятка лет. На триак, в отличие от тиристора, за именем Гутцвиллера выдан патент под номером 3275909 от 27 сентября 1966 года. В этом косвенно видим подтверждение написанного выше – истинный изобретатель не застолбил собственное право на управляемый выпрямитель.

На кристалле триак представляет два тиристора, включённых навстречу, причём разделенные физически. Единственной общей точкой становится база. Каждый контакт подходит сразу к областям двух типов n и p, к обоим тиристорам одновременно. На положительной полуволне работает первый, а на отрицательной – второй. Напряжение базы управляет обоими по очереди. Сюда подаётся переменное напряжение с фазного анода, уменьшенного номинала. Потенциометром возможно регулировать результирующую амплитуду, изменяя интенсивность освещения, скорость вращения двигателя и прочие параметры.

Прибор способен аналогично работать в избранных условиях и в режиме лавинного пробоя. Причём в обе стороны. Остальные сказки оставьте для профессоров. Триак изобрёл человек, не смыслящий в полупроводниковой технике. А значит, работу прибора нужно объяснять в иных категориях.

Что такое диак

Часто триака идёт рука об руку с диаком. Гутцвиллер использовал подобные технические решения. Это тиристор, работающий без управляющего электрода исключительно в режиме лавинного пробоя. Конструкция идентична. Происхождение термина понятно: di – два электрода + ac – переменный ток. Лавинный пробой успешно наступает в обоих направлениях.

Квадрак (перевод – авторский) представляет собой комбинацию триака и диака. В практических применениях удобно использовать эти устройства вместе. В частности, диак сумел бы формировать напряжения для переключения триака. Логично соединить их в общем корпусе. Про происхождение термина умолчим, оно очевидно.

Тиристоры | Основы электроакустики

Тиристоры

 

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более p-n переходами, предназначенными для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов. Слово тиристор происходит от греческого thyra, означающего дверь, и указывает на то, что он может быть или открыт, или закрыт.

Другое название этого прибора – кремниевый управляемый вентиль (КУВ). Последнее название указывает на то, что тиристор ведет себя как диод с дополнительной возможностью управления мощностью, направляемой в нагрузку.

В зависимости от конструктивных особенностей и свойств тиристоры делят на динисторы, тиристоры и симисторы (триаки).

Условные графические обозначения тиристоров:

• а) динистор,
• б) тиристор,
• в) симистор 

Тиристоры обычно характеризуют набором статических и динамических параметров, к которым относятся:

• — напряжение переключения UПК;
• — напряжение в открытом состоянии UОС;
• — обратное напряжение – напряжение, при котором тиристор может работать длительное время без нарушения работоспособности UОБР;
• — запирающее напряжение на управляющем электроде UУПР;
• — ток в открытом состоянии IОС;
• — время включения и время выключения тиристора tВКЛ и tВЫКЛ;
• — рассеиваемая мощность P.  

Тиристор не будет проводить до тех пор, пока не протечет импульс тока в цепи запуска. Если запуск произошел, то в действие вступает регенеративный процесс и тиристор продолжает проводить до тех пор, пока источник напряжения не будет удален. Рис. 5.2 иллюстрирует это свойство на простой схеме, где выпрямляется некоторая часть входного переменного напряжения. Проводящее состояние тиристора не наступает до тех пор, пока импульс тока не протечет от управляющего электрода к катоду; поэтому фаза последовательности запускающих импульсов по отношению к переменному напряжению источника определяет долю периода, в пределах которой открывшийся тиристор пропускает сигнал. Тиристор автоматически выходит из состояния проводимости в конце каждого полупериода, поскольку входное напряжение уменьшается до нуля.

Рис.5.2.

Схема простейшего регулятора на тиристоре 

Тиристор является чрезвычайно эффективным и быстрым переключающим устройством (типичное время включения 1 мкс). Им можно воспользоваться для управления очень большими мощностями, поскольку р-n переходы можно сделать такими, чтобы они выдерживали многие сотни вольт при смешении в обратном направлении. При соответствующих размерах р-n переходов с помощью тиристора можно переключать токи величиной в сотни ампер и при этом на нем падает напряжение всего лишь порядка одного вольта. Такого сочетания высокого напряжения пробоя с большим эффективным коэффициентом усиления тока нельзя достичь в мощном транзисторе: большой коэффициент усиления тока требует, чтобы область базы была тонкой, а это приводит к низкому напряжению пробоя.

 Рис.5.3. Временные диаграммы работы регулятора

Тиристор идеально подходит для регулирования мощности переменного напряжения во всем, кроме одного: он является однополупериодным устройством, а это означает, что даже при полной проводимости используется только половина мощности. Можно включить параллельно два тиристора навстречу друг другу, чтобы обеспечить двухполупериодный режим работы, однако для этого требуется подавать импульсы запуска на управляющие электроды от двух изолированных, но синхронных источников.

На практике для регулирования мощности переменного напряжения используется двунаправленный тиристор или симистор. Как можно видеть на рис. 5.4, симистор можно рассматривать как два инверсно-параллельных тиристора с управлением от единственного источника сигнала. Симистор является настолько гибким устройством, что его можно переключать в проводящее состояние как положительным, так и отрицательным импульсом запуска независимо от мгновенной полярности источника переменного напряжения. Названия катод и анод теряют смысл для симистора; ближайший к управляющему электроду вывод назвали, основным выводом 1 (МТ1), а другой — основным выводом 2 (МТ2). Запускающий импульс всегда подается относительно вывода МТ1 так же, как в случае тиристора он обычно подается относительно катода.

Обычно для переключения симистора, рассчитанного на ток до 25 А, достаточен пусковой ток 20 мА, и одним из простейших примеров его применения является «твердотельное реле», в котором небольшой пусковой ток используется для управления большим током нагрузки.

Рис.5.4. Простое «твердотельное реле» на симисторе

В качестве ключа S могут быть геркон, чувствительное термореле или любая контактная пара, рассчитанная на 50 мА; ток в цепи нагрузки ограничивается только параметрами симистора. Полезно отметить, что резистор R, в цепи запуска находится под напряжением сети только в моменты включения симистора; как только симистор включается, разность потенциалов на резисторе R, падает до величины около одного вольта, так что достаточен полуваттный резистор.

Весьма распространенными применениями симистора являются регулятор яркости для лампы или управление скоростью вращения мотора. На рис.5.5 показана такая схема. Временное положение запускающих импульсов устанавливается RС-фазовращателем; потенциометром R2 регулируют яркость лампы, тогда как резистор R1 просто ограничивает ток, когда потенциометр установлен в положение с минимальным сопротивлением. Сами импульсы запуска формируются динистором, который можно представить себе как маломощный тиристор без управляющего электрода с низким напряжением лавинного пробоя (около 30 В). Когда разность потенциалов на конденсаторе С достигает уровня пробоя в динисторе, мгновенный импульс разряда конденсатора включает симистор.

Рис.5.5. Простейшая схема регулировки яркости лампы на симисторе с фазовым управлением 

Легко сделать автоматический фотоэлектрический выключатель лампы, присоединив параллельно конденсатору С фоторезистор. Сопротивление фотоэлемента в темноте велико, порядка 1 МОм, но при дневном свете оно падает до нескольких килоом так, что симистор не может открыться и лампа выключена. Если в автоматическом выключателе ручная регулировка не требуется, то резистор R2 можно закоротить.

На рис.5.6 показано, как симистор управляет мощностью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запаздывания пускового импульса по фазе, которое определяется суммой сопротивлений R1, R2 и емкостью С. В простейшей схеме управления на рис.5.5 фазовый сдвиг не может быть больше 90°, так как используется только одна RС-цепочка. Поэтому такая схема является плохим регулятором при малой мощности, поскольку в нем могут происходить неожиданные скачки от выключенного состояния к полной мощности.

Рис.5.6. Форма напряжения на нагрузке в симисторном регуляторе при постепенном увеличении фазового сдвига 

Более совершенная схема приведена на рис.5.7; включение дополнительной RС-цепочки (R3,C3) дает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малой мощности. Дальнейшие усовершенствования состоят во введении следующих элементов: (а) демпфера с постоянной времени RС для предотвращения ошибочных переключений от противо-э.д.с. индуктивной нагрузки и (b) радиочастотного фильтра L1C1 для подавления помех. Последний элемент всегда следует вводить в симисторную или тиристорную схему, работающую по принципу «отсекания части колебания», поскольку быстрые включения и выключения могут создавать серьезные радиопомехи в питающей сети.

Имеется большое число различных симисторов и тиристоров. Как и в случае выпрямительных диодов, для того, чтобы выбрать прибор с нужным номинальными напряжением и током, можно обратиться к каталогам и справочным данным. Большинство производителей выпускают подходящие динисторы, но имеются также приборы, называемые quadrac, в которых объединены симистор и динистор

Тиристор: что это такое?

14

АКЦИИ

Чтобы подписаться на нашу ежедневную рассылку по электронной почте, НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ
Follow @marcberman Follow @SonOfTheBronx

Тиристор, также известный как кремниевый выпрямитель (SCR), называется полууправляемым устройством, так как сигнал может использоваться для регулирования его проводимости, но не для его выключения. Хотя основная форма тиристоров часто упоминается под названием «тиристор», этот термин также широко относится к широкому спектру производных устройств, включая трехэлектродный переключатель переменного тока (TRIAC), тиристор с быстрым переключением (FST), обратный. -Проводящий тиристор (RCT) и световой тиристор (LTT).

I. Состав

Болтовые и пластинчатые конструкции внешнего вида мощных тиристоров в настоящее время наиболее часто применяются. Он состоит из четырех слоев и трех соединений PN. На рисунке изображен его внешний вид, организационная структура и визуальные символы.

Внутри тиристора находится четырехслойная полупроводниковая структура PNPN с буквами P1, N1, P2 и N2. Анод A и катод K — это два электрода, взятые из самых внешних слоев P и N соответственно, а электрод затвора G — это электрод, полученный из среднего слоя P2 (также называемый управляющим электродом). Четыре области объединяются для создания соединений J1, J2 и J3 PN. Таким образом, тиристор можно сравнить с тремя последовательно соединенными PN-переходами. Тиристор известен под своим научным названием Тиристор, сокращенно до VT.

Необходимо установить радиатор, так как тиристоры являются силовыми электрическими устройствами, выделяющими тепло в результате потерь при работе. Анод часто представляет собой болт в пакете болтового типа, который прост в установке и плотно прилегает к радиатору. Для естественного охлаждения к алюминиевому радиатору крепится анод (болт); плоский тиристор состоит из двух тиристоров, зажатых парой взаимно изолированных радиаторов, которые охлаждаются холодным воздухом.

Пластинчатый тип используется в тиристорах с номинальным током более 200 А, поскольку он эффективно рассеивает тепло с обеих сторон устройства. Кроме того, его можно охлаждать с использованием таких методов охлаждения, как масляное и водяное охлаждение.

2. Принцип работы

Тиристор представляет собой мощное электрическое устройство с полуконтролируемой рабочей средой.

1. Независимо от того, какое напряжение проходит через затвор, тиристор находится в состоянии обратного запирания, когда на него подается обратное анодное напряжение.
2. Тиристор включается только тогда, когда на затвор подается положительное напряжение, когда на тиристор подается положительное анодное напряжение. Теперь тиристоры находятся в состоянии прямой проводимости, что является его управляемой характеристикой или характеристикой тиристора.
3. После включения тиристора затвор теряет свое назначение, так как тиристор остается открытым до тех пор, пока существует определенное положительное напряжение на аноде, не зависящее от напряжения затвора. Только ворота действуют как спусковой крючок.
4. После включения тиристор отключается при приближении напряжения (или тока) главной цепи к нулю.

Чтобы продемонстрировать работу тиристора, проведите простой эксперимент, используя схему, показанную на рисунке ниже. Источники питания, лампа накаливания, анод тиристора и катод составляют первичную цепь устройства. Компонентами схемы управления, также известной как триггерная схема, являются источник питания Uc, переключатель S, затвор тиристора и катод.

1. Тиристор выключения затвора – KG

При включении обычного тиристора положительным триггерным сигналом и управляющим электродом G управляющий электрод G перестает работать. Положительные напряжения анода А и катода К должны быть равны нулю или выше, чтобы стандартный тиристор выключился. Наделите отрицательным зарядом. При подаче достаточно сильного и широкого отрицательного триггерного тока на управляющий электрод G запирающий тиристор может быть эффективно отключен.

Применение: Общие области применения включают регулирование скорости инвертора, регулирование скорости с переменной частотой, источники питания инверторов и схемы управления постоянным током, которые включают и выключают нагрузки постоянного тока, такие как катушки реле, соленоиды, электромагнитные муфты, двигатели постоянного тока и т. д.

2. Двунаправленный управляемый выпрямитель на базе КС

Даже если на управляющий электрод G подать положительный триггерный сигнал, а на анод A и катод K подать отрицательное напряжение, обычный тиристор не включится. Вы можете включить трехэлектродный переключатель переменного тока. Напряжение между анодом А и катодом К должно быть равно нулю, чтобы двунаправленный тиристор закрылся.

Применение: Регуляторы напряжения, инверторы, переключатели нагрузки переменного/постоянного тока и т. д. часто используются в распределителях электронных компонентов управления переменным/постоянным током.

Вернуться к началу

Разработано и разработано Paul Neumyer Consulting

Полное руководство по тиристорам

Прочтите наше руководство по тиристорам, в котором объясняется, что они делают, их применение, принцип работы и различные типы.

Обновлено в апреле 2022 г.

Что такое тиристор?

Что такое тиристор? Это мощные двухпозиционные выключатели для целого ряда оборудования переменного тока (AC) и постоянного тока (DC), в основном в промышленности. Выпрямители — это электронные компоненты, которые преобразуют переменный ток в постоянный, когда через них проходит заряд.

Эти мощные устройства представляют собой полупроводниковые переключатели, то есть они состоят из полупроводниковых компонентов, таких как транзисторы и диоды. Полупроводниковые устройства имеют электрическую проводимость, которая находится на полпути между полным проводником, таким как медь, и изолятором, таким как стекло.

Название «тиристор» происходит от комбинации слов «транзистор» и «тиратрон» (более ранняя газонаполненная трубка с аналогичной функцией). Первоначально разработанные в 1950-х годах, эти устройства также часто называют кремниевыми выпрямителями (SCR) , поскольку они сделаны из четырех слоев кремния, который является широко используемым полупроводниковым материалом.

Первоначально SCR был торговой маркой, используемой General Electric для одного типа тиристора. Эти два термина теперь обычно используются как синонимы.

Просмотреть все тиристоры

Что делает тиристор?

Тиристоры являются бистабильными переключателями, что означает, что они могут иметь только два возможных состояния — включено или выключено (0 или 1). Они остаются стабильными, даже когда устройство выключено. Текущие модели активируются, т. е. переходят из выключенного состояния во включенное, как только ток достигает контрольных ворот (точки входа). Они будут продолжать пропускать через себя ток до тех пор, пока он не упадет до нуля или пока ток не прекратится или не изменит направление.

Последнее известно как обратное смещение или обратное напряжение. Более ранние модели полагались на реверсирование тока для перехода из включенного состояния в выключенное состояние, но более новые модели можно деактивировать через управляющий вентиль. Иногда их называют тиристорами с затвором (GTO).

Управляемые выпрямители представляют собой устройства с высоким коэффициентом усиления, что означает, что ток, присутствующий на управляющем затворе, может контролировать гораздо более высокий уровень тока между анодом и катодом. В результате они классифицируются как оборудование, эксплуатируемое в настоящее время.

Применение тиристоров

Несмотря на то, что тиристоры являются физически небольшими устройствами, они могут управлять высокими напряжениями и уровнями тока и поэтому используются в высоковольтных линиях электропередач постоянного тока.

Другое применение включает:

• Силовые выключатели на заводах и аналогичных промышленных предприятиях
• Выключатели зажигания автомобиля
• Управление скоростью электродвигателей
• Регуляторы уровня жидкости
• Системы контроля давления
• УЗИП

Эти устройства также широко используются в различных электрических схемах. Области применения включают:

• Схемы инверторов
• Цепи генератора
• Цепи прерывателя
• Силовые коммутационные цепи
• Цепи замены реле
• Цепи датчиков уровня
• Логические схемы
• Цепи управления фазой
• Цепи управления скоростью
• Цепи таймера

Как работает тиристор?

Теперь главный вопрос — как работают тиристоры? Обычно у них есть три отведения или электрода (точки, через которые электричество входит или выходит). Они называются анодом, катодом и затвором (или управляющим затвором). Первый — это положительный вывод, а второй — отрицательный, в то время как затвор управляет основным током между анодом и катодом, запуская его с помощью внешнего импульса. Некоторые модели оснащены двумя или четырьмя электродами.

Внутри типичного SCR имеется два чередующихся слоя полупроводника N-типа (отрицательного) и полупроводника P-типа (положительного). Всего получается четыре слоя с тремя соединениями между ними. Четырехслойный кремний в каждом из них электрически обработан для увеличения количества электронов, несущих отрицательный или положительный заряд. Они также известны как полупроводники NPN и PNP из-за расположения положительных и отрицательных электронов в каждом из них.

Если ток не течет в устройство через затвор, оно будет оставаться в выключенном состоянии с перевернутым центральным соединением (из трех), противоположным аноду и катоду, поэтому ток не может проходить через устройство независимо от направления . Это называется режимом прямой блокировки или режимом отрицательной блокировки, в зависимости от направления.

Чтобы ток протекал в соответствии с требованиями, анод должен быть положительным, а катод — отрицательным. Как только ток затвора запускается, положительный и отрицательный заряды текут в четыре слоя кремния, активируя каждый по очереди, когда он перемещается из одного слоя 9.0007 полупроводник к следующему через устройство. После активации всех четырех слоев ток может свободно течь через устройство. Теперь тиристор работает в прямом направлении; он зафиксировался (перешел во включенное состояние) и будет оставаться заблокированным до тех пор, пока не будет отключен ток вне устройства — обычно ток во всей цепи. Ток затвора не требуется для поддержания тока между анодом и катодом.

Цепь SCR с переменным током

Тиристоры имеют немного отличающуюся схему, в зависимости от того, предназначены ли они для использования с переменным или постоянным током.

На схеме показана схема SCR для использования с переменным током.

На этой схеме показана типичная схема цепи для постоянного тока.

Тиристор и транзистор

Транзистор — это стандартный электрический компонент, используемый для включения и выключения электрических сигналов и их усиления. Их изобретение в начале 20 века позволило развить радио и междугороднюю телефонию. Однако, несмотря на свою универсальность, они плохо работают с токами высокого напряжения и лучше всего подходят для токов малой мощности в миллиамперах. Для сравнения, миллиампер — это одна тысячная часть ампера. Напротив, тиристоры могут работать с гораздо более высокими уровнями мощности, 5-10 ампер и сотнями, даже тысячами вольт.

Для правильной работы им также требуется постоянное питание. В транзисторе низкий уровень тока усиливается на входе, но в некоторых устройствах этого недостаточно. Тревога вторжения требует другой реакции. Вам нужен низкий уровень тока в триггере тревоги (например, детекторе движения), чтобы запустить более высокий ток в тревоге, чтобы включить звонок или оповещение, и этот более высокий ток будет продолжаться, даже когда ток триггера прекратится. Транзистор этого сделать не может, а тиристор может. Детектор движения или подобное устройство запускает ток затвора, который, в свою очередь, запускает протекание тока между анодом и катодом. Последний будет продолжаться — останется заблокированным — даже когда ток затвора прекратится.

Тиристор и диод

Диоды представляют собой относительно простые и недорогие компоненты, имеющие только два вывода (один положительный и один отрицательный), анод (также известный как пластина) и катод. Электричество течет только в одном направлении. В электрической терминологии они смещены в прямом, а не в обратном направлении.

Диоды в основном используются для коммутации или преобразования тока. У них есть только два полупроводниковых слоя — один положительный и один отрицательный — с единственным электрическим соединением между ними.

Напротив, большинство тиристоров имеют три вывода и четыре слоя, разделенных тремя переходами. Они предназначены для приложений с высокой мощностью. Диоды рассчитаны на низкое напряжение, но для их активации не требуется импульс затвора, в отличие от тиристоров.

Типы тиристоров

Большинство тиристоров представляют собой устройства с тремя выводами, а это означает, что они имеют три электрода — анод, катод и управляющий затвор, запускающий протекание тока между двумя другими.

Однако менее распространенные модели с двумя отведениями имеют только два электрода, и потоки тока запускаются, когда разница в заряде между каждым из них достигает или превышает определенное напряжение отключения, переключая их с выключенного на включенное.

Вы также можете найти:

• Кремниевые переключатели (SCS): они имеют дополнительный анодный затвор, который используется для деактивации устройства при подаче положительного напряжения
• Диаки: эти гибриды тиристор-диод имеют четыре слоя и принимают ток, протекающий в любом направлении. Несмотря на название, происходящее от диодного переключателя переменного тока, диаки будут работать как с переменным, так и с постоянным током
.
• Триаки : эти устройства являются двунаправленными, что означает, что они проводят электричество в любом направлении. Они будут переключать как AC, так и DC
• SIDACtors : эти модели работают без управляющего вентиля, вместо этого полагаясь на кратковременные скачки напряжения
• IGBT : биполярные транзисторы с изолированным затвором имеют четыре слоя и три вывода, но предназначены для работы исключительно в качестве транзистора, а не тиристора
• PCT : тиристоры фазового управления используются для ограничения переменного тока путем перевода оборудования в проводящее состояние и из него через заданные интервалы времени

Преимущества тиристоров

Тиристоры стали стандартными компонентами, поскольку они обладают рядом преимуществ. К ним относятся:

• Скорость и возможность переключения токов в микросекундах
• Способность управлять высокими напряжениями и высокими уровнями мощности
• Отсутствие движущихся частей и высокая надежность
• Возможность управления устройствами постоянного тока, а не только обычного переменного тока
• Быстрая и простая активация
• Недорогой
• Простота эксплуатации
• Относительная простота
• Малый размер

Как проверить тиристор

Как и в случае любого электрического устройства, необходимо время от времени проверять тиристоры, чтобы убедиться, что они работают правильно. Проще всего это сделать с помощью мультиметра.

Как проверить тиристор

Мультиметры — это стандартные электрические испытательные устройства, способные измерять напряжение, ток и сопротивление электрических резисторов.

Вот как проверить выпрямитель с кремниевым управлением с помощью мультиметра:

1. Подсоедините анод (входной контакт) тиристора к положительному (красному) проводу мультиметра. Подсоедините катод (выходной разъем) к отрицательному (черному) проводу. Переключите измеритель в режим проверки диодов — диод (двухвыводной компонент) в данном случае является самим тиристором. Оценить
2. Установите мультиметр в режим высокого сопротивления. Он должен показывать обрыв цепи. Затем поменяйте местами выводы, и прибор все равно должен показывать обрыв цепи
.
3. Верните выводы в исходное положение, на этот раз добавив клемму затвора к положительному выводу. Мультиметр должен показать низкий уровень электрического сопротивления. Это указывает на то, что SCR находится во включенном состоянии, и это должно продолжаться после отключения клеммы затвора
4. Если мультиметр проходит вышеуказанные проверки, он работает правильно

Магазин мультиметров

Компании-производители тиристоров

Vishay

Имея широкий ассортимент тиристоров и сопутствующих товаров, приобретайте устройства Vishay с компонентами RS.

Просмотр ассортимента

IXYS

Приобретите широкий ассортимент тиристоров от IXYS и купите онлайн с помощью RS Components уже сегодня.

Диапазон просмотра

STMicroelectronics

Ведущий бренд STMicroelectronics предлагает широкий выбор высококачественных тиристоров. Нажмите, чтобы просмотреть весь ассортимент.

Просмотр ассортимента

Infineon

Изучите тиристоры Infineon и приобретите в онлайн-магазине RS Components высококачественные компоненты, идеально подходящие для вашего приложения.

View Range

Родственные руководства

Свяжитесь с нами

03457 201201

Следуйте за нами на

Мы принимаем

Наши услуги

• BOMS
• Калибровка
• Вариант доставки
• История заказа
• Цитаты
• ВЕЛИЯ
• Политика

LEAL

4
• PILIES

LEGAL

• PILIGE

LEAL

• PILIGE

LEAL

• .