Тиристор это что. Тиристор: принцип работы, характеристики и применение полупроводникового прибора — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое тиристор и как он работает. Какие бывают виды тиристоров. Каковы основные характеристики и параметры тиристоров. Где применяются тиристоры в электронике и электротехнике. Как проверить исправность тиристора.

Содержание

Что такое тиристор и его устройство

Тиристор — это полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами, который имеет два устойчивых состояния: закрытое (высокое сопротивление) и открытое (низкое сопротивление). Основные элементы конструкции тиристора:

Четырехслойная полупроводниковая структура p-n-p-n
Три p-n-перехода
Анод — внешний p-слой
Катод — внешний n-слой
Управляющий электрод (у триодных тиристоров)

Тиристор можно представить как соединение двух биполярных транзисторов p-n-p и n-p-n типа. Такая структура обеспечивает эффект положительной обратной связи и ключевой режим работы прибора.

Принцип работы тиристора

Как работает тиристор? Основные этапы работы тиристора:

В исходном состоянии тиристор закрыт и имеет высокое сопротивление.

При подаче напряжения между анодом и катодом ток не протекает.
Для открытия тиристора нужно подать управляющий сигнал на управляющий электрод.
Управляющий сигнал вызывает лавинообразный процесс генерации носителей заряда.
Тиристор резко открывается и начинает проводить большой ток.
После открытия тиристор остается в проводящем состоянии даже при снятии управляющего сигнала.
Для закрытия нужно снизить протекающий ток ниже тока удержания.

Таким образом, тиристор работает как управляемый ключ, пропускающий ток только в прямом направлении.

Основные виды тиристоров

Существует несколько основных разновидностей тиристоров:

Динистор — двухэлектродный тиристор без управляющего электрода
Тринистор — трехэлектродный тиристор с управляющим электродом

Симистор — симметричный тиристор, проводящий ток в обоих направлениях
Запираемый тиристор — может выключаться управляющим сигналом
Оптотиристор — управляется световым сигналом
Фототиристор — включается световым импульсом

Наиболее распространены тринисторы, которые позволяют управлять моментом включения с помощью сигнала на управляющем электроде.

Вольт-амперная характеристика тиристора

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора имеет несколько характерных участков:

Участок закрытого состояния — ток практически не протекает
Точка включения — резкое увеличение тока при достижении напряжения включения
Участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением
Участок открытого состояния — низкое сопротивление, большой ток
Участок обратного запирания — высокое сопротивление в обратном направлении

Важными параметрами ВАХ являются напряжение включения, ток включения, напряжение в открытом состоянии. ВАХ позволяет оценить ключевые свойства конкретного тиристора.

Основные характеристики и параметры тиристоров

Основные электрические параметры тиристоров:

Максимальное допустимое напряжение
Максимальный допустимый ток в открытом состоянии
Напряжение включения
Ток включения
Ток удержания
Время включения
Время выключения
Управляющий ток включения
Напряжение в открытом состоянии

Также важны тепловые и частотные характеристики тиристоров. Знание этих параметров необходимо для правильного выбора тиристора под конкретную задачу.

Применение тиристоров в электронике и электротехнике

Благодаря своим ключевым свойствам тиристоры нашли широкое применение:

Управляемые выпрямители
Регуляторы мощности и напряжения
Коммутационные устройства
Преобразователи частоты
Устройства плавного пуска электродвигателей

Системы управления электроприводом
Сварочные аппараты
Импульсные источники питания
Бесконтактные коммутаторы

Тиристоры позволяют эффективно управлять большой мощностью с помощью слабых сигналов, что определяет их востребованность в силовой электронике.

Как проверить исправность тиристора

Для проверки работоспособности тиристора можно использовать следующие методы:

Проверка мультиметром в режиме «прозвонки» диодов
Измерение сопротивления в закрытом и открытом состоянии
Проверка возможности включения управляющим током
Проверка способности удерживать открытое состояние
Измерение токов утечки в закрытом состоянии

При проверке важно соблюдать меры предосторожности, так как на тиристоре может сохраняться высокое напряжение. Для точной диагностики лучше использовать специальные приборы.

Преимущества и недостатки тиристоров

Основные достоинства тиристоров:

Высокая коммутируемая мощность
Малая мощность управления
Высокий КПД в открытом состоянии
Высокое быстродействие
Отсутствие подвижных частей
Длительный срок службы

Недостатки тиристоров:

Однонаправленная проводимость (кроме симисторов)
Сложность выключения (для обычных тиристоров)
Чувствительность к помехам и перенапряжениям
Зависимость параметров от температуры

Несмотря на некоторые недостатки, тиристоры остаются незаменимыми приборами во многих областях силовой электроники.

Тиристор — это… Что такое Тиристор?

Обозначение на схемах

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Устройство и основные виды тиристоров

Рис. 1. Схемы тиристора: a) Основная четырёхслойная p-n-p-n-структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется

диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором^[1] (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как их ВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется также симистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов, часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.

Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры, как следует из названия, не могут быть переведены в закрытое состояние с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.

Вольтамперная характеристика тиристора

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.
В точке 1 происходит включение тиристора.
Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).

В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток I_h.
Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.
Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0—3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Режимы работы триодного тиристора

Режим обратного запирания

Рис. 3. Режим обратного запирания тиристора

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

Лавинный пробой.
Прокол обеднённой области.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины W

n1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше W_n1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

Режим прямого запирания

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения V_BF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используется двухтранзисторная модель. Тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого, как показано на рис. 4 для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом J1, и электронов, инжектируемых переходом J3. Взаимосвязь между токами эмиттера I_E, коллектора I_C и базы I_B и статическим коэффициентом усиления по току α₁ p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где I_Со— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.

Рис. 4. Двухтранзисторная модель триодного тиристора, соединение транзисторов и соотношение токов в p-n-p транзисторе.

Аналогичные соотношения можно получить для n-p-n транзистора при изменении направления токов на противоположное. Из рис. 4 следует, что коллекторный ток n-p-n транзистора является одновременно базовым током p-n-p транзистора. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток I_g втекают в базу n-p-n транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный процесс.

Ток базы p-n-p транзистора равен I_B1 = (1 — α₁)I_A — I_Co1. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора. Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления α₂ равен I_C2 = α₂I_K + I_Co2.

Приравняв I_B1 и I_C2, получим (1 — α₁)I_A — I_Co1 = α₂I_K + I_Co2. Так как I_K = I_A + I_g, то

Рис. 5. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения: состояние равновесия, режим прямого запирания и режим прямой проводимости.

Это уравнение описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как p-i-n-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения малы, следовательно, пока член α₁ + α₂ < 1, ток I_A мал. (Коэффициенты α1 и α2 сами зависят от I_A и обычно растут с увеличением тока) Если α1 + α2 = 1, то знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.

Ширина обеднённых слоёв и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 5. В равновесии обеднённая область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы J1 и J3 — в прямом. Падение напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: V_AK = V₁ + V₂ + V₃. По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и, следовательно, увеличиваются α1 и α2. Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдёт в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки, в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход J2 смещён в прямом направлении (рис. 5, в), и падение напряжения _{V_AK} = (_V₁ — |V₂| + _V₃) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном, транзисторе.

Режим прямой проводимости

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p⁺-i-n⁺)-диоду…

Классификация тиристоров

^[2]^[3]^[4]

тиристор диодный (доп. название «динистор») — тиристор, имеющий два вывода
- тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении
- тиристор диодный, проводящий в обратном направлении
- тиристор диодный симметричный (доп. название «диак»)
тиристор триодный (доп. название «тринистор») — тиристор, имеющий три вывода
- тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор»)
- тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор-диод»)
- тиристор триодный симметричный (доп. название «триак», неоф. название «симистор»)
- тиристор триодный асимметричный
- запираемый тиристор (доп. название «тиристор триодный выключаемый»)

Отличие динистора от тринистора

Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если открытие динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение открытия может быть специально снижено, путём подачи импульса тока определённой длительности и величины на его управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом, и конструктивно тринистор отличается только наличием управляющего электрода. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства.

Отличие тиристора триодного от запираемого тиристора

Переключение в закрытое состояние обычных тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения I_h, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом.

Запираемые тиристоры, в отличие от обычных тиристоров, под воздействием тока управляющего электрода могут переходить из закрытого состояния в открытое состояние, и наоборот. Чтобы закрыть запираемый тиристор, необходимо через управляющий электрод пропустить ток противоположной полярности, чем полярность, которая вызывала его открытие.

Симистор

Симистор (симметричный тиристор) представляет собой полупроводниковый прибор, по своей структуре является аналогом встречно-параллельного включения двух тиристоров. Способен пропускать электрический ток в обоих направлениях.

Характеристики тиристоров

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА; на напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 10⁹ А/с, напряжения — 10⁹ В/с, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; КПД достигает 99 %.

Применение

См. также

Примечания

Литература

ГОСТ 15133-77.
Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104).

Ссылки

что это такое, принцип работы, ВАХ, разновидности и маркировка

Тиристор – это отдельный тип переключающих полупроводниковых радиодеталей. Ток в этом случае пропускается только в одну сторону. Они нашли свое широкое использование в различных устройствах, основанных на полупроводниковом эффекте, а также в самых разнообразных токовых преобразователях. Тиристоры используются в регуляторах, частотных преобразователях тока, управляющих схемах синхронных двигателях и других приборах.

Главная задача тиристора – подача силовой при соответствующем сигнале управления. В данной статье будет подробно рассмотрены все особенности строения, какие материалы используются, а также из чего состоят тиристоры. Дополнением служат два видеоролика, а также одна научная статья.

Устройство и назначение.

Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор с тремя p–n -переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия: закрытым и открытым.

Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают три основных свойства тиристора:

Тиристор, как и диод, проводит ток в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;
Тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния.
Управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из «закрытого» состояния в «открытое», значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока.

Тиристор – это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении.

Принцип работы тиристора и его устройство.

Устройство и основные виды

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n , содержащий три последовательно соединённых p-n -перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p -слою называется анодом, к внешнему n -слою – катодом.

В общем случае p-n-p-n -прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным иристором или динистором.

Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно).

В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как ихВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется также симистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов , часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.

Таблица основных характеристик тиристоров.

Условное обозначение тиристора на схеме

Вольтамперная характеристика

Между точками 0 и (Vвo,IL) находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора – прямое запирание (нижняя ветвь).
В точке Vво происходит включение тиристора (точка переключения динистора во включённое состояние).
Между точками (Vво, IL) и (Vн,Iн) находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением-неустойчивая область переключения во включённое состояние. При подаче разности потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности больше Vно происходит отпирание тиристора (динисторный эффект).
Участок от точки с координатами (Vн,Iн) и выше соответствует открытому состоянию (прямой проводимости)

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0-3 симметрично относительно начала координат. По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).
Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).
Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
Ток управления (IGT).
Максимальный ток управления электрода IGM.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

Назначение устройства

Тиристорами называются полупроводниковые приборы с тремя (и более) р-п -переходами, предназначенными для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов. Они переключают электрические цепи, регулируют напряжение, преобразуют постоянный ток в переменный.

По устройству и принципу работы он очень похож на полупроводниковый диод, но в отличие от него тиристор управляемый. “Ключевой” характер действия тринистора позволяет использовать его для переключения электрических цепей там, где для этой цели до этого служили только электромагнитные реле.

Полупроводниковые переключатели легче, компактнее и во много раз надежнее в работе, чем электромагнитные реле с механически замыкаемыми контактами. В отличие от таких реле они производят переключение с очень большой скоростью – сотни и тысячи раз в секунду, а если нужно – еще быстрее. Тринисторы используют в современной аппаратуре электрической связи, в быстродействующих системах дистанционного управления, в вычислительных машинах и в энергетических устройствах.

Как проверить тиристор тестером

Классификация

В зависимости от конструктивных особенностей и свойств тиристоры делят на диодные и триодные.

В диодных тиристорах различают:

тиристоры, запираемые в обратном направлении;
проводящие в обратном направлении;
симметричные.

Триодные тиристоры подразделяют:

на запираемые в обратном направлении с управлением по аноду или катоду;
проводящие в обратном направлении с управлением по аноду или катоду;
симметричные (двунаправленные).

Наиболее распространены динисторы – тиристоры с двумя выводами и тринисторы – приборы с тремя выводами. Кроме того, различают группу включаемых тиристоров.

Тиристорный модуль.

Принцип действия

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора. Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод.

Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии. После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение.

То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора – он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше. Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно. После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор.

После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах. Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Свойства и характеристики

По сути это аналог самоблокирующегося реле с одним нормально разомкнутым контактом, роль которого выполняет полупроводниковая структура, расположенная между анодом и катодом. Отличие от реле состоит в том, что для этого полупроводникового прибора может быть применено несколько способов включения и выключения. Все эти способы объясняются транзисторным эквивалентом тринистора.

Два эквивалентных транзистора охвачены положительной обратной связью. Она многократно усиливает любые изменения тока в их полупроводниковых переходах. Поэтому существует несколько видов воздействия на электроды тринистора для его включения и выключения. Первые два способа позволяют выполнить включение по аноду.

Если напряжение на аноде увеличивать, при его определённом значении начнут сказываться эффекты начинающегося пробоя полупроводниковых структур транзисторов. Появившийся начальный ток лавинообразно усилится положительной обратной связью и оба транзистора включатся.
При достаточно быстром увеличении напряжения на аноде происходит заряд межэлектродных ёмкостей, которые присутствуют в любых электронных компонентах. При этом в электродах появляются зарядные токи этих ёмкостей, которые подхватывает положительная обратная связь и всё заканчивается включением тринистора.

Если перечисленные выше изменения напряжения отсутствуют, включение обычно происходит током базы эквивалентного n-p-n транзистора. Выключить тринистор можно одним из двух способов, которые также становятся понятны из-за взаимодействия эквивалентных транзисторов. Положительная обратная связь в них действует, начиная с некоторых величин токов, протекающих в структуре p-n-p-n. Если величину тока сделать меньше этих величин, положительная обратная связь сработает на быстрое исчезновение токов.

Другой способ выключения использует прерывание положительной обратной связи импульсом напряжения, который меняет полярность на аноде и катоде. При таком воздействии направления токов между электродами изменяется на противоположные и тринистор выключается.

Поскольку для полупроводниковых материалов характерно явление фотоэффекта, существуют фото- и оптотиристоры, у которых включение может быть обусловлено освещением либо приёмного окошка, либо светодиодом в корпусе этого полупроводникового прибора. Существуют ещё и так называемые динисторы (неуправляемые тиристоры). В этих полупроводниковых приборах нет управляющего электрода конструктивно.

По своей сути это тринистор с одним отсутствующим выводом. Поэтому их состояние зависит только от напряжения анода и катода и они не могут включиться управляющим сигналом. В остальном процессы в них аналогичны обычным тринисторам. То же относится и к симисторам, которые по сути являются двумя тринисторами соединёнными параллельно. Поэтому они применяются для управления переменным током без дополнительных диодов.

Интересно почитать: инструкция как прозвонить транзистор.

Запираемые тиристоры

Если определённым образом изготовить области структуры p-n-p-n вблизи баз эквивалентных транзисторов можно достичь полной управляемости тиристором со стороны управляющего электрода. Такая конструкция структуры p-n-p-n показана на изображении слева. Включать и выключать такой тиристор можно соответствующими сигналами в любой момент времени подавая их на управляющий электрод. Остальные способы включения, применяемые к тринисторам, для запираемых тиристоров так же годятся.

Однако эти способы не применяются к таким полупроводниковым приборам. Они наоборот исключаются теми или иными схемотехническими решениями. Целью является получение надёжного включения и выключения только по управляющему электроду. Это необходимо для использования таких тиристоров в мощных инверторах повышенной частоты. GTO работают на частотах до 300 Герц, а IGCT способны на существенно более высокие частоты, достигающие 2 кГц. Номинальные значения токов могут быть несколько тысяч ампер, а напряжение – несколько киловольт.

Тиристоры изготавливаются для широкого диапазона токов и напряжений. Конструкция их определяется размерами структуры p-n-p-n и необходимостью получения надёжного отвода тепла от неё. Современные тиристоры, а также их обозначения на электрических схемах показаны на изображениях ниже. Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

Запираемый тиристор.

С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено». Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора.

Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U < Uпр) , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом. В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробно о тиристорах рассказано в статье Все о тиристорах. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки статьи:

www.elenergi.ru

www.elektrovesti.net

www.my-multi.ru

www.geekmatic.in.ua

www.radioprog.ru

ПолупроводникиЧто такое симистор (триак)

ПолупроводникиВиды и устройство оптронов (оптопар)

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Симиcтop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель.

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

1. Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

2. Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

3. Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

4. Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

5. Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

6. Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

7. Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

8. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

9. Ток управления (IGT).

10. Максимальный ток управления электрода IGM.

11. Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Ранее ЭлектроВести писали, почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры.

По материалам electrik.info

Зачем нужны тиристоры и симисторы . Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Достаточно, чтобы слова выражали смысл.

Конфуций

Эти полупроводниковые приборы появились уже после изобретения транзисторов и быстро нашли свое место в электронной силовой технике. Сегодня тиристорные регуляторы применяются для преобразования электрической энергии, для управления мощными электродвигателями, нагревателями и другими нагрузками в автоматических системах. Они позволяют коммутировать большие токи при минимальной мощности управления и очень стойки к перегрузкам. Так как нам с такими элементами не раз придется столкнуться на практике, давайте познакомимся с ними поближе.

Наиболее часто можно встретить четыре разновидности тиристоров: динисторы, симисторы, тринисторы (обычные и запираемые). Самый простой из них — двухэлектродный прибор: динистор. Его условное обозначение и устройство показаны на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Упрощенное внутреннее строение, условное обозначение на схеме и вольт-амперная характеристика динистора

Как видно из этого рисунка, динистор представляет собой 4-слойный полупроводник с чередующимися областями р- и n-типа. В отличие от биполярного транзистора, где имеется только два р-n-перехода, у тиристора их уже 3, из-за чего появляются особые свойства. В обычном состоянии динистор ведет себя как обратносмещенный полупроводниковый диод, то есть диод, включенный в обратном направлении, — он не проводит ток. Кстати, отличие динистора от диода в этом состоянии все же есть: он не проводит ток в обе стороны. Но — до определенного предела. Если в схеме, показанной на рис. 13.1, повышать напряжение источника G1 до значения, равного напряжению включения (U_вкл), динистор откроется, и его сопротивление скачком станет маленьким. Но самое интересное заключается как раз в другом: при открывании через динистор потечет ток, и напряжение на нем (в открытом состоянии) установится на уровне 1,4 В. Чтобы закрыть динистор, требуется снизить ток до уровня тока удержания (I_уд). Обратное включение динистора не имеет смысла, так как в этом положении его свойства не проявляются.

Напряжение включения у динисторов из отечественной серии КН102(А — И), может быть от 20 до 150 В (в зависимости от последней буквы в обозначении), а ток удержания имеет постоянное значение и равен 15 мА. Максимальный постоянный ток в открытом состоянии для всех динисторов этой серии составляет 200 мА. Внешне динисторы похожи на обычные полупроводниковые диоды, так что отличать их придется по маркировке.

Чтобы было более понятно, какую пользу можно извлечь от динистора, надо познакомиться с практическими схемами. Наиболее часто на нем делают генератор низкочастотных импульсов. В некоторых схемах динистор используется просто как пороговый элемент, срабатывающий («открывающийся» при нужном напряжении). Например, на рис. 13.2 показана схема блокиратора второго параллельного телефонного аппарата, если снята трубка на любом из них. В этом случае никто не помешает вашему разговору.

Рис. 13.2. Простейший блокиратор параллельных телефонных аппаратов, выполненный на динисторах

Принцип работы очень простой. Сигнал вызова в телефонной линии имеет большую амплитуду и проходит через открывающиеся динисторы на все аппараты. Но, если снять трубку на любом из аппаратов, то откроется только тот динистор, через который протекает ток удержания (через разговорный узел телефона). При этом в линии напряжение снизится и будет недостаточным для открывания всех остальных, если на них тоже снять трубки.

Главный недостаток динисторов, из-за чего они применяются в схемах чрезвычайно редко, — это невозможность регулировки напряжения включения (порога). Гораздо чаще можно встретить управляемые тринисторы, или, как их еще называют, тиристоры. Тринистор и внешне и по внутренней структуре не отличается от динистора, но имеет дополнительный вывод, называемый управляющим электродом. Вообще, тринистор легко может стать динистором, если на управляющий электрод не подавать никаких сигналов. А вот если между катодом и управляющим электродом включить небольшой источник напряжения G2, как показано на рис. 13.3, напряжение включения начнет снижаться, причем тем больше, чем больше величина напряжения этого источника.

Рис. 13.3. Упрощенное устройство, условное обозначение и вольт-амперная характеристика тринистора (тиристора)

При определенном значении напряжения G2 вольт-амперная характеристика тринистора станет такой, как у полупроводникового диода (он открывается сразу). Управляющий электрод после открывания тринистора теряет свои управляющие свойства. Закрыть тринистор можно уже только так, как это делается у динистора, — уменьшив ток через него ниже тока удержания (это происходит при снижении напряжения).

В качестве примера практического применения тиристора на рис. 13.4 показан простейший регулятор температуры жала паяльника.

Рис. 13.4. Схема регулятора температуры жала паяльника (а) и график, поясняющий работу (б)

Как видно из схемы, тиристор работает только на одной полуволне переменного напряжения(положительной относительно общего провода), а вторая полуволна (отрицательная) проходит в нагрузку через включенный параллельно тиристору диод. Сделано это специально для упрощения схемы — ведь для данного применения нам не нужно регулировать мощность, поступающую в нагрузку, от нуля. Работает тиристорный регулятор довольно просто. Когда начинает возрастать положительная полуволна входного напряжения, стоящие в цепи управляющего электрода резисторы ограничивают ток через управляющий электрод тиристора. От положения регулятора R1 зависит время задержки открывания тиристора (или, как еще говорят, угол открывания), что видно на графике. Конечно, форма напряжения в нагрузке будет уже не синусоидальной, но для нагревателя это значения не имеет. При максимальном значении сопротивления R1 тиристор будет полностью закрыт. Угол открывания можно регулировать в диапазоне, показанном на графике затемненным сектором.

Проверять эту схему лучше при помощи вольтметра постоянного тока, подключенного параллельно нагрузке через мостовой выпрямитель. Тиристор может использоваться любого типа (КУ201, КУ202, Т122), но в этом случае оптимальный номинал резистора R2 придется подобрать экспериментально (он ограничивает ток).

Симистор — это симметричный тиристор, который может работать при обоих полярностях напряжения, то есть пропустить ток в оба направления. Вольт-амперная характеристика и условное обозначение симистора показаны на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Условное обозначение и вольт-амперная характеристика симистора

Во всех схемах тиристоры и симисторы применяются как электронные ключи, то есть включатели, управляемые при помощи напряжения, подаваемого на управляющий электрод. Но, в отличие от обычного механического включателя, на электронном ключе в открытом состоянии падает напряжение (около 2 В), что приводит к необходимости использовать для них на больших токах радиаторы теплоотвода.

Общая «беда» всех тиристоров — это невозможность закрыть приборы, находящиеся под током. Управляющий электрод тринисторов и симисторов, как мы знаем, работает только на «открывание». В последнее время, правда, появились так называемые запираемые тиристоры, которые все-таки можно закрыть, подав на управляющий электрод отрицательное (закрывающее) напряжение.

Запираемые приборы более удобны для практики, но радиолюбители тем не менее широко используют и классические тиристоры в автоматах световых эффектов, светомузыкальных установках и др. Тиристоры в этих устройствах включаются последовательно с нагрузкой, и переменное напряжение закрывает эти приборы при спадании до нуля.

Одно из главных достоинств тиристоров — возможность пропускать через себя большие токи и выдерживать десятикратные токовые перегрузки. Например, мощный импортный тринистор ST70 °C20L0 (выпускается фирмой International Rectifier) допускает пропускание через себя тока с постоянным значением до 2000 А и кратковременными перегрузками до 13200 А. Возможности широко распространенных тиристоров серий КУ202 и КУ208 намного скромнее — максимальный постоянный ток до 10 А при максимальном напряжении между электродами до 400 В. Благодаря своей низкой цене эти тиристоры наиболее широко используются в радиолюбительских конструкциях, а в промышленном оборудовании ставят более надежные и мощные из серий Т122-25 (на 25 А), Т132-40 (на 40 А).

Следует запомнить, что некоторые тиристоры не допускают приложения к своим электродам обратного напряжения, а некоторые — его вполне хорошо «держат». В любом случае при разработке конструкции или при подборе аналогов нужно обращать внимание на это обстоятельство. Если под рукой не найдется подходящей замены, можно изготовить диодный мост и исключить подачу отрицательного напряжения на прибор.

Конечно, тиристоры по сравнению с современными транзисторами, работающими в ключевом режиме, обладают рядом существенных недостатков, ограничивающих их область применения (например, низкое быстродействие, из-за чего не могут работать на частотах более 10…100 кГц), но пока они значительно дешевле и обладают высокой надежностью (намного выше, чем у механического ключа, так как при переключения нет искрения), чем и объясняется широкое использование таких компонентов.

Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника

Для того чтобы ясно представить себе работу тиристорного преобразователя необходимо дать понятие о сущности работы тиристора.

Управляемый проводник, состоящий из четырех полупроводниковых переходов P-N-P-N. Его принцип работы аналогичен работе диода и осуществляется при поступлении на управляющий электрод электротока.

Прохождение через тиристор тока возможно только в том случае, если потенциал анода будет выше, чем потенциал катода. Ток через тиристор прекращает проходить тогда, когда величина тока снизится до порога закрытия. Ток, который поступает на управляющий электрод не оказывает воздействие на величину тока в основной части тиристора и, кроме того ему не нужна постоянная поддержка при основном состоянии тиристора, он необходим исключительно для открытия тиристора.

Существует несколько решающих характеристик тиристора

В открытом состоянии, благоприятном для токопроводящей функции тиристор характеризуют следующие показатели:

Падение напряжения, оно определяется как пороговое напряжение с помощью внутреннего сопротивления.
Максимально допустимое значение тока до 5000 А, среднеквадратичная величина, свойственная для самых мощных компонентов.

В запертом состоянии тиристора – это:

Прямое максимально допустимое напряжение (выше, чем 5000А).
В общем случае прямое и обратное значение напряжения одинаковы.
Время запирания или время с минимальным значением, в течение которого на тиристор не осуществляется влияние положительного значения напряжения анода относительно катода, иначе произойдет самопроизвольное отпирание тиристора.
Ток управления, свойственный для открытой основной части тиристора.

Существуют тиристоры, предназначенные для работы в схемах, рассчитанных на небольшое значение частоты и для схем с высокой частотой. Это так называемые быстродействующие тиристоры, их область применения рассчитана на несколько килогерц. Для быстродействующих тиристоров характерно использование неодинакового прямого и обратного напряжения.

Для увеличения постоянного значения напряжения

Рис. №1. Габаритно-присоединительные размеры и чертеж тиристора.m1, m2 –контрольные точки, в которых происходит замер импульсного напряжения во время открытого состояния. L1min –наименьший воздушный промежуток (расстояние) по воздуху между выводами анода и управляющего электрода; L2min – минимальное расстояние длина прохождения тока утечки между выводами.

Разновидности тиристоров

Динистор – тиристор диодный, имеет два вывода анод и катод.
Тринистор – триодный тиристор оснащен добавочным управляющим электродом.
Симистор – симметричный тиристор, он является встречно-последовательным соединением тиристоров, обладает возможностью пропускать ток в прямом и обратном направлениях.

Рис. №2. Структура (а) и вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора.

Тиристоры предназначены для работы в схемах с различными границами частот, в обычном применении тиристоры могут соединяться с диодами, который подключается встречно-включенным способом, это свойство используется для того чтобы увеличить постоянное напряжение, величину которого компонент способен выдержать в выключенном состоянии. Для усовершенствованных схем используется тиристор GTO (Gate Turn Oee – запираемый тиристор), он полностью управляем. Его запирание происходит по управляющему электроду. Использование тиристоров подобного рода нашло применение в очень мощных преобразователях, так как он может пропускать высокие токи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Тиристор назначение и принцип работы. Назначение тиристоров. Двухтранзисторная модель тиристора

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно .

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Для того чтобы ясно представить себе работу необходимо дать понятие о сущности работы тиристора.

Управляемый проводник, состоящий из четырех полупроводниковых переходов P-N-P-N. Его принцип работы аналогичен работе диода и осуществляется при поступлении на управляющий электрод электротока.

Существует несколько решающих характеристик тиристора

Падение напряжения, оно определяется как пороговое напряжение с помощью внутреннего сопротивления.
Максимально допустимое значение тока до 5000 А, среднеквадратичная величина, свойственная для самых мощных компонентов.

В запертом состоянии тиристора – это:

Прямое максимально допустимое напряжение (выше, чем 5000А).
В общем случае прямое и обратное значение напряжения одинаковы.
Время запирания или время с минимальным значением, в течение которого на тиристор не осуществляется влияние положительного значения напряжения анода относительно катода, иначе произойдет самопроизвольное отпирание тиристора.
Ток управления, свойственный для открытой основной части тиристора.

Для увеличения постоянного значения напряжения

Рис. №1. Габаритно-присоединительные размеры и чертеж тиристора. m 1, m 2 –контрольные точки, в которых происходит замер импульсного напряжения во время открытого состояния. L 1 min –наименьший воздушный промежуток (расстояние) по воздуху между выводами анода и управляющего электрода; L 2 min – минимальное расстояние длина прохождения тока утечки между выводами.

Разновидности тиристоров

– тиристор диодный, имеет два вывода анод и катод.
Тринистор – триодный тиристор оснащен добавочным управляющим электродом.
Симистор – симметричный тиристор, он является встречно-последовательным соединением тиристоров, обладает возможностью пропускать ток в прямом и обратном направлениях.

Рис. №2. Структура (а) и вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора.

Тиристоры предназначены для работы в схемах с различными границами частот, в обычном применении тиристоры могут соединяться с диодами, который подключается встречно-включенным способом, это свойство используется для того чтобы увеличить постоянное напряжение, величину которого компонент способен выдержать в выключенном состоянии. Для усовершенствованных схем используется тиристор GTO (Gate Turn Oee – запираемый тиристор) , он полностью управляем. Его запирание происходит по управляющему электроду. Использование тиристоров подобного рода нашло применение в очень мощных преобразователях, так как он может пропускать высокие токи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Перед тем как разбираться с темой «тиристор – принцип работы», необходимо понять, что собой представляет этот небольшой прибор. По сути, это силовой ключ, только он всегда находится в открытом состоянии. Поэтому его часто называют не полностью управляемый ключ.

Необходимо отметить, что по своему устройству тиристор напоминает обыкновенный транзистор или диод. Правда, есть и существенные отличия. К примеру, диод – это полупроводниковый двухслойный элемент на кремневой основе (PN), транзистор – трехслойный (PNP или NPN), тиристор – четырехслойный (PNPN). То есть, у него три перехода p-n. Именно поэтому диодные выпрямители перед тиристорными являются менее эффективными. Это хорошо видно на схеме управления тиристорами.

Где применяются тиристоры

Область применения тиристоров обширна. К примеру, из них можно собрать инвертор для сварки или зарядное автомобильное устройство. Некоторые умельцы своими руками собирают даже генераторы. Самое важное, что тиристоры могут через себя пропускать токи и высокочастотные, и низкочастотные. Поэтому, собрав мост из этих приборов, можно изготовить трансформатор и для сварочного аппарата.

Конструкция и принцип действия

Состоит тиристорный ключ из трех частей:

Анод.
Катод.
Вход.

Последний состоит из трех переходов p-n. При этом переключение переходов производится с очень большой скоростью. Вообще, принцип работы тиристора можно объяснить лучше, если рассмотреть схему связки двух транзисторов, связанных параллельно, как выключатели комплементарно регенеративного действия.

Итак, самая простейшая схема двух транзисторов, совмещенных так, чтобы при пуске ток коллектора поступал на NPN второго прибора через каналы NPN первого. А в это же время ток проходит обратный путь через первый транзистор на второй. По сути, получается достаточно простая связка, где база-эмиттер одного из транзисторов, в нашем случае второго, получает ток от коллектора-эмиттера другого прибора, то есть, первого.

Цепь постоянного тока

В цепи постоянного тока тиристор работает по принципу подачи импульса положительной полярности, конечно, относительно катода. На длительность перехода из одного состояния в другое оказывает большое воздействие ряд характеристик. А именно:

Вид нагрузки (индуктивный, активный и прочее).
Скорость нарастания импульса и его амплитуда, имеется в виду ток нагрузки.
Величина самой токовой нагрузки.
Напряжение в цепи.
Температура самого прибора.

Здесь самое важное, чтобы в сети, где установлен данный прибор, не произошло резкое возрастание напряжения. В этом случае может произойти самопроизвольное включение тиристора, а сигнал управления будет в это время отсутствовать.

Цепь переменного тока

В этой сети тиристорный ключ работает немного по-другому. Этот прибор дает возможность проводить несколько видов операций. К примеру:

Включение и отключение цепи, в которое действует активная или активно-реактивная нагрузки.
Можно изменять значение действующей нагрузки и ее средней величины за счет возможности изменять (регулировать) подачу самого сигнала управления.

Но имейте в виду, что тиристорный ключ может пропускать сигнал только в одном направлении. Поэтому сами тиристоры устанавливаются в цепь, так сказать, во встречно-параллельном включении.

Управление тиристорами

В силовых электронных аппаратах чаще всего используется или фазное, или широтно-импульсное управление тиристором.

В первом случае регулировать токовую нагрузку можно за счет изменения углов или α, или θ. Это относится к принудительной нагрузке. Искусственную нагрузку можно регулировать только с помощью управляемого тиристора, который также называется запираемый.

При ШИМ (широтно-импульсной модуляции) во время Тоткр сигнал подается, а, значит, сам прибор находится в открытом состоянии, то есть, ток подается с напряжением Uн. В период времени Тзакр сигнал отсутствует, а сам прибор находится непроводящем состоянии.

Тиристорные светодиоды

Обычно тиристор и светодиод в одном светильнике не устанавливаются. Его место заменяет диод, который работает и на включение, и на отключение, как обычный ключ. Это связано с разными причинами, где основная – это конструкция и принцип действия самого прибора, который всегда находится в открытом состоянии. В настоящее время ученые изобрели так называемый тиристорный светодиод.

Во-первых, тиристорный светодиод в своем составе кроме кремния имеет: галлий, алюминий, индий, мышьяк и сурьму. Во-вторых, спектр излучения при n-переходах между материалами создает волну длиною 1,95 мкм. А это достаточно большая оптическая мощность, если ее сравнивать с диодным элементом, который производит световые волны в том же диапазоне.

8 января 2013 в 19:23

Электроника для начинающих

Классификация

Принцип работы

Общие параметры тиристоров

Заключение

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦ В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

— если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
— если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
— подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов .

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды . Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208 .

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог .

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3 .
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод .

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд) , будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2 . А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4 .

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1) , вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5) .

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт . Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6) .

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

— управляющего элемента– стабилитрона КС510 , который определяет напряжение выхода;
— исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А , исполняющих роль регулятора напряжения;
— в качестве датчика перегрузки используется резистор R4 ;
— исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503 .

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1 . Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510 , величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт .
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом , включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4 . При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта .
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1 , сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта .
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн , сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт , а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3 , можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более . Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

5.2. Диодные тиристоры (динисторы) | Электротехника

Диодный тиристор (рис. 5.1) – это тиристор, который имеет два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления. Основой наиболее простого из семейств тиристоров является четырехслойная полупроводниковая структура р-n-р-n-типа (рис. 5.2). Крайние области структуры называются эмиттерами, а центральные – базами. Электрод, присоединенный к р-эмиттеру, называют анодом (А), а электрод, присоединенный к n-эмиттеру – катодом (К). Базы тиристора отличаются толщиной и концентрацией примесных атомов.

При подаче на тиристор прямого напряжения т.е. положительного потенциала на анод, крайние р-n-переходы смещены в прямом направлении, средний переход смещен в обратном направлении. Большая часть прямого внешнего напряжения падает на коллекторном переходе, так как он смещён в обратном направлении, поэтому первый участок ВАХ тиристора (рис. 5.3) похож на обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода. С увеличением анодного напряжения, увеличивается прямое напряжение, и на эмиттерных переходах электроны, инжектированные из n-эмиттера в р-базу диффундируют к коллекторному переходу, втягиваются его полем и попадают в n-базу.

Дальнейшему продвижению электронов препятствует небольшой потенциальный барьер правого эмиттерного перехода, поэтому часть электронов, оказавшись в потенциальной n-яме, образуют избыточный отрицательный заряд, который, понижая высоту потенциального барьера правого эмиттерного перехода, вызывает увеличение инжекции дырок из р-эмиттера в n-базу.

Инжектированные из р-эмиттера дырки подхватываются полем коллекторного перехода и переходят в р-базу. Дальнейшему их продвижению препятствует потенциальный барьер левого эмиттерного перехода, т.е. в р-базе происходит накопление избыточного положительного заряда, что обусловливает увеличение инжекции электронов из n-эмиттера. Таким образом, в структуре тиристора существует положительная обратная связь по току, т.е. увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.

Накопление зарядов в базовых областях равносильно дополнительной разности потенциалов на коллекторном переходе, которая стремится сместить этот переход в прямом направлении, т.е. суммарное напряжение на коллекторном переходе будет

уменьшаться. При U_a_{= U_вкл внутренняя положительная обратная связь вызывает лавинообразный процесс инжекции носителей заряда из эмиттеров, и коллекторный переход (КП) оказывается смещенным в прямом направлении. Сопротивление динистора уменьшается, а ток скачком увеличивается. При этом падение напряжения на динисторе резко уменьшается.}

Таким образом, при подаче прямого напряжения на тиристор он может находится в двух состояниях: открытом и закрытом.

Под точкой переключения понимают точку на ВАХ, в которой дифференциальное сопротивление равно нулю, а напряжение на тиристоре достигает максимального значения. Участок 1 (см. рис. 5.3) от значения U = 0 до напряжения включения U = U_вклсоответствует малым токам, т.е. закрытому состоянию тиристора. В пределах этого участка дифференциальное сопротивление тиристора r_диф = dU / dI положительно. В пределах участка 2 – 3 значение дифференциального сопротивления r_диф отрицательно. Увеличение тока вызывает уменьшение напряжения, что приводит к дальнейшему увеличению тока и т.д. Режим, соответствующий этому участку вольт-амперной характеристики, неустойчив.

Тиристор спонтанно переходит на участок 3 – 4 вольт-амперной характеристики, соответствующий открытому состоянию, при котором дифференциальное сопротивление вновь становится положительным. Этот участок имеет вид, аналогичный прямой ветви характеристики обычного диода.

Открытое состояние соответствует участку 3 – 4 (см. рис. 5.3). В открытом состоянии тиристор будет находиться до тех пор, пока за счёт проходящего тока будет поддерживаться избыточный заряд в базах. Если ток уменьшить до некоторого значения, меньше удерживающего тока (I_уд), то в результате рекомбинации и рассасывания уменьшится количество носителей в базах, коллекторный переход сместиться в обратном направлении, т
иристор закроется. Таким образом, I_уд – это минимальный ток, который необходим для поддержания тиристора в открытом состоянии.

Структуру тиристора можно представить в виде двух транзисторов (рис. 5.4). Постоянный ток коллектора этих транзисторов можно выразить через эмиттерные токи:

где α_1,α₂ – статические коэффициенты передачи тока транзисторов; – это токи через 1-й, 2-й, 3-й р-n-переходы соответственно; – обратный ток коллекторного перехода, общий для обоих транзисторов.

Для двухэлектродной структуры (динистора) из-за необходимости выполнения баланса токов токи через все переходы должны быть равны между собой:

где I_а – ток через тиристор (анодный ток).

Тогда анодный ток через тиристор можно будет найти по выражению:

где α_∑= α₁+ α₂.

Последнее выражение представляет собой уравнение ВАХ динистора в закрытом состоянии. Статические коэффициенты передачи тока транзисторов увеличиваются с увеличением эмиттерного тока (рис. 5.5).

При достижении суммарным статическим коэффициентом значения, равного единице ( α_∑ = 1), анодный ток через тиристор устремляется в бесконечность, т.е. происходит включение динистора. Поэтому в процессе переключения ток через динистор должен быть ограничен сопротивлением нагрузки. При обратном напряжении на тиристоре, т.е. при отрицательном потенциале на аноде, эмиттерные переходы смещены в обратном направлении, коллекторные в прямом, в этом случая условий для переключения тиристора нет.

Рабочий, VI-характеристики, типы, применение, преимущества и недостатки

Тиристор — это, по сути, двухпозиционный переключатель для управления выходной мощностью электрической цепи путем включения и выключения цепи нагрузки через определенные промежутки времени. В этом посте мы постараемся разобраться, что это такое, как это работает, его характеристики вольт-ампер (VI), режимы работы, приложения, преимущества и недостатки.

Знакомство с тиристором

Тиристор — это однонаправленный полупроводниковый твердотельный прибор с четырьмя слоями чередующегося материала типа P и N.Он состоит из трех электродов: анода, катода и затвора. Анод — это положительный вывод, а катод — отрицательный вывод.

Затвор управляет потоком тока между анодом и катодом. Он используется в электронных устройствах и оборудовании для контроля электроэнергии или тока. Он действует как выпрямитель и может передавать ток только в одном направлении.

Первый тиристор был произведен в 1956 году. Самым распространенным типом тиристоров является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR).

Рис.1 — Символ тиристора

Как работает тиристор

Тиристор действует как диод. Он состоит из двух слоев полупроводников, а именно p-типа и n-типа, зажатых вместе, образуя переход. Анод соединен с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем, а затвор — с внутренним p-слоем. Он имеет 3 соединения, а именно J1, J2, J3, как показано на Рис. 2 ниже.

Когда анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, на затвор не подается напряжение.Переходы J1, J3 смещены в прямом направлении, а J2 — в обратном. Таким образом, здесь не проводится никакой проводимости.

Рис. 2 — Схема слоев тиристора

Теперь, когда положительный потенциал превышает напряжение пробоя, происходит пробой перехода J2, и он начинает проводить. После того, как пробой произошел, он продолжает действовать независимо от напряжения на затворе, пока потенциал на аноде не будет снят или ток через устройство не станет меньше, чем ток удержания.

Теперь, когда на вывод затвора по отношению к катоду приложен положительный потенциал, происходит пробой перехода J2. Для быстрого включения тиристора необходимо выбрать соответствующее значение потенциала.

Затвор действует как управляющий электрод. Когда на его затвор подается небольшое напряжение, известное как импульс затвора, устройство переводится в состояние проводимости. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится на обратное или не будет снято.

Ток запуска затвора изменяется обратно пропорционально напряжению затвора, и для его запуска требуется минимальный заряд затвора.Таким образом, переключением тиристоров можно управлять с помощью управляющего импульса.

Двухтранзисторная аналогия тиристора

Коллекторный ток от NPN-транзистора подается непосредственно на базу PNP-транзистора, в то время как коллекторный ток PNP-транзистора подается на базу NPN-транзистора. Эти соединенные между собой транзисторы зависят друг от друга для обеспечения проводимости.

Значит, чтобы один из транзисторов проводил ток, необходим базовый ток. Когда анодный вывод тиристора является отрицательным по отношению к катоду, NP-переход становится смещенным в прямом направлении, а PN-переход становится смещенным в обратном направлении.

Рис. 3 — Двухтранзисторная аналогия тиристора

Здесь протекание обратного тока блокируется до тех пор, пока не будет приложено напряжение пробоя. После пробоя напряжения он начинает проводить без подачи стробирующего сигнала. Это одна из отрицательных характеристик тиристоров, поскольку они срабатывают при обратном прерывании перенапряжения.

Когда вывод анода становится положительным по отношению к катоду, внешние переходы смещены в прямом направлении, а центральный переход NP смещен в обратном направлении и блокирует прямой ток.Таким образом, чтобы вызвать проводимость, на базу транзисторов подается положительный ток.

Два транзистора соединены в регенеративный контур, и это заставляет транзистор проводить насыщение. Таким образом, можно сказать, что тиристоры блокируют ток как в направлении источника переменного тока в выключенном состоянии, так и могут быть включены путем приложения положительного тока к базе транзистора.

Напряжение-ампер (VI) Характеристики тиристора

Тиристоры могут иметь прямое или обратное смещение.Посмотрим, как это работает в обоих состояниях.

Тиристоры в прямом смещенном состоянии

Когда анод становится положительным, PN-переходы на концах смещены в прямом направлении, а центральный переход (NP) становится смещенным в обратном направлении. Он будет оставаться в заблокированном (ВЫКЛ) режиме (также известном как ступень прямой блокировки) до тех пор, пока он не будет запущен импульсом тока затвора или приложенное напряжение не достигнет напряжения прямого переключения.

Запуск импульсом тока затвора — Когда он запускается импульсом тока затвора, он начинает проводить ток и действует как замыкающий переключатель.Тиристоры остаются во включенном состоянии, то есть в заблокированном состоянии. Здесь ворота теряют контроль, чтобы выключить устройство.

Срабатывание по прямому напряжению переключения — При подаче прямого напряжения через блокировку (J2) в среднем переходе тиристоров начинает течь ток утечки. Когда напряжение превышает прямое разрывное напряжение или критический предел, J2 выходит из строя и переходит во включенное состояние.

Когда ток затвора (Ig) увеличивается, это уменьшает зону блокировки и, таким образом, уменьшается перенапряжение прямого размыкания.Он включится, когда поддерживается минимальный ток, называемый током фиксации.

Когда ток затвора Ig = 0 и анодный ток падает ниже определенного значения, называемого током удержания во включенном состоянии, он снова достигает своего состояния прямой блокировки.

Рис. 4 — Вольт-амперные характеристики (VI) тиристора

Тиристоры в обратном смещенном состоянии

Если анод отрицательный по отношению к катоду, т.е. конец я.е. J1 и J3 смещаются в обратном направлении, а центральный переход J2 смещается в прямом направлении. По нему протекает лишь небольшой ток утечки. Это режим блокировки обратного напряжения или выключенное состояние тиристора.

При дальнейшем увеличении обратного напряжения при определенном напряжении происходит лавинный пробой J1 и J2, и они начинают проводиться в обратном направлении. Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор начинает проводить, известно как обратное напряжение пробоя.

Резюме

Тиристор блокирует напряжение как в прямом, так и в обратном направлении, и, таким образом, формируется симметричная блокировка.
Тиристор включается под действием положительного тока затвора и выключается, когда анодное напряжение падает до нуля.
Небольшой ток от затвора к катоду может вызвать срабатывание тиристора, переключив его с разомкнутой цепи на короткое замыкание.

Режимы работы тиристора

Тиристор имеет три режима работы. Это: —

Прямая блокировка
Обратная блокировка
Прямая проводка

Прямая блокировка

В этом состоянии или режиме прямая проводимость блокируется.Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении, а переход в центре — в обратном. Таким образом, тиристор не включается, поскольку затвор не срабатывает и через него не течет ток.

Блокировка обратного хода

В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и ток по-прежнему не течет. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и они блокируются в обратном направлении, поэтому ток блокируется.

Прямая проводимость

Когда ток подается на затвор, срабатывает тиристор, и он начинает проводить.Он остается включенным до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, что может быть достигнуто отключением цепи.

Типы тиристоров

В зависимости от возможностей включения и выключения и физической структуры тиристоры классифицируются как:

Тиристоры с кремниевым управлением (SCR)
Тиристоры с эмиттерным выключением (ETO)
Тиристоры с быстрым переключением (SCR) )
Светоактивированные кремниевые управляемые выпрямители (LASCR)
Тиристоры отключения затвора (GTO)
Тиристоры с обратной проводимостью (RCT)
Тиристоры с управлением на полевых транзисторах (FET-CTH)
Тиристоры отключения MOS (MTO)
Двунаправленные Тиристоры с фазовым управлением (BCT)

Применения тиристора

Тиристор используется в различных приложениях, таких как:

В основном используется в приводах двигателей с регулируемой скоростью.
Используется для управления мощными электрическими устройствами.
Используется в основном в электродвигателях переменного тока, осветительных приборах, сварочных аппаратах и т. Д.
Используется в ограничителе тока повреждения и автоматическом выключателе.
В тиристоре ETO возможна высокая скорость переключения и низкая проводимость.
Используется как диммеры на телевидении, в кинотеатрах.
Используется в фотографии для вспышек.
Может использоваться в охранной сигнализации.
Используется для регулирования скорости вращения электровентилятора.
Используется в выключателях зажигания автомобилей.

Преимущества тиристора

К достоинствам тиристора можно отнести:

Низкая стоимость.
Можно защитить с помощью предохранителя.
Может работать с большим напряжением / током.
Может управлять мощностью переменного тока.
Очень легко управлять.
Легко включается.
GTO или тиристор с выключенным затвором имеет высокий КПД.
Работает меньше времени.
Тиристорные переключатели могут работать с большой частотой.
Требуется меньше места по сравнению с механическими переключателями.
Может использоваться для надежных операций.
Стоимость обслуживания тиристора намного меньше.
Очень проста в использовании для сложных задач управления.
Пропускная способность очень хорошая.
Может использоваться как генератор в цифровых схемах.
Может подключаться параллельно и последовательно для обеспечения электронного управления на высоких уровнях мощности.
Тиристоры проводят ток только в одном направлении.
Может использоваться как защитное устройство, как предохранитель в линии электропередачи.

Недостатки тиристора

К недостаткам тиристора можно отнести:
Невозможно использовать для более высоких частот.
В цепи переменного тока тиристор должен включаться каждый цикл.
SCR требует времени для включения и выключения. Это вызывает задержку или повреждение груза.
Он может останавливать двигатель при подключении, но не может удерживать его в неподвижном состоянии.
Скорость отклика тиристора очень низкая.
Не очень полезен в цепях постоянного тока, так как тиристор нельзя отключить, просто сняв привод затвора.
Низкая эффективность.
Ток фиксации и удержания больше в тиристоре GTO.
Возможность обратной блокировки напряжения меньше, чем возможность прямой блокировки.
Надежность тиристора TRIAC меньше, чем SCR.
TRIAC имеют более низкий рейтинг du / dt по сравнению с SCR.

  Также читают:
  Технология сотовых сетей для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества
Понижающий трансформатор - принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки
Постоянная память (ПЗУ) - работа, типы, применение, преимущества и недостатки

Разница между тиристором и TRIAC

Основное различие между тиристором и TRIAC заключается в том, что тиристор является однонаправленным устройством, а в TRIAC — двунаправленным устройством.Теперь давайте проверим информацию о разнице между тиристором и TRIAC, чтобы узнать больше о нем.
Тиристор, также называемый SCR, означает кремниевый выпрямитель, а TRIAC означает триод для переменного тока.
Тиристор имеет четыре терминальных полупроводниковых прибора, а TRIAC — трехконтактный полупроводниковый прибор.
Основное различие между SCR и TRIAC состоит в том, что SCR — это однонаправленное устройство, а TRIAC — двунаправленное устройство.
Тиристор более надежен, а TRIAC менее надежен.
Для тиристора требуется два радиатора, тогда как для TRIAC требуется только один радиатор.
Тиристор доступен с большим номиналом, а в TRIAC доступен с меньшим номиналом.
Однопереходный транзистор используется для запуска в SCR, но в TRIAC для запуска используется DIAC.
Тиристор управляет мощностью постоянного тока, тогда как TRIAC управляет мощностью постоянного и переменного тока.
У тиристора возможен только один режим работы, в то время как у тиристора возможно четыре различных режима работы.
Тиристор может работать только в одном квадранте V-I характеристик, в то время как TRIAC может работать только в двух квадрантах V-I характеристик.
Тиристор может срабатывать только положительным напряжением затвора, тиристор может запускаться либо положительным, либо отрицательным напряжением затвора.
Основным недостатком TRIAC по сравнению с тиристором является то, что он имеет более низкие токи.
Дополнительная информация:
Основное различие между тиристором и TRIAC заключается в том, что тиристор является однонаправленным устройством, а в TRIAC — двунаправленным устройством.Теперь давайте проверим информацию о разнице между тиристором и TRIAC, чтобы узнать больше о нем.
Тиристор, также называемый SCR, означает кремниевый выпрямитель, а TRIAC означает триод для переменного тока.
Тиристор имеет четыре терминальных полупроводниковых прибора, а TRIAC — трехконтактный полупроводниковый прибор.
Основное различие между SCR и TRIAC состоит в том, что SCR — это однонаправленное устройство, а TRIAC — двунаправленное устройство.
Тиристор более надежен, а TRIAC менее надежен.
Для тиристора требуется два радиатора, тогда как для TRIAC требуется только один радиатор.
Тиристор доступен с большим номиналом, а в TRIAC доступен с меньшим номиналом.
Однопереходный транзистор используется для запуска в SCR, но в TRIAC для запуска используется DIAC.
Тиристор управляет мощностью постоянного тока, тогда как TRIAC управляет мощностью постоянного и переменного тока.
У тиристора возможен только один режим работы, в то время как у тиристора возможно четыре различных режима работы.
Тиристор может работать только в одном квадранте V-I характеристик, в то время как TRIAC может работать только в двух квадрантах V-I характеристик.
Тиристор может срабатывать только положительным напряжением затвора, тиристор может запускаться либо положительным, либо отрицательным напряжением затвора.
Основным недостатком TRIAC по сравнению с тиристором является то, что он имеет более низкие токи.
Дополнительная информация:
Что такое тиристор? — Определение, работа и применение
Определение: Тиристор представляет собой полупроводниковое устройство , которое состоит из четырех слоев, составленных из материала P-типа и материала N-типа, расположенных поочередно.Слово тиристор образовано из двух слов тир, атрон и транс истор. Кроме того, характеристики тиристора — это совокупность свойств тиратрона и транзистора.
Тиратрон имеет свойство выпрямления , а транзистор имеет свойство переключения . Включение тиристоров осуществляется управляющим сигналом, передаваемым транзистором. В отличие от диодов, тиристоры имеют три вывода анод, катод и затвор вывод .
Обозначение схемы, по которой тиристоров идентифицируются в электронной схеме, показано на схеме ниже.
Конструкция тиристоров
Тиристоры можно понять с помощью с помощью двух транзисторов по аналогии. Коллектор одного транзистора соединен с базой второго транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с базой первого транзистора.
Таким образом, всего четыре слоя полупроводникового материала соединяются друг с другом, и всего образуется три перехода.В тиристорах есть три вывода: анод, катод и затвор. Клемма затвора обеспечивает управляющее напряжение.
Работа тиристора
Коллекторный ток одного транзистора действует как базовый ток другого транзистора. Таким образом, ток коллектора одного транзистора запустит другой. Без тока коллектора в любом из транзисторов тиристор не может сработать.
Теперь предположим, что один транзистор PNP подключен к транзистору NPN, тогда , тогда P-вывод транзистора PNP будет подключен к одному из выводов батареи.Это сделает переход смещенным в прямом направлении, и ток начнет течь через транзистор.
Из-за этого ток коллектора от транзистора PNP войдет в базовый вывод транзистора NPN, и, таким образом, транзистор NPN также начнет проводить. Таким образом проводит тиристор.
Вывод затвора при включении тиристор выполняет действие выпрямления, но когда он выключен , выпрямление прекращается. Таким образом, тиристоры могут действовать как выпрямитель и переключатель, но не могут действовать как усилитель, поскольку не могут усиливать сигнал.
Типы тиристоров
Существуют различные полупроводниковые устройства, которые можно отнести к семейству тиристоров. Некоторые из наиболее часто используемых устройств — это SCR, DIAC, TRIAC, GATT и т. Д. Мы подробно обсудим каждое из устройств в наших следующих статьях.
Характеристики тиристоров
График характеристик тиристоров показан на диаграмме ниже. С помощью кривой характеристик можно детально понять его работу в режиме прямого смещения и в режиме обратного смещения.
Преимущества тиристоров
Лучшая эффективность: Тиристоры обладают большей эффективностью, чем транзисторы, поэтому они используются в различных приложениях электроники.
Низкая стоимость изготовления: Стоимость изготовления тиристоров невысока, поэтому их экономично использовать в различных электронных схемах для переключения.
Возможность управления: Это надежные характеристики тиристора, так как благодаря клемме затвора тиристор может управляться.
Высокая надежность: Тиристор является высоконадежным устройством и поэтому используется в качестве важной части в передаче постоянного тока высокого напряжения.
Высоковольтные характеристики: Тиристор состоит из четырех слоев полупроводника, поэтому номинальные значения напряжения и тока выше, чем у транзистора.
Большая допустимая мощность: Допустимая мощность тиристора намного больше, чем у другого полупроводникового прибора.
Хорошая чувствительность триггера: Терминал управления затвором тиристора обеспечивает эффективный управляющий сигнал, поэтому он обладает хорошей чувствительностью триггера.
Применение тиристоров
Выпрямление Назначение: Тиристоры используются для выпрямления сигнала переменного тока. Таким образом, когда управляемый сигнал подается на выпрямитель, он преобразует переменный ток в постоянный.
Релейное управление: Тиристоры используются в релейном управлении.
Управление фазой: Регулятор фазы использовал тиристоры для обеспечения фазовой коррекции в цепи.
Передача постоянного тока высокого напряжения: Они также используются в передаче постоянного тока высокого напряжения.
Контроль температуры, уровня и положения: Благодаря надежному контролю его можно использовать для контроля температуры, уровня, положения и освещения.
Двигатели постоянного и переменного тока: Тиристоры используются в двигателях переменного и постоянного тока в качестве регулятора скорости.
Линии передачи: Для повышения коэффициента мощности в линиях передачи можно использовать тиристоры.
Циклоконвертер: Тиристоры играют решающую роль в циклоконверторах для преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.
Тиристоры — важнейшие силовые полупроводниковые приборы. Благодаря своей способности к выпрямлению и переключению он используется в различных электронных схемах. Более того, его четырехуровневая архитектура делает его более надежным и эффективным в использовании.
Что такое тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR)?
Конструкция, работа, типы, характеристики и применение тиристора и SCR (выпрямителя с кремниевым управлением)
Что такое тиристор?
Слово « Тиристор » — это греческое слово , которое означает « Дверь », которое происходит от комбинации двух слов, например, Thyratron (тиратрон представляет собой газонаполненное трубчатое устройство, используемое для управления выпрямителем и электрические коммутационные приложения высокой мощности) и Транзистор = Тиристор .
Тиристор представляет собой четырехполупроводниковый слой или устройство с тремя PN переходами . Он также известен как « SCR » (кремниевый управляющий выпрямитель ).
Термин «тиристор» образован от слов тиратрон (газожидкостная трубка, которая работает как тиристор) и транзистор .
Тиристоры также известны как PN PN Devices . Эти устройства доступны в различных формах и типах, например, однопереходный транзистор (UJT), кремниевый управляемый выпрямитель ( SCR ), триод для переменного тока (TRIAC), DIAC (диод для переменного тока), кремниевый управляющий переключатель (SCS) и т. Д. .
Полезно знать :
Тиристоры и тиристоры также известны как фиксирующие устройства . Защелка — это тип переключателя, когда он один раз закрывается, он остается в закрытом положении, пока кто-нибудь не откроет переключатель.
Другими словами, когда переключатель находится в положении ON, он будет оставаться включенным после удаления управляющего сигнала, называемого защелкой .
Полупроводниковые устройства, имеющие четыре слоя с механизмом управления, называются тиристорами. Термин тиристор в основном применяется к кремниевым управляемым выпрямителям (SCR).Термин происходит от тиратрона и транзистора, потому что такое устройство сочетает в себе выпрямление тиратрона и управляющее действие транзисторов.
Тиристоры обладают возможностью управления, быстрым откликом, они очень надежны, поскольку могут выдерживать большие токи и требуют небольшого обслуживания. Стоимость изготовления тиристоров невысока и очень экономична. Тиристоры используются для управления двигателями постоянного и переменного тока. Он также используется для повышения коэффициента мощности и в качестве переключающего устройства, а также в линиях передачи HVDC (High Voltage DC).
Тиристоры снизили стоимость разработки приводных систем, сменив акцент с двигателей постоянного тока на двигатели переменного тока. Он заменил электромагнитные системы управления. Он способен выдерживать мощность до 4 МВт (2500 А при 1600 В).
Конструкция тиристора (SCR)
Очевидно, что SCR — это выпрямитель (PN) и переходной транзистор (N-P-N), соединенные вместе, чтобы сформировать устройство PNPN. Все три клеммы взяты из внешнего материала P-типа, известного как анод, второй из внешнего материала n-типа, известного как катод, и третьего из основания, известного как затвор.
Как указывалось ранее, кремний используется для производства SCR из-за его способности выдерживать высокие температуры, высокой теплопроводности и меньшей утечки тока в p-n переходе. Переходы бывают диффузные или легированные. Материалом, используемым для некоторой диффузии p, является алюминий.
Материалом для диффузии n является фосфор. Контакт с анодом осуществляется алюминиевой фольгой через катод, а затвор — металлическим листом. Таблетка PNPN должным образом закреплена вольфрамовой или молибденовой пластиной, чтобы придать ей большую механическую прочность и способность выдерживать большой ток.Одна из пластин очень хорошо припаяна к медной или алюминиевой шпильке с резьбой для крепления к радиатору, что передает внутренние потери окружающей среде. Номинальное напряжение может быть увеличено за счет легирования двух внутренних слоев и увеличения их толщины.
Основные операции тиристора (работа тиристора)
Все тиристоры имеют схожий, если не одинаковый принцип работы. Поскольку все типы тиристоров имеют одинаковые режимы работы, мы будем использовать кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) в качестве примера.
Как упоминалось ранее, тиристор (SCR) представляет собой четырехслойный полупроводник. Он имеет три соединения и выводы, известные как PNP, а соединения — как J ₁, J ₂ и J ₃. Область p — это анод. Область n является катодом, а внутренняя область p называется затвором. Подключение анода к катоду выполнено последовательно с цепью нагрузки.
Устройство остается в состоянии блокировки напряжения до тех пор, пока и на аноде, и на выводах затвора не будет достаточно положительного напряжения, которое может вызвать его включение, в противном случае оно останется выключенным.Если устройство включено, чтобы вернуть его в состояние блокировки напряжения (выключено), стробирующий сигнал должен быть устранен, а анодный ток уменьшен до нуля, так что ток будет течь только в одном направлении. Каждый слой тиристора состоит из носителей заряда.
Эти носители диффундируют до тех пор, пока не нарастает напряжение, препятствующее дальнейшей диффузии носителей заряда. Некоторые носители обладают достаточной энергией, чтобы пересечь барьер, создаваемый противоположным электрическим полем на каждом стыке.
Типы тиристоров
Тиристоры бывают разных типов.Ниже приведены несколько и наиболее часто встречающиеся устройства, а именно;
Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
Запорный тиристор (GTO) и Коммутируемый тиристор со встроенным затвором (IGCT)
Mos-управляемый тиристор (MCT)
Тиристор статической индукции (SITh)
TRIAC: триод для переменный ток — двунаправленное переключающее устройство, которое содержит две тиристорные структуры с общим контактом затвора.
ETO: тиристор выключения эмиттера.
DIAC: Устройство запуска с двунаправленным переключением.
SIDAC: Устройство переключения с двусторонним переключением.И т.д.
Характеристики тиристоров
Зная, что тиристоры не имеют движущихся частей, они не издают шумных звуков во время работы. Он имеет высокую скорость переключения (из состояния прямой проводимости обратно в состояние отсутствия проводимости, то есть состояние прямой блокировки). Стоимость обслуживания невысока, размер и вес невелик. Тиристор может работать очень долго без неисправностей, он также способен выдерживать большой ток.
Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
Как следует из термина, SCR — это управляемый выпрямитель, который изготовлен из кремниевого полупроводникового материала, который имеет третий вывод, в основном, для управления напряжением. Кремний был выбран для конструкции SCR из-за его способности выдерживать высокую мощность, а также высокую температуру. Режим работы SCR отличается от режима работы диода из-за третьего вывода, известного как затвор, обозначенного K.
Затвор определяет, когда схема переключается с разомкнутого на короткое замыкание.Устройство выполнено из кремния, потому что в кремнии утечка тока минимальна по сравнению с германием.
Разница между тиристорами и транзисторами
Серийный номер Тиристоры Транзисторы
1 4-слойные или более слоев , 2 соединительных устройства
2 Очень быстрый отклик Быстрый отклик
3 Очень высокочастотный Высокочастотный
4 Очень высоконадежный Высоконадежный 5 Очень малое падение напряжения Малое падение напряжения
6 Очень долгий срок службы Длительный срок службы
7 Очень малое, чтобы варьироваться большая номинальная мощность Номинальная мощность от малого до среднего
8 Требуется только небольшой импульс для запуска, а затем Работа в проводящем статике Требуется постоянный ток, чтобы оставаться в проводящем статике
9 Очень низкое энергопотребление Низкое энергопотребление
10 Высокие возможности управления Низкие возможности управления
11 Очень малое время включения и выключения Очень маленькое время включения и выключения
Применение и использование тиристоров и SCR

Ниже приведены применения SCR & тиристоры;
Вы также можете прочитать:
Что такое тиристор? Определение, типы, работа, характеристика и применение тиристора
Определение : Тиристор (SCR) — это полупроводниковое устройство, которое выполняет как переключение, так и выпрямление.Это 4-слойное устройство с 3-мя переходами, образованное комбинацией чередующихся полупроводниковых материалов p- и n-типа.
Тиристор — это слово, образованное слиянием thyr atron и trans istor . Поскольку он демонстрирует выпрямляющее действие тиратрона, а также управляемость, как у транзистора. Это трехконтактное устройство: анод, катод и затвор. Для проведения проводимости необходим пусковой импульс затвора. Однонаправленность — важнейшее свойство тиристора.Это означает, что он позволяет току течь просто в одном направлении.
Хотя существует большая классификация тиристоров, тем не менее, SCR ( S ilicon C управляемый R ectifier) считается наиболее важным элементом, принадлежащим к семейству тиристоров. Таким образом, SCR обычно называют тиристором.
Обозначение тиристора
На рисунке ниже представлено символическое изображение тиристора (SCR):
Его символ почти аналогичен обычному диоду, но единственное отличие, которое здесь присутствует, — это наличие клеммы затвора, которая используется для запуска схемы.Как мы уже обсуждали, это трехконтактное устройство, которое включает в себя анодный вывод, катодный вывод вместе с выводом затвора.
Типы тиристоров
Ниже представлены устройства, относящиеся к семейству тиристоров:
Конструкция тиристора
Тиристор представляет собой 4-слойное устройство с 3-мя переходами, которое в основном состоит из кремния в качестве основного материала. Его конструкция почти напоминает обычный транзистор. Но, в отличие от транзистора, он состоит из 4 слоев.Он образован путем соединения двух транзисторов разной конфигурации. Это означает комбинацию одного транзистора PNP и одного транзистора NPN.
На рисунке ниже представлена структура тиристора, имеющего четыре слоя, т.е. P-N-P-N:
Здесь самая нижняя p-область представляет анод, а самая верхняя n-область показывает катодный вывод. Эти две области образуют соединение с катодом и анодным выводом с помощью молибденовых пластин. Таким образом, мы получаем 4-х слойную структуру, состоящую из 3-х стыков.Как мы уже обсуждали, это переключающее устройство, и мы знаем, что переключающее устройство должно обладать очень малым током утечки. Кроме того, кремний демонстрирует меньшее значение тока утечки, чем германий, поэтому он используется при изготовлении SCR.
Тиристор рабочий (работа)
Тиристор (SCR) состоит из двух полупроводниковых материалов p и двух n-типа, таким образом формируя 4-слойную структуру.
На рисунке ниже представлена аналогия с двумя транзисторами или, можно сказать, упрощенная форма тиристора:
Здесь на приведенном выше рисунке ясно показано, что коллектор транзистора первой конфигурации действует как база для второй.Точно так же коллектор второй конфигурации тиристора функционирует как база для первой.
Имеет в основном 3 режима работы, что позволяет нам двигаться дальше, чтобы иметь четкое представление о том, как работает тиристор.
Когда анодная клемма устройства соединена с положительной клеммой батареи, а катод образует соединение с отрицательной клеммой батареи. Затем из-за этого переход J ₀ и J ₂ становится смещенным в прямом направлении, но в то же время это прямое соединение делает переход J ₁ смещенным в обратном направлении.На рисунке ниже четко показано это прямое соединение:
Благодаря прямому смещению разветвитель J ₀ и J ₂ допускает перемещение носителей. Но промежуточный переход J ₁ из-за обратного приложенного потенциала создает широкую область обеднения и блокирует поток основных носителей через нее. Однако через устройство протекает очень небольшой ток утечки из-за движения неосновных носителей. Но этого тока недостаточно для управления схемой.Таким образом, несмотря на наличие прямого напряжения, устройство не проводит. Это известно как режим прямой блокировки, или выключенный режим.
Следующее состояние возникает, когда анодный вывод тиристора соединен с отрицательным выводом батареи, а катод соединен с положительным выводом батареи.
Это вызывает обратное смещение перехода J ₀ и J ₂, но в то же время из-за такого питания переход J ₁ переходит в состояние прямого смещения.Таким образом, смещенный в обратном направлении переход J ₀ и J ₂ не позволяет протеканию тока. Следовательно, через устройство протекает очень небольшой обратный ток, то есть ток утечки. Это состояние устройства известно как режим обратной блокировки, или выключенное состояние.
Далее фактический режим работы тиристора возникает при подаче на него внешнего управляющего импульса. Здесь на анод и затвор по отношению к катоду подается достаточное положительное напряжение.
На приведенном выше рисунке мы можем ясно видеть, что прямое напряжение подается на вывод затвора по отношению к выводу катода. Теперь, в этом случае, разветвление J ₀, J ₁ и J ₂ все находится в состоянии прямого смещения. Таким образом, основные носители начинают уходить в коллекторную область транзистора Q ₁. А как известно, коллектор Q ₁ образует соединение с базой транзистора Q ₂. Этот базовый ток управляет транзистором Q ₂.Кроме того, переход смещен в прямом направлении, поэтому большинство носителей перемещаются к коллектору Q ₂. Таким образом, через устройство протекает большой ток. Таким образом, при подаче импульса запуска затвора через тиристор протекает большой электрический ток. Это состояние называется режимом прямой проводимости .
Теперь, даже если мы уберем напряжение затвора, это кумулятивное действие также будет иметь место, и ток будет течь через устройство, когда достигнет минимального значения. Этот минимальный ток известен как , ток фиксации .
Теперь возникает вопрос, что нужно сделать, чтобы тиристор выключился, когда он включился?
Итак, ответ на поставленный выше вопрос заключается в уменьшении анодного тока до минимального значения, которое называется , удерживающий ток . Таким образом, снижение анодного напряжения снова переведет тиристор в режим прямой блокировки.
Характеристическая кривая тиристора
На рисунке ниже представлена характеристическая кривая тиристора:
Здесь на рисунке четко показаны 3 зоны работы тиристора.Как и в случае прямого приложенного напряжения первоначально, когда импульс запуска затвора не применяется, устройство работает в области прямой блокировки. Но, поскольку импульс запуска затвора также предоставляется вместе с прямым напряжением, он вызывает большой ток через устройство. Это представляет собой область прямой проводимости.
При наличии обратного напряжения через устройство протекает только обратный ток утечки. Но после определенного обратного напряжения устройство испытывает лавинный пробой, и это напряжение называется напряжением обратного пробоя устройства.
Статическая характеристика тиристора
Тиристор — это устройство с регулируемым током . Поскольку большой анодный ток контролируется небольшим значением тока затвора.
После подачи запускающего импульса устройство работает как выпрямитель.
Даже если подается импульс запуска, устройство не работает в режиме обратного смещения.
Если анодный ток один раз превышает ток фиксации, то снятие импульса затвора не приводит к отключению тиристора.
Правильная проводимость через устройство имеет место только тогда, когда анодный ток превышает ток удержания.
Применение тиристора
В системах управления : Они широко используются для управления двигателями переменного и постоянного тока.
В линиях передачи : Использование тиристоров в линиях передачи улучшает их коэффициент мощности.
При переключении приложений : поскольку они обладают огромной способностью переключаться между включенным и выключенным состоянием.Таким образом, в основном используется в коммутационных приложениях.
В передаче высокого напряжения постоянного тока : Тиристоры теперь стали неотъемлемой частью линий передачи высокого напряжения.
Ключевые термины, относящиеся к тиристору
Ток фиксации : Ток фиксации — это минимальный ток, который протекает через устройство в состоянии прямого смещения. Как только устройство достигает этого конкретного значения, устройство полностью начинает проводить ток даже после удаления стробирующего импульса.
Этот ток связан с процессом включения тиристора. Его значение в два или три раза превышает ток удержания.
Ток удержания : Ток удержания — это минимальный ток, который протекает через устройство в прямом направлении, но ниже этого конкретного значения устройство прекращает проводить. Этот ток связан с отключением процесса тиристора.
Тиристоры из-за их переключающего действия и выпрямительной способности широко используются в силовых полупроводниковых устройствах.Они в основном используются в релейных и фазовых системах управления.
Все о тиристорах — Innova Enterprises
Что такое тиристоры?
Тиристор — это одно из нескольких управляемых полупроводниковых устройств, которые могут действовать как переключатель, выпрямитель или как регулятор напряжения.
Тиристор — твердотельный аналог тиратронной вакуумной лампы. Название «тиристор» — это сочетание двух слов — тиратрон и транзистор. Тиристор работает как транзистор.Он состоит из трех электродов: затвора, анода и катода. Затвор действует как управляющий электрод. Когда небольшой ток течет в затвор, он позволяет большему току течь от анода к катоду. Тиристор может быть переключен из состояния блокировки (высокое напряжение, низкий ток) в проводящее состояние (низкое напряжение, высокий ток) с помощью подходящего импульса затвора. Прямая проводимость блокируется до тех пор, пока на клемму затвора не будет подан внешний положительный импульс. Тиристор нельзя отключить от затвора.
Обычно два или более тиристора собираются в тиристорный модуль. Основание этого типа блока не является электрически активным, поэтому его можно установить непосредственно на радиатор преобразователя. Большие тиристорные блоки обычно имеют дисковый тип для лучшего охлаждения.
Тиристор — Основы
Тиристор — это четырехслойный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся материалов типа P и N (PNPN). Четыре уровня действуют как бистабильные переключатели. Пока напряжение на устройстве не изменилось (то есть они смещены в прямом направлении), тиристоры продолжают проводить электрический ток.
Самый распространенный тип тиристоров — это кремниевый выпрямитель (SCR). Когда катод заряжен отрицательно относительно анода, ток не течет до тех пор, пока на затвор не будет подан импульс. Затем SCR начинает проводить и продолжает проводить до тех пор, пока напряжение между катодом и анодом не изменится на противоположное или не упадет ниже определенного порогового значения
. Используя этот тип тиристора, можно переключать или контролировать большие мощности с помощью небольшого пускового тока или напряжения.
Использование тиристоров
Чаще всего тиристоры используются в цепях переменного тока.В цепи переменного тока прямой ток падает до нуля в течение каждого цикла, поэтому всегда будет функция отключения. Однако это означает, что гейт необходимо запускать каждый цикл, чтобы снова включить его. Именно в относительной синхронизации этих двух функций тиристор играет наиболее важную роль, то есть регулирование мощности. Тиристоры
также используются в регуляторах скорости двигателя, регуляторах освещенности, системах контроля давления и регуляторах уровня жидкости.
Сегодня тиристоры производятся и продаются в виде модулей вплоть до 570 ампер.Также доступны дискретные формы, такие как шпильки и диски, до тех пор, пока в отрасли не доминируют модули на 570 А.
Тиристоры (SCR)
Изучив этот раздел, вы должны уметь:
Распознать типичные пакеты SCR:
Опишите типичную конструкцию SCR:
Изучите типовые диаграммы характеристик SCR:
Ознакомьтесь с соображениями безопасности при демонстрации SCR.
Тиристорные блоки (SCR)
Рис. 6.0.1 Типичные пакеты SCR
Тиристор — это общее название ряда высокоскоростных переключающих устройств, часто используемых при управлении мощностью переменного тока и переключении переменного / постоянного тока, включая симисторы и тиристоры (выпрямители с кремниевым управлением). SCR — это очень распространенный тип тиристоров, и несколько примеров распространенных корпусов SCR показаны на рисунке 6.0.1. Доступны многие типы, которые могут переключать нагрузку от нескольких ватт до десятков киловатт.Условное обозначение схемы SCR показано на рисунке 6.0.2. и предполагает, что SCR действует в основном как КРЕМНИЙНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ диод с обычными соединениями анода и катода, но с дополнительной клеммой CONTROL, называемой GATE. Отсюда и название выпрямитель с кремниевым управлением.
Триггерное напряжение, приложенное к затвору, когда анод более положительный, чем катод, включает тиристор, чтобы позволить току течь между анодом и катодом. Этот ток будет продолжать течь, даже если триггерное напряжение будет снято, пока ток между анодом и катодом не упадет почти до нуля из-за внешних воздействий, таких как отключение цепи, или форма волны переменного тока, проходящая через нулевое напряжение как часть его цикл.
Рис. 6.0.2 Типовое обозначение конструкции и схемы SCR

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
SCR, в отличие от обычных двухслойных выпрямителей с PN-переходом, состоят из четырех слоев кремния в структуре P-N-P-N, как это видно на изображении SCR в разрезе на рис. 6.0.2. Добавление затвора к этой структуре позволяет переключать выпрямитель из непроводящего состояния с прямой блокировкой в состояние с низким сопротивлением и прямой проводимостью (см.также рис.6.0.3). Таким образом, небольшой ток, приложенный к затвору, может включить гораздо больший ток (также при гораздо более высоком напряжении), приложенный между анодом и катодом. Когда SCR проводит, он ведет себя как обычный кремниевый выпрямитель; ток затвора может быть удален, и устройство останется в проводящем состоянии.
SCR приводится в действие путем подачи запускающего импульса на вывод затвора, в то время как выводы основного анода и катода смещены в прямом направлении. Когда устройство смещено в обратном направлении, стробирующий импульс не действует.Чтобы выключить SCR, ток между анодом и катодом должен быть уменьшен ниже определенного критического значения «тока удержания» (близкого к нулю).
Обычно тиристоры применяются в коммутации мощных нагрузок. Они являются переключающим элементом во многих домашних регуляторах освещенности, а также используются в качестве элементов управления в регулируемых или регулируемых источниках питания.
Рис. 6.0.3 Характеристики SCR
Характеристики SCR
На рис. 6.0.3 показана типичная характеристическая кривая для SCR.Видно, что в области обратной блокировки он ведет себя аналогично диоду; весь ток, за исключением небольшого тока утечки, блокируется до тех пор, пока не будет достигнута область обратного пробоя, и в этот момент изоляция из-за истощенных слоев на переходах разрушится. В большинстве случаев обратный ток, протекающий в области пробоя, может разрушить тиристор.
Однако, когда SCR смещен в прямом направлении, в отличие от обычного диода, ток не начинает течь, когда чуть больше 0.При подаче напряжения 6В не течет никакой ток, кроме небольшого тока утечки. Это называется режимом прямой блокировки, который распространяется на сравнительно высокое напряжение, называемое «прямое напряжение переключения». SCR обычно работает при напряжениях, значительно меньших, чем перенапряжение прямого прерывания, поскольку любое напряжение, превышающее перенапряжение прямого прерывания, приведет к неконтролируемой проводимости SCR; затем SCR внезапно показывает очень низкое прямое сопротивление, позволяя протекать большому току.Этот ток «фиксируется» и будет продолжать течь до тех пор, пока либо напряжение на аноде и катоде не упадет до нуля, либо прямой ток не снизится до очень низкого значения, меньшего, чем «ток удержания», показанный на рис. 6.0.3. . Однако прямой разрыв по проводимости может произойти, если SCR используется для управления напряжением переменного тока (например, от сети или сети), и возникает внезапный всплеск напряжения, особенно если он совпадает с пиковым значением переменного тока (или близок к нему). Если SCR случайно переведен в состояние прямого прерывания, это может вызвать внезапный, но кратковременный скачок максимального тока, который может иметь катастрофические последствия для других компонентов в цепи.По этой причине часто обнаруживается, что в SCR есть какой-либо метод подавления выбросов, включенный либо в конструкцию SCR, либо в качестве внешних компонентов, обычно называемых «демпфирующей схемой».
Правильный способ инициирования включения SCR — это подать ток на затвор SCR, пока он работает в «области прямой блокировки», затем SCR «срабатывает», и его прямое сопротивление падает до очень высокого уровня. низкая стоимость. Это создает «ток фиксации», который из-за низкого прямого сопротивления SCR в этом режиме позволяет очень большим (несколько ампер) токам протекать в «прямой проводящей области» без каких-либо изменений прямого напряжения (примечание что характеристическая кривая после срабатывания тринистора практически вертикальна).В этой области будет течь ток, который может изменяться, но если прямой ток упадет ниже значения «удерживающего тока» или напряжение между анодом и катодом снизится почти до 0 В, устройство вернется в область прямой блокировки, эффективно поворачивая выпрямитель. выключен, пока он не сработает еще раз. Использование затвора для запуска проводимости таким образом позволяет управлять проводимостью, что позволяет использовать SCR во многих системах управления переменного и постоянного тока.
Рис. 6.0.4 Двухтранзисторная модель SCR
Как работает SCR
Двухтранзисторная модель SCR
Фактическую работу SCR можно описать, обратившись к рис.6.0.4 (a) и (b), где показаны упрощенные схемы структуры SCR с помеченными P- и N-слоями и переходами. Чтобы понять работу SCR, четыре уровня SCR теоретически можно представить себе как небольшую схему, состоящую из двух транзисторов (один PNP и один NPN), как показано на рис. 6.0.4 (b). Обратите внимание, что слой P2 образует как эмиттер Tr1, так и базу Tr2, а слой N1 формирует базу Tr1 и коллектор Tr2.
Состояние «выключено»
На рис.6.0.4 (c), при отсутствии сигнала затвора и затворе (g) с тем же потенциалом, что и катод (k), любое напряжение (меньше, чем перенапряжение прямого размыкания), приложенное между анодом (a) и катодом (k ), так что анод положительный по отношению к катоду не будет создавать ток через SCR. Tr2 (NPN-транзистор) имеет 0В, приложенное между базой и эмиттером, поэтому он не будет проводить, и поскольку его напряжение коллектора обеспечивает базовое возбуждение для Tr1 (PNP-транзистор), его переход база / эмиттер будет смещен в обратном направлении.Таким образом, оба транзистора выключены, и между анодом и катодом SCR не будет протекать ток (кроме небольшого обратного тока утечки), и он работает в области прямой блокировки.
Запуск SCR
Когда SCR работает в области прямой блокировки (см. Характеристики SCR на рис. 6.0.3), если затвор и, следовательно, база Tr2, см. Рис. 6.0.4 (c), становятся положительными по отношению к катоду (также эмиттер Tr2) путем применения стробирующего импульса, так что небольшой ток, обычно от нескольких мкА до нескольких мА в зависимости от типа тринистора, вводится в базу Tr2, Tr2 включается, и напряжение на его коллекторе падает.Это вызовет протекание тока в PNP-транзисторе Tr1 и быстрое повышение напряжения на коллекторе Tr1 и, следовательно, на базе Tr2. Базовый эмиттерный переход Tr2 станет еще более смещенным вперед, быстро включив Tr1. Это увеличивает напряжение, прикладываемое к базе Tr2, и сохраняет проводимость Tr2 и Tr1, даже если исходный стробирующий импульс или напряжение, которые запустили процесс включения, теперь удаляются. Теперь между слоями анода P1 (a) и катода N2 (k) будет протекать большой ток.
Сопротивление между анодом и катодом падает почти до нуля, так что теперь ток тринистора ограничивается только сопротивлением любой цепи нагрузки.Описанное действие происходит очень быстро, поскольку включение Tr2 с помощью Tr1 является формой положительной обратной связи, когда каждый коллектор транзистора подает большие изменения тока на базу другого.
Поскольку коллектор Tr1 подключен к базе Tr2, действие включения Tr1 фактически подключает базу Tr2 (вывод затвора) к высокому положительному напряжению на аноде (a). Это гарантирует, что Tr2 и, следовательно, Tr1 остаются проводящими, даже когда стробирующий импульс удален. Чтобы выключить транзисторы, напряжение на аноде (a) и катоде (k) должно иметь обратную полярность, как это произошло бы в цепи переменного тока в то время, когда положительный полупериод волны переменного тока достигал 0 В, прежде чем стать отрицательным. на вторую половину цикла или в цепи постоянного тока ток, протекающий через тиристор, отключается.В любом из этих случаев ток, протекающий через тиристор, будет снижен до очень низкого уровня, ниже уровня удерживающего тока (показанного на рис. 6.0.3), поэтому переходы база-эмиттер больше не имеют достаточного прямого напряжения для поддержания проводимости.
Рис. 6.0.5 Низковольтное питание SCR
Демонстрация работы SCR
Поскольку SCR обычно используются для управления мощными высоковольтными нагрузками, это представляет значительный риск поражения электрическим током для пользователей в любых экспериментальных или образовательных средах.Однако схемы, описанные на следующих веб-страницах Модуля 6, предназначены для демонстрации различных методов управления, используемых с тиристорами с использованием переменного тока низкого напряжения (12 В, _RMS,), как показано на рис. 6.0.5, вместо того, чтобы подвергать пользователя опасностям. использования сетевого (линейного) напряжения. Обратите внимание, что схемы, показанные в этом модуле, предназначены только для демонстрации низкого напряжения, а не как рабочие схемы управления для сетевых (линейных) цепей. Для реальных рабочих примеров вы должны обратиться к инструкциям по применению, выпущенным производителями SCR.
Часть схемы, содержащая SCR (SCR C106M), вместе с токоограничивающим резистором 33R и лампой 12 В 100 мА, построена на небольшом куске Veroboard (прототипной платы), который можно легко прикрепить к макетной плате с помощью ‘Blu Tack ‘или аналогичный временный клей, позволяющий экспериментально конструировать различные схемы управления на макетной плате. На SCR подается переменный ток через двухполюсный переключатель и изолирующий трансформатор с 230 В на 12 В (идеален небольшой медицинский изолирующий трансформатор) с предохранителем 250 мА во вторичной цепи, все они размещены в коробке с двойной изоляцией.
Рис. 6.0.6 Низковольтные цепи питания тиристоров
Мостовой выпрямитель находится в отдельном изолированном корпусе с резистором с проволочной обмоткой 1K8, подключенным к выходу, чтобы обеспечить постоянную нагрузку. Это гарантирует, что формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямленного выхода 12 В могут быть надежно отображены на осциллографе. Эти отдельные схемы, показанные на рис. 6.0.6, просто сконструированы и представляют собой полезный набор для демонстрации и экспериментов с различными типами SCR или работы источника питания при низком напряжении.
.