Что такое тиристор и как он работает. Какие бывают виды тиристоров. Для чего используются тиристоры в электронике и электротехнике. Каковы основные характеристики и параметры тиристоров.
Что такое тиристор и его основные особенности
Тиристор — это полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями: закрытым (низкая проводимость) и открытым (высокая проводимость). Основные особенности тиристора:
- Имеет нелинейную вольт-амперную характеристику с участком отрицательного дифференциального сопротивления
- Может резко переключаться между закрытым и открытым состоянием
- После открытия остается в проводящем состоянии даже при снятии управляющего сигнала
- Закрывается при снижении тока ниже тока удержания
- Управляется внешним воздействием — напряжением, током или светом
Благодаря этим свойствам тиристор часто используется как электронный выключатель для управления мощной нагрузкой слабыми сигналами.
Структура и принцип действия тиристора
Базовая структура тиристора представляет собой четырехслойный полупроводник p-n-p-n типа с тремя p-n-переходами. Крайние области называются анодом и катодом, а внутренние — базами. Принцип действия основан на регенеративном процессе:
- При подаче прямого напряжения средний p-n-переход смещен в обратном направлении и блокирует ток
- При увеличении напряжения или подаче управляющего сигнала начинается инжекция носителей заряда через крайние переходы
- Это приводит к лавинообразному нарастанию тока и переключению тиристора в открытое состояние
- Открытый тиристор имеет малое сопротивление и пропускает большой ток
Для закрытия тиристора необходимо снизить протекающий ток ниже тока удержания.
Основные виды тиристоров
Существует несколько разновидностей тиристоров, различающихся по структуре и способу управления:
Динистор
Простейший тиристор без управляющего электрода. Переключается при достижении напряжения пробоя.
Тринистор
Имеет управляющий электрод, позволяющий включать прибор подачей управляющего импульса. Наиболее распространенный вид тиристоров.
Симистор
Симметричный тиристор, способный проводить ток в обоих направлениях. По структуре аналогичен двум встречно-параллельным тринисторам.
Запираемый тиристор
Может не только включаться, но и выключаться по сигналу на управляющем электроде.
Фототиристор
Управляется световым излучением вместо электрического сигнала.
Вольт-амперная характеристика тиристора
ВАХ тиристора имеет несколько характерных участков:
- Участок прямого запирания с высоким сопротивлением
- Точка переключения при достижении напряжения включения
- Участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением
- Участок прямой проводимости с малым сопротивлением
- Участок обратного запирания
- Участок обратного пробоя
Наличие участка с отрицательным сопротивлением обеспечивает резкое переключение тиристора между закрытым и открытым состояниями.
Основные параметры и характеристики тиристоров
Важнейшими параметрами тиристоров являются:
- Максимально допустимый прямой и обратный ток
- Максимальное прямое и обратное напряжение
- Напряжение включения
- Ток удержания
- Время включения и выключения
- Критическая скорость нарастания тока и напряжения
- Управляющий ток и напряжение
- Тепловые характеристики
Современные тиристоры могут коммутировать токи до 10 кА при напряжениях до нескольких кВ. Время переключения составляет единицы микросекунд.
Применение тиристоров в электронике и электротехнике
Благодаря способности управлять большой мощностью с помощью слабых сигналов, тиристоры широко используются в силовой электронике и преобразовательной технике:
- Управляемые выпрямители
- Инверторы
- Регуляторы переменного напряжения
- Устройства плавного пуска двигателей
- Импульсные источники питания
- Системы зажигания автомобилей
- Управление электроприводом
- Коммутационная аппаратура
Тиристоры позволяют создавать высокоэффективные преобразователи электроэнергии с КПД до 99%.
Преимущества и недостатки тиристоров
Основные достоинства тиристоров:
- Высокая перегрузочная способность по току
- Малые потери в открытом состоянии
- Высокий КПД
- Простота управления
- Высокая надежность
К недостаткам можно отнести:
- Невозможность работы на высоких частотах
- Сложность выключения (для обычных тиристоров)
- Чувствительность к скорости нарастания тока и напряжения
Несмотря на недостатки, тиристоры остаются одними из самых распространенных силовых полупроводниковых приборов.
Особенности применения тиристоров в схемах
При использовании тиристоров в электронных схемах необходимо учитывать ряд особенностей:
- Необходимость ограничения dI/dt и dU/dt для предотвращения самопроизвольного включения
- Обеспечение надежного выключения за счет снижения тока ниже тока удержания
- Защита от перенапряжений при выключении индуктивной нагрузки
- Расчет теплового режима для мощных тиристоров
- Правильный выбор параметров управляющих импульсов
Соблюдение этих правил позволяет создавать надежные и эффективные устройства на тиристорах.
Перспективы развития тиристорной техники
Несмотря на появление новых типов силовых полупроводниковых приборов, тиристоры продолжают совершенствоваться. Основные направления развития:
- Увеличение рабочих токов и напряжений
- Уменьшение времени переключения
- Повышение устойчивости к dI/dt и dU/dt
- Создание новых типов управляемых тиристоров
- Интеграция защитных и управляющих цепей
Это позволит расширить области применения тиристоров и повысить эффективность устройств на их основе.
Симистор | это… Что такое Симистор?
Обозначение на схемах Эквивалентная схема симистора Фото современных симисторовСимиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тринистора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.
Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзисторa). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки происходит вблизи моментов времени, когда напряжение на основных электродах симистора меняет полярность (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).
Симистор был изобретен в г. Саранске на заводе «Электровыпрямитель» в 1962-1963 г. начальником конструкторского бюро Василенко Валентиной Стефановной. Запатентован в СССР с приоритетом от 22 июня 1963 года, на полгода ранее, чем в США[1].
Содержание
|
Структура
Симистор имеет пятислойную структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы (см. рис.) из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.
Управление
Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток.
Ограничения
При использовании симистора накладываются ограничения, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dU/dt) между основными электродами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt. Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. Превышение скорости нарастания тока между основными электродами, а также величины этого тока, может привести к повреждению симистора. Существуют и другие параметры, на которые накладываются ограничения в соответствии с предельно-допустимыми режимами эксплуатации. К таким параметрам относятся ток и напряжение управляющего электрода, температура корпуса, рассеиваемая прибором мощность и пр.
Опасность превышения по скорости нарастания тока заключается в следующем. Благодаря глубокой положительной обратной связи переход симистора в открытое состояние происходит лавинообразно, но, несмотря на это, процесс отпирания может длиться до нескольких микросекунд, в течение которых к симистору оказываются приложены одновременно большие значения тока и напряжения. Поэтому, даже несмотря на то, что падение напряжения на полностью открытом симисторе невелико, мгновенная мощность во время открывания симистора может достигнуть большой величины. Это сопровождается выделением тепловой энергии, которая не успевает рассеяться и может привести к перегреву и повреждению кристалла.
Одним из способов защиты симистора от выбросов напряжения при работе с индуктивной нагрузкой является включение варистора параллельно основным выводам симистора. Для защиты симистора от превышения скорости изменения напряжения применяют так называемую снабберную цепочку (RC-цепь), подключаемую аналогично.
Примечания
- ↑ История завода «Электровыпрямитель».
Ссылки
- Симисторы: от простого к сложному
- сайт «паяльник»
- сайт завода «Электровыпрямитель».
Литература
- 1. Э.Кадино «Цветомузыкальные установки» -М.: ДМК Пресс, 2000.
- 2. Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104).
Тиристор. Материал для урока. | Статья на тему:
Тиристор.
Материал для урока.
Подготовил Евдокимов П.Е., преподаватель физики и электротехники.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 августа 2011; проверки требуют.
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 вольтамперную 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, называемых также диаками (от англ. diac), 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 Ih.
- 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 Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше Wn1) 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 VBF (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.
Двух транзисторная модель
Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используется двух транзисторная 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 IE, коллектора IC и базы IB и статическим коэффициентом усиления по току α1 p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где IСо— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.
Рис. 4. Двух транзисторная 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 Ig 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 IB1 = (1 — α1)IA — ICo1. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора. Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления α2 равен IC2 = α2IK + ICo2.
Приравняв IB1 и IC2, получим (1 — α1)IA — ICo1 = α2IK + ICo2. Так как IK = IA + Ig, то
Рис. 5
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
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: VAK = 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 VAK = (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…
Отличие динистора от тринистора
Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если включение динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение включения 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.
Выключение тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения Ih, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом. В настоящее время разработан целый класс запираемых тиристоров, которые переходят в закрытое состояние после подачи на управляющий электрод напряжения отрицательной полярности.
Симистор
Симистор (симметричный тринистор) представляет собой тиристор, по своей структуре подобный двум встречно-параллельным тринисторам. 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
- Электронные ключи
- Управляемые выпрямители
- Преобразователи (инверторы)
- Регуляторы мощности (триммеры)
- CDI
в кембриджском словаре английского языка
Примеры тиристора
тиристора
В первичной низковольтной цепи это тиристорные выключатели ; во вторичной высоковольтной цепи — газовый разрядник.Из Кембриджского корпуса английского языка
Эти стабилизаторы основаны на автотрансформаторе, который управляется двумя наборами тиристорных пакетов . FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
12 тиристорных вентилей с каждой стороны расположены в обычном двенадцатимпульсном мосту. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Wikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Тиристор не является пропорциональным устройством, как транзистор. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
В некоторых приложениях это делается переключением второго тиристор для разряда конденсатора в катод первого тиристора . FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
В этой конфигурации грубое регулирование напряжения обеспечивается конденсаторами; тиристор -управляемый реактор должен обеспечивать плавное регулирование. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Более плавное управление и большая гибкость могут быть обеспечены с помощью тиристор -управляемый конденсатор коммутацией. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Тиристорный клапан обычно устанавливается в специально построенном вентилируемом здании или модифицированном транспортном контейнере. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
В твердотельном реле вместо соленоида используется тиристор или другое твердотельное переключающее устройство, активируемое управляющим сигналом, для переключения управляемой нагрузки. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Это были первые тиристорные клапаны серии , в которых водно-гликолевая смесь использовалась непосредственно внутри клапана без отдельного вторичного контура охлаждения. FromWikipedia
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован под лицензией CC BY-SA.
Он эквивалентен тиристору с отключенным затвором. ОтВикипедия
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.
Положительное напряжение на выводе затвора по отношению к катоду переводит тиристор во включенное состояние. ОтВикипедия
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.
Каждая башня тиристор имеет 2 функции клапана и состоит из 8 модулей тиристор , которые расположены друг над другом. ОтВикипедия
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.
Более поздняя, модернизированная серия, подсерия 3xx, включает тиристор , селектор напряжения и бортовой компьютер. ОтВикипедия
Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.
Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Кембриджского словаря, издательства Кембриджского университета или его лицензиаров.
Переводы тиристора
на китайском (традиционный)
(電子)閘流電晶體,閘流體…
Подробнее
на китайском (упрощенном)
(电子)晶闸管…
Подробнее
на португальском языке
тиристор…
Увидеть больше
на других языкахна польском
тиристор…
Узнать больше
Нужен переводчик?
Получите быстрый бесплатный перевод!
Как произносится тиристор ?
Обзор
тимидин БЕТА
тимин БЕТА
вилочковая железа
щитовидная железа
тиристор
щитовидно-подъязычный
щитовидная железа
щитовидная железа)
узел щитовидной железы
Тиристор – Википедия
ТиристорТиристор ist die Bezeichnung für ein Bauteil in der Elektrotechnik. Es ist ein Kofferwort aus den beiden Bezeichnungen Thyratron и Transistor . [1]
Ein Thyristor ist ein Halbleiterbauelement, das aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist. Thyristoren sind einschaltbare Bauelemente, das heißt, sie sind im Ausgangszustand nichtleitend und können durch einen kleinen Strom an der Gate-Elektrode eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gatestrom leitend. Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten eines Mindeststroms, des sogenannten Haltestroms.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Aufbau und Funktionsweise
- 1.1 Allgemeines
- 1,2 Айншальтен
- 1,3 Абсхальтен
- 2 Geschichte
- 3 варианта
- 4 Gehäusebauformen und Leistungsbereiche
- 5 Айнзатцгебите
- 5.1 Кляйне Лейстунг
- 5.2 Митлере Ляйстунг
- 5.3 Хоэ Ляйстунг
- 6 дюймов или
- 7 Литература
- 8 Веб-ссылки
- 9 Айнцельнахвайзе
Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]
Der Thyristor hat drei pn-Übergänge in der Folge pnpn . Wie eine Diode hat er eine Anode und eine Kathode, im Vergleich zur Diode kommt noch ein Gate-Anschluss dazu.
Im Grundzustand ist der Thyristor in beiden Richtungen sperrend. In Durchlassrichtung sperrt er bis zu einer bestimmten Zündspannung ( Nullkippspannung für eine Gate-Kathoden-Spannung von 0 V ). Durch einen Positiven Stromimpuls am Gate kann er auch unterhalb der Zündspannung in den leitenden Zustand geschaltet werden. In Sperrrichtung sperrt er den Strom wie eine normale Diode.
Es gibt mehrere Möglichkeiten der Zündung:
- Конвенционель
- Steuerstrom (ein Positiver Strom oder Stromimpuls am Gate),
- Lichtzündung (Фототиристор)
- Нетрадиционная, самая необычная
- Überschreiten der Nullkippspannung (Überkopfzündung bzw. Breakover). Ну zulässig beim sogenannten Dynistor , einer speziellen Bauform thyristor, welche die Überkopfzündung erlaubt und das Nachfolgebauelement der ehemaligen Shockley-Diode darstellt.
- Überschreiten der zulässigen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
- Temperaturerhöhung
Практический тиристор als steuerbare Diode eingesetzt.
Einschalten[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]
So funktioniert ein Тиристор: 1. Lampe ist aus, 2. Strom rechts ein, 3. Schaltstrom Links, 4. Lampe leuchtet.Durch Strominjektion in die dritte Schicht (Ansteuerung am Gate) kann der Thyristor gezündet (leitfähig geschaltet) werden. Voraussetzung dafür ist eine положительный Spannung zwischen Anode und Kathode sowie ein Mindeststrom durch die mittlere Sperrschicht. Charakteristisch für den Einschaltvorgang des Tyristors ist dabei, dass der Vorgang durch eine Mitkopplung unterstützt wird. Der Ablauf des Einschaltvorgangs ist daher – im Gegensatz zu anderen Leistungshalbleitern – nicht über das Gate in der Geschwindigkeit zu beeinflussen. Problematisch ist die Stromdichte in der dritten Schicht beim Zündvorgang. Beim Injizieren der Elektronen wird die Schicht an der Eintrittsstelle leitend. Bis die gesamte Siliziumfläche leitend ist, konzentriert sich der Strom auf den schon leitenden Bereich, in dem die gesamte Verlustleistung umgesetzt wird. Dabei kann die Verlustleistungsdichte den zulässigen Wert überschreiten und zu örtlichen Temperaturerhöhungen über die Diffusionstemperatur oder gar die Schmelztemperatur (1683 K) des Siliziums hinaus führen. Deshalb ist es wichtig, dass die Stromanstiegsgeschwindigkeit (kritische Stromsteilheit) einen gewissen Wert nicht übersteigt, was jedoch in den meisten Fällen durch Induktivitäten der Last und der Leitungen sichergestellt ist. Soll eine kapazitive Last geschaltet werden, muss die Stromanstiegsgeschwindigkeit ggf. durch Zusatzmaßnahmen begrenzt werden. Bei stark induktiven Lasten hedgegen eilt der Stromanstieg dem Spannungsanstieg nach. Es kann daher dazu kommen, dass unmittelbar nach Erlöschen des Zündimpulses der sogenannte Einraststrom noch nicht erreicht wird, darunter versteht man den Mindestwert des Stromes, welcher durch den Thyristor fließen muss, damit dieser beim Einsch alten auch ohne Gatestrom leitfähig bleibt. Das führt zu undefinierten Schaltvorgängen, welche auch von (mit Triacs arbeitenden) Wechselstromdimmern (Phasenanschnittsteuerung) her bekannt sind, dabei kann man oft ein Flackern von derart gesteuerten Lampen im unteren Lastbereich beobachten. Um den Effekt zu vermeiden, wird ein Snubber-Netzwerk eingesetzt, darunter versteht man ein RC-Glied (Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators, typische Werte: 470 Ω und 100 nF), welches zwischen Anode und Kathode der Thyristorstreck e geschaltet wird. Beim Zünden entlädt sich der Kondensator über den Widerstand und den Thyristor und stellt damit für kurze Zeit einen kleinen Strom zur Verfügung, um den Einraststrom zu überschreiten. Часто можно найти человека в Thyristorschaltungen auch eine в серии geschaltete Drosselspule zur Funkentstörung.
Абсхалтен[Медвежатник | Quelltext bearbeiten]
Gelöscht (также in den Sperrzustand versetzt) wird der Thyristor entweder durch Unterschreiten des Haltestroms (англ. Holding Current ), was im Allgemeinen beim Abschalten oder Umpolen der Spannung im Laststromkreis oder beim Strom-Nulldurchgang des Lastkreises (z. B. im Gleichrichter) geschieht, oder durch Umpolen in die Sperrrichtung. Die Geschwindigkeit dieses Vorgangs wird durch die Freiwerdezeit t q begrenzt, die erforderlich ist, damit der Thyristor nach Beendigung der Stromleitungsphase wieder seine volle Steuer- und Sperrfähigkeit erhält. Diese wird erst wieder erlangt, wenn die dafür maßgebende mittlere Sperrschicht durch Recombination von Ladungsträgern geräumt ist. Die Freiwerdezeit ist eine Bauteileigenchaft und wird im Datenblatt angegeben. Je nach Typ kann sie 10 bis 400 µs betragen. Die Freiwerdezeit erfordert im Moment des Erlöschens bei induktiven Verbrauchern eine Begrenzung der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, das geschieht ebenso durch das oben erwähnte Snubber-Netzwerk. Andernfalls (die Induktivität führt noch den Haltestrom) kann es zur spontanen Wiederzündung («Über-Kopf-Zünden») коммен. Neuere Thyristoren («бесшумный» тип) sind in der Lage, diesen Spannungsanstieg auch ohne RC-Glied zu bewältigen.
Zu beachten: Der Haltestrom (Holding Current) ist jener Strom, der mindestens durch den leitfähigen Thyristor fließen muss, damit dieser leitfähig bleibt. Währenddessen versteht man unter dem Einraststrom (фиксирующий ток) jenen, der unmittelbar nach Erlöschen des Gate-Impulses fließen muss, damit der Thyristor nicht augenblicklich wieder in den Sperrzustand zurückfällt. Beide Ströme sind Bauteilcharakteristika und werden in den Datenblättern angeführt, manchmal findet man nur den Haltestrom. Der Einraststrom ist immer etwas höher als der Haltestrom, beide liegen aber in derselben Größenordnung (для Kleinleistungsthyristoren typisch unter 100 mA, für große Scheibenthyristoren einige 100 mA).
Speziell dafür ausgelegte Varianten (GTO-Thyristoren) können auch durch einen отрицательный Stromimpuls am Gate in den Sperrzustand versetzt werden. Die erforderliche Stromstärke des Negativen Löschimpulses ist jedoch um Größenordnungen höher als die des Zündimpulses. Häufig wird zur Bereitstellung des Löschimpulses ein geladener Kondensator an den Gate-Anschluss geschaltet.
Die ersten Thyristoren wurden 1957 bei General Electric (GE) entwickelt, nachdem William B. Shockley , Джуэлл, Джеймс Эберс, и , Джон Льюис Молл, , зарегистрированы в лаборатории Bell Laboratories. [2] Das Bauteil wurde von GE zunächst als SCR (на английском языке кремниевый управляемый выпрямитель , dt. gesteuerter Silizium-Gleichrichter ) bezeichnet. Westinghouse stellte wenig später ähnliche Bauteile her und bezeichnete diese als Trinistor. Die AEG nannte ihre Bauteile zunächst steuerbare Siliziumzelle . Дер Бегрифф Тиристор setzte sich erst in den 1960er Jahren durch, im englischen Sprachraum ist jedoch weiterhin SCR gebräuchlich.
Der Thyristor war das erste steuerbare Leistungshalbleiter-Bauelement für große Leistung und erschloss sich schnell vielfältige Anwendungsgebiete. Inzwischen sind Thyristoren in vielen Anwendungen durch andere Leistungshalbleiter verdrängt worden, besitzen aufgrund ihrer hohen Schaltleistung und Robustheit aber vor allem im Bereich von Hochstromanwendungen nach wie vor einen großen Marktanteil. Es werden nach wie vor neue Typen mit verbesserten Parametern entwickelt, z. B. mit geringeren Zündströmen, verbessertem Abschaltverhalten bzw. Robustheit gegenüber steilen Spannungsanstiegen beim Abreißen des Haltestromes induktiven Lasten, die ansonsten eine Entlastungsschaltung (englisch Snubber) erforderlich machen.
Тиристор 100 ампер/800 вольтkleines Название: тиристор 13 ампер/800 вольт в Standardgehäuse TO-220 (Bleistift zum Größenvergleich)
- Netzthyristor: Solche T hyristoren sind vorrangig auf Durchlass- und Sperreigenschaften optimiert und haben Freiwerdezeiten von mehr als 100 мкс. Damit sind sie für Anwendungen bei Netzfrequenz geeignet.
- Частотной тиристор: тиристор с частотой вращения 8 мкс и 100 мкс для Einsatz mit Löschschaltungen oder in lastgeführten Wechselrichtern. Außerdem besitzen Frequenzthyristoren spezielle Gatestrukturen, die schnell eine große Fläche durchschalten und damit einen schnellen Anstieg des Laststromes erlauben.
- GTO-тиристор (Gate Turn Off): Er ist asymmetrisch dotiert und kann an der Steueelektrode nicht nur gezündet, sondern auch durch einen отрицательный n Impuls wieder gelöscht werden. Der Löschimpuls muss relativ stark sein. Im Durchschnitt müssen 30 % des Laststroms kurzzeitig als Löschstrom aufgebracht werden. GTOs benötigen ein Ausschaltentlastungsnetzwerk.
- GCT (тиристор с затвором): Weiterentwicklung des GTO mit niedrigeren Schaltverlusten und für den Betrieb ohne Ausschaltentlastungsnetzwerk. Zum Abschalten ist ein Gatestrom in Höhe des Laststroms erforderlich.
- IGCT (тиристор со встроенным затвором): GCT mit fest angebauter Treiberstufe
- Thyristortetrode: Sie besitzt an der zweiten und an der dritten Schicht eine Elektrode. Sie kann beiden Elektroden oder an jeder einzeln gezündet und gelöscht werden, jeweils mit einem положительный или отрицательный импульс.
- Фототиристор: Er wird nicht durch einen elektrischen Impuls, sondern mit Hilfe von Licht gezündet. Fotothyristoren kleiner Leistung finden Anwendung als integrierte Bauteile в Optokopplern.
- LTT (Light Triggered Тиристор): Hochleistungsbauelement, das wie ein Fotothyristor mit Licht gezündet wird. Er ist perfect geeignet für die Anwendung in Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.
- Диак
- Симистор
- ITR (встроенный тиристор/выпрямитель) или RCT (тиристор с обратной проводимостью): Ein Bauteil, das neben einem Тиристор в антипараллельном соединении, монолитно интегрированный диод включен.
- Vierschichtdiode (auch Dinistor for Dioden-Thyristor oder BOD for Breakover Device): Тиристор на Steueelektrode. Das Bauteil zündet bei Erreichen einer definierten Durchbruchspannung. Im Gegensatz zum Diac ist die Vierschichtdiode nur in eine Richtung durchlassfähig.
Neben diesen erwünschten Bauelementen sich durch die abwechselnden Dotierungen der n-Kanal- und p-Kanal-Feldeffecttransistoren in CMOS-Halbleiterbauteilen unerwünschte, sogenannte „parasitäre Thyristoren“ a usbilden. Bei Zündung dieser Thyristoren durch kurze Spannungsspitzen an den Eingängen einer CMOS-Stufe (Latch-Up-Effekt) kann es zur Zerstörung des CMOS-Bauteils kommen.
Thyristoren im Modulgehäuse (oben, Halbbrücke) und im Flachbodengehäuse Größenvergleich: Links oben ein Gleichrichter 1000 В/ 200 А; Дарунтер Эйн Тиристор 1500 В / 20 А; Рехтс Данебен SCR 1500 В / 120 А; Diode 1N4007 Dient als Größenvergleich.- Plastikgehäuse: Thyristoren für Ströme bis zu 25 A und Spannungen bis zu 1600 V werden meist in Plastikgäusen hergestellt, wie sie auch für Leistungstransistoren üblich sind, etwa TO-220 или TO-247. Die Kühlfahne Liegt dabei auf Anodenpotential; bei TO-247 kann die Kühlfläche auch isoliert sein.
- Schraubgehäuse: Metallgehäuse mit Schraubbolzen und Sechskant für Ströme bis zu einigen 100 A. Diese Bauform wird heute nur noch in geringem Umfang verwendet.
- Flachbodengehäuse: Metallgehäuse ähnlich dem Schraubgehäuse, jedoch ohne Bolzen und Sechskant. Auch diese Bauform wird nur noch selten verwendet.
- Modulgehäuse: Bestehend aus metallischer Bodenplatte und Plastik-Spritzgussgehäuse. Im Gegensatz zu den bisher beschrieben Gehäusen ist Hier die Kühlfläche (Bodenplatte) von den Anschlüssen des Bauelements elektrisch isoliert. Meist sind mehrere Thyristoren oder auch Kombinationen von Thyristoren und Dioden in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Sie sind zu einer Halbbrücke, einer Vollbrücke oder einer Drehstrombrücke zusammengeschaltet. Ströme bis 800 A и Spannungen bis 3600 V sind möglich.
- Scheibenzelle: Gehäuse erkennbar an zwei planparallelen Metallflächen für Anode und Kathode sowie einem Isolierteil aus Keramik oder Kunststoff. Zwischen den Elektroden befindet sich das Thyristolement, ein Silizium-Wafer mit einem Durchmesser von bis zu 12 см. Ströme bis zu 6 kA und Spannungen bis zu 8 kV können erreicht werden. Scheibenzellen werden zum Betrieb zwischen Kühlkörpern mit Kräften bis zu 130 kN eingespannt, um einen guten elektrischen und thermischen Kontakt zum Kühlkörper, aber auch intern im Bauelement zu erreichen.
Im unteren Bild sind die inneren Bauteile von Thyristoren ohne Gehäuse zu sehen. Die Siliziumscheiben sind auf Wolframplatten gelötet, deren polierte Böden auf den Kühlkörper gepresst werden. Die Oberseite ist mit Gold bedampft und wird federnd kontaktiert, damit der Kristall bei Wärmeausdehnung nicht zerstört werden kann. In der Mitte der SCR-Scheiben erkennt man den Zündkontakt.
Kleine Leistung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Thyristoren oder Triacs kleiner Leistung werden in Haushaltsgeräten zur Drehzahlregelung von Universalmotoren eingesetzt (Staubsauger, Mixer, Handbohrmaschine). In ähnlicher Weise arbeiten Dimmer zur Lichtsteuerung. Конец 1970er Jahre wurden sie auch in den Horizontalendstufen und Netzteilen von Fernsehgeräten eingesetzt, später wurden sie von Bipolartransistoren bzw. МОП-транзисторы ersetzt.
In Verbindung mit einer Zener-Diode findet der Tyristor in Klemmschaltungen Anwendung. Im Normalbetrieb sperren Zener-Diode und Тиристор. Wenn die Zener-Spannung der Diode z. B. durch einen Defekt in einem Transformator überschritten wird, wird der Tyristor leitend und verursacht einen gewollten Kurzschluss, wodurch die Schmelzsicherung des Netzteils sofort durchbrennt. Dadurch wird verhindert, dass teurere Komponenten im angeschlossenen Gerät durch eine zu hohe Ausgangsspannung zerstört werden.
Mittlere Leistung[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]
Im Leistungsbereich von oberhalb 2 kW finden Thyristoren in zahlreichen Industriellen Anwendungen Verwendung. Dabei werden meist Schaltungen für den Betrieb mit Drehstrom verwendet. Thyristorsteller ermöglichen als Sanftanlaufgerät das Anlassen von Käfigläufer-Asynchronmotoren mit kontrollierten Anlaufströmen und Drehmomenten. Ebenfalls mit Thyristorstellern kann die Ausgangsspannung von Hochstrom-Gleichrichtern, etwa für die Galvanotechnik, oder von Hochspannungsgleichrichtern, etwa zur Versorgung von Elektrofiltern, geregelt werden. Der Thyristorsteller ist dabei auf der Primärseite des Transformators angeordnet, während auf der Sekundärseite zur Gleichrichtung Leistungsdioden eingesetzt sind. Thyristorschalter für Wechselstrom und Drehstrom sind im Aufbau den Thyristorstellern gleich. Die Leistungssteuerung erfolgt hier aber nicht über Phasenanschnitt, sondern über die Variation des Puls-Pausenverhältnisses. Sie eignen sich daher nur für die Steuerung von Lasten mit großer Zeitkonstante, wie etwa Heizelementen.
Thyristorgleichrichter wurden zur Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren eingesetzt. Aber auch in vielen modernen Frequenzumrichtern für den drehzahlvariablen Betrieb von Drehstrommotoren arbeiten Thyristoren im Eingangsgleichrichter, um eine kontrollierte Aufladung des Gleichspannungszwischenkreises zu ermöglichen.
Anlagen zum induktiven Härten mit Arbeitsfrequenzen von 5 bis 20 kHz wurden früher mit Frequenzthyristoren aufgebaut. In dieser Anwendung wurden Thyristoren schon früh durch IGBTs abgelöst.
Hohe Leistung[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]
Schnitt durch einen Netzfrequenzthyristor, Deutsches Museum Wassergekühlte Thyristoreinheit für etwa 10 kV und 2 kA als Untereinheit in der Anlage Nelson River Bipol. Netzfrequenzthyristor mit einer Sperrspannung von 4,2 kV, Bemessungsdauerstrom 2,44 kA bei 85 °C Sperrschichttemperatur; Gehäusedurchmesser 110 ммFrequenzthyristoren hoher Leistung werden auch heute noch in lastgeführten Wechselrichtern im Megawatt-Bereich eingesetzt. Beim Stromrichtermotor arbeitet ein lastgeführter Wechselrichter mit einer Synchronmaschine zusammen und ermöglicht so den drehzahlvariablen Betrieb von Turboverdichtern. Auch Anlagen zum induktiven Schmelzen werden bei großer Leistung und Arbeitsfrequenzen bis 1 kHz nach wie vor noch mit Frequenzthyristoren ausgeführt.
Drehzahlvariable Antriebe großer Leistung am Drehstromnetz können bei niedriger Drehzahl auch mit Direktumrichtern ausgeführt werden. Hier werden mehrere Thyristorgleichrichter so verschaltet und gesteuert, dass ausgangsseitig ein Drehstromsystem mit Frequenzen bis 20 Hz entsteht.
Bei elektrischen Bahnen werden Pulswechselrichter mit Thyristoren sowohl in den Triebfahrzeugen als auch in stationären Anlagen eingesetzt. In Triebfahrzeugen ermöglicht der Pulswechselrichter den Einsatz des Käfigläufer-Asyncronmotors. Zusammen mit dem netzseitigen, ebenfalls als Pulsumrichter arbeitenden Stromrichter, hier als Vierquadrantensteller bezeichnet, ist damit beim Bremsen die Energierückspeisung ins Netz möglich. Die Stromrichter der ersten Drehstromlokomotiven Baureihe 120 bzw. Triebköpfe ICE 1 (первоначальный 40 Triebköpfe; mittlerweile jedoch umgerüstet auf IGBT) sind dabei noch mit Frequenzthyristoren und Löschkreisen ausgeführt, während in späteren Serien GTO-Thyristoren zum Einsatz kamen. Inzwischen sind Thyristoren hier durch IGBTs weitgehend verdrängt. In stationären Anlagen werden Pulswechselrichter mit GTOs und IGCTs zur Kopplung des Bahnnetzes mit dem Landesnetz eingesetzt.
Thyristorgleichrichter großer Leistung werden für die Aluminium- und Chlorelektrolyse verwendet.
In Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, aber auch in Anlagen zur Blindleistungskompensation werden Thyristoren in der Energieübertragung und -verteilung eingesetzt.
Thyristoren haben steuerbare Quecksilberdampfgleichrichter wie Thyratrons, Ignitrons und Excitrons fast vollständig ersetzt.
- Klemmschaltung (Stromversorgung) (тиристор-лом)
- Phasenanschnittsteuerung
- Dierk Schröder: Leistungselektronische Schaltungen: Funktion, Auslegung und Anwendung . 2. Ауфляж. Спрингер, Берлин, 2008 г., ISBN 3-540-69300-9.
- Эдвард Л. Оуэн: История – SCR 50 лет . В: Журнал отраслевых приложений IEEE . Группа 13, №. 6, 2007, С. 6–10, doi:10.1109/MIA.2007.907204.
- Фридрих-Карл Хинце: Steuerbare Siliziumzellen der AEG . В: AEG-Mitteilungen . Группа 53, №. 3/4, 1963.
- Йоахим Спецовиус: Grundkurs Leistungselektronik . Springer, Берлин, 2008 г., ISBN 978-3-8348-0229-3, S. 73 ff.
- Тиристор – Relais auf elektronisch.