Тиристоры это: Тиристор — это… Что такое Тиристор? — Мир Антенн

Содержание

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 — α

1)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

принцип действия, обозначение, основные характеристики и применение

В электронике существует такое понятие, как «электронные ключи». Это приборы, имеющие два устойчивых состояния. Одним из их представителей является тиристор, представляющий, по сути, полупроводниковый элемент. Его работа задаётся с помощью тока или напряжения, поступающего на специальный вывод. Применение устройства позволяет управлять мощной нагрузкой, используя слаботочные цепи. При этом его конструкция проста, а принцип работы довольно понятен.

История изобретения

Изобретение тиристора стало возможным после открытия полупроводников и исследования их свойств. После обнаружения в 1600 году английским физиком Уильямом Гилбертом электричества многие инженеры и ученые посвятили себя изучению этого явления. Выдающими людьми, изучающими электромагнетизм в разное время, были: Эрстед, Ампер, Вольт, Фарадей, Максвелл, Кюри, Яблочков. Благодаря их исследованиям и теоретическим догадкам было установлено, что все окружающие твёрдые тела можно разделить на три группы:

проводники — вещества, обладающие большим количеством свободных носителей зарядов и способные практически без потерь проводить электрический ток;
диэлектрики — физические тела, плохо проводящие ток;
полупроводники — материалы, у которых в кристаллической решётке концентрация подвижных зарядов намного ниже, чем количество атомов.

Типичным признаком полупроводников является зависимость их проводимости от изменения температуры или другого внешнего воздействия, например, света, электромагнитного поля.

В 1947 году американцы Бардин, Бреттейн и Шокли создали первый транзистор, что и послужило толчком к бурному развитию полупроводниковой техники. В разных странах начались исследования этих материалов. Так, русским инженером Лошкарёвым была выявленная биполярная диффузия. А Красиловым и Мадояном разработаны образцы германиевых элементов.

В 60-х годах полученные исследования позволили создать чипы, которые содержали несколько объединённых транзисторов. Начали создаваться компании и заводы, выпускающие серийно электронные компоненты. В процессе изучения свойств полупроводников было установлено, что структура монокристаллов, то есть тел, имеющих непрерывную кристаллическую решётку, может иметь три и более p-n переходов. В зависимости от уровня напряжения, подаваемого на один из них, изменялись состояния других.

Изучая монокристаллы полупроводников, учёные компании Белла выявили их технические характеристики. В дальнейшем её инженеры смогли создать прибор, имеющий третий вывод. С помощью его и происходило управление процессом прохождения тока через весь элемент. Через некоторое время в Дженерал Электроникс анонсировали устройство, получившее название «триак» (thyristor).

Суть устройства

Термин «тиристор» произошёл из-за слияния двух слов: греческого hýra — дверь или вход и английского resistor — сопротивляющийся. Этим названием было названо полупроводниковое устройство, изготавливаемое на основе монокристалла полупроводникового вещества и обладающего тремя и более p-n переходами. При работе этот прибор может иметь два устойчивых положения:

закрытое — соответствующее низкой проводимости;
открытое — неоказывающее сопротивление прохождению тока.

То есть, перефразируя определения, можно сказать, что тиристор работает как ключ, по аналогии с дверью. В одном его состоянии замок на дверях открыт, и через неё могут свободно проходить люди (электрический ток), а в другом закрыт и дверь заперта. Поэтому нередко его называют электронный выключатель. Выражаясь же научным языком, его правильное название звучит как полупроводник с управляемым вентилем (диодом).

Принятие элементом одного из устойчивых состояний происходит быстро, но не мгновенно. Чтобы сменить одно на другое, используется напряжение. Когда оно есть, тиристор находится в открытом состоянии, а когда нет — закрывается. Для этого используется специальный дополнительный вывод. Поэтому прибор имеет три выхода и по виду похож на транзистор. При этом их принцип действия схож, только в отличие от транзистора тиристор либо полностью пропускает ток, либо препятствует его прохождению.

Принцип работы

Тиристоры по своей сути — это переключающие приборы. Структура простого элемента состоит из n-p-n-p слоёв и имеет три перехода. Два из них работают в прямом направлении, а один в обратном. Прибор имеет две крайние области, называемые анодом (p) и катодом (n). Для понимания принципа действия тиристора его можно представить в виде сдвоенных транзисторов: n-p-n и p-n-p. При этом средняя зона второго транзистора (n) соединена с крайней зоной первого.

В результате получится, что крайние зоны будут являться эмиттерными переходами, а средние — коллекторными. Область базы же первого элемента будет совпадать с коллектором второго и наоборот. Исходя из этого коллекторный ток транзисторов, одновременно будет являться и базовым.

Физические процессы, происходящие в элементе, можно описать следующим образом. При существовании лишь одного перехода в устройстве бы возникал лишь обратный ток, вызванный неосновными носителями заряда. Если к эмиттерному переходу приложить прямое напряжение, то ток коллектора увеличится, а напряжение на нём уменьшится. В транзисторе для перехода его в режим насыщения (максимальная пропускная способность) на эмиттер подаётся прямое напряжение, при этом оно между базой и коллектором снижается до единичных значений.

Так и в тиристоре. Через переходы анода и катода инжектируются неосновные заряды, приводящие к снижению сопротивления управляющего электрода. При приложении прямого напряжения, то есть к катоду — минусовой потенциал, а к аноду — плюсовой, через прибор начинает протекать небольшой ток. Это состояние соответствует закрытому положению.

Повышение напряжения приводит к инжекции носителей в управляемый переход. В итоге, с одной стороны, увеличивается его сопротивление из-за обеднения основными носителями, так как переход получается включённым в обратном направлении, а с другой — обогащение, связанное с поступлением в его область новых зарядов.

При достижении напряжением определённого значения эти два явления уравновешиваются, и даже возрастание на небольшую величину напряжения приводит к возникновению лавинообразного процесса отпирания тиристора. Это состояние напоминает режим насыщения транзистора. Сопротивление перехода становится минимальным, а величина тока определяется нагрузочным сопротивлением.

Характеристики и параметры

Тиристор — это прибор, одновременно совмещающий в себе три функции: выпрямителя, выключателя и усилителя. Основные свойства, характеризующие прибор можно представить в виде следующих пунктов:

тиристор по подобию диода пропускает ток только в одном направлении, то есть работает как выпрямитель;
прибор переключается из одного состояния в другое при помощи напряжения;
величина тока, необходимая для переключения тиристора, составляет порядка нескольких миллиампер, при этом он может пропускать через себя десятки ампер;
изменяя время приложенного сигнала к управляющему выводу, можно регулировать среднее значение тока, протекающего через нагрузку, другими словами — управлять мощностью.

Главной же функцией, описывающей работу прибора, является вольт-амперная характеристика (ВАХ). Представляет она из себя плоскую систему координат по оси Y, на которой откладывается ток нагрузки, а по оси X — напряжение на управляющем электроде. По виду нелинейности соответствия этих двух величин ВАХ относится к S-типу устройств.

На характеристике используются буквенные обозначения, соответствующие ключевым точкам в работе тиристора. Так, координата (Vbo; IL) соответствует моменту включения, а точка с координатами (Vн; Iн) — открытому состоянию. Зона, лежащая на отрезке с координатами (Vbo; IL) и (Vн; Iн) считается переходной, то есть неустойчивой.

Тиристорный прибор, кроме ВАХ, характеризуется рядом параметров:

Наибольшее постоянное обратное напряжение — значение, при превышении которого наступает пробой перехода.
Напряжение включения — величина сигнала, при достижении которой происходит отпирание элемента.
Допустимый ток — максимальное значение, которое может через себя пропустить радиоприбор без изменения своих характеристик.
Ток удержания — это ток, текущий через анод и провоцирующий запирание элемента.
Падение напряжения — показывает величину энергии, которая рассеивается на приборе (0,5 -1 В).
Максимальна мощность — определяется допустимым током и максимально возможным напряжением, приложенным к управляемым выводам, то есть характером нагрузки.
Время отключения — промежуток времени, за который тиристор полностью закроется. Составляет микросекунды.
Отпирающий постоянный ток управления — обозначает значение, которое необходимо для поддержания устройства в открытом состоянии (анод-катод). Обычно составляет порядка 100 мА.

Конструкция прибора

Любой тиристорный прибор имеет как минимум три вывода: анод, катод и вход. Выпускаются они различными производителями и могут иметь форму таблетки или штыря. Как правило, материалом для их изготовления служит кремний. Он обеспечивает хорошую теплопроводность и может выдерживать большую мощность.

Эмиттерные переходы выполняются по сплавной технологии, а коллекторные — методом диффузии. Используется также и планарная технология. Концентрация примесей в эмиттерных областях делается значительно большей, чем в базовых. При этом самым толстым слоем является центральный. Эти два фактора — толщина и низкая концентрация — позволяют прибору выдерживать довольно большое обратное напряжение (порядка сотен вольт). Анод прибора соединяется с корпусом изделия, что в итоге положительно сказывается на отводе тепла.

Немного другую конструкцию имеют асимметричные тиристоры. В их конструкции катод соединяется с n+ и p зоной, а анод с p+ и n областью. Такие соединения называются анодным или катодным коротким замыканием. Их использование приводит к появлению дополнительного сопротивления межу переходами. Такое подключение уменьшает переходные процессы и время жизни основных носителей.

В простейшую конструкцию тиристора входит основание, соединённое с полупроводниковым кристаллом и являющееся анодом, вывода катода и управляющего электрода. Сверху кристалл накрывается изолятором и крышкой, способствующей защите прибора от механических повреждений и одновременно служащей теплоотводом.

Маркировка радиодетали

Согласно системе, указанной в ГОСТ 10862–72, для обозначения тиристора используется буквенно-цифровой код, состоящий из четырёх символов. Первый элемент кода указывает на вид материала, из которого сделано устройство. Например, Г — германий, К — кремний, А — арсенид галлия. Второй обозначает принадлежность устройства — Н-динистор, У-триак. Третий элемент характеризует функциональность, возможности и номер партии.

Так, числа с 101 до 199 обозначают диодные и незапираемые триодные тиристоры малой мощности, а интервал от 401 до 499 — триодные запираемые тиристоры средней мощности. Последняя буква указывает на тип устройства.

Но после 1989 года была принята новая система обозначений. Поэтому тиристоры, выпускаемые с начала 1989 года, маркировались уже согласно ГОСТ 20859.1.89. В основе этого обозначения используется многозначный код, состоящий из следующих элементов:

На первом месте стоит буква, указывающая тип устройства. Например, ТО — оптотиристор, ТЗ — тиристор запираемый и так далее.
На втором — буква, определяющая тип цепи, в которой может работать тиристор (Ч — высокочастотная, Б — быстродействующая, И — импульсная).
Третья цифра — обозначает порядковый номер.
Четвёртый знак — характеризует габариты корпуса прибора.
Пятый — конструктивное исполнение.
Шестой — допустимый ток.
Седьмой — полярность. Так, буква Х указывает на то, что катод соединён с корпусом.
Восьмой — класс устройства, соответствующий импульсной разности потенциалов для закрытого состояния.
Последующие цифры образуют сочетание классификационных параметров.

На схемах и в литературе тиристор подписывается латинскими буквами VS. Графически же изображается наподобие диода, то есть равностороннего треугольника с вертикальной полосой у его вершины. Через середину основания и вершину проходит линия, символизирующая электрическую цепь. Но в отличие от диода у тиристора от нижней стороны треугольника дополнительно отводится прямая линия, обозначающая управляющий электрод (У).

Классификация и различия

Выпускаемые тиристоры различаются не только по тому, как выглядят, и своим характеристикам, но и по виду проводимости, а также количеству выводов. Существует довольно большое их количество, но при этом их можно классифицировать по следующим признакам:

Способу управления. Разделяют на приборы, управление которыми происходит путём подачи импульса напряжения на анод-катод (динисторы) или тока на управляющей вывод (тринисторы). В свою очередь, последние можно разделить на управляющиеся по аноду или катоду. А также существует ещё один тип приборов, управляемый квантами света (оптотиристор).
Типом обратной проводимости. Существует три вида: проводящие, непроводящие, симметричные (симисторы) — проводящие ток в обоих своих направлениях.
Быстродействию. Существуют как сверхбыстрые приборы, так и обыкновенные.

Существенных отличий между динистором и тринистором нет. Но если в первом отпирание происходит при достижении определённого значения напряжения, то во втором это напряжение может быть совсем несущественным, а переключение происходит из-за подачи импульса определённого значения на дополнительный электрод.

Переключение состояний классических тиристоров происходит снижением величины тока либо в случае динистора изменением полярности. Запирающий же тип отличается тем, что через дополнительный вывод понадобится пропустить ток обратной полярности. Поэтому, пропуская через такой тиристор переменный ток, его работа будет соответствовать импульсному режиму.

Применение электронных переключателей

Характеристики приборов способствуют их применению в различных электротехнических областях. Такой элемент, как тиристор нужен там, где возникает необходимость управлять мощной нагрузкой. Поэтому основным назначением устройства считается коммутация нагрузки путём использования малых токов.

Например, устройства могут применяться в гирлянде с бегущими огнями, импульсных генераторах тока, выпрямительных узлах. Их используют в схемах преобразования постоянного тока в токи промышленного значения, при этом они могут изменять и частоту сигнала. Они применяются при управлении асинхронным двигателем, в системе индукционного нагрева. На тиристорах создаются источники питания повышенной частоты для автономного потребления различными устройствами.

Преобразователи на этом элементе в несколько раз превосходят по технико-экономическим показателям конструкции, выполненные на ионных приборах. Их стоимость и масса меньше, а скорость срабатывания в несколько раз выше.

Использование тиристоров позволяет автоматизировать многие процессы, например, оптотиристором управляют открытием ширмы в театре, а симистором регулируют плавно мощность паяльников или источников освещения. А также с помощью них можно создавать датчики, регистрирующие появление света, тока или напряжения.

Важной особенность элементов является то, что они пропускают через себя высокочастотный и низкочастотный сигнал. Поэтому, собрав мостовую схему из этих устройств, можно сконструировать «трансформатор», например, для сварочного аппарата.

Схема включения

Зачем нужны тиристоры, можно понять, разобравшись в их принципе работы. Для этого есть смысл рассмотреть включение элемента в простейшей схеме. Тиристор в ней используется как электронный ключ.

К аноду тиристора подсоединяется лампочка L, служащая нагрузочным сопротивлением. К ней через кнопку К2 подключается положительная клемма источника питания GB, а его минус подводится к катоду полупроводникового элемента. Подача тока на управляющий электрод выполняется через ограничительный резистор R и кнопку K1.

При замыкании переключателя К2 к аноду и катоду полупроводника будет приложено напряжение, соответствующее величине ЭДС источника питания. При этом прибор будет заперт, ток через него не потечёт, а лампочка не загорится. Чтобы в цепи VS – L появился ток, понадобится отпереть тиристор.

Делается это путём замыкания первого выключателя К1. В этом случае ток от блока питания через К2, К1, R поступит на управляющий электрод тиристора. Элемент изменит своё состояние на открытое, и через него начнёт протекать ток, поступающий с батареи GB. Итогом будет загоревшая лампочка.

Дальнейшее нажатие кнопки K1 никоим образом не будет влиять на состояние схемы. Для того чтобы потушить лампочку, понадобится разорвать цепь кнопкой K2 или отсоединить источник питания. Но при этом тиристор может закрыться и при снижении напряжения на аноде до определённой величины, определяемой параметрами тиристора.

Таким образом, тиристор — это полупроводниковый элемент, использующийся в схемах как электронный ключ. Это возможно благодаря свойствам p-n переходов. При этом, осуществляя коммутацию больших токов, сам прибор имеет небольшие габариты, а его корпус может выдерживать значительную тепловую мощность. Но всё же для предотвращения его повреждения тепловым пробоем часто совместно с элементом используется теплоотвод, представляющий собой, в зависимости от мощности нагрузки, простую алюминиевую пластинку или массивного вида радиатор.

Тиристор – принцип работы, устройство и схема управления. Тиристоры

Тиристоры — это силовые электронные ключи, управляемые не полностью. Нередко в технических книгах можно увидеть еще одно название этого прибора — однооперационный тиристор. Другими словами, под воздействием управляющего сигнала он переводится в одно состояние — проводящее. Если конкретизировать, то он включает цепь. Чтобы она выключалась, необходимо создать специальные условия, которые обеспечивают падение прямого тока в цепи до нулевого значения.

Особенности тиристоров

Тиристорные ключи проводят электрический ток только в прямом направлении, причем в закрытом состоянии он выдерживает не только прямое, но и обратное напряжение. Структура тиристора четырехслойная, имеется три вывода:

Анод (обозначается буквой А).
Катод (буквой С или К).
Управляющий электрод (У или G).

У тиристоров есть целое семейство вольт-амперных характеристик, по ним можно судить о состоянии элемента. Тиристоры — это очень мощные электронные ключи, они способны проводить коммутацию цепей, в которых напряжение может достигать 5000 вольт, а сила тока — 5000 ампер (при этом частота не превышает 1000 Гц).

Работа тиристора в цепях постоянного тока

Обычный тиристор включается путем подачи токового импульса на управляющий вывод. Причем он должен быть положительным (по отношению к катоду). Длительность переходного процесса зависит от характера нагрузки (индуктивная, активная), амплитуды и скорости нарастания в цепи управления импульса тока, температуры кристалла полупроводника, а также приложенного тока и напряжения на имеющиеся в схеме тиристоры. Характеристики схемы напрямую зависят от вида используемого полупроводникового элемента.

В той цепи, в которой находится тиристор, недопустимо возникновение большой скорости нарастания напряжения. А именно такого значения, при котором происходит самопроизвольное включение элемента (даже если нет сигнала в цепи управления). Но одновременно с этим у сигнала управления должна быть очень высокая крутизна характеристики.

Способы выключения

Можно выделить два типа коммутации тиристоров:

Естественная.
Принудительная.

А теперь более подробно о каждом виде. Естественная возникает тогда, когда тиристор работает в цепи переменного тока. Причем происходит эта коммутация тогда, когда ток падает до нулевого значения. А вот осуществить принудительную коммутацию можно большим количеством различных способов. Какое управление тиристором выбрать, решать разработчику схемы, но стоит поговорить о каждом типе отдельно.

Самым характерным способом принудительной коммутации является подключение конденсатора, который был заранее заряжен при помощи кнопки (ключа). LC-цепь включается в схему управления тиристором. Эта цепочка и содержит заряженный полностью конденсатор. При переходном процессе в нагрузочной цепи происходят колебания тока.

Способы принудительной коммутации

Существует еще несколько типов принудительной коммутации. Нередко применяют схему, в которой используется коммутирующий конденсатор, имеющий обратную полярность. Например, этот конденсатор может включаться в цепь при помощи какого-либо вспомогательного тиристора. При этом произойдет разряд на основной (рабочий) тиристор. Это приведет к тому, что у конденсатора ток, направленный навстречу прямому току основного тиристора, будет способствовать снижению тока в цепи вплоть до нуля. Следовательно, произойдет выключение тиристора. Это случается по той причине, что устройство тиристора имеет свои особенности, характерные только для него.

Существуют также схемы, в которых подключаются LC-цепочки. Они разряжаются (причем с колебаниями). В самом начале ток разряда течет навстречу рабочему, а после уравнивания их значений происходит выключение тиристора. После из колебательной цепочки ток перетекает через тиристор в полупроводниковый диод. При этом, покуда течет ток, к тиристору прикладывается некоторое напряжение. Оно по модулю равно падению напряжения на диоде.

Работа тиристора в цепях переменного тока

Если тиристор включить в цепь переменного тока, можно осуществить такие операции:

Включить или отключить электрическую цепь с активно-резистивной или активной нагрузкой.
Изменить среднее и действующее значение тока, который проходит через нагрузку, благодаря возможности регулировать момент подачи сигнала управления.

У тиристорных ключей имеется одна особенность — они проводят ток только в одном направлении. Следовательно, если необходимо использовать их в цепях приходится применять встречно-параллельное включение. Действующие и средние значения тока могут изменяться из-за того, что момент подачи сигнала на тиристоры различный. При этом мощность тиристора должна соответствовать минимальным требованиям.

Фазовый метод управления

При фазовом методе управления с коммутацией принудительного типа происходит регулировка нагрузки благодаря изменению углов между фазами. Искусственную коммутацию можно осуществить при помощи специальных цепей, либо же необходимо использовать полностью управляемые (запираемые) тиристоры. На их основе, как правило, изготавливают которое позволяет регулировать в зависимости от уровня зарядки аккумуляторной батареи.

Широтно-импульсное управление

Называют еще его ШИМ-модуляцией. Во время открытия тиристоров подается сигнал управления. Переходы открыты, а на нагрузке имеется некоторое напряжение. Во время закрытия (в течение всего переходного процесса) не подается сигнал управления, следовательно, тиристоры не проводят ток. При осуществлении фазового управления токовая кривая не синусоидальна, происходит изменение формы сигнала напряжения питания. Следовательно, происходит также нарушение работы потребителей, которые чувствительны к высокочастотным помехам (появляется несовместимость). Несложную конструкцию имеет регулятор на тиристоре, который без проблем позволит изменить необходимую величину. И не нужно применять массивные ЛАТРы.

Тиристоры запираемые

Тиристоры — это очень мощные электронные ключи, используются для коммутации высоких напряжений и токов. Но есть у них один огромный недостаток — управление неполное. А если конкретнее, то это проявляется тем, что для отключения тиристора нужно создавать условия, при котором прямой ток будет снижаться до нуля.

Именно эта особенность накладывает некоторые ограничения на использование тиристоров, а также усложняет схемы на их основе. Чтобы избавиться от такого рода недостатков, были разработаны специальные конструкции тиристоров, которые запираются сигналом по одному электроду управления. Их называют двухоперационными, или запираемыми, тиристорами.

Конструкция запираемого тиристора

Четырехслойная структура р-п-р-п у тиристоров имеет свои особенности. Они придают им отличия от обычных тиристоров. Речь сейчас идет о полной управляемости элемента. Вольт-амперная характеристика (статическая) при прямом направлении такая же, как и у простых тиристоров. Вот только прямой ток тиристор может пропускать куда больший по значению. Но функции блокировки больших обратных напряжений у запираемых тиристоров не предусмотрено. Поэтому необходимо соединять его встречно-параллельно с

Характерная особенность запираемого тиристора — это значительное падение прямых напряжений. Чтобы произвести отключение, следует осуществить подачу на управляющий вывод мощного импульса тока (отрицательного, в соотношении 1:5 к прямому значению тока). Но только длительность импульса должна быть как можно меньшей — 10… 100 мкс. Запираемые тиристоры обладают более низким значением предельного напряжения и тока, нежели обычные. Разница составляет примерно 25-30 %.

Виды тиристоров

Выше были рассмотрены запираемые, но существует еще немало типов полупроводниковых тиристоров, о которых также стоит упомянуть. В самых различных конструкциях (зарядные устройства, переключатели, регуляторы мощности) используются определенные типы тиристоров. Где-то требуется, чтобы управление проводилось путем подачи потока света, значит, используется оптотиристор. Его особенность заключается в том, что в цепи управления используется кристалл полупроводника, чувствительный к свету. Параметры тиристоров различны, у всех свои особенности, характерные только для них. Поэтому нужно хотя бы в общих чертах представлять, какие виды этих полупроводников существуют и где они могут применяться. Итак, вот весь список и основные особенности каждого типа:

Диод-тиристор. Эквивалент этого элемента — тиристор, к которому подключен встречно-параллельно полупроводниковый диод.
Динистор (диодный тиристор). Он может переходить в состояние полной проводимости, если превышается определенный уровень напряжения.
Симистор (симметричный тиристор). Его эквивалент — два тиристора, включенных встречно-параллельно.
Тиристор инверторный быстродействующий отличается высокой скоростью коммутации (5… 50 мкс).
Тиристоры с управлением Часто можно встретить конструкции на основе МОП-транзисторов.
Оптические тиристоры, которые управляются потоками света.

Осуществление защиты элемента

Тиристоры — это приборы, которые критичны к скоростям нарастания прямого тока и прямого напряжения. Для них, как и для полупроводниковых диодов, характерно такое явление, как протекание обратных токов восстановления, которое очень быстро и резко падает до нулевого значения, усугубляя этим вероятность возникновения перенапряжения. Это перенапряжение является следствием того, что резко прекращается ток во всех элементах схемы, которые имеют индуктивность (даже сверхмалые индуктивности, характерные для монтажа — провода, дорожки платы). Для осуществления защиты необходимо использовать разнообразные схемы, позволяющие в динамических режимах работы защититься от высоких напряжений и токов.

Как правило, источника напряжения, который входит в цепь работающего тиристора, имеет такое значение, что его более чем достаточно для того, чтобы в дальнейшем не включать в схему некоторую дополнительную индуктивность. По этой причине в практике чаще используется цепочка формирования траектории переключения, которая значительно снижает скорость и уровень перенапряжения в схеме при отключении тиристора. Емкостно-резистивные цепочки наиболее часто используются для этих целей. Они включаются с тиристором параллельно. Имеется довольно много видов схемотехнических модификаций таких цепей, а также методик их расчетов, параметров для работы тиристоров в различных режимах и условиях. А вот цепь формирования траектории переключения запираемого тиристора будет такая же, как и у транзисторов.

Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).

Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехник у, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес

Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

анод положительный вывод;
катод отрицательный вывод;
управляющий электрод G.

Принцип действия тиристора

Основное применение этого типа элементов это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность . При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

Снять сигнал с управляющего электрода;
Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.

В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.

Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.

Схема включения

Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.

К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.

После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится. Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.

Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

Типы данных электронных компонентов

Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:

динистор элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
симистор;
оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.

Симисторы

Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.

Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).

Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.

Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.

В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.

Тиристоры

I. Назначение

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.

II. 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;

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

Простейшие диодные тиристоры, запираемые в обратном направлении, обычно изготовляются из кремния и содержат четыре чередующихся р- и п- области (рис.2.2). Область р 1 , в которую попадает ток из внешней цепи, называют анодом , область п 2 – катодом ; области п 1 , р 2 – базами .

Рис.2.2. Структура тиристора .

III. Принцип действия

Если к аноду р 1 подключить плюс источника напряжения, а к катоду п 2 – минус, то переходы П 1 и П 3 окажутся открытыми, а переход П 2 – закрытым. Его называют коллекторным переходом.

Так как коллекторный р-п -переход смещен в обратном направлении, то до определенного значения напряжения почти все приложенное падает на нем. Такая структура легко может быть представлена в виде двух транзисторов разной электропроводности, соединенных между собой так, как показано на рис. 2.3, а,б.

а) б)

Рис. 2.3. Структура (а) и схема двухтранзисторного эквивалента тиристора (б).

Ток цепи определяется током коллекторного перехода П 2 . Он однозначно зависит от потока дырок
из эмиттера транзисторар-п —р — типа и потока электронов
из эмиттера транзистора п —р —п — типа, а также от обратного тока р-п -перехода.

Так как переходы П 1 и П 3 смещены в прямом направлении, из них в области баз инжектируются носители заряда: дырки из области р 1 , электроны – из области п 2 . Эти носители заряда, диффундируя в областях баз п 1 , р 2 , приближаются к коллекторному переходу и его полем перебрасываются через р-п -переход. Дырки, инжектированные из р 1 -области, и электроны из п 2 движутся через переход П 2 в противоположных направлениях, создавая общий ток I .

При малых значениях внешнего напряжения все оно практически падает на коллекторном переходе П 2 . Поэтому к переходам П 1 ,П 3 , имеющим малое сопротивление, приложена малая разность потенциалов и инжекция носителей заряда невелика. В этом случае ток I мал и равен обратному току через переход П 2 . При увеличении внешнего напряжения ток в цепи сначала меняется незначительно. При дальнейшем возрастании напряжения, по мере увеличения ширины перехода П 2 , все большую роль начинают играть носители заряда, образовавшиеся вследствие ударной ионизации. При определенном напряжении носители заряда ускоряются настолько, что при столкновении с атомами в области р-п -перехода ионизируют их, вызывая лавинное размножение носителей заряда.

Образовавшиеся при этом дырки под влиянием электрического поля переходят в область р 2 , а электроны – в область п 1 . Ток через переход П 2 увеличивается, а его сопротивление и падение напряжения на нем уменьшаются. Это приводит к повышению напряжения, приложенного к переходам П 1 , П 3 , и увеличению инжекции через них, что вызывает дальнейший рост коллекторного тока и увеличение токов инжекции. Процесс протекает лавинообразно и сопротивление перехода П 2 становится малым.

Носители заряда, появившиеся в областях вследствие инжекции и лавинного размножения, приводят к уменьшению сопротивления всех областей тиристора, и падение напряжения на приборе становится незначительным. На ВАХ этому процессу соответствует участок 2 с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис.2.4). После переключения ВАХ аналогична ветви характеристики диода, смещенного в прямом направлении (участок 3). Участок 1 соответствует закрытому состоянию тиристора.

Выключение тиристора осуществляется за счет уменьшения напряжения внешнего источника до значения, при котором ток
меньше(участок 3).

Рис. 2.4. Вольтамперная характеристика динистора

Если параллельно с тиристором включить диод, который открывается при обратном напряжении, то получится тиристор, проводящий в обратном направлении.

Триодные тиристоры (рис. 2.5,а ) отличаются от диодных тем, что одна из баз имеет внешний вывод, который называют управляющим электродом .

Рис. 2.5. Триодный тиристор:

Изменяя ток можно менять напряжение, при котором происходит переключение тиристора, и тем самым управлять моментом его включения.

Для того, чтобы запереть тиристор, нужно либо уменьшить рабочий ток до значения
путем понижения питающего напряжения до значения, либо задать в цепи управляющего электрода импульс тока противоположной полярности.

Процесс включения и выключения тиристора поясняет рис.2.5,в . Если к нему через резистор R приложено напряжение U 1 и ток в цепи управляющего электрода равен нулю, то тиристор заперт. Рабочая точка находится в положении а . Пи увеличении тока управляющего электрода рабочая точка перемещается по линии нагрузки 1. Когда ток управляющего электрода достигнет значения I y 1 , тиристор включится, и рабочая точка его переместится в точку b . Для выключения (I y = 0) необходимо уменьшить напряжение питания до значения
. При этом рабочая точка изb 1 перейдет в а 2 и при восстановлении напряжения – в точку а .

Выключить тиристор можно также путем подачи на управляющий электрод напряжения противоположной полярности и создания в его цепи противоположно направленного тока.

Недостатком такого включения является большое значение обратного тока управляющего электрода, которое приближается к значению коммутируемого тока тиристора. Отношение амплитуды тока тиристора к амплитуде импульса выключающего тока управляющего электрода называется коэффициентом запирания :
. Он характеризует эффективность включения тиристора с помощью управляющего электрода. В ряде разработок

Тиристоры с повышенным коэффициентом запирания часто называют выключаемыми или запираемыми .

IV. Основные параметры тиристоров

Обозначения тиристоров в соответствии с ГОСТ 10862 – 72 состоят из шести элементов. Первый элемент – буква К, указывающая исходный материал полупроводника; второй – буква Н для диодных тиристоров и У для триодных; третий – цифра, определяющая назначение прибора; четвертый и пятый – порядковый номер разработки; шестой – буква, определяющая технологию изготовления, например КУ201А, КН102И и т.д.

Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.

Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.

Принцип действия

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров

Максимально допустимый прямой ток . Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
Максимально допустимый обратный ток .
Прямое напряжение . Это падение напряжения при максимальном токе.
Обратное напряжение . Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
Напряжение включения . Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
Минимальный ток управляющего электрода . Он необходим для включения тиристора.
Максимально допустимый ток управления .
Максимально допустимая рассеиваемая мощность .

Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

Различают несколько разновидностей тиристоров. Рассмотрим их классификацию.

По способу управления разделяют на:

Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.

Запирание тиристора производится:

Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
Подачей напряжения запирания на электрод управления.

По обратной проводимости тиристоры делятся:

Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
Симистор – пропускает токи в двух направлениях.

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

Полупроводниковый диод VD.
Переменный резистор R1.
Постоянный резистор R2.
Конденсатор С.
Тиристор VS.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.

Появление четырехслойных p-n-p-n полупроводниковых элементов совершило настоящий прорыв в силовой электронике. Такие устройства получили название «тиристоров». Кремниевые управляемые вентили являются наиболее распространенным семейством тиристоров.

Данный вид полупроводниковых приборов имеет следующую структуру:

Как видим из структурной схемы тиристор имеет три вывода – катод, управляющий электрод и анод. Подключению к силовым цепям подлежат анод и катод, а управляющий электрод подключается к системе управления (слаботочные сети) для управляемого открытия тиристора.

На принципиальных схемах тиристор имеет такое обозначение:

Вольт-амперная характеристика показана ниже:

Давайте подробнее рассмотрим эту характеристику.

Обратная ветвь характеристики

В третьем квадранте характеристики диодов и тиристоров равны. Если к аноду приложить отрицательный потенциал относительно катода, то к J 1 и J 3 прикладывается обратное напряжение, а к J 2 — прямое, что вызовет протекание тока обратного (он очень мал, как правило несколько миллиампер). Когда же это напряжение увеличится до так называемого напряжения пробоя, произойдет лавинное нарастание тока между J 1 и J 3 . При этом, если данный ток не будет ограничен, то произойдет пробой перехода с последующим выходом из строя тиристора. При обратных же напряжениях, которые не превышают напряжения пробоя, тиристор будет вести себя как резистор с большим сопротивлением.

Зона низкой проводимости

В данной зоне все наоборот. Потенциал катода будет отрицательный по отношению к потенциалу анода. Поэтому к J 1 и J 3 будет приложено прямое, а к J 2 – обратное напряжение. Результатом чего станет весьма малый анодный ток.

Зона высокой проводимости

Если напряжение на участке анод – катод достигнет значения, так называемого напряжением переключения, то произойдет лавинный пробой перехода J 2 и тиристор будет переведен в состояние высокой проводимости. При этом U a снизится от нескольких сотен до 1 — 2 вольт. Оно будет зависеть от типа тиристора. В зоне высокой проводимости ток, протекающий через анод, будет зависеть от нагрузки внешней элемента, что дает возможность рассматривать его в этой зоне как замкнутый ключ.

Если пропустить ток через управляющий электрод, то напряжение включения тиристора уменьшится. Оно напрямую зависит от тока управляющего электрода и при достаточно большом его значении практически равно нулю. При выборе тиристора для работы в схеме, то его подбирают таким образом, чтоб напряжения обратное и прямое не превышали паспортных значений напряжений пробоя и переключения. Если эти условия выполнить трудно, или имеется большой разброс в параметрах элементов (например необходим тиристор на 6300 В, а его ближайшие значения 1200 В), то иногда применяют или включение элементов.

В нужный момент времени с помощью подачи импульса на управляющий электрод можно перевести тиристор с закрытого состояния в зону высокой проводимости. Ток УЭ, как правило, должен быть выше минимального тока открытия и он составляет порядка 20-200 мА.

Когда анодный ток достигнет определенного значения, при котором запирания тиристора невозможно (ток переключения), управляющий импульс может быть снят. Теперь тиристор сможет перейти обратно в закрытое состояние только при уменьшении тока ниже, чем ток удержания, или прикладыванием к нему напряжения обратной полярности.

Видео работы и графики переходных процессов

что это? Отвечаем на вопрос. Принцип работы и характеристики тиристоров

Тиристоры – это силовые электронные ключи, управляемые не полностью. Нередко в технических книгах можно увидеть еще одно название этого прибора – однооперационный тиристор. Другими словами, под воздействием управляющего сигнала он переводится в одно состояние – проводящее. Если конкретизировать, то он включает цепь. Чтобы она выключалась, необходимо создать специальные условия, которые обеспечивают падение прямого тока в цепи до нулевого значения.

Особенности тиристоров

Анод (обозначается буквой А).
Катод (буквой С или К).
Управляющий электрод (У или G).

У тиристоров есть целое семейство вольт-амперных характеристик, по ним можно судить о состоянии элемента. Тиристоры – это очень мощные электронные ключи, они способны проводить коммутацию цепей, в которых напряжение может достигать 5000 вольт, а сила тока — 5000 ампер (при этом частота не превышает 1000 Гц).

Работа тиристора в цепях постоянного тока

Способы выключения

Можно выделить два типа коммутации тиристоров:

Естественная.
Принудительная.

Способы принудительной коммутации

Работа тиристора в цепях переменного тока

Если тиристор включить в цепь переменного тока, можно осуществить такие операции:

Включить или отключить электрическую цепь с активно-резистивной или активной нагрузкой.
Изменить среднее и действующее значение тока, который проходит через нагрузку, благодаря возможности регулировать момент подачи сигнала управления.

У тиристорных ключей имеется одна особенность – они проводят ток только в одном направлении. Следовательно, если необходимо использовать их в цепях переменного тока, приходится применять встречно-параллельное включение. Действующие и средние значения тока могут изменяться из-за того, что момент подачи сигнала на тиристоры различный. При этом мощность тиристора должна соответствовать минимальным требованиям.

Фазовый метод управления

При фазовом методе управления с коммутацией принудительного типа происходит регулировка нагрузки благодаря изменению углов между фазами. Искусственную коммутацию можно осуществить при помощи специальных цепей, либо же необходимо использовать полностью управляемые (запираемые) тиристоры. На их основе, как правило, изготавливают устройство зарядное на тиристоре, которое позволяет регулировать силу тока в зависимости от уровня зарядки аккумуляторной батареи.

Широтно-импульсное управление

Тиристоры запираемые

Тиристоры – это очень мощные электронные ключи, используются для коммутации высоких напряжений и токов. Но есть у них один огромный недостаток – управление неполное. А если конкретнее, то это проявляется тем, что для отключения тиристора нужно создавать условия, при котором прямой ток будет снижаться до нуля.

Конструкция запираемого тиристора

Характерная особенность запираемого тиристора – это значительное падение прямых напряжений. Чтобы произвести отключение, следует осуществить подачу на управляющий вывод мощного импульса тока (отрицательного, в соотношении 1:5 к прямому значению тока). Но только длительность импульса должна быть как можно меньшей – 10… 100 мкс. Запираемые тиристоры обладают более низким значением предельного напряжения и тока, нежели обычные. Разница составляет примерно 25-30 %.

Виды тиристоров

Диод-тиристор. Эквивалент этого элемента – тиристор, к которому подключен встречно-параллельно полупроводниковый диод.
Динистор (диодный тиристор). Он может переходить в состояние полной проводимости, если превышается определенный уровень напряжения.
Симистор (симметричный тиристор). Его эквивалент – два тиристора, включенных встречно-параллельно.
Тиристор инверторный быстродействующий отличается высокой скоростью коммутации (5… 50 мкс).
Тиристоры с управлением полевым транзистором. Часто можно встретить конструкции на основе МОП-транзисторов.
Оптические тиристоры, которые управляются потоками света.

Осуществление защиты элемента

Тиристоры – это приборы, которые критичны к скоростям нарастания прямого тока и прямого напряжения. Для них, как и для полупроводниковых диодов, характерно такое явление, как протекание обратных токов восстановления, которое очень быстро и резко падает до нулевого значения, усугубляя этим вероятность возникновения перенапряжения. Это перенапряжение является следствием того, что резко прекращается ток во всех элементах схемы, которые имеют индуктивность (даже сверхмалые индуктивности, характерные для монтажа – провода, дорожки платы). Для осуществления защиты необходимо использовать разнообразные схемы, позволяющие в динамических режимах работы защититься от высоких напряжений и токов.

Как правило, индуктивное сопротивление источника напряжения, который входит в цепь работающего тиристора, имеет такое значение, что его более чем достаточно для того, чтобы в дальнейшем не включать в схему некоторую дополнительную индуктивность. По этой причине в практике чаще используется цепочка формирования траектории переключения, которая значительно снижает скорость и уровень перенапряжения в схеме при отключении тиристора. Емкостно-резистивные цепочки наиболее часто используются для этих целей. Они включаются с тиристором параллельно. Имеется довольно много видов схемотехнических модификаций таких цепей, а также методик их расчетов, параметров для работы тиристоров в различных режимах и условиях. А вот цепь формирования траектории переключения запираемого тиристора будет такая же, как и у транзисторов.

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

Тиристоры | Основы электроакустики

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более p-n переходами, предназначенными для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов. Слово тиристор происходит от греческого thyra, означающего дверь, и указывает на то, что он может быть или открыт, или закрыт. Другое название этого прибора – кремниевый управляемый вентиль (КУВ). Последнее название указывает на то, что тиристор ведет себя как диод с дополнительной возможностью управления мощностью, направляемой в нагрузку.

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

Условные графические обозначения тиристоров:

а) динистор,
б) тиристор,
в) симистор

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

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

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

Рис.5.2. Схема простейшего регулятора на тиристоре

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

Рис.5.3. Временные диаграммы работы регулятора

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

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

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

Рис.5.4. Простое «твердотельное реле» на симисторе

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

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

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

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

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

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

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

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

принцип работы, схемы и т.д.

Триодный тиристор — специальный электронный прибор, который имеет три p-n перехода. Материал N-типа на одной стороне триодного тиристора является катодом, а материал P-типа на другой его стороне — анодом.

Схема триодного тиристора

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия триодного тиристора

Когда на катод триодного тиристора подается отрицательный потенциал, а на его анод положительный, то переходы J1 и J3 имеют прямое смещение, а переход J2 — обратное. Поскольку переход J2 имеет обратное смещение, то он ведет себя как разомкнутая цепь до тех пор, пока не появится достаточно большой подаваемый потенциал, способный преодолеть сопротивление его обедненной области.

Напряжение, подаваемое на триодный тиристор

Когда на триодный тиристор впервые подается какой-то потенциал, то очень малый ток протекает через этот прибор, так как J2 имеет обратное смещение и действует в основном как разомкнутая цепь. Когда подаваемый потенциал вырастает до значения, при котором сопротивление обедненной области J2 оказывается преодоленным, то триодный тиристор становится очень хорошим проводником и ток, идущий через него, начинает очень быстро нарастать. Потенциал, при котором триодный тиристор становится очень хорошим проводником, называется напряжением включения тиристора. Эффект подобного напряжения включения тиристоров четко виден на графике на рисунке ниже, отражающем характерную кривую триодного тиристора. Вертикальная линия отображает значения тока, протекающего через прибор, а горизонтальная линия — значения подаваемого напряжения.

Характерная кривая триодного тиристора

Как видно из графика, линия тока, протекающая через прибор, направлена почти вертикально вверх, когда достигается напряжение включения тиристора. Для того, чтобы предотвратить повреждение триодного тиристора в результате появления столь большого тока, этот прибор должен иметь либо какую-то нагрузку, либо подаваемый потенциал должен быть уменьшен.

Потенциал, который необходим для того, чтобы триодный тиристор стал хорошим проводником, может быть очень небольшим по сравнению с напряжением включения тиристора. Величина тока, протекающего через триодный тиристор в то время, когда подаваемый потенциал минимален, называется удерживающим током триодного тиристора. Триодный тиристор будет оставаться хорошим проводником до тех пор, пока ток, протекающий через него, не сравняется или не станет выше необходимого удерживающего тока. Величина напряжения, при котором происходит включение тиристора при прямом смещении, а триодный тиристор становится хорошим проводником, если контролировать, подавая положительный потенциал на материал p-типа обратно смещенного перехода (J2).

Этот материал P-типа называется затвором. Потенциал, подаваемый на затвор, называется потенциалом затвора. Когда на затвор подается положительный потенциал, то обратное смещение p-n перехода будет преодолено. А так как значение напряжения включения триодного тиристора в этом случае уменьшится, то сам прибор станет хорошим проводником при более низком напряжении, подаваемом с источника питания.

Типы тиристоров

— Руководство по покупке ThomasNet

Тиристоры — это бистабильные переключатели, которые проводят ток, когда они находятся в переднем положении, что означает, что напряжение не было реверсировано. Они сделаны из четырех слоев материала P- и N-типа, что делает устройство полупроводниковым. Материал N-типа создается путем легирования элемента электронами для увеличения количества электронов, несущих отрицательный заряд. Материал P-типа также получают путем легирования, хотя образующиеся в результате электроны, несущие заряд, заряжаются положительно.Путем чередования слоев материала P- и N-типа создается полупроводниковый тиристорный прибор. Два терминала с разным зарядом, анод и катод, переносят заряд с одного конца тиристора на другой. Третий управляющий вывод, часто называемый затвором, подключается к материалу P в непосредственной близости от катода.

Тиристор может принимать следующие состояния:

режим обратной блокировки;
режим прямой блокировки;
и режим прямой проводки.

Обратный режим блокировки означает, что напряжение подается в заданном направлении, что заставляет диод блокировать ток. Режим прямой блокировки влечет за собой приложение напряжения в заданном направлении, которое заставит диод проводить ток, но тиристор еще не активирован, и проводимость не может возникнуть. Режим прямой проводимости возникает при подаче напряжения и срабатывании тиристора, таким образом проводя напряжение до тех пор, пока напряжение не упадет ниже точки, известной как «ток удержания».”

Виды тиристоров

Тиристоры инверторные
Тиристоры асимметричные
Тиристоры с фазовым регулированием
Тиристор выключения затвора (GTO)
Тиристоры с управляемым светом

Условия покупки

Существует несколько типов тиристоров для различных применений, в том числе: инверторные, асимметричные и тиристоры с регулировкой фазы. Другие варианты включают запирающие тиристоры и световые тиристоры.

Инверторные тиристоры : Обладая коротким временем включения и выключения, инверторные тиристоры часто работают от источника постоянного тока и используются в высокоскоростных коммутационных устройствах. Напряжение обычно изменяется обратно пропорционально времени выключения.

Асимметричные тиристоры: Асимметричные тиристоры не блокируют значительную часть обратного тока. Обычно сокращенно ASCR, асимметричные тиристоры хорошо работают в приложениях, где обратное напряжение относительно низкое, от 20 до 30 В (В), и где прямое напряжение составляет от 400 до 2000 В.

Тиристоры с фазовым управлением: Тиристоры этого типа не имеют возможности быстрого переключения и вместо этого работают на сетевой частоте. В результате тиристоры с регулировкой фазы подходят для приложений промышленной частоты, таких как приводы постоянного тока, контактная сварка и некоторые приложения для передачи энергии.

Тиристор отключения затвора (GTO): Тиристор отключения затвора (GTO) хорошо подходит для приложений с напряжением более 2500 В или током более 400 А.важно, чтобы все компоненты GTO активировались одновременно стробирующим импульсом; Точно так же не менее важно, чтобы все компоненты отключились одновременно, в противном случае тиристор может быть перегружен и впоследствии поврежден.

Световые тиристоры: Световые тиристоры (LTT), также называемые фототиристорами, специально разработаны для реакции на избыточные носители, производимые оптически. Если производится достаточное количество носителей, выполняются условия для срабатывания тиристора, и тиристор включается.

Типичные области применения

Тиристоры часто служат выпрямителями, преобразующими переменный ток в постоянный. Для этой цели обычно используются фазовые цепи (например, трех-, шести- и двенадцатифазные), и их можно найти в основе других приложений, таких как турбогенераторы. Еще одной важной областью применения тиристоров являются приложения для управления мощностью, в том числе цепи постоянного тока, цепи переменного тока и преобразователи частоты звена постоянного тока.Тиристоры также могут функционировать как циклоконвертеры, изменяя входную мощность на выходную мощность более низкой частоты.

Прочие «виды» изделий

Больше от Automation & Electronics

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, т.е.е. Контроль 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 А. Также доступны дискретные формы, такие как шпильки и диски, до тех пор, пока в отрасли не доминируют модули на 570 А.

Тиристоры | Выпрямители с кремниевым управлением

Тиристоры — это четырехслойные полупроводниковые устройства, также известные как кремниевый выпрямитель (SCR). Они похожи на быстрый статический переключатель и подходят для управления большими объемами мощности, они также могут управлять скоростью двигателей постоянного тока.Вы можете узнать больше в нашем полном руководстве по тиристорам.

Как работают тиристоры?

Тиристоры обычно состоят из трех электродов: анода (положительный полюс), катода (отрицательный полюс) и затвора. (Также можно получить тиристоры с двумя или четырьмя выводами). Затвор является основным управляющим выводом, в то время как основной ток протекает между анодом и катодом. Тиристоры изготовлены из материалов N-типа и P-типа. Материал N-типа формируется путем легирования элемента электронами для увеличения количества электронов с отрицательным зарядом.Материал P-типа также получают путем легирования, хотя образующиеся в результате электроны, несущие заряд, заряжаются положительно. Путем чередования слоев материала P- и N-типа образуется полупроводниковый тиристорный прибор. Тиристоры используются для создания цепи фиксации. Тиристоры можно включить с помощью затвора. Затем он отключается, когда напряжение на аноде-катоде снова падает до нуля.

Типы тиристоров

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — Основное назначение SCR — функционировать как переключатель, который может включать или выключать малую или большую мощность.
Кремниевый управляемый переключатель (SCS) — Кремниевый управляемый переключатель (SCS) — это устройство, подобное SCR, но оно предназначено для выключения, когда положительный импульс напряжения / входного тока подается на дополнительный «анодный затвор».
Triac — Triac получил свое название от Triode для переменного тока. Симисторы похожи на SCR, но они проводят в обоих направлениях (двунаправленное устройство). Это означает, что он может переключать переменный и постоянный токи. Для этого требуются модули управления цепью зажигания.
Четырехслойный диод — Четырехслойный диод имеет 2 контакта и аналогичен чувствительному к напряжению переключателю. Когда напряжение между двумя контактами превышает напряжение пробоя, он включается, в противном случае — выключается.
Diac — Diac — это сочетание слов «диод» и «переключатель переменного тока», он похож на четырехслойный диод, но может проводить в обоих направлениях, что означает, что он может контактировать как с переменным, так и с постоянным током.

Области применения тиристоров

Тиристоры обычно используются во многих повседневных применениях, таких как:

Регуляторы скорости двигателя
Системы контроля давления
Светорегуляторы
Регуляторы уровня жидкости

Основные типы тиристоров и их применение

В этой статье мы обсудим различные типы тиристоров.Тиристоры представляют собой полупроводниковые устройства с 2 на 4 контакта, которые действуют как переключатели. Например, двухконтактный тиристор работает только тогда, когда напряжение на его выводах превышает напряжение пробоя устройства. Для 3-контактного тиристора путь тока контролируется третьим контактом, и когда на этот контакт подается напряжение или ток, тиристор проводит ток. В отличие от транзисторов, тиристоры работают только в состояниях ВКЛ и ВЫКЛ, и между этими двумя состояниями нет состояния частичной проводимости. Основные типы тиристоров: SCR, SCS, Triac, Четырехслойный диод и Diac.

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

Кремниевый выпрямитель обычно находится в состоянии ВЫКЛ, но когда небольшой ток поступает на его затвор G, он переходит в состояние ВКЛ. Если ток затвора удаляется, тиристор остается в состоянии «ВКЛ», и для переключения анода на катод ток должен быть снят или анод должен быть установлен на отрицательное напряжение по отношению к катоду. Ток течет только в одном направлении от анода к катоду. SCR используются в схемах переключения, схемах управления фазой, инвертирующих схемах и т. Д.

Кремниевый управляемый коммутатор (SCS)

Работа SCS аналогична SCR, но ее также можно отключить, подав положительный импульс на анодный затвор. SCS также может быть включен путем подачи отрицательного импульса на анодный затвор. Ток течет только от анода к катоду. СКС используются в счетчиках, драйверах ламп, логических схемах и т. Д.

Симистор

Triac похож на SCR, но он проводит в обоих направлениях, что означает, что он может переключать переменный и постоянный токи.Симистор остается во включенном состоянии только при наличии тока на затворе G и выключается, когда этот ток снимается. Ток течет в обоих направлениях между MT1 и MT2.

Четырехслойный диод

Четырехслойный диод имеет 2 контакта и работает как чувствительный к напряжению переключатель. Когда напряжение между двумя контактами превышает напряжение пробоя, он включается, в противном случае он выключается. Ток течет от анода к катоду.

Diac

Diac похож на четырехслойный диод, но он может проводить в обоих направлениях, что означает, что он может контактировать как с переменным, так и с постоянным током.

Основные приложения SCR

Базовая схема фиксации

В этой схеме SCR используется для формирования основной схемы фиксации. S1 — нормально разомкнутый переключатель, а S2 — нормально замкнутый переключатель. Когда S1 нажимается на мгновение, небольшой ток проходит через затвор SCR и включает его, тем самым запитывая нагрузку. Чтобы выключить его, мы должны нажать кнопку S2, чтобы ток через SCR прекратился. Резистор RG используется для установки напряжения затвора тринистора.

Цепь управления мощностью

В этой схеме SCR используется для изменения синусоидального сигнала, чтобы нагрузка получала меньшую мощность, чем при непосредственном приложении напряжения источника.Синусоидальный сигнал подается на затвор SCR через R1. Когда напряжение на затворе превышает напряжение срабатывания тринистора, он переходит в состояние ВКЛ и Vs подается на нагрузку. Во время отрицательной части синусоиды тиристор находится в выключенном состоянии. Увеличение R1 приводит к уменьшению напряжения, приложенного к затвору тринистора, и, таким образом, к запаздыванию времени проводимости. В этом случае нагрузка получает питание в течение меньшего времени, и, следовательно, средняя мощность нагрузки ниже.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Это контроллер двигателя постоянного тока с регулируемой скоростью, использующий UJT, SCR и несколько пассивных компонентов.UJT вместе с резисторами и конденсатором образуют генератор, который подает переменное напряжение на затвор SCR. Когда напряжение затвора превышает напряжение срабатывания SCR, SCR включается, и двигатель работает. Регулируя потенциометр, изменяется выходная частота генератора, и, таким образом, изменяется время срабатывания тринистора, что, в свою очередь, изменяет скорость двигателя. Таким образом, двигатель получает серию импульсов, которые усредняются во времени, и скорость регулируется.

Основные приложения TRIAC

Диммер переменного тока

Это диммер переменного тока, состоящий из диака, симистора и некоторых пассивных компонентов.Конденсатор заряжается через два резистора, и когда напряжение на одном конце диака превышает напряжение пробоя, он включается и посылает ток на затвор симистора, переводя симистор в состояние ВКЛ и, таким образом, запитывая лампу. После того, как конденсатор разряжен до напряжения ниже напряжения пробоя диак, диак, симистор и лампа выключаются. Затем конденсатор снова заряжается и так далее. Таким образом, лампа получает питание только на короткое время во время полной синусоиды. Это происходит очень быстро, и лампа кажется тусклой.Яркость регулируется с помощью потенциометра.

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 — это газонаполненное трубчатое устройство, используемое для управления выпрямителем и электрические коммутационные приложения высокой мощности) и Транзистор = Тиристор .

Тиристор — это устройство с четырьмя полупроводниковыми слоями или 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 закрывается один раз, он остается в закрытом положении, пока кто-нибудь не откроет переключатель.

Другими словами, когда переключатель находится в положении ON, он остается включенным после удаления управляющего сигнала, называемого защелкой .

Полупроводниковые приборы, 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 двунаправленного действия
SIDAC: устройство переключения двунаправленного действия.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.

Различия между тиристорами и транзисторами

S / No	Тиристоры	Транзисторы
1	4-х слойные устройства 903–260 переходов 903 , 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 ток в проводящем состоянии	Требуется постоянный ток, чтобы оставаться в проводящем состоянии
9	Очень низкое энергопотребление	Низкое энергопотребление
10	Высокие возможности регулирования	Низкие возможности регулирования
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:

MITSUBISHI ELECTRIC Semiconductors & Devices: Информация о продукте

Сыграв центральную роль в модернизации силовой электроники в 1960-х годах, тиристоры большой емкости теперь работают с более высокими напряжениями и токами.В 1980-х годах он превратился из тиристора с обратной блокировкой без функции самовыключения в тиристор GTO (выключение затвора), который переключается из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ, подавая отрицательный сигнал затвора даже в цепи постоянного тока. Кроме того, тиристор GCT (Gate Commutated Turn Off), который унаследовал базовую структуру тиристора GTO и значительно уменьшил импеданс затвора, обеспечил высокую скорость работы и высокую производительность отключения. Мы производим продукцию высокой мощности, такую как тиристоры GCT, тиристоры GTO и тиристоры сверхвысокого напряжения, которые имеют многолетний опыт работы в этой области.

Тиристоры GCT 6,000-6,500V / 400-6,000A
Тиристоры ГТО: 2,500-4,500В / 1,000A-4,000A
Тиристор сверхвысокого напряжения — 12000 В / 1500 А

В частности, тиристорный блок SGCT (отключение с симметричным затвором) представляет собой тиристор GCT с блокировкой обратного напряжения. Комбинируя оптимально спроектированные драйверы затвора, достигаются превосходные характеристики тиристора SGCT, что способствует сокращению периода проектирования системы.

Реализация типа блокировки высоковольтного обратного хода: Номинальное напряжение: прямое / 6500 В, обратное / 6500 В.
Унаследовал низкую характеристику высокого напряжения, присущую тиристорам.
Подходит для высоковольтных выключателей, инверторов источника тока.

Высоковольтный инвертор / Преобразователи частоты / SVG (Генератор статического переменного тока) / BTB (Переключатели переменного / постоянного тока / Тяговая силовая установка

Продукт		Текущий рейтинг	Номинальное напряжение
Продукт		Текущий рейтинг	2.5кВ	4,5 кВ	5,0 кВ	6.0 кВ	6.5 кВ	12кВ
GCT	Тиристорный блок SGCT	400A					●
		800A					●
		1500A					●
	GCT Тиристор	6000A				●
GTO Тиристор		1000A		●
		2000A	●	●
		3000A		●
		4000A		●
Тиристор		1500A						●

См. Технические характеристики тиристоров

Полупроводники: тиристоры и др.

В Основа современной электроники

1.) Основы
2.) Важные полупроводниковые приборы
2.a) Регулировка мощности: тиристоры: тиристоры, симисторы, диоды
2.b) Другое применение: диоды, транзисторы
3.) Материалы
4.) Хронология истории
5.) Рекомендуемые Pioneers

1.) Основы

Что такое полупроводник?
Полупроводниковые материалы — это материалы, которые позволяют электричеству проходят за счет потока электронов.Напротив, нормальные проводники имеют ионная проводимость. Различные элементы являются полупроводниками. Один из Первым экспериментировали с германием (Ge) (элемент № 32). Кремний и галлий — более известные полупроводники сегодня.

Полупроводники настолько универсальны в применении благодаря способности люди, чтобы точно контролировать, как эти материалы проводят электричество: контролируя размер кристалла элемента и легируя его, можно добиться желательно резистивно.
Легирование вводит определенные примеси в чистый образец полупроводник для достижения желаемых свойств. Легирование полупроводника на высоких уровнях заставляет материал действовать больше как проводник, это называется дегенеративным. Слаболегированный полупроводник называется примесью. Существует множество методов легирования материалов, и это очень сложный Область исследования.

Чтобы понять p-n-переходы и полупроводники лучше, вам нужно будет вложить хорошие деньги количество времени на лекции, это не простое явление и слишком долго рассказывать здесь.Посмотрите 59-минутную вводную лекцию в Solid состояние (полупроводники) от ITT Мадрас здесь.

Будущее:
Полупроводники являются основой бытовой электроники сегодня и будут продолжать быть жизненно важным на долгое время. Технологии, которые заменят многие полупроводники Электроника будет состоять из электроники на основе углеродных нанотрубок и искусственных алмазов. В военные и НАСА используют алмазы вместо кремниевых пластин, потому что они менее подвержены повреждать вредными лучами в космосе.Твердотельные технологии, используемые в нашей электросети и электроника подвержена повреждениям во время солнечных вспышек или других электромагнитных импульсов События.

Строительство:
Полупроводник устройства состоят из одного или нескольких p-n переходов. На рисунке ниже вы увидеть простой полупроводниковый прибор, состоящий из монокристалла арсенид галлия. Область n может быть легирована теллуром, а p область может быть легирована цинком.Есть много материалов, которые можно используется для допинга. У нас есть видео о том, как это работает.

Важно Полупроводниковые приборы:
2.a) Мощность Кондиционирование: тиристоры: тиристоры, симисторы и диаки
(контроль и манипулирование силы для выполнения данной работы):
Тиристоры — — семейство полупроводниковых устройств, выполняющих множество задач.это используется в передаче электроэнергии постоянного тока и содержит не менее 4 слоев полупроводниковых слоев n- и p-типа (устройство PNPN). SCR, диаки и симисторы представляют собой разновидности тиристоров.
Исправление — пропускание тока только в одном направлении. Диоды и тиристоры бывают выпрямители.
SCR — Выпрямитель с кремниевым управлением — Одно устройство, которое может выполнять эту работу реле, выключателя, автоматического выключателя, магнитного усилителя и многих других более.SCR — это управляемый полуволновой выпрямитель. Он используется с мощность переменного тока средней и высокой мощности — от диммеров лампы до управления двигателем к передаче энергии.
SCR позволяет ток должен идти только в одном направлении, как диод, за исключением того, что он только позволяет току проходить, когда он находится на желаемом уровне. Диод позволяет протекать всему току, пока анод остается положительным.
SCR либо «включено» или «выключено».Когда ток подается на один конец, он повышается, когда он достигает заданного значения, разрешается проходить через устройство. Когда ток падает ниже «удерживающего тока» SCR полностью блокирует ток. Когда ток меняет направление на противоположное, SCR блокирует это как хорошо.

Детали:

Анод — (+) ток течет с этой стороны, электроны выходят с этой стороны.
Катод — (-) ток течет с этой стороны.
Gate — устройство может быть включено или выключено калиткой

Вы можете увидеть что, контролируя значение, когда ток заблокирован, форма волны нарезан. Допуская пропускание меньшего тока, вы можете уменьшить количество мощности, идущей к электродвигателю, замедляя его. Еще одна вещь вы можете преобразовать переменный ток в постоянный, например, на интерфейсе, где Электроэнергия переменного тока соответствует линии электропередачи HVDC.

Это был улучшение того, что механические или ртутные выключатели дуги приводят к дуга образуется при физическом сближении двух проводников.Эта дуга может вызвать опасный скачок напряжения, который может повредить чувствительную электронику. Еще одно улучшение состоит в том, что SCR предотвращает утечку тока. через, когда он в выключенном состоянии. Это устройство было одним из самых важные ранние разработки в электронике. Впервые построен Бобом Hall в GE, на основе рудиментарной работы устройств PNPN в Bell Labs.

Симистор — Используется как триггер для SCR.Подобен SCR, за исключением того, что он может сделать полное выпрямление волны. Концепция, разработанная Биллом Гуцвиллером и построенная Гордон Холл (GE) (1957).

Подробнее о симисторах здесь>

Diac — (Диод переменного тока). Как SCR, за исключением того, что он работает в обоих направлениях. Он не проводит до тех пор, пока не появится напряжение отключения. отпускается, затем он проводит до тех пор, пока ток не упадет ниже определенного порог.Когда полярность меняется, все будет работать так же. опять таки.

Есть несколько видов диак. Силовой диак в Японии называется сидак и был первым использовались в первых диммерах ламп, продаваемых потребителям в США. Этот диак был построен Хатсон из Техаса. Позже этот диакритический диммер был заменен на SCR.

Другой сигнальный диод, называемый диаком, представляет собой низковольтное устройство, используемое в основном для затвора. Тиристоры и симисторы, но не способны передавать какую-либо определенную мощность.

Существуют и другие диаки, официально известные как квадрак (комбинация диак-симистор) и генераторы переменного тока. Сегодня устройства сейчас доступны до 3000 ампер и 10 кВ с как минимум 25 различными структурами.

Подробнее о диаках здесь>

2.b) Другое применение: диоды и транзисторы:

Диод — Может быть изготовленным из полупроводников или в виде вакуумной лампы.
Имеет низкое сопротивление в одном направлении и высокое сопротивление в другом. Он действует как односторонний клапан в водопроводной трубе (водопровод — хороший аналогия)

Он может преобразовывать переменный ток в Постоянного тока, он также используется для обнаружения сигналов VHF, UHF и в качестве измерителя выпрямитель. Первый тип полупроводника был сделан из германия.

Применения и типы: туннельный диод, Светодиоды, лазер, и узнайте больше о различных типах диодов>

Вверху: большой старый ВЧ-блок питания, используемый для питания микроволн. (предварительно твердое состояние).Эта тяжелая «коробка» имеет длину около 1,5 дюйма (45 см).

Вверху: твердотельный ВЧ источник питания, который выполняет ту же работу. как тяжелый ящик слева. Этот очень легкий и маленький. Твердотельные устройства стабилизации мощности позволяют для гораздо меньших компьютеров и бытовой техники.

Подробнее Приложения и устройства:
Слишком много приложений материала, чтобы перечислить, однако вы можете щелкнуть следующие ссылки, чтобы просмотреть соответствующие страницы и видео на веб-сайт Технического центра Эдисона.

3.) Материалы:

Узнайте о многих материалах Периодической таблицы, которые являются полупроводниками:

Германий
Кремний
Индий
Галена
Подробнее

Ниже видео: основы создания интегральных схем на кремниевых пластинах (часть нашей серии «Медь» в нашей серии «Электрический мир»).

4.) История:

Основные события и даты:

1906 — Первая полупроводниковый прибор: ‘Cat’s Разработан детектор Whisker — в нем используется провод, находящийся в тесном контакте с Galena
. 1925 — Идея полевого транзистора, разработанная Джулиусом Эдгаром Лилиенфельдом, но он не мог построить рабочую модель из-за некачественных материалов.
1934 — Oskar Heil также разрабатывает полевой транзистор
1947 — Бардин и Браттейн открывают эффект усиления в германии. в Bell Labs. Это первый точечный транзистор
. 1948 — Точечный транзистор также независимо обнаружен в Германии
1949 — Вернер Якоби создает первую «интегральную схему». состоит из 5 транзисторов
1953 — Первый транзистор, коммерчески проданный компанией Philco
1954 — Первый кремниевый транзистор, сделанный Texas Instruments.
1955 — Первый все транзисторные автомобильные радиоприемники производства Philco
Вверху: Боб Холл (слева) и Сол Душман смотрят большой сингл. кристалл германия в General Electric.Работа Холла привела к значительным улучшениям в транзистор, тем временем в тех же лабораториях GE вакуумные лампы были заменены из хрупких больших стеклянных трубок на керамические прочные цилиндры размером с горошину. Руководство GE решило отложить свое ожидание в пользу новых небольших электронных ламп. Колокол Лаборатории в конечном итоге выиграли в этой битве, заменив лампы на твердотельные.

1956 — Первые коммерческие тиристоры доступный

1957 — Гордон Холл и Фрэнк У.(Билл) Гуцвиллер разрабатывает SCR (кремниевый выпрямитель). в General Electric. Гуцвиллер нарисовал идею на бумаге, пока Холл ее строил, и, по мнению некоторых, заслуживает похвалы. Гордон Холл на объекте Клайд отдела полупроводниковой продукции был оспорен своего менеджера Рэя Йорка, чтобы проверить, сможет ли он использовать SCR, о котором на тот момент только предполагалось. Он был успешным однако Боб Муни (патентный поверенный) считал, что защита заявки будет стоить очень дорого. что это не будет чем-то, что СДПГ может себе позволить.

Обратите внимание, что многие люди помогли разрабатывают эту технологию в Bell Labs и General Electric. Ник Холоньяк и Дик Олдрич покинули Bell Labs и были отправлены в лабораторию Advanced Semiconductor Lab в GE Syracuse под направление Харриса Салливана. Как и в случае с МРТ и другими технологиями, существует Было много споров по поводу того, кто изобрел устройство. «Билл [Гуцвиллер] был менеджером Application Engineering и предположил, что было бы замечательно иметь выпрямитель с управляющий электрод.Но такие предложения не являются изобретением и не сводятся к упражняться.»

1958 — Texas Instruments создает первую настоящую «интегральную схему». состоящий из одного куска полупроводникового материала с несколькими компонентами внутри него.

1960 — Первый МОП — транзистор полевой металл-оксид-полупроводник

5.) Рекомендуемые Пионеры:

Колокол Лаборатории:
Джон Бардин (транзистор)
Уильям Шокли (транзистор)
Уолтер Браттейн (транзистор)
Фред Зейтц (физика твердого тела)
Гордон Тил и Морган Спаркс — разработал метод двойного легирования германия

Джон Молл — переключатель PNPN (свинцовый в SCR)
Карл Фрош — обнаружил маскирующий диоксид кремния
Моррис Таненбаум —

Сюда будут добавлены другие имена

Общие Электрический:
Роберт Н.Холл — полупроводниковый лазер, Транзисторы, SCR, изобрели процесс диффузии сплава. Schenectady
Закажите с ним наше полное видео-интервью. Показать # T007. Пожертвовать чтобы получить это на DVD.
William Dunlap —
Crawford Dunlap — легирование германием, улучшение процесса диффузии сплава

Ник Холоняк — красный светодиод, Симисторные, металлические тонкопленочные технологии. (также работал в Bell Labs). Сиракузы

Ричард Олдрич — Triac.Сиракузы
Ray York — Triac. Сиракузы
Finis Gentry — Triac. Сиракузы

Берни Бедфорд — SVC — Статический Компенсатор VAR. Schenectady
Билл Гуцвиллер — изобретатель симистора, SCR — кремниевого выпрямителя. Clyde

John Harnden Jr. — GEMOV — Металлооксидный варистор и кондиционирование питания, SCR. Скенектади.
Билл Моррис — GEMOV — Металлооксидный варистор. Schenectady
Fracois Martzloff — GEMOV
Joe Wong — GEMOV
William Kornrumpf — SCRs.Скенектади

John Saby — переход из сплава Транзистор — Syracuse
Addison Sheckler — улучшенные диоды с помощью методов кристаллизации — Syracuse
Jerry Suran — Двойной базовый диод. Сиракузы

RCA:

Жак Панков — переход из сплава транзистор

Texas Instruments:

Гэри Питтман (Первый светодиод, инфракрасный)
Bob Biard (Первый светодиод, инфракрасный)

Monsanto:

Джордж Крэфорд (желтый светодиод)

Другое Компании / университеты:

Сюдзи Накамура (синий светодиод)

Подробнее о Изобретатели светодиодов

Роберт Нойс — симистор
Вернер Якоби

Рекомендуемые видеоролики по истории полупроводников:

The GE Semiconductor Business, устная история с докторомОливер Винн — Бывший менеджер микропроцессорного подразделения General Electric

Связанные темы:

Статья M.W. & J.Harnden

Источники:

Полупроводник Исследования и разработки в General Electric , Марк П.Д. Burgess
Видео-интервью с Робертом Холлом , Технологическим центром Эдисона. 2008. Выставка # T007
светодиодов и OLED, Edison Tech Center.2012
Википедия: Транзисторы, диоды, симисторы
Оливер Винн — инженер-электрик
Теория биполярных переходных транзисторов Чака МакМаниса. 2003.