Виды тиристоров: . , , , , . , . , , , , .

что это, принцип работы, свойства, применение

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих. 

Содержание статьи

Что такое тиристор, его устройство и обозначение на схеме

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

Так выглядят тиристоры

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением.

Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

Принцип работы тиристора в устройствах переменного напряжения: на выходе есть только верхняя часть синусоиды

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

• снять нагрузку;
• уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

После снятия отпирающего напряжения, тиристор остается в открытом состоянии (лампочка горит)

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

• Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод,  выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках).  Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
• После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Если говорить о внутреннем устройстве, то это три перехода P-N-P-N

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Один из видов: силовой Т122-25

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы

Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:

• При подключении щупов к аноду и катоду, прибор должен показывать обрыв — «1» или «OL» в зависимости от мультиметра. Если отображаются иные показатели хоть в одном направлении, тиристор пробит.
• Между анодом и управляющим электродом (выводом) должно быть небольшое сопротивление в одном из направлений. В противоположном — обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или небольшое сопротивление — элемент поврежден.

  Проверка тиристора при помощи мультиметра. На левом рисунке на табло отображается «1», т.е. сопротивление между анодом и катодом слишком велико и прибор не может его зафиксировать. На правом рисунке сопротивление небольшое, так как подано прямое напряжение смещения между анодом и управляющим электродом

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

• Плюс от источника питания подаем на анод.
• К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
• Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
• Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
• Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
• Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

• Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
• Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
  • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
  • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

• Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
• С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
• Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Различают в основном, по типу проводимости и способу управления

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

• Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
• Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
• Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:

• Максимальный прямой ток. Значение тока, который может протекать через анод-катод. У мощных моделей он может достигать сотен Ампер.
• Максимально допустимый обратный ток. Указывается не для всех видов, только у обратно-проводящих.
• Прямое напряжение. Это максимально допустимое падение напряжения в открытом состоянии при прохождении максимального тока.
• Напряжение включения. Минимальный уровень управляющего сигнала, при котором тиристор сработает.

  Пример характеристик

• Удерживающий ток. Если ток, протекающий через анод-катод ниже этого значения, устройство переходит в запертое состояние.
• Минимальный ток управляющего сигнала. При подаче тока ниже этого значения, элемент не откроется.
• Максимальный ток управления. Если превысить этот параметр, p-n переход выйдет из строя.
• Рассеиваемая мощность. Определяет величину подключаемой нагрузки.

Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

• Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».

• Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:

  • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.

  • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

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.

65)Эквивалентная схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой:

Выражение для угла коммутации у из соотношения

Влияние угла управления а и параметра у0 на угол коммутации управляемого выпрямителя при 1 -у0 = 1°, 2-5°, 3 -10°, 4 — 20°, 5 — 30°, 6 — 40°

Характерные диаграммы для управляемого выпрямителя с учетом явления коммутации

64) Диаграмма работы однофазного УВ с нулевым диодом

Однофаз­ный управляемый выпрямитель

применение нулевого диода позволяет уменьшить нагрузку на тиристоры (в особенности при больших ) и поднятьвыпрямителя.

61) Двухполупериодная мостовая вентильная схема с противо-эдс

Тиристоры. Виды — презентация онлайн

1. ТИРИСТОРЫ

• По способу действия тиристор можно сравнить с
переключателем или ключом.
• Переключается тиристор при помощи
напряжения, а отключается пропаданием тока
или снятием нагрузки.
• Принцип работы тиристора можно представлять
как ключ с электрическим управлением
Тиристоры
Триодный тиристор
УЭ
Диодный тиристор
А
p
p
n
n
К
А
p
p
n
n
К
Катод
Анод
П1
П2
П3
Принцип работы
П1
П2
Управляющий
П3электрод
— При плавном увеличении напряжения (U) на электродах
(+ к А, — к К → П1 и П3 — открыты, П2 — закрыт) тиристор
закрыт, ток мал.
— При достижении U , равном Uвкл, П1, П2, П3 открыты,
тиристор включается, ток резко возрастает.
— При уменьшении U процессы происходят в обратном
порядке и при достижении Uвыкл тиристор выключается.
Подавая напряжением на УЭ
(+ Uупр) можно изменять Uвкл.

5. Устройство тиристора

• Тиристор, как правило, имеет три выхода.
• Один управляющий и два,
через которые протекает ток.
• При подаче напряжения на управляющий выход,
коммутируется цепь через анод-коллектор.
• Тиристор сравним с транзистором. Только с той
разницей, что у транзистора величина
пропускаемого тока зависит от поданного на
управляющий вывод напряжения, а тиристор
либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

6. Внешний вид тиристора

Элементы времен Советского Союза — металлические, с
тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий
электрод с одной стороны. Электрод управления меньше по
размерам. Анод может находиться с противоположной
стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, на
корпусе. Современные тиристоры это небольшой
пластиковый прямоугольник с металлической пластиной
сверху и тремя выводами-ножками снизу. В описании
указаны какой из выводов А, К и УЭ.
Тиристор можно представляют в виде двух
транзисторов, связанных между собой,
каждый из которых работает в активном
режиме.

8. Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно сравнить с
диодом. Пропускать ток он будет в одном
направлении — от анода к катоду, но происходить это
будет только в состоянии «открыто».
Если сравнивать с диодом то есть существенные
отличия в выходном напряжении.

9. Принцип работы тиристора

• Стартовое состояние элемента — закрыто.
«Сигналом» к переходу в состояние «открыто»
является появление напряжения между анодом
и управляющим выводом.
• Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно
двумя способами:
• снять нагрузку;
• уменьшить ток ниже тока удержания
(одна из технических характеристик).

10. Работа тиристора в схемах с постоянным напряжением

После кратковременного появления напряжения
между анодом и управляющим выводом, элемент
переходит в состояние «открыто».
Далее может быть два варианта развития событий:
• Состояние «открыто» держится даже после того,
как напряжение анод-выход управления пропало.
Такое возможно если напряжение, поданное на
анод-управляющий
вывод,
выше
чем
неотпирающее
напряжение.
Прекращается
прохождение тока через тиристор, фактически
только разрывом цепи или выключением источника
питания. После восстановления цепи, ток не течет
до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова
не подадут напряжение.
• Состояние «закрыто» после снятия напряжения

11. В схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без.

12. Работа тиристора в схемах с переменным напряжением

Принцип
работы
в
схемах
переменного
напряжения существенно отличается.
Возвращение в запертое состояние происходит
«автоматически» — при падении силы тока ниже
порога удержания.
Если напряжение на анод-катод подавать
постоянно, на выходе тиристора получаем
импульсы тока, которые идут с определенной
частотой. Именно так построены импульсные
блоки питания. При помощи тиристора они
преобразуют синусоиду в импульсы.

13. Проверка работоспособности тиристора Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную

схему. Если при прозвонке иметь
перед иметь информацию о технических
характеристиках, можно проверить сопротивление
переходов

14. Прозвонка мультиметром Переводим прибор в режим прозвонки

Поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:
• При подключении щупов к аноду и катоду, прибор
должен показывать обрыв. Если отображаются иные
показатели хоть в одном направлении, тиристор
поврежден.
• Между анодом и управляющим электродом
(выводом) должно быть небольшое сопротивление
в одном из направлений. В противоположном —
обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или
небольшое сопротивление — элемент поврежден.

15. Виды тиристоров и их особые свойства

• Динисторы или диодные тиристоры.
Отличаются тем, что имеют только два вывода.
Открываются подачей на анод и катод высокого
напряжения в виде импульса. Называют еще
«неуправляемые тиристоры».
• Тринисторы или триодные тиристоры. В них
есть управляющий электрод, но управляющий
импульс может подаваться:
— На управляющий выход и катод. Название — с
управлением катодом.
— На управляющий электрод и анод. Соответственно
— управление анодом.
По мощности
Тиристоры коммутирующие очень большие токи
называют силовыми.
Небольшие модели малоточных схем —
называют маломощными.
По способу запирания
В одном случае достаточно уменьшения
анодного тока ниже уровня тока удержания.
В другом случае — подается запирающее
напряжение на управляющий электрод.

18.

Классификакция по проводимости • Тиристоры проводят ток только в одном
направлении. Обратной проводимости нет.
Но существуют не только такие.
• Имеющие невысокое обратное напряжение,
называются обратно-проводящие.
• С ненормируемой обратной проводимостью
ставят в схемах, где обратное напряжение
возникнуть не может.
• Симисторы или Симметричные тиристоры.
Проводят ток в обоих направлениях.

20. Классификация по особым режимам работы

Можно выделить следующие подвиды тиристоров:
• Запираемые и незапираемые. Принцип работы
тиристора незапираемого немного другой. Он
находится в открытом состоянии когда плюс
приложен к аноду, минус — на катоде.
Переходит в закрытое состоянии при смене
полярности.
• Быстродействующие. Имеют малое время
перехода из одного состояния в другое.
• Импульсные. Очень быстро переходит из одного
состояние в другое, используется в схемах с
импульсными режимами работы.

Основные параметры тиристоров:
Максимальный прямой ток. Значение тока, который может
протекать через анод-катод.
Максимально допустимый обратный ток. Указывается не для
всех видов, только у обратно-проводящих.
Прямое напряжение. Это максимально допустимое падение
напряжения в открытом состоянии при прохождении
максимального тока.
Напряжение включения. Минимальный уровень
управляющего сигнала, при котором тиристор сработает.
Удерживающий ток. Если ток, протекающий через анод-катод
ниже этого значения, устройство переходит в запертое
состояние.
Минимальный ток управляющего сигнала. При подаче тока
ниже этого значения, элемент не откроется.
Максимальный ток управления. Если превысить этот
параметр, p-n переход выйдет из строя.
Рассеиваемая мощность. Определяет величину
подключаемой нагрузки.
Вольтамперная характеристика тиристора
К аноду тиристора подали небольшое положительное
напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом
направлении, а коллекторный в обратном.
Участок от нуля до единицы на вольт-амперной
характеристике будет примерно аналогичен обратной
ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать
— режимом закрытого состояния тиристора.
• При увеличении анодного напряжения происходит инжекция
основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление
электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на
коллекторном переходе.
• С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном
переходе начнет уменьшаться, до определенного значения когда
тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального
сопротивления (участок 1-2).
• После чего все переходы сместятся в прямом направлении тем
самым переведя тиристор в открытое состояние (участок 2-3).
• В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока
коллекторный переход будет смещен в прямом направлении.
• Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации
уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях
и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и
тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика
будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов.
Обратное напряжение будет ограничиваться напряжением пробоя.
Условное обозначение, вольт-амперные характеристики
и параметры тиристоров
Диодный тиристор
А
Iа
Триодный тиристор
УЭ
UУЭК
А
К
К
Iа = F(Uа)
Uак
Iа
Iа
Iадоп
Выключаются
тиристоры обратным
напряжением Uак
Iуд
0
Uвыкл
Uвкл
Uак
Uобрдоп
Uак
Триодный
тиристор
включают по УЭ
Uуэ2 > Uуэ1
Iуд
Uвкл2 Uвкл1
Uобрдоп – наибольшее напряжение, которое может быть приложено в обратном
направлении.
Iа.доп – наибольшее значение постоянного анодного тока в открытом
Uак
состоянии прибора.
Uу.от – напряжение между УЭ и К, соответствующее отпирающему току УЭ.
Симметричные триодные тиристоры
(триаки или симисторы)
ЭТО тиристоры, которые могут переключаться из закрытого
состояния в открытое и наоборот при любых полярностях
напряжения на основных электродах (А и К)
Iа
Iуд
Uвыкл
0
Uвкл2
0
Uвыкл
Iуд
Uвкл1
Uак
Внешний вид тиристоров
Пример:
КУ202Н кремниевый триодный
тиристор, Uобр.доп = 400 В , Iадоп = 10 А, Uу.от ≤ 7 В

основные виды полупроводников, способы коммутации и принцип работы силовых ключей

Для коммутации и регулирования мощного напряжения используются тиристоры, которые представляют собой разновидность полупроводниковых приборов. Сегодня применяются различные по своей мощности коммутаторы, обеспечивающие правильную работу электросети. Нужно лишь грамотно выбрать ВАХ (вольтамперная характеристика) тиристора, что позволяет исключить поломки оборудования, обеспечивая его правильное функционирование.

Особенности полупроводников

Основное назначение тиристорных ключей — это передача электротока в прямом направлении. В закрытом состоянии полупроводник задерживает прямое и обратное напряжение, обеспечивая тем самым регулировку электросети.

Структура тиристоров включает три вывода:

• Управляющий электрод.
• Катод.
• Анод.

Все полупроводники имеют свои вольтамперные характеристики, по которым можно судить о назначении и состоянии этого элемента. Мощные ключи способны работать при напряжении в 5000 вольт, а максимально допустимая сила тока составляет 5000 ампер.

Принцип работы

Принцип работы тиристора чрезвычайно прост: его включение осуществляется за счёт подачи на вывод мощных токовых импульсов. Такие сигналы по отношению к катодам должны быть положительными. На работу тиристора влияет температура полупроводника и способ приложения напряжения и тока на используемые в схеме ключи.

В электроцепи, где используются тиристоры, исключается высокая скорость нарастания напряжения, что может привести к самопроизвольному включению элемента. Поэтому устанавливаются дополнительные диоды и цепи, которые обеспечивают выравнивание напряжения, предупреждая паразитные всплески. Одной из особенностей использования ключей является наличие в цепи крутизны характеристик сигнала управления, что необходимо для их правильной работы.

Основные разновидности

На сегодняшний день существует несколько основных типов полупроводников, которые отличаются своей конструкцией, принципом коммутации и рядом других параметров. Наибольшее распространение получили следующие виды тиристоров:

• Оптические ключи, предназначенные для управления потоками света.
• Тиристоры с полевым транзистором управления.
• Инверторные полупроводники, характеризующиеся высокой скоростью коммутации.
• Симметричные модификации позволяют заменить два подключённых встречно-параллельно полупроводника.
• Диодные переходят в состояние проводимости при превышении пиковых показателей напряжения.

Параметры и ВАХ тиристоров в зависимости от их типа существенно различаются. Соответственно, подобрав ту или иную разновидность, можно будет обеспечить правильное функционирование электроцепей, упростив схему выполнения оборудования.

Способы коммутации

Управление работой ключей выполняется при помощи соответствующих сигналов коммутации, которые позволяют открывать и закрывать входы, обеспечивая при этом правильную работу электрооборудования.

Принято выделять два способа коммутации:

• Принудительный.
• Естественный.

Естественная коммутация проводников возникает в тех случаях, когда ключ используется с переменным током. Перенаправление происходит при падении электротока до нулевого значения. Такой способ управления приборами не получил должного распространения, так как при его использовании сложно обеспечить правильность работы электроцепи, существенно снижая функционал тиристоров.

При принудительной коммутации необходимы дополнительные конденсаторы, которые заранее заряжаются за счёт нажатия кнопки ключа. В используемую схему управления дополнительно включается LC-цепь, обязательным условием в которой является заряженный конденсатор. Мощные колебания тока происходят при переходе в нагрузочной цепи, что позволяет осуществлять коммутацию тиристоров. На сегодняшний день именно принудительное управление с полупроводниками получило наибольшее распространение, что объясняется его универсальностью, простотой и максимальной надежностью.

Разновидности схем принудительного управления

Для управления работой ключей могут использоваться различные типы принудительной коммутации. Чаще всего применяют схему с коммутирующим конденсатором с обратной полярностью. Такой диод включается в цепь с помощью дополнительного вспомогательного тиристора, что обеспечивает формирование заряда на рабочий полупроводник.

Ток конденсатора направляется навстречу току с основного ключа, что позволяет снизить напряжение в сети, вплоть до падения этого параметра до нуля. При уменьшении тока происходит отключение тиристора, после чего такт повторяется, что позволяет правильно управлять работой всей электроцепи и отдельных ее элементов в частности.

Также возможно использование схемы принудительной коммутации, где подключены LC-цепочки. В начале коммутации ток от LC-цепочки направляется навстречу рабочему напряжению, происходит их быстрое уравнивание и тиристор отключается.

Из колебательной схемы электроток протекает через ключ в полупроводниковый диод. К тиристорам прикладывается соответствующее напряжение, которое по модулю равняется показателю падения напряжения на диоде.

Использование в мощных схемах

Основное назначение тиристоров — это организация правильной работы мощной схемы. Включив в цепь полупроводники, можно осуществлять следующие операции:

• Изменять среднее значение тока, что помогает регулировать подачу сигналов управления.
• Отключать или включать электрическую цепь с активной и резистивной нагрузкой.

Особенностью тиристорных ключей является их свойство проводить ток исключительно в одном направлении. Поэтому, используя их в цепях с переменным током, необходимо обеспечить параллельное включение. Средние показатели электротока в момент подача сигналов на тиристоры могут изменяться, что вынуждает использовать дополнительные конденсаторы, для правильной организации работы цепи.

Фазовый способ управления работы с коммутацией принудительного типа позволяет регулировать нагрузку изменением амплитуды напряжения между фазами. Такая искусственная коммутация выполняется с помощью специальных цепей или установки дополнительных запираемых ключей. Фазовый метод управления применяется в зарядных устройствах, где требуется регулировать силу тока, с учетом уровня накопленной энергии аккумулятором.

Широтно-импульсную технологию управления часто называют шим-модуляцией тока. При открытии тиристора подается сигнал управления. В переходной фазе напряжение становится нулевым, что является сигналом к закрытию ключа. Токовая кривая при использовании фазового управления будет не синусоидальной, а полностью зависящей от формы сигналов напряжения питания. Широтно-импульсное управление имеет сложную схему реализации, поэтому такой способ коммутации применяется в промышленном оборудовании и мощных блоках питания.

Правильное подключение и защита

Силовые тиристоры критичны к показателям скорости нарастания тока. Значение электротока при протекании его обратно через ключ может падать до нуля, что приводит к перенапряжению полупроводников. Для защиты ключей используются дополнительные диоды и разнообразные схемы, позволяющие защитить приборы в динамических режимах.

Применение такой схемы позволяет параллельно включать в работу ключи, что предотвращает падение до нуля обратного тока и перенапряжения полупроводников. На сегодняшний день имеется множество вариантов схематических модификаций цепей, которые используются в зависимости от параметров работы тиристоров в различных условиях и режимах.

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:

1. Лавинный пробой.
2. Прокол обеднённой области.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины W_n1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше W_n1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

Режим прямого запирания

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

Двухтранзисторная модель

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

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

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

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

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

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

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

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

Режим прямой проводимости

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

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

Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия 1 Определение, виды тиристоров 2 Принцип действия

---

Подборка по базе: МИНИСТ виды нлоговокончательно2222222222.doc, Виды геометрических задач. Виды заданий по геометрии в курсе мат, Эталоны. Виды и назначение1..docx, Основные виды суицида.pdf, Реферат 2020 Понятие государства и его признаки.docx, Практическая работа №1 Виды и методы изм.docx, 03.03.2021 Виды свай.docx, лекция №1 Реаниматология. Понятие. Структура и задачи службы.do, 1. Понятие топологии.pdf, Частное право Понятие и особенности.docx

---

Содержание
Введение

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение
В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия
1.1 Определение, виды тиристоров
Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).
Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.
1.2 Принцип действия
При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.
Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.
1.3 Параметры тиристоров
1. Напряжение включения (Uвкл) – это такое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние.

2. Повторяющееся импульсное обратное напряжение (Uo6p.max) — это напряжение, при котором наступает электрический пробой. Для большинства тиристоров Uвкл = Uo6p.max.

3. Максимально допустимый прямой, средний за период ток.

4. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре (Unp = 0,5÷1В).

5. Обратный максимальный ток – это ток, обусловленный движением неосновных носителей при приложении напряжения обратной полярности.

6. Ток удержания – это анодный ток, при котором тиристор закрывается.

7. Время отключения – это время, в течение которого закрывается тиристор.

8. Предельная скорость нарастания анодного тока. Если анодный ток будет быстро нарастать, то p-n переходы будут загружаться током неравномерно, вследствие чего будет происходить местный перегрев и тепловой пробой.

9. Предельная скорость нарастания анодного напряжения. Если предельная скорость нарастания анодного напряжения будет больше паспортной, тиристор может самопроизвольно открыться от электромагнитной помехи.

10. Управляющий ток отпирания – это ток, который необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

11. Управляющее напряжение отпирания – это напряжение, которое необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности
2.1 Общие сведения о различных регуляторах
Тиристоры имеют широкий диапазон применений (регуляторы мощности, управляемые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.

Регулировка выходного напряжения выпрямителя может осуществляться разными способами. Регулируемый трансформатор или автотрансформатор, включенный в схему выпрямителя, дает возможность изменять амплитуду переменного напряжения, подводимого к вентилям, и тем самым устанавливать желаемое выпрямленное напряжение.

Однако такие трансформаторы громоздки и имеют малую надежность из-за переключаемых или скользящих контактов.

Регулировка постоянного напряжения на нагрузке, достигаемая делителем напряжения или реостатом, включенным между выходом выпрямителя и нагрузкой, связана с большими потерями мощности.
2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора
Свободным от недостатков методов, перечисленных в 2.2, является метод, основанный на управлении вентилями выпрямителя. В качестве управляемых вентилей в настоящее время широко применяют тиристоры.

Моментом включения тиристора можно управлять подавая управляющий импульс тока на n-р-переход, прилегающий к катоду.

При прохождении тока нагрузки через открытый тиристор все три его n-р-перехода смещены в прямом направлении, и управляющий электрод перестает влиять на процессы, происходящие в тиристоре. При спадании прямого тока тиристора до нуля после рассасывания заряда неосновных носителей в базовых областях тиристор запирается, и управляющие свойства восстанавливаются.

Рис. 2.1.1 Схема включения тиристора.

Рис. 2.1.2 Вольтамперная характеристика тиристора.
В схеме, содержащей источник питания Е, тиристор VS и резистор нагрузки R (рис. 2.1.1), возможны два устойчивых состояния, одно из которых соответствует открытому, а второе – закрытому тиристору. Наложение характеристики цепи резистор-источник на характеристики тиристора (рис. 2.1.2) позволяет получить прямые токи отключенного (точка А) и включенного (точка В) тиристора. Повышение напряжения источника от 0 до E при Iу=0 вызывает перемещение рабочей точки по нижней ветви характеристики до точки А. Если подать управляющий импульс тока амплитудой и длительностью, достаточной для поддержания этого тока на время открывания тиристора, то рабочая точка перейдет в точку, соответствующую открытому состоянию тиристора.

Рис.2.1.3 Наложение характеристики цепи резистор-источник на характеристики тиристора.
Спад открывающего импульса тока в цепи управления не влияет на процессы в открытом тиристоре, его рабочая точка остается в положении В. Восстановление управляющих свойств тиристора произойдет лишь при его обесточивании на время, большее времени его закрывания.

В открытом состоянии тиристор пропускает очень большие токи (до нескольких сотен ампер) и оказывает им малое сопротивление. В этом его преимущество. Применяя тиристоры, следует иметь в виду, что скачкообразное изменение сопротивления в момент открывания может привести к очень большим броскам тока. Особенно велики эти броски в тех схемах, где нагрузка R шунтируется конденсатором.

Зарядка конденсатора через открывшийся тиристор может вывести последний из строя. Поэтому для уменьшения бросков тока последовательно с тиристором включают дроссель.

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре
В выпрямительных схемах тиристоры лучше работают при активной нагрузке или при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента.

В управляемый выпрямитель тиристор вводят как обычный вентиль, а к его управляющему электроду подводят от цепи управления (ЦУ) импульсы, включающие тиристоры с запаздыванием на угол a относительно выпрямляемого напряжения (рис. 2.1.3).

Через тиристор VS1, включающийся в момент, соответствующий wt =a на выход выпрямителя передается напряжение первой фазы вторичной обмотки e21. При wt=p напряжение e21 становится отрицательным, однако тиристор запереться не может, так как это привело бы к обрыву тока, проходящего через дроссель L. Индуктивность дросселя L выбирают большей критической, чем и поддерживают непрерывный ток. Поэтому в те моменты, когда e21 отрицательно, на дросселе L наводится ЭДС самоиндукции с полярностью и значением, обеспечивающими напряжение на катоде, меньше e21.

При wt=p+a открывается тиристор VS2, через который на выход передается напряжение e22, являющееся на данном этапе положительным. Ток дросселя переходит на вторую фазу, а тиристор VS1 оказавшись обесточенным и смещенным в обратном направлении, запирается и т. д. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя e0 создается лишь теми частями напряжений вторичных полуобмоток E21 и E22, которые соответствуют открытому состоянию тиристоров.

Рис.2.1.4 Схема регулировки выпрямления напряжения.
Напряжение на нагрузке, получающееся почти равным постоянной составляющей напряжения e0, подводимого к фильтру LС, растет при уменьшении угла a и спадает при его увеличении. Регулировка выпрямленного напряжения, достигаемая изменением фазы управляющих импульсов, не связана с гашением избытка мощности в самом регулируемом выпрямителе, что является основным его преимуществом.

Для простоты полагаем падение напряжения на открытом тиристоре много меньшим (рис. 2.1.4.) выпрямленного напряжения, а токи утечки (прямой ток при закрытом тиристоре и обратный ток при отрицательном напряжении) – малыми по сравнению с током нагрузки. Это позволит считать тиристор идеальным (прямое падение напряжения в режиме насыщения, прямой и обратный токи утечки, а также ток отключения в нем равны нулю). Такие упрощения не приведут к большой погрешности, так как ток через вентиль схемы определяется сопротивлением нагрузки, а не фазы. По этой же причине можем считать идеальными дроссель L и трансформатор, т. е. пренебречь индуктивностью рассеяния и активными сопротивлениями их обмоток

Сначала рассмотрим одну первую фазу регулируемого выпрямителя (рис. 2.1.4). Нагрузку выпрямителя полагаем состоящей из дросселя L и конденсатора С, образующих фильтр, и активной нагрузки R, а выходное напряжение — постоянным и равным е0. Исходя из графика

Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентиля напряжение e0 совпадает с ЭДС первой фазы трансформатора e21 в интервале
a

e0=e21 (2.1.3.)
Падение напряжения на дросселе L равно разности напряжений e21 и E0, и, следовательно, его ток


Постоянную интегрирования определим из условия баланса постоянных токов. Среднее значение тока iL на интервале α¸p+a должно быть равно току нагрузки. Подставив найденное таким образом значение C, получим

Выпрямленное напряжение получается, если тиристор каждой из фаз открыт до тех пор, пока не вступит в работу следующая фаза. Однако это верно лишь в том случае, когда ток дросселя к моменту открывания вентиля следующей фазы положителен и напряжение, получаемое в момент включения с включающейся фазы, больше напряжения на конденсаторе. Последнее условие выполняется при α> 32,5°, что обеспечивает рост тока дросселя сразу после включения тиристора.

Подставив в wt=p+a запишем это условие в виде

Так как е0 определяется выражением, условие непрерывности тока в дросселе можно записать иначе:

Оно и должно выполняться для углов a> 32,5°. Если индуктивность дросселя L- меньше Lкр, где

Как только ток станет равным нулю, тиристор обесточится и выключится. Такой режим не очень выгоден, так как связан с большими переменными составляющими токов тиристоров и обмоток трансформатора. Поэтому чаще всего индуктивность дросселя L выбирают такой, чтобы при максимально возможном сопротивлении нагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.

В режиме непрерывного тока дросселя ток фазы приближается по форме к прямоугольной (рис. 2.1.5,а,б). Его действующее значение без учета пульсаций

Действующее значение тока первичной обмотки, в которую трансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается раз больше, чем ток nlr, т. е.

Рис. 2.1.5. Ток дросселя.
По форме ток первичной обмотки в каждый из полупериодов повторяет ток фазы, равный току iL (рис. 2.1.5, в). Первая гармоника этого тока при малых пульсациях сдвинута на угол α. относительно напряжения на первичной обмотке.

• 
  Таким образом, при тиристорный выпрямитель потребляет от сети не только активный, но и реактивный ток. Это является недостатком такого выпрямителя.
  

Полный перепад пульсаций на выходном конденсаторе С найдем так же, как и при исследовании неуправляемого выпрямителя. В результате получим выражение:

Здесь коэффициент D(a) является функцией угла a.

Подводя итог, отметим следующие особенности схемы тиристорного регулируемого выпрямителя:

1) снижение выходного напряжения в тиристорном выпрямителе достигается благодаря уменьшению отбора мощности от сети переменного тока; оно не связано с гашением значительной ее части в выпрямителе;

2) при регулировке выпрямитель потребляет не только активную, но и реактивную мощностью сети переменного тока;

3) при изменении угла регулирования a от 0 до 0,5p выходное напряжение меняется от максимума до 0;

4) пульсация выпрямленного напряжения заметно возрастает с ростом угла регулирования;

5) режим непрерывного тока в дросселе нарушается, если не соблюдается отношение.

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах
3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К
Устройство, схема которого приведена на рисунке, можно использовать для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В. Напряжение на нагрузке можно менять от нуля до номинального напряжения сети.

Тиристор VS1, включенный в диагональ моста, составленного из диодов VD1—VD4 играет роль управляемого ключа, который открывается при разряде конденсатора С1 через ограничительный резистор R2 и управляющий переход тиристора при включении переключающего диода VD 6. Напряжение, при котором тиристор включается, можно регулировать потенциометром R1. Вместо переключающего диода VD6 можно использовать стабилитрон, но в этом случае уменьшается диапазон регулировки напряжения на нагрузке.
3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах
На первых двух рисунках изображены варианты выпрямителей на тиристорах, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 в (рис. 3.2.1) и от 0,5 до 15 в (рис. 3.2.2).

В течение одного полупериода к аноду тиристора приложено положительное относительно катода напряжение.

Рис. 3.2.1. Принципиальная схема выпрямителя №1.
Пока на управляющий электрод не подан положительный сигнал определенной амплитуды со схемы запуска, тиристор не пропускает ток в прямом направлении. Через некоторый произвольный угол задержки α между напряжениями на управляющем электроде и катоде прикладывается положительный запускающий сигнал, вызывающий протекание тока через тиристор и соответственно через нагрузку. При перемене полярности напряжения на аноде тиристора последний закрывается независимо от величины управляющего напряжения, при этом аналогично рассмотренному ранее начинает работать другое плечо схемы. Регулируя угол задержки включения а по отношению к приложенному напряжению, можно изменять соотношение фаз начала протекания тока и приложенного напряжения и регулировать величину среднего значения выпрямленного тока (напряжения) нагрузки от максимума (α = 0) до нуля (α = π). Угол задержки включения тиристоров Д1 и Д4 изменяется потенциометром R1. Диоды Д3 защищают цени управления (запуска) от отрицательного напряжения в то время, когда напряжение на анодах тиристоров отрицательное. Для получения широких пределов регулировки α (0 — π) применены RC — цепи.

В выпрямителе (рис.3.2.2) тиристор и схема запуска работают как в положительный, так и в отрицательный полупериоды, время разряда конденсаторов сокращается, что приводит к уменьшению диапазона изменения угла а и, соответственно, к уменьшению пределов регулирования напряжения на нагрузке. Для устранения этого явления включен диод Д3.

Рис. 3.2.2. Принципиальная схема выпрямителя№2.
Тиристоры для выпрямителя (рис. 3.2.1) желательно выбирать с близким значением сопротивления участка управляющий электрод — катод. Если не удается подобрать одинаковые тиристоры, то схему можно симметрировать с помощью дополнительного сопротивления. Для этого включают эквивалент нагрузки и изменением величины сопротивления потенциометра R1 устанавливают максимальный ток. Поочередно отключая цепи управления тиристоров, измеряют ток каждого плеча выпрямителя. Переменное сопротивление величиной 10 кОм. подключается параллельно управляющему электроду к катоду того тиристора, через который течет больший ток. Изменяя величину этого сопротивления, добиваются одинаковых показаний тока.

Учитывая разброс параметров тиристоров, необходимо скорректировать сопротивления резисторов R1 и R2. Вначале R1 берется несколько больше рассчитанного, а R2 определяется как остаточное сопротивление потенциометра R1 при условии, что его изменение не приводит к увеличению тока нагрузки. Максимальная величина R1 ограничивается сопротивлением, при котором ток нагрузки равен нулю. Конструктивно тиристоры необходимо размещать на радиаторах с площадью 50 кв.см (рис. 3.2.1), 250 кв.см — (рис. 3.2.2). Во всех вариантах использован трансформатор, собранный на обычном сердечнике УШ35х55. Для намотки взят провод марки ПЭВ. Первичная обмотка содержит 550 витков, диаметр провода 0,55 мм. Данные вторичных обмоток: для варианта на рис.3.2.1 — число витков 2х60 проводом ПЭЛ диаметром 1,35 мм.; для варианта на рис.3.2.2 — число витков 2х64 проводом ПЭЛ диаметром 1,35 мм.

Заключение
Применение тиристоров в таких устройствах, как регуляторы мощности и управляемые выпрямители, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора. А также делают эти устройства более надежными, компактными и экономичными в использовании. Снижается и себестоимость регулятора мощности, в результате отсутствия трансформатора с медной обмоткой.

Литература
1. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И., «Микроэлектроника», М., «Высшая школа», 1987 г.

2. Алексеенко А.Г., Шагурин В.Я., «Микросхемотехника», М., «Радио и связь», М., «Радио и связь», 1982 г.

3. Коледов Л.А., «Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок», М., «Радио и связь», 1989 г.

4. Бакалов В.П. и д.р. Основы теории электрических цепей и электротехники: Учебник для вузов / В.П.Бакалов, А.Н.Игнатов, Б.И.Крук. –М.; Радио и связь, 1989. –528с.:ил.

5. Сизых Г.Н. Электропитающие устройства связи: Учебник для техникумов –М.: Радио и связь, 1982.- 288с., ил.

6. А. Старцев – Регулятор на тиристоре. Ж. Радио 7/68г.

7. И. Серяков, Ю. Ручкин – Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах. Ж. Радио, 2/71г.

8. А.А. Каяцкас. Основы радиоэлектроники. – М.: Высшая школа, 1988. – 463с., ил.

Чем отличается тиристор от диода. Тиристоры

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

• снять нагрузку;
• уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

• Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
• После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между катодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

• Плюс от источника питания подаем на анод.
• К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
• Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
• Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
• Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
• Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

• Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
• Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
  • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
  • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

• Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
• С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
• Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

• Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
• Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
• Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:

Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

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:

1. Снять сигнал с управляющего электрода;
2. 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.

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:

1. Снять сигнал с управляющего электрода;
2. 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.

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

Тиристор – это полупроводниковый ключ, конструкция которого представляет собой четыре слоя. Они обладают способностью переходить из одного состояния в другое – из закрытого в открытое и наоборот.

Информация, представленная в данной статье, поможет дать исчерпывающий ответ на вопрос об этом аппарате.

Принцип функционирования тиристора

В специализированной литературе этот прибор также носит название однооперационного тиристора. Это название обусловлено тем, что устройство является не полностью управляемым . Другими словами, при получении сигнала от управляющего объекта он может только перейти в режим включенного состояния. Для того чтобы выключить прибор, человеку придется выполнить дополнительные действия, которые и приведут к падению уровня напряжения до нулевой отметки.

Работа этого прибора основывается на использовании силового электрического поля. Для его переключения из одного состояния в другое применяется технология управления, передающая определенные сигналы. При этом ток по тиристору может двигаться только в одном направлении. В выключенном состоянии этот прибор обладает способностью выдерживать как прямой, так и обратное напряжение.

Способы включения и выключения тиристора

Переход в рабочее состояние стандартного этого типа аппарата осуществляет путем поучения импульса токового напряжения в определенной полярности. На скорость включения и на то, как он впоследствии будет работать, влияют следующие факторы:

Выключение тиристора может быть осуществлено некоторыми способами:

1. Естественное выключение. В технической литературе также встречается такое понятие, как естественная коммутация – оно аналогично естественному выключению.
2. Принудительное выключение (принудительная коммутация).

Естественное выключение этого аппарата осуществляется в процессе его функционирования в цепях с переменным током, когда происходит понижение уровня тока до нулевой отметки.

Принудительное выключение включает в себя большое количество самых разнообразных способов. Самым распространенным из них является следующий метод.

Конденсатор, обозначаемый латинской буквой C, соединяется с ключом. Он должен обозначаться маркеровкой S. При этом конденсатор перед замыканием должен быть заряжен.

Основные типы тиристоров

В настоящее время существует немалое количество тиристоров, которые различаются между собой своими техническими характеристиками – скоростью функционирования, способами и процессами управления, направлениями тока при нахождении в проводящем состоянии и др.

Наиболее распространенные типы

1. Тиристор-диод. Такой прибор аналогичен устройству, которое имеет встречно-параллельный диод во включенном режиме.
2. Диодный тиристор. Другое название – динистор. Отличительной характеристикой этого устройства является то, что переход в проводящий режим осуществляется в момент, когда уровень тока превышен.
3. Запираемый тиристор.
4. Симметричный. Он также носит название симистора. Конструкция этого прибора аналогична двум устройствам со встречно-параллельным диодами при нахождении в режиме работы.
5. Быстродействующий или инверторный. Этот тип устройства обладает способностью переходить в нерабочее состояние за рекордно короткое время – от 5 до 50 микросекунд.
6. Оптотиристор. Его работа осуществляется при помощи светового потока.
7. Тиристор под полевым управлением по ведущему электроду.

Обеспечение защиты

Тиристоры входят в перечень приборов, которые критично влияют на изменение скорости увеличения прямого тока. Как и для диодов, так и для тиристоров характерен процесс протекания обратного тока восстановления. Резкое изменение его скорости и падение до нулевой отметки приводит к повышенному риску возникновения перенапряжения.

Кроме того, перенапряжение в конструкции этого прибора может возникать вследствие полного исчезновении напряжения в разнообразных составных частях системы, например, в малых индуктивностях монтажа.

По вышеуказанным причинам в подавляющем большинстве случаев для обеспечения надежной защиты этих приборов применяют разнообразные схемы ЦФТП. Данные схемы при нахождении в динамическом режиме помогают защищать устройство от возникновения недопустимых значений напряжения.

Надежным средством защиты также является применение варистора . Это устройство подключается к местам вывода индуктивной нагрузки.

В самом общем виде применение такого прибора, как тиристор, можно разделить на следующие группы:

Ограничения тиристора

При работе с любым типом этого прибора следует соблюдать определенные правила техники безопасности, а также помнить о некоторых необходимых ограничениях.

Например, в случае с индуктивной нагрузкой при функционировании такой разновидности прибора, как симистор. В данной ситуации ограничения касаются скорости изменения уровня напряжения между двумя основными элементами – его анодами и рабочим током. Для ограничения влияния тока и перегрузки применяется RC-цепочка .

Основные сведения о тиристорах | Руководство по тиристорам для новичков

В этом руководстве мы узнаем об основах работы с тиристорами. Мы увидим краткое происхождение тиристора (от Thyratron и Transistor), небольшой список применений тиристора.

Введение

В настоящее время многие электромеханическое или электрическое оборудование от бытовых приборов, например источники бесперебойного питания до промышленного оборудования и оборудования для управления двигателями, состоят из силовых электронных схем, в которых тиристоры играют важную роль в качестве твердотельных переключающих устройств.

Традиционные методы управления мощностью включают использование регулируемых трансформаторов с переключением ответвлений, шунтирующих и последовательных регуляторов для ступенчатого создания переменного напряжения. Но это рентабельно и неэффективно. Позже были изобретены магнитные усилители, чтобы обеспечить статическое управление мощностью с большей надежностью.

Однако из-за громоздкости контроллеров и меньшей эффективности они ограничены определенными приложениями.

Краткая история тиристора

Развитие управления мощностью электронными методами началось с использования термомеханических и газоразрядных клапанов.Эти устройства включают преобразователи ртутной дуги, тиратроны и игнитроны. Тиратроны представляют собой триоды, заполненные газом, которые используются, в частности, для коммутации сильных токов.

С быстрым развитием полупроводниковой технологии, миниатюризация электронных схем заменяет эти термоклапаны и газоразрядные клапаны, что приводит к использованию силовых диодов и силовых транзисторов во многих промышленных приложениях.

Новое направление в технологии производства — тиристоры, которые обладают аналогичными характеристиками газовых трубчатых тиратронов.Название тиристора образовано из двух слов: тиратон и транзистор. Благодаря повышенной надежности, повышенным температурным характеристикам и более низким производственным затратам эти тиристоры широко используются во многих областях.

Первый прототип тиристора был представлен в 1957 году компанией General Electric. С тех пор, с развитием производства и адаптируемостью ко многим промышленным приложениям, были представлены другие устройства с аналогичными характеристиками, которые относятся к семейству тиристоров.

Основным материалом устройства является кремний, поэтому они называются выпрямителями с кремниевым управлением (SCR). Однако обычно считается, что SCR является самым старым членом семейства тиристоров.

Структура тиристора

Тиристор представляет собой четырехслойное (альтернативные материалы типа P и N) трехполюсное устройство, обычно используемое в регулируемых выпрямительных схемах. Эти выводы являются анодом, катодом и затвором. Два вывода, анод и катод, соединены последовательно с нагрузкой и пропускают через нее ток, управляя током через вывод затвора.

Тиристоры предназначены для работы с высокими уровнями энергии (напряжения и токов), приблизительно превышающими 1 кВ и 100 А. Даже высокопроизводительный тиристор можно переключать или контролировать от источника низкого напряжения (около 10 Вт и 1 А). Следовательно, с помощью тиристоров или тиристоров возможны огромные возможности управления.

В начало

Разница между тиристором и тиратроном

Источник изображения: http://www.tuopeek.com/image2/thyratron.jpg

До изобретения тиристора или SCR, тиратроны широко использовались для приложений промышленного управления.Популярные формы этого устройства — дуговые преобразователи, которые используют тиратроны как для выпрямления, так и для инверсии. Thyratron представляет собой газонаполненную трубку, состоящую из трех выводов: анода, катода и сетки. При наличии положительного напряжения между сеткой и катодом тиратрон включается. Некоторые отличия тиристора или тиристора и тиратронной лампы перечислены ниже.

1. Для тиристора или тиристора требуется одно основное питание и одно управляющее питание или сигнал, тогда как тиратрону требуется большое напряжение питания между анодными и катодными выводами и одно отдельное питание нити накала.А некоторые тиратроны нуждаются в дополнительном питании вспомогательных диодов.
2. Тиристоры могут работать в широком диапазоне частот, тогда как тиратроны ограничены диапазоном частот 1 кГц, поскольку время ионизации и деионизации дуги в тиратроне относительно больше.
3. Внутренние потери в SCR намного меньше, чем в тиратронах, поскольку падение напряжения на дуге между анодом и катодом в тиратроне больше, что обратно пропорционально молекулярной массе используемого газа.
4. Время включения и выключения тиристора меньше по сравнению с тиратроном, которое имеет большее время из-за наличия газов в межэлектродной области.
5. Во избежание любых нежелательных вспышек и дуговой обратной дуги между анодными и катодными выводами тиратрона должно быть обеспечено достаточное расстояние (из-за большого анодно-катодного напряжения) по сравнению с тиристорами. Поэтому тиратроны крупнее тиристоров (которые имеют меньшие размеры и вес).
6. Тиристор надежнее тиратрона.
7. Срок службы тиристора больше, а срок службы тиратрона меньше.
8. Thyratron — это устройство, управляемое напряжением, тогда как тиристор — это устройство, управляемое током.

В начало

Разница между тиристором и транзистором

И тиристор, и транзистор представляют собой трехконтактные полупроводниковые переключающие устройства, которые используются во многих коммутационных приложениях из-за их преимуществ, таких как меньший размер, высокая эффективность и низкая стоимость.

Несмотря на то, что доступны транзисторы с высоким номинальным напряжением и током, называемые силовыми транзисторами, между этими двумя устройствами есть некоторые различия, которые перечислены ниже. Однако и силовые транзисторы, и тиристоры имеют свои собственные применения, в которых они широко используются.

Для данного размера тиристоры имеют гораздо более высокие номинальные токи и напряжения, чем транзисторы, если рассматривать возможность изготовления.

1. Тиристор — это четырехслойное устройство, тогда как транзистор имеет три слоя.
2. После срабатывания затвора одним импульсом, тиристор или тиристор остается включенным (также называемым регенеративным действием тиристора) до тех пор, пока он не будет выключен различными способами. Но транзистору необходим постоянный базовый ток, чтобы оставаться в состоянии проводимости.
3. Тиристор используется только как переключающее устройство (для включения или выключения), где, как и во многих случаях, транзистор должен работать в активной области.
4. Тиристоры имеют мощность в киловаттах.С другой стороны, силовые транзисторы имеют номинальную мощность в несколько сотен ватт.
5. Внутренние потери мощности в силовых транзисторах выше, чем в тиристорах.

В начало

Типы тиристоров

Устройства семейства тиристоров подразделяются на различные типы, которые могут использоваться для различных приложений. Пусковой сигнал на клемме затвора вызывает включение тиристора и его выключение зависит от конфигурации силовой цепи.Таким образом, внешнее управление — только включение тиристоров.

Однако некоторые тиристоры (от 12 до 19 в списке ниже) имеют внешне управляемую схему для включения и выключения тиристора через вывод затвора или базы. Некоторые из типов тиристоров включают

1. Тиристоры с фазовым управлением

2. Асимметричные тиристоры (ASCR)

3. Инверторные тиристоры (тиристоры с высокой скоростью переключения)

4. Тиристоры с обратной проводимостью (RCT)

5 .Двунаправленные диодные тиристоры (DIAC)

6. Тиристоры с отключением с помощью затвора (GATT)

7. Двунаправленные триодные тиристоры (TRIAC)

8. Кремниевый управляющий переключатель (SCS)

9. Кремниевый двусторонний переключатель (SBS)

10. Кремниевый односторонний переключатель (SUS)

11. Светоактивированные кремниевые управляемые выпрямители (LASCR)

12. Тиристоры статической индукции (SITH)

13. Тиристоры отключения затвора (GTO)

14. Транзисторы статической индукции ( СИТ)

15.Тиристоры, управляемые МОП (MCT)

16. Тиристоры с полевым управлением (FCT)

17. Тиристоры отключения МОП (МТО)

18. Тиристоры отключения эмиттера (ETO)

19. Тиристоры с интегрированным управляющим затвором (IGCT)

В начало

Применения тиристоров

Благодаря высокой скорости переключения и высокой грузоподъемности тиристоры широко используются в системах управления переменным током, рассчитанных на более высокий уровень напряжений и токов.Посредством соответствующего управляющего сигнала тиристора средняя выходная мощность регулируется с помощью тиристоров.

А также, когда тиристор смещен в прямом направлении, сигнал стробирования с задержкой может производить фазовое управление выходом. Эта фазовая управляемость может создавать меньшее среднее напряжение, чем среднее напряжение, создаваемое неуправляемым выпрямителем.

Это наиболее важное применение тиристора. Ниже приведены области применения тиристоров, в которых он используется для управления мощностью.

• Регуляторы скорости двигателей переменного и постоянного тока
• Автоматические выключатели постоянного и переменного тока
• Освещение (диммеры) и регуляторы температуры
• Регулятор давления и регуляторы уровня жидкости
• Переменное напряжение переменного тока в постоянный выпрямители
• Переменная частота постоянного и переменного тока инверторы
• Преобразователи переменного тока в переменный ток переменной частоты или циклические преобразователи
• HVDC, системы передачи HVAC и статические системы VAR.
• Системы резистивной сварки, индукционного нагрева и т. Д.

В начало

Типы тиристоров — Руководство по покупке ThomasNet

Тиристоры — это бистабильные переключатели, которые проводят ток, когда они находятся в переднем положении, то есть напряжение не реверсируется. 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 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 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:

• обратный режим блокировки;
• режим прямой блокировки;
• и режим прямой проводки.

Режим обратной блокировки означает, что напряжение прикладывается 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 инвертора
• Асимметричные тиристоры
• 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 применений с промышленной частотой, 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 приложения

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, включая 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» статей

Больше от Automation & Electronics

Основные типы тиристоров и их применение

В этой статье мы обсудим различные типы тиристоров. Тиристоры представляют собой полупроводниковые устройства с 2 или 4 контактами, 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 цепях переключения, цепях управления фазой, цепях инвертирования 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 — выключен. 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 синусоидальной волны 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.

Типы тиристоров

Семейство тиристоров Типы тиристоров

Символ схемы Diac Обозначение тиристорной цепи Символ симистора Символ Ujt

Устройства P-N-P-N с нулевым, одним или двумя вентилями составляют основной тиристор. Но сегодня в семейство тиристоров входят и другие подобные многослойные устройства. Полный список членов семейства тиристоров включает diac (двунаправленный диодный тиристор), симистор (двунаправленный триодный тиристор), SCR (кремниевый выпрямитель), диод Шокли, SCS (кремниевый управляемый переключатель), SBS (кремниевый двусторонний переключатель). ), SUS (кремниевый односторонний переключатель), также известный как , дополнительный SCR или CSCR, LASCR (световой активируемый SCR), LAS (световой переключатель) и LASCS (световой активационный SCS).

Самым важным членом семейства тиристоров является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). SCR — это четырехслойное (P-N-P-N) полупроводниковое устройство с тремя переходами и тремя выводами, а именно анодом, катодом и затвором. Это одностороннее устройство, и проводимость происходит от анода к катоду при надлежащих условиях смещения (прямое смещение).

Диаки и симисторы являются двунаправленными устройствами. Диак является двухконтактным трехслойным устройством и обычно используется для запуска симисторов.Симистор представляет собой трехконтактный полупроводниковый прибор, который можно рассматривать как эквивалент двух тиристоров, соединенных антипараллельно. Диод Шокли представляет собой двухконтактный обратный блокирующий тиристор, не имеющий затвора. SCS (переключатель, управляемый кремнием) похож на SCR, за исключением того, что он имеет два затвора и может быть включен или выключен любым затвором. SUS (кремниевый односторонний переключатель) имеет затвор на анодной стороне и может использоваться как программируемый однопереходный транзистор (PUJT). SBS (кремниевый двусторонний переключатель) — это устройство, состоящее из двух идентичных структур SUS, расположенных антипараллельно, но имеющих только один затвор, который используется только для внешней синхронизации или для правильного смещения.LASCR — это активируемый светом SCR, который включается фотонной бомбардировкой.

UJT (однопереходный транзистор), в отличие от биполярного транзистора, имеет только один переход и, как и другие обычные транзисторы, обрабатывает действие транзистора и работает как переключатель. Характеристики UJT аналогичны характеристикам SUS. Однако его конструкция отличается, и он не относится к семейству тиристоров.

▷ Типы тиристоров

Насир делится кратким обзором различных типов тиристоров и их классификации… Наслаждайтесь!

Одна из самых интересных особенностей тиристоров заключается в том, что они производятся уникальным способом — путем диффузии.Мы уже изучили рабочие характеристики тиристора и то, как сигнал затвора действует при включении и выключении устройства. Когда устройство включено, анодному току требуется некоторое время, чтобы пройти через переход, поскольку мы знаем, что тиристор состоит из трех переходов.

Итак, чтобы инициировать эту активность, мы используем сигнал затвора, поэтому затвор, по сути, является одной из наиболее чувствительных и важных частей тиристора. В связи с этим производители уделяют особое внимание конструкции затвора при изготовлении тиристора.

Время включения и выключения

Структура затвора также влияет на некоторые другие свойства тиристора, в том числе:

• Время распространения тока
• Время включения тиристора
• Время выключения тиристора

Теперь, учитывая время включения и выключения тиристора, мы видим, что тиристор легко включается коротким управляющим импульсом необходимой амплитуды. Так что включение тиристора не представляет большого труда, если знать требования к стробирующему импульсу.Но для того, чтобы тиристор отключился, нам нужна соответствующая схема управления и специально построенная внутренняя структура для выполнения процесса выключения тиристора.

Различные типы тиристоров разработаны для эффективного выполнения процесса выключения тиристора. У простых или обычных тиристоров есть только возможность включения, но разрабатываются новые универсальные типы с лучшими и более эффективными возможностями отключения.

Основные типы тиристоров

В зависимости от возможностей включения и выключения и, следовательно, физических структур, мы классифицируем тиристоры на следующие категории:

1. Тиристоры или тиристоры с кремниевым управлением
2. Двунаправленные тиристоры с фазовым управлением или BCT
3. Тиристоры с быстрым переключением или тиристоры
4. Двунаправленные триодные тиристоры или TRIACS
5. Светоактивированные кремниевые управляемые выпрямители или LASCR
6. Тиристоры с обратной проводимостью или RCT
7. Тиристоры с управлением на полевых транзисторах или полевые транзисторы
8. Ворота выключения тиристоров или ГТО
9. Эмиттер выключения тиристоров или ЭТО
10. МОП отключающие тиристоры или МТО
11. Тиристоры с интегрированной затворной коммутацией или IGCT

Обычно используемые тиристоры

Из этих одиннадцати типов кремниевые управляемые тиристоры, также известные как SCR, наиболее широко используются во многих электрических приложениях.Он имеет ту же четырехслойную структуру, что и обычный тиристор, и ток проходит от анода к катоду, когда тиристор правильно смещен.

BCT и TRIAC — это двунаправленные тиристоры с фазовым управлением, как видно из их названий выше. Это означает, что в них ток может двигаться в обоих направлениях.

Обозначение двунаправленного тиристора показано ниже:

Другие типы также используются в зависимости от потребности в схемах и необходимого времени переключения.

Чаще всего эти типы тиристоров используются для управления переменным током и в приложениях, где требуются высокие значения напряжения и тока. Эти приложения обычно выполняются с помощью SCR, электрические характеристики которых рассчитаны на высокое напряжение и ток. SCR также используются для выпрямления переменного напряжения.

С другой стороны, мы находим широкое применение DIACS также в источниках питания, например, в телевизорах. Они используются для стабилизации постоянного напряжения, принимаемого телевизионным приемником.Они также находят применение в электрических диммерах, кино и театрах.

Перед покупкой тиристора следует позаботиться о том, чтобы он был хорошо осведомлен о своих потребностях и о различных типах, доступных на рынке.

Как было сказано в самом начале, это был краткий обзор различных типов тиристоров. Некоторые из наиболее часто используемых тиристоров также будут объяснены в следующих руководствах.

Спасибо за чтение!

Тиристор | Его работа, типы и применение

Что такое тиристор (SCR)? Как они работают, их типы и области применения

Тиристор — это твердотельное полупроводниковое коммутационное устройство.Это бистабильный переключатель , который работает в двух стабильных состояниях; непроводящее и проводящее состояние. Они считаются идеальным переключателем, но на практике у них есть некоторые ограничения, основанные на их характеристиках. В основном они используются в цепях большой мощности.

Тиристоры представляют собой семейство полупроводниковых устройств, которое состоит из четырех слоев чередующихся подложек P-типа и N-типа. SCR — член семейства тиристоров. Обычные тиристоры (SCR) разработаны без функции отключения затвора, из-за чего они переключаются из проводящего в непроводящее состояние только тогда, когда ток доведен до нуля.Однако запирающие тиристоры затвора предназначены для управления обоими его состояниями.

Тиристоры

имеют более низкие потери в открытом состоянии и высокую управляемую мощность по сравнению с транзисторами. Однако они имеют низкую скорость переключения и более высокие потери переключения.

Тиристор

Это четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство PNPN с тремя P-N переходами. Имеет три терминала; два основных вывода , анод и , катод и контрольный вывод, называемый затвором .

Символ

Символ тиристора напоминает диод, потому что оба они позволяют току течь в одном направлении, за исключением того, что тиристоры управляются входом внешнего затвора.

Структура

Он состоит из четырех слоев подложки чередующегося типа P и N, как показано на рис. Анодный вывод прикреплен к внешнему материалу P-типа, а вывод катода — к материалу N-типа на противоположном конце. Вывод затвора прикреплен к материалу P-типа рядом с выводом катода.Есть три перехода j1, j2 и j3 последовательно от анода, показанного на фиг.1.

Подробнее о: Различия между конденсатором и батареей

Структура тиристора может быть разделена на два NPN и PNP BJT , как показано на рис. 2. Эта структура представляет собой два BJT, затвор и коллекторы которых соединены друг с другом в петлю, как показано на рис. 3.

Состояния тиристора:

Тиристоры имеют три состояния.

1. Режим прямой блокировки : когда есть положительное напряжение между анодом и катодом, но нет входа затвора, чтобы перевести тиристор в состояние проводимости.

2. Режим прямой проводимости: , когда тиристор переводится в состояние проводимости, и прямой ток поддерживается выше «тока удержания».

3. Обратный режим блокировки: Когда на анод по отношению к катоду приложено отрицательное напряжение, тиристор блокирует ток, как обычный диод.

Работа тиристора

Блокировка вперед

Когда на его анод относительно его катода подается положительное напряжение, переход J1 и J3 становится смещенным в прямом направлении. Переход J2 становится обратным смещением. Поскольку переход J2 смещен в обратном направлении, тиристор не проводит ток и остается в выключенном состоянии. Это известно как «режим прямой блокировки , ». Тем не менее, все еще существует ток утечки, известный как «ток в закрытом состоянии, ».

Прогнозная динамика

Если приложенное напряжение анод-катод очень сильно возрастет до определенного предела, это приведет к разрыву перехода обратного смещения j2. Это явление известно как «лавинный пробой », а это напряжение называется «напряжением прямого пробоя ».

После пробоя тиристор включится, что приведет к пропусканию большого прямого тока, поскольку переходы J1 и J2 уже находятся в прямом смещении. На практике этот тип переключения может быть деструктивным, и прямое напряжение следует поддерживать ниже напряжения пробоя.

Ворота переключения

Правильный способ включения тиристора — это подача положительного импульса напряжения на его затвор относительно катода. Переход J2 станет прямым смещением. Тиристор переключится в состояние проводимости, потому что все три перехода J1, J2 и J3 смещены в прямом направлении.

В состоянии проводимости тиристор действует как диод. Он будет проводить ток непрерывно без какого-либо внешнего управления. Он не может отключиться, пока (a) не будет снято прямое напряжение или (b) ток через тиристор не уменьшится до уровня, известного как « удерживающий ток ».

Тиристор — фиксирующее устройство. Когда он запускается с использованием входа строба, устройство остается заблокированным во включенном состоянии. Для того, чтобы оставаться в состоянии проводимости, не требуется постоянное питание затвора. Однако есть загвоздка; анодный ток не должен уменьшаться от предела, известного как « ток фиксации ». «Ток фиксации » больше, чем « удерживающий ток ».

Блокировка обратного хода

Когда на анод относительно катода подается отрицательное напряжение, переход J2 становится смещенным в прямом направлении, но переходы J1 и J3 остаются смещенными в обратном направлении.Следовательно, тиристор не проводит ток. Это состояние известно как «состояние обратной блокировки, ». Однако все еще существует ток утечки, известный как «ток обратной утечки , ».

Также читайте: Трансформатор и его работа, характеристики и применение

Методы включения

Обычно тиристор включается за счет увеличения анодного тока. Этого можно добиться разными способами. Эти методы включения зависят от различных параметров тиристора и его характеристик для конкретных приложений.Но некоторые из них разрушительны, и их следует избегать или защищать устройство от них.

1) Высокое напряжение

При увеличении прямого анодно-катодного напряжения больше, чем его «прямое напряжение пробоя », тиристорный переход выйдет из строя. Это приводит к сильному протеканию тока, который переводит его в состояние проводимости. Этот тип включения является деструктивным, и его следует избегать.

2) Ток затвора

Когда тиристор смещен вперед i.е. напряжение на анодной клемме больше, чем на катодной клемме. Приложение положительного напряжения затвора по отношению к катодному выводу обеспечит ток затвора, достаточный для включения устройства.

3) Тепловой

Тепло может переключить тиристор в состояние проводимости. Если его температура достаточно высока, он будет производить электронно-дырочные пары, что приведет к увеличению тока утечки. Обычно такого типа включения избегают. Потому что это может привести к тепловому выходу из строя ; процесс, при котором сильный ток из-за высокой температуры, в свою очередь, высвобождает больше тепловой энергии и неконтролируемо создает положительную обратную связь.

4) Свет

Так же, как фотодиоды, если свет (фотоны) достигает контактов тиристора, он производит электронно-дырочные пары. Эти электронно-дырочные пары приводят к увеличению тока и, в конечном итоге, переключению тиристора в состояние проводимости.

5) дв / дт

dv / dt — скорость изменения напряжения во времени. Как известно, переходы обладают емкостным сопротивлением. Таким образом, если скорость нарастания напряжения между анодом и катодом достаточно высока, он может заряжать емкостной переход, чтобы перевести тиристор в состояние проводимости.Однако у них есть максимально допустимый предел для dv / dt. Увеличение dv / dt от указанного предела может привести к выходу устройства из строя.

Также читайте: Идеальный трансформатор и его характеристики

Отказ тиристора и его защита

di / dt Защита

Di / dt — скорость изменения тока во времени. Тиристор необходимо защитить от быстрорастущих всплесков тока. После переключения требуется минимальное время, чтобы равномерно установить ток во всех переходах.В противном случае быстро нарастающий ток во время переключения может повредить переход из-за чрезмерного нагрева, и в конечном итоге устройство выйдет из строя.

Di / dt можно ограничить с помощью индуктора. Таким образом, индуктор используется в серии для ограничения di / dt анодного тока.

Дв / дт Защита

Как мы знаем, если мы приложим быстро нарастающее напряжение между анодом и катодом тиристора, он может включиться без входа затвора.Но мы пока не хотим включать устройство.

В таком случае параллельно используется конденсатор , который ограничивает быстро нарастающее напряжение. Конденсатор будет заряжаться и разрядиться при включении тиристора. Чтобы ограничить ток разряда конденсатора, последовательно с ним используется резистор . Такая схема, которая подавляет скачки напряжения, известна как демпфер .

Также читайте: Как проверить конденсатор? Использование различных методов

Типы тиристоров

1) Тиристор с фазовым регулированием (SCR)

Тиристор с фазовым управлением, также известный как кремниевый управляемый выпрямитель ( SCR ), включается подачей тока затвора, когда он находится в прямом смещении.у него нет возможности выключения. Итак, он отключается, когда анодный ток достигает нуля.

2) Двунаправленный тиристор с фазовым управлением (BCT)

BCT использует два тиристора ( SCR ) в антипараллельной конфигурации в одном устройстве. Он имеет два отдельных вывода ворот; по одному на каждый тиристор. Один из выводов затвора включает ток в прямом направлении, а другой вывод затвора включает ток в обратном направлении.

3) Тиристор с быстрым переключением (SCR)

Обычно это выпрямители с кремниевым управлением (SCR), но они имеют высокую скорость переключения.Он использует резонансный инвертор для принудительной коммутации. Он также известен как тиристор инвертора .

4) Светоактивированный кремниевый выпрямитель (LASCR)

LASCR запускается с помощью источника света , такого как LED и т. Д. Световые (фотонные) частицы при попадании на переход образуют пары электрон-дырка, которые запускают ток, протекающий через устройство.
LASCR электрически изолирует цепь высокой мощности от цепи источника света.

5) Двунаправленный триодный тиристор (TRIAC)

TRIAC использует два SCR, соединенных в антипараллельной конфигурации с общим выводом затвора. Он может проводить в обоих направлениях, и они используются для управления фазой в приложениях переменного тока. У него нет анодных и катодных клемм. Так что его можно использовать в любом направлении.

TRIAC включается подачей положительного и отрицательного стробирующего импульса. Когда TRIAC подключен к источнику переменного тока, положительный импульс затвора запускает устройство на полупериод, а отрицательный импульс затвора — на другой полупериод.

6) Тиристор с обратной проводимостью (RCT)

RCT может работать в обратном направлении без какого-либо управляющего воздействия. Он состоит из SCR с диодом в антипараллельной конфигурации для обратной проводимости токов реактивной нагрузки. Он используется в приложениях, где обратная блокировка не требуется. Однако он имеет более низкое номинальное обратное напряжение, чем его номинальное значение прямого напряжения. Из-за обратного потока тока он позволяет RCT относительно быстро отводить свои носители от своего перехода, обеспечивая высокую высокую скорость переключения .

Подробнее о: Различия между синхронным и асинхронным двигателем

7) Тиристор отключения затвора (GTO)

GTO включается как любой нормальный тиристор, подавая положительное напряжение затвора. Однако его можно отключить, подав отрицательное напряжение затвора. Это устройство без фиксации; для поддержания состояния проводимости требуется минимум 1% импульса включения.

8) Тиристор с управлением на полевых транзисторах (FET-CTH)

FET-CTH использует SCR с MOSFET .МОП-транзистор подключен к его клемме затвора. Когда на затвор полевого МОП-транзистора подается достаточное напряжение около 3 В, , он обеспечивает необходимый пусковой ток на затвор SCR .

FET-CTH не имеет возможности отключения затвора. Он обеспечивает гальваническую развязку между управляющим входом и выходной цепью.

9) MOS Тиристор отключения (MTO)

В тиристоре такого типа используется комбинация GTO и MOSFET . MTO работает так же, как GTO , но ограничением GTO является требование высокого импульсного тока для его выключенного состояния. MTO преодолевает это ограничение, используя MOSFET для функции выключения. MOSFET активируется, обеспечивая только уровень напряжения сигнала.

MTO имеет два терминала затвора; ворота включения и ворота выключения. Для включения МТО на пусковой вентиль подается импульс тока, который фиксирует устройство. Для выключения устройства на запирающий вентиль подается импульс напряжения.

10) Тиристор выключения эмиттера (ETO)

ETO также использует комбинацию GTO и MOSFET . Он состоит из двух N-MOSFET, P-MOSFET и GTO. N-MOS подключается последовательно со своим катодным выводом, а P-MOS подключается между затвором и катодным выводом SCR.

Имеет два зажима для ворот; нормальный терминал затвора для включения и другой терминал затвора для выключения, соединенный с последовательным N-MOSFET.Он включается подачей положительного напряжения затвора на оба затвора, что приводит к включению N-MOS и выключению P-MOS. Он выключается путем подачи отрицательного напряжения на затвор N-MOS, обеспечивая прохождение остаточной несущей через P-MOS, что также обеспечивает быстрое переключение.

Подробнее: разница между Arduino и Raspberry Pi

11) Интегрированный тиристор с затворной коммутацией (IGCT)

IGCT объединяет тиристор с коммутацией затвора ( GCT ) с многослойной печатной платой для схем управления затвором.

GCT — это устройство с жесткой коммутацией, которое использует очень быстро нарастающий и большой импульс тока для отвода всего тока от его катода, чтобы обеспечить быстрое отключение . Он имеет встроенный диод для проведения реактивной нагрузки.

IGCT включается, обеспечивая ток затвора. Он отключается многослойной печатной платой, которая обеспечивает быстро нарастающий большой ток примерно 4 КВ / мкс. Он отводит весь ток от катода и сразу отключается.

Приложения

Основное применение тиристоров — управление цепями большой мощности.
• Они находят применение в источниках питания для цифровых схем.
• Контроллеры скорости двигателей переменного и постоянного тока состоят из тиристоров.
• Тиристор также используется в диммерах.

Вы также можете прочитать:

Тиристоры (SCR)

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Распознать типичные пакеты SCR:
• Опишите типичную конструкцию SCR:
• Изучите типовые диаграммы характеристик SCR:
• Ознакомьтесь с соображениями безопасности при демонстрации SCR.

Тиристорные блоки (SCR)

Рис. 6.0.1 Типичные пакеты SCR

Тиристор — это общее название ряда высокоскоростных переключающих устройств, часто используемых при управлении мощностью переменного тока и переключении переменного / постоянного тока, включая симисторы и тиристоры (выпрямители с кремниевым управлением). SCR — это очень распространенный тип тиристоров, и несколько примеров распространенных корпусов SCR показаны на рисунке 6.0.1. Доступны многие типы, которые могут переключать нагрузку от нескольких ватт до десятков киловатт.Условное обозначение схемы SCR показано на рисунке 6.0.2. и предполагает, что SCR действует в основном как КРЕМНИЙНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ диод с обычными соединениями анода и катода, но с дополнительной клеммой CONTROL, называемой GATE. Отсюда и название выпрямитель с кремниевым управлением.

Триггерное напряжение, приложенное к затвору, когда анод более положительный, чем катод, включает тиристор, чтобы позволить току течь между анодом и катодом. Этот ток будет продолжать течь, даже если триггерное напряжение будет удалено, пока ток между анодом и катодом не упадет почти до нуля из-за внешних воздействий, таких как отключение цепи, или форма волны переменного тока, проходящая через нулевое напряжение как часть его цикл.

Рис. 6.0.2 Типовая конструкция SCR

и обозначение схемы

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

SCR, в отличие от обычных двухслойных выпрямителей с PN-переходом, состоят из четырех слоев кремния в структуре P-N-P-N, что можно увидеть в разрезе SCR на рис. 6.0.2. Добавление затвора к этой структуре позволяет переключать выпрямитель из непроводящего состояния с прямой блокировкой в ​​состояние с низким сопротивлением и прямой проводимостью (см.также рис.6.0.3). Таким образом, небольшой ток, приложенный к затвору, может включить гораздо больший ток (также при гораздо более высоком напряжении), приложенный между анодом и катодом. Когда SCR проводит, он ведет себя как обычный кремниевый выпрямитель; ток затвора может быть удален, и устройство останется в проводящем состоянии.

SCR приводится в действие путем подачи запускающего импульса на вывод затвора, в то время как выводы основного анода и катода смещены в прямом направлении. Когда устройство смещено в обратном направлении, стробирующий импульс не действует.Чтобы выключить SCR, ток между анодом и катодом должен быть уменьшен ниже определенного критического значения «тока удержания» (близкого к нулю).

Обычно тиристоры применяются в коммутации мощных нагрузок. Они являются переключающим элементом во многих домашних регуляторах освещенности, а также используются в качестве элементов управления в регулируемых или регулируемых источниках питания.

Рис. 6.0.3 Характеристики SCR

Характеристики SCR

На рис. 6.0.3 показана типичная характеристическая кривая для SCR.Видно, что в области обратной блокировки он ведет себя аналогично диоду; весь ток, за исключением небольшого тока утечки, блокируется до тех пор, пока не будет достигнута область обратного пробоя, и в этот момент изоляция из-за истощенных слоев на переходах разрушится. В большинстве случаев обратный ток, протекающий в области пробоя, приведет к разрушению тринистора.

Однако, когда SCR смещен в прямом направлении, в отличие от обычного диода, ток не начинает течь, когда чуть больше 0.При подаче напряжения 6В не течет никакой ток, кроме небольшого тока утечки. Это называется режимом прямой блокировки, который распространяется на сравнительно высокое напряжение, называемое «прямое напряжение переключения». SCR обычно работает при напряжениях, значительно меньших, чем перенапряжение прямого прерывания, поскольку любое напряжение, превышающее перенапряжение прямого прерывания, приведет к неконтролируемой проводимости SCR; затем SCR внезапно показывает очень низкое прямое сопротивление, позволяя протекать большому току.Этот ток «фиксируется» и будет продолжать течь до тех пор, пока либо напряжение на аноде и катоде не упадет до нуля, либо прямой ток не уменьшится до очень низкого значения, меньшего, чем «ток удержания», показанный на рис. 6.0.3. . Однако прямой разрыв по проводимости может произойти, если SCR используется для управления напряжением переменного тока (например, от сети или сети), и возникает внезапный всплеск напряжения, особенно если он совпадает с пиковым значением переменного тока (или близок к нему). Если SCR случайно переведен в состояние прямого прерывания, это может вызвать внезапный, но кратковременный скачок максимального тока, который может иметь катастрофические последствия для других компонентов в цепи.По этой причине часто обнаруживается, что в SCR есть какой-либо метод подавления выбросов, включенный либо в конструкцию SCR, либо в качестве внешних компонентов, обычно называемых «демпфирующей схемой».

Правильный способ инициирования включения SCR — это подать ток на затвор SCR, пока он работает в «области прямой блокировки», затем SCR «срабатывает», и его прямое сопротивление падает до очень высокого уровня. низкая стоимость. Это создает «ток фиксации», который из-за низкого прямого сопротивления SCR в этом режиме позволяет очень большим (несколько ампер) токам протекать в «прямой проводящей области» без каких-либо изменений прямого напряжения (примечание что характеристическая кривая после срабатывания тринистора практически вертикальна).В этой области будет течь ток, который может изменяться, но если прямой ток упадет ниже значения «удерживающего тока» или напряжение между анодом и катодом уменьшится почти до 0 В, устройство вернется в свою зону прямой блокировки, эффективно поворачивая выпрямитель. выключен, пока он не сработает еще раз. Использование затвора для запуска проводимости таким образом позволяет управлять проводимостью, что позволяет использовать SCR во многих системах управления переменного и постоянного тока.

Рис. 6.0.4 Двухтранзисторная модель SCR

Как работает SCR

Модель SCR на двух транзисторах

Фактическую работу SCR можно описать, обратившись к рис.6.0.4 (a) и (b), где показаны упрощенные схемы структуры SCR с помеченными P- и N-слоями и переходами. Чтобы понять работу SCR, четыре уровня SCR теоретически можно представить себе как небольшую схему, состоящую из двух транзисторов (один PNP и один NPN), как показано на рис. 6.0.4 (b). Обратите внимание, что слой P2 образует как эмиттер Tr1, так и базу Tr2, а слой N1 формирует базу Tr1 и коллектор Tr2.

Состояние выключения

На рис.6.0.4 (c), при отсутствии сигнала затвора и затворе (g) с тем же потенциалом, что и катод (k), любое напряжение (меньше, чем перенапряжение прямого размыкания), приложенное между анодом (a) и катодом (k ), так что анод положительный по отношению к катоду не будет создавать ток через SCR. Tr2 (NPN-транзистор) имеет 0В, приложенное между базой и эмиттером, поэтому он не будет проводить, и поскольку его напряжение коллектора обеспечивает базовое возбуждение для Tr1 (PNP-транзистор), его переход база / эмиттер будет смещен в обратном направлении.Таким образом, оба транзистора выключены, и между анодом и катодом SCR не будет протекать ток (за исключением небольшого обратного тока утечки), и он работает в области прямой блокировки.

Запуск SCR

Когда SCR работает в области прямой блокировки (см. Характеристики SCR на рис. 6.0.3), если затвор и, следовательно, база Tr2, см. Рис. 6.0.4 (c), становятся положительными по отношению к катоду (также эмиттер Tr2) путем применения стробирующего импульса, так что небольшой ток, обычно от нескольких мкА до нескольких мА в зависимости от типа тринистора, вводится в базу Tr2, Tr2 включается и напряжение на его коллекторе падает.Это вызовет протекание тока через PNP-транзистор Tr1 и быстрое повышение напряжения на коллекторе Tr1 и, следовательно, на базе Tr2. Базовый эмиттерный переход Tr2 станет еще более смещенным вперед, быстро включив Tr1. Это увеличивает напряжение, прикладываемое к базе Tr2, и сохраняет проводимость Tr2 и Tr1, даже если исходный стробирующий импульс или напряжение, которые запустили процесс включения, теперь удаляются. Теперь между слоями анода P1 (a) и катода N2 (k) будет протекать большой ток.

Сопротивление между анодом и катодом падает почти до нуля, так что теперь ток тринистора ограничивается только сопротивлением любой цепи нагрузки.Описанное действие происходит очень быстро, поскольку включение Tr2 с помощью Tr1 является формой положительной обратной связи, когда каждый коллектор транзистора подает большие изменения тока на базу другого.

Поскольку коллектор Tr1 подключен к базе Tr2, действие включения Tr1 фактически подключает базу Tr2 (вывод затвора) к высокому положительному напряжению на аноде (a). Это гарантирует, что Tr2 и, следовательно, Tr1 остаются проводящими, даже когда стробирующий импульс удален. Чтобы выключить транзисторы, напряжение на аноде (a) и катоде (k) должно иметь обратную полярность, как это произошло бы в цепи переменного тока в то время, когда положительный полупериод волны переменного тока достигал 0 В, прежде чем стать отрицательным. на вторую половину цикла или в цепи постоянного тока ток, протекающий через тиристор, отключается.В любом из этих случаев ток, протекающий через тиристор, будет снижен до очень низкого уровня, ниже уровня удерживающего тока (показанного на рис. 6.0.3), поэтому переходы база-эмиттер больше не имеют достаточного прямого напряжения для поддержания проводимости.

Рис. 6.0.5 Низковольтное питание SCR

Демонстрация работы SCR

Поскольку SCR обычно используются для управления мощными высоковольтными нагрузками, это представляет значительный риск поражения электрическим током для пользователей в любых экспериментальных или образовательных средах.Однако схемы, описанные на следующих веб-страницах Модуля 6, предназначены для демонстрации различных методов управления, используемых с тиристорами с использованием переменного тока низкого напряжения (12В _RMS ), как показано на рис. 6.0.5, вместо того, чтобы подвергать пользователя опасностям. использования сетевого (линейного) напряжения. Обратите внимание, что схемы, показанные в этом модуле, предназначены только для демонстрации низкого напряжения, а не как рабочие схемы управления для сетевых (линейных) цепей. Для реальных рабочих примеров вы должны обратиться к инструкциям по применению, выпущенным производителями SCR.

Часть схемы, содержащая SCR (SCR C106M), вместе с токоограничивающим резистором 33R и лампой 12 В 100 мА, сконструирована на небольшом куске Veroboard (прототипной платы), который можно легко прикрепить к макетной плате с помощью ‘Blu Tack ‘или аналогичный временный клей, позволяющий экспериментально конструировать различные схемы управления на макетной плате. На SCR подается переменный ток через двухполюсный переключатель и изолирующий трансформатор с 230 В на 12 В (идеален небольшой медицинский изолирующий трансформатор) с предохранителем 250 мА во вторичной цепи, все они размещены в коробке с двойной изоляцией.

Рис. 6.0.6 Низковольтные цепи питания тиристоров

Мостовой выпрямитель находится в отдельном изолированном корпусе с проволочным резистором 1K8, подключенным к выходу, чтобы обеспечить постоянную нагрузку. Это гарантирует, что формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямленного выхода 12 В могут быть надежно отображены на осциллографе. Эти отдельные схемы, показанные на рис.