Како раде тиристори (СЦР) - Водич

У основи СЦР (Силицон Цонтроллед Рецтифиер), који је познат и под називом Тиристор, делује прилично попут транзистора.

Шта представља СЦР

Уређај је добио име (СЦР) захваљујући вишеслојној унутрашњој структури полупроводника која се на почетку назива односи на реч „силицијум“.

Други део назива „Контролисано“ односи се на терминал врата уређаја, који се пребацује са спољним сигналом ради управљања активацијом уређаја, па отуда и реч „Контролисано“.

А израз „исправљач“ означава исправљачко својство СЦР-а када се активира његова капија и дозвољено је струјање преко његове аноде до катодних стезаљки, што може бити слично исправљању исправљачком диодом.

Горње објашњење јасно показује како уређај ради попут „исправљача са контролисаним силицијумом“.

Иако се СЦР исправља попут диоде и имитира транзистор због своје окидачке функције са спољним сигналом, СЦР унутрашња конфигурација састоји се од четворослојног полупроводничког распореда (ПНПН) који се састоји од 3 серије ПН спојева, за разлику од диоде која има двослојни (ПН) или транзистор који укључује трослојну (ПНП / НПН) полупроводничку конфигурацију.

Можете да погледате следећу слику да бисте разумели унутрашњи распоред објашњених полупроводничких спојева и како раде тиристори (СЦР).

Још једно својство СЦР-а које се изразито поклапа са диодом су њене једносмерне карактеристике које омогућавају струји да кроз њу тече само у једном смеру и блокира се са друге стране док је укључена, имајући у виду да СЦР-ови имају још једну специјализовану природу која им омогућава рад као отворени прекидач док је у искљученом режиму.

Ова два екстремна начина пребацивања у СЦР-овима ограничавају ове уређаје од појачавајућих сигнала и они се не могу користити као транзистори за појачавање пулсирајућег сигнала.

Исправљачи са контролисаним силицијумом или СЦР-ови попут Триацс-а, Диацс-а или УЈТ-а, који сви имају својство да раде попут брзог пребацивања ССД прекидача у чврстом стању, док регулишу задати АЦ потенцијал или струју.

Дакле, за инжењере и хобисте ови уређаји постају изврсна опција чврстог стања прекидача када је реч о регулацији АЦ склопних уређаја као што су лампе, мотори, димерови прекидачи са максималном ефикасношћу.

СЦР је 3 терминални полупроводнички уређај који је додељен као анода, катода и капија, који су заузврат интерно направљени са 3 П-Н споја, који имају својство да се пребацују врло великом брзином.

Тако се уређај може пребацити било којом жељеном брзином и дискретно подесити периоде УКЉУЧИВАЊА / ИСКЉУЧЕЊА, ради примене одређеног просечног прекидача УКЉУЧЕНО или искључено време на оптерећење.

Технички гледано, распоред СЦР-а или тиристора може се разумети упоређивањем са неколико транзистора (БЈТ) повезаних позади-назад, тако да се формира попут комплементарног регенеративног пара прекидача, као што је приказано на следећој слици :

Тиристори два транзисторска аналогија

Два еквивалентна кола транзистора показују да се колекторска струја НПН транзистора ТР2 напаја директно у базу ПНП транзистора ТР1, док колекторска струја ТР1 улази у базу ТР2.

Ова два међусобно повезана транзистора ослањају се једни на друге за провођење, јер сваки транзистор добија своју основну емитерску струју од колекторске емитерске струје другог. Дакле, све док један од транзистора не добије неку базну струју, ништа се не може догодити чак и ако је присутан напон од аноде до катоде.

Симулацијом СЦР топологије са интеграцијом два транзистора открива се да формација буде таква да колекторска струја НПН транзистора даје право на базу ПНП транзистора ТР1, док колекторска струја ТР1 повезује напајање са база ТР2.

Чини се да симулиране конфигурације два транзистора међусобно спајају и допуњују проводљивост примањем основног погона од колекторске емитерске струје другог, што чини напон на капији веома пресудним и осигурава да приказана конфигурација никада не може да спроведе док се не примени потенцијал капије, чак и у присуству аноде до катоде потенцијал може бити постојан.

У ситуацији када је анодни вод уређаја негативнији од његове катоде, омогућава Н-П споју да остане пристрасан унапред, али осигуравајући да спољни П-Н чворови буду уназад пристрасни тако да делују попут стандардне исправљачке диоде.

Ово својство СЦР-а омогућава му да блокира реверзни ток струје, све док се на поменутим одводима не нанесе значајно велика величина напона који може бити и изнад његових спецификација, што приморава СЦР да спроводи чак и у одсуству капија погона .

Наведено се односи на критичне карактеристике тиристора због којих се уређај може пожељно активирати кроз обрнути високонапонски шиљак и / или високу температуру, или све бржи прелазни напон дв / дт.

Сада претпоставимо у ситуацији када анодни терминал доживљава позитивније с обзиром на свој катодни одвод, ово помаже спољном П-Н споју да постане пристрасан унапред, иако централни Н-П спој остаје и даље обрнуто пристран. Ово последично осигурава да је и предња струја такође блокирана.

Стога, у случају да позитиван сигнал индукован преко базе НПН транзистора ТР2 резултира проласком колекторске струје према бази ф ТР1, што у труну присиљава струју колектора да пролази према ПНП транзистору ТР1 појачавајући основни погон ТР2 ​​и процес се појачава.

Горе наведени услов омогућава два транзистора да појачају проводљивост до тачке засићења захваљујући приказаној повратној повратној петљи регенеративне конфигурације која држи ситуацију закључаном и забрављеном.

Дакле, чим се СЦР активира, он дозвољава струји да тече од своје аноде до катоде са само минималним отпором према напријед око долазног пута, осигуравајући ефикасно провођење и рад уређаја.

Када се подвргне АЦ, СЦР може блокирати оба циклуса АЦ све док се СЦР не понуди с покретачким напоном на капији и катоди, који тренутно омогућава позитивном полуциклу АЦ да пређе преко анодних катодних каблова, и уређај почиње да имитира стандардну исправљачку диоду, али само док окидач капије остаје УКЉУЧЕН, проводљивост се прекида у тренутку када се окидач капије уклони.

Криве усиљених напонских струја или И-В за активирање силиконско контролисаног исправљача могу се видети на следећој слици:

Криве карактеристика тиристора И-В

Међутим, код једносмерног улаза, чим се тиристор укључи, због објашњене регенеративне проводљивости он подлеже дејству закључавања тако да се анода на катодној проводљивости држи и наставља спроводити чак и ако се окидач капије уклони.

Тако за једносмерну струју капија у потпуности губи свој утицај када се први окидачки импулс примени на капију уређаја осигуравајући струју са засуном од своје аноде до катоде. Може се прекинути тренутним прекидом извора струје аноде / катоде док је капија потпуно неактивна.

СЦР не може радити као БЈТ

СЦР нису дизајнирани да буду савршено аналогни као и транзисторски колеге, па се због тога не могу проводити у неком средњем активном подручју за оптерећење које може бити негде између потпуне проводљивости и конкурентског искључења.

Ово је такође тачно јер окидач гејта нема утицаја на то колико анода на катоди може да се изведе или засити, па је чак и мали тренутни импулс на капији довољан да аноду пребаци на проводност катоде у пуни прекидач УКЉУЧЕН.

Горе наведена карактеристика омогућава да се СЦР упореди и сматра као бистабилна реза која поседује два стабилна стања, било потпуно УКЉУЧЕНО или потпуно ИСКЉУЧЕНО. Ово је узроковано двема карактеристикама СЦР-а као одговор на улазе наизменичне или једносмерне струје, као што је објашњено у горњим одељцима.

Како се користи капија СЦР-а за контролу његовог пребацивања

Као што је претходно речено, једном када се СЦР активира са једносмерним улазом и његова анодна катода се самозадржи, ово се може откључати или ИСКЉУЧИТИ или тренутним уклањањем извора напајања аноде (струја аноде Иа) у потпуности, или смањењем истог на неки знатно нижи ниво испод назначене задржавајуће струје уређаја или „минималне задржавајуће струје“ Их.

То подразумева да минималну задржавајућу струју од аноде до катоде треба смањивати све док унутрашња спојна веза П-Н тиристора не буде у стању да обнови своје природно својство блокирања.

Према томе, ово такође значи да је неопходно да СЦР ради или ради са окидачем на вратима да је анода ка струји оптерећења катоде изнад наведене „минималне задржавајуће струје“ Их, у супротном СЦР можда неће успети да спроведе проводљивост оптерећења, па ако је ИЛ струја оптерећења, ово мора бити као ИЛ> ИХ.

Међутим, као што је већ речено у претходним одељцима, када се АЦ користи преко СЦР Аноде.Цатходе пинова, осигурава се да СЦР не сме да изврши ефекат закључавања када се уклони погон капије.

То је зато што се сигнал наизменичне струје УКЉУЧУЈЕ и ИСКЉУЧУЈЕ на својој линији преласка нуле која одржава СЦР аноду на катодној струји да се искључи на сваких 180 степени померања позитивног полуцикла наизменичног таласног облика.

Овај феномен назива се „природном комутацијом“ и намеће пресудну карактеристику проводљивости СЦР. Супротно овоме код ДЦ напајања, ова карактеристика постаје безначајна за СЦР.

Али пошто је СЦР дизајниран да се понаша попут исправљачке диоде, он ефикасно реагује само на позитивне полуциклусе наизменичног напона и остаје обрнуто пристрасан и у потпуности не реагује на други полуциклус наизменичне струје чак и у присуству гејт сигнала.

То подразумева да се у присуству окидача капије СЦР спроводи преко своје аноде до катоде само за одговарајуће позитивне полуциклусе наизменичне струје и остаје пригушен током осталих полуциклуса.

Због горе објашњене функције закачивања и такође смањења током другог полуцикла таласног облика наизменичне струје, СЦР се може ефикасно користити за фазе уситњавања наизменичних циклуса, тако да се оптерећење може пребацити на било који жељени (подесиви) нижи ниво снаге .

Такође позната као фазна контрола, ова карактеристика се може применити путем спољног временског сигнала примењеног преко капије СЦР-а. Овај сигнал одлучује након ког кашњења се СЦР може активирати након што је фаза наизменичне струје започела свој позитивни полуциклус.

Дакле, ово омогућава да се пребацује само онај део таласа наизменичне струје који се пролази након окидача капије .. ова контрола фазе је једна од главних карактеристика силицијума контролисаног тиристора.

Како тиристори (СЦР) раде у фазној контроли може се разумети гледањем слика испод.

Први дијаграм приказује СЦР чија је капија трајно активирана, као што се може видети на првом дијаграму, то омогућава потпуном позитивном таласном облику да се покрене од почетка до краја, преко централне линије преласка нуле.

Тиристорска контрола фазе

На почетку сваког позитивног полуциклуса СЦР је „ИСКЉУЧЕН“. При индукцији напона на вратима активира се СЦР у проводљивости и омогућава му да се у потпуности закључа у положај „ОН“ током позитивног полуциклуса. Када се тиристор укључи на почетку полуцикла (θ = 0о), прикључено оптерећење (лампа или било које слично) било би „УКЉУЧЕНО“ за цео позитиван циклус таласног облика наизменичне струје (полуталасно исправљени АЦ ) при повишеном средњем напону од 0,318 к Вп.

Како се иницијализација преклопног прекидача УКЉУЧЕНО током полуциклуса (θ = 0о до 90о), прикључена сијалица светли краће време, а нето напон доведен на лампу сразмерно томе смањује њен интензитет.

После тога је лако искористити исправљач контролисан силицијумом као пригушивач наизменичне струје и у многим различитим додатним применама напајања наизменичном струјом, на пример: контрола брзине мотора наизменичне струје, уређаји за контролу грејања и кругови регулатора снаге, и тако даље.

До сада смо били сведоци да је тиристор у основи полуталасни уређај који може пропуштати струју само у позитивној половини циклуса кад год је Анода позитивна и спречава проток струје баш попут диоде у случајевима када је Анода негативна , чак и ако струја капије остане активна.

Упркос томе, можете пронаћи много више варијанти сличних полупроводничких производа које можете изабрати које потичу под насловом „Тиристор“ дизајниране да раде у оба смера полуциклуса, јединице пуног таласа или би их сигнал „Гате“ могао искључити „ОФФ“ .

Ова врста производа укључује „Тиристоре за искључивање капија“ (ГТО), „Тиристоре са статичком индукцијом“ (СИТХ), „Тиристоре са управљањем МОС-ом“ (МЦТ), „Прекидач под контролом силиција“ (СЦС), „Триодне тиристоре“ (ТРИАЦ) и „Тиристори покренути светлошћу“ (ЛАСЦР) да идентификују неколико, с толико ових уређаја који су доступни у различитим напонима и струјама, што их чини занимљивим за употребу у сврхе на врло високим нивоима снаге.

Преглед рада тиристора

Исправљачи контролисани силицијумом познатији углавном као тиристори су ПНПН полупроводнички уређаји са три споја који се могу сматрати два међусобно повезана транзистора која можете користити у пребацивању великих електричних оптерећења која се напајају мрежом.

Карактеристично је да су закључани - „УКЉУЧЕНИ“ једним пулсом позитивне струје примењене на њихов кабловски кабл и могу непрекидно да буду „УКЉУЧЕНИ“ све док се струја Аноде на катоди не смањи испод њихове минималне мере закључавања или не поништи.

Статички атрибути тиристора

Тиристори су полупроводничка опрема конфигурисана да функционише само у преклопној функцији. Тиристори су тренутно контролисани производи, сићушна струја излаза је у стању да контролише значајнију анодну струју. Омогућава струју само једном пристрасну и покретачку струју примењену на капију.

Тиристор ради слично исправљачкој диоди кад год се догоди да је активиран „ОН“. Струја аноде мора бити више од одржавања вредности струје да би се очувало проводљивост. Инхибира пролаз струје у случају обрнуто пристрасне, без обзира на то да ли је стављена струја излаза или не.

Чим се укључи „УКЉУЧЕНО“, завршава „УКЉУЧЕНО“ извођење, без обзира да ли се примењује капија струје, али само у случају да је анодна струја изнад струје закључавања.

Тиристори су брзи прекидачи помоћу којих можете заменити електромеханичке релеје у бројним круговима, јер они једноставно немају вибрационе делове, немају контактни лук или имају проблема са оштећењем или прљавштином.

Али уз једноставно пребацивање значајних струја „ОН“ и „ОФФ“, тиристори се могу постићи за управљање ефективном вредношћу струје наизменичног оптерећења без расипања знатне количине снаге. Одличан пример контроле тиристорске снаге је у контроли електричног осветљења, грејача и брзине мотора.

У следећем упутству ћемо погледати неке основне Тиристорски кругови и примене користећи и АЦ и ДЦ напајање.