Тиристор: принцип роботи. Класифікація тиристорів

Принцип роботи тиристорів ґрунтується на основі напівпровідникового кристала (електронного ключа) з трьома або більше p-n переходами. Елемент має два стійких позиції: стан низької або високої провідності. Під впливом контрольного сигналу прилад приводиться в проводить вплив. Іншими словами – він включає ланцюг. Для її активації необхідно створити відповідні умови, які забезпечують зниження основного струму до нульової позначки.

Опис

На пальцях принцип роботи тиристора можна пояснити наступним чином: ключі проводять струм виключно у прямому напрямку. А в закритому положенні він витримує також і зворотне напруга. Структура пристосування має чотири шару і три висновки:


А (анод). До (катод). У (керуючий електрод). Потужні електронні ключі оснащені різними амперних і вольтажными параметрами, які впливають на працездатність і стан елемента. Тиристори здатні функціонувати при значеннях до п'яти тисяч вольт, 5000 А, якщо частота не перевищує 1000 Гц.

Комутація

Принцип роботи тиристора дозволяє йому працювати в двох комутуючих діапазонах: Природної комутації. Вона виникає при роботі приладу в схемі змінного струму. Відбувається даний процес, коли струм знижується до нульової позиції. Примусової комутації. Цей процес може здійснюватися декількома способами в залежності від схеми, що використовується розробником. Стандартним видом примусової комутації є підключення зарядженого конденсатора. У такому ланцюгу при навантаженні відбуваються коливання струму.

Способи виключення і включення

Принцип роботи тиристора дозволяє використовувати декілька способів примусової комутації. Серед них: Використання конденсатора із зворотною полярністю . Він може активуватися в ланцюзі за допомогою допоміжного елемента. Потім проводиться розряд на основний тиристор, в результаті чого струм, спрямований назустріч прямою напругою, буде забезпечувати його зниження аж до нульової позиції. Відбувається вимикання приладу, що обумовлено його характерними особливостями. Підключення LC-ланцюжків . Вони розряджаються з коливаннями, забезпечуючи зустріч робочого і розрядного струму. Після їх урівноваження тиристор вимикається. У кінцевій фазі струм з коливальної ланцюги переміщується через тиристор в напівпровідниковий діод. Під час цього процесу до приладу застосовується певна напруга, що дорівнює по модулю аналогічного показника на діоді.

Принцип роботи тиристора в ланцюгах постійного струму

Стандартний прилад активується за допомогою подачі струму на контрольний висновок. Він повинен бути позитивним по відношенню до катода. Протягом перехідних потоків залежить від виду навантаження, її амплітуди і швидкості нагнітання імпульсного струму. Крім того, має значення температурний режим напівпровідникового кристала, а також прикладена напруга в схемах тиристорів. Параметри схеми безпосередньо залежать від типу використовуваного напівпровідника. У ланцюзі розміщення тиристора не допускається інтенсивне наростання швидкості підвищення напруги. Досягається таке значення, яке забезпечує мимовільну деактивацію приладу, навіть без наявності сигналу в системі управління. При цьому синхронно повинен підтримуватися високий показник характеристики блоку управління.

Змінна ланцюг: принцип дії тиристорів

Принцип роботи елемента в цьому випадку дозволяє здійснити наступні дії: Активувати або розірвати електричну ланцюг з активною або резистивної навантаженням. Коригувати робочий і середній показник струму, що дає навантаження. Це можливо завдяки регулюванню піку подання управління. Оскільки тиристори проводять струм в одному напрямку, в змінних ланцюгах потрібно використання зустрічно-паралельного включення. Робоче і середнє значення напруги може змінюватись унаслідок зміни подачі сигналу на прилад. У будь-якому випадку потужність елемента повинна відповідати пропонованим параметрами.

Фазова і широтно-імпульсна модуляція

Способи включення тиристорів також передбачають фазове управління. При цьому виконується регулювання навантаження шляхом коригування фазових кутів. Штучно комутування доступно зробити за допомогою застосування спеціальних ланцюгів або повністю замикаються аналогів. Таким способом виготовляють переважно тиристори на зарядні пристрої з можливістю регулювання сили струму відповідно заряду акумулятора. Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) працює наступним чином: При відкритті тиристора подається сигнал контролю. При цьому переходи знаходяться відкритими, а на навантажувальною частині з'являється певна напруга. На період закриття елемента сигнал управління не транслюється, що забезпечує зупинку подачі струму через прилад. Варто відзначити, що при фазовому контролі крива струму не є синусоїдальною, виконується трансформація форми сигналу напруги. При цьому намічається порушення функціонування споживають елементів, які сприйнятливі до перешкод високих частот. Змінити величину на необхідний показник дозволяє спеціальний регулятор.

Різновиди

Існує кілька типів тиристорів (принцип роботи для "чайників" розглянуто вище). Використовуються вони у зарядних пристроях, перемикачі, регулятори рівня гучності. Виділяють наступні модифікації:
Оптотиристор . Використовує в ланцюзі напівпровідник, особливо чутливий до світла. Прилад управляється шляхом подачі світлового потоку. Тиристор-діод . Оснащений активним паралельно підключеним діодом. Діністор . Може трансформуватися в режим повної провідності (при перевищенні номінального показника напруги). Сімістор . Складається з пари тиристорів, що мають зустрічний паралельне включення. Інверторний тиристор . Відрізняється високою комутативність швидкістю до 50 мкс. Елементи з польовим транзистором . Працюють за типом метало-оксидних напівпровідників.

Характеристики

Розглянемо параметри та принцип роботи тиристора КУ202Н: Граничне напруга – 400 Ст. Постійний/повторюваний імпульсний струм – 30/10 А. Напруга у відкритому режимі – 15 Ст. Показник робочого постійного струму 4 мА. Отпирающий струм на контрольному блоці – 200 мА. Максимальна наростаюча швидкість в закритому положенні – 5 В/мкс. Період включення/вимикання – 10/100 мкс. Працює прилад за стандартною схемою для замикаються тиристорів. Його аналоги: 1Н4202 ВТХ32 С100 КУМ202М.

Конструкція

Чотиришарова конфігурація тиристорів відрізняє їх від аналогів повної керованістю елемента. Амперний і вольтажный показник при прямому напрямку струму схожий з параметрами звичайних тиристорів. Однак розглянуті прилади здатні пропускати суттєве напруження. Опції блокування зворотних великих напруг у замикаються елементів не передбачені. У зв'язку з цим потрібно його агрегація із зустрічним паралельним діодом-напівпровідником. Істотне падіння прямих напруг є основною відмінною особливістю замикається тиристора. Для його відключення необхідно виконати подачу потужного імпульсного струму на керуючий висновок. При цьому тривалість імпульсу повинна бути максимально низькою (від 10 до 100 мкс). Негативне співвідношення з прямим струмом складає пропорцію 1/5. Підсумкова різниця граничного напруги аналізованого приладу на 25% менше, ніж у звичайного аналога.

На закінчення

Нами було розглянута класифікація тиристорів та їх особливості. Можна зробити наступний висновок: дані пристосування являють собою прилади, що відносяться критично до швидкостей наростання прямого напруги і сили струму. Для тиристорів характерно протікання зворотних струмів, що дозволяють швидко знизити значення в ланцюгу до нульової позначки. Для захисту елементів слід застосовувати різні схеми, які дають змогу оберегти блок від високих напружень в динамічному режимі.