Тиристор: принцип роботи, перевірка, особливості та характеристики

У перемикачих схемах часто використовується тиристор, принцип роботи якого нагадує електронний ключ. Він являє собою напівпровідниковий прилад, що має три або кілька взаємодіючих випрямляючих переходів. Однак тиристор не здатний перейти в стан закритого типу, тому його називають ключем, який є не повністю керованим.

Пристрій і види напівпровідникових приладів

Перш ніж розглядати принцип роботи тиристорів у ланцюгах, необхідно розібратися з тим, як вони влаштовані, які види існують. Складаються вони з чотирьох послідовно з 'єднаних шарів, які мають різний тип провідності. Із зовнішнього боку є контакти - анод і катод. Прилади можуть володіти двома керуючими електродами, прикріпленими до внутрішніх шарів. Зміни стану вдається домогтися за рахунок подачі сигналу безпосередньо на провідник.

Розрізняють два основних види тиристорів:

1. Динисторы - это диодные полупроводниковые приборы. У даному випадку відкривання здійснюється за допомогою подачі високої напруги між контактами.
2. Триністори - це тріодні аналоги. Їх вдається відкривати за рахунок впливу керуючого струму на електрод.

Процес замикання може проводитися двома способами. Перший з них передбачає зниження електричного струму нижче рівня утримання. Варіант можна застосувати для всіх видів тиристорів. Другий спосіб полягає в нагнітанні запираючої напруги безпосередньо на керуючий контакт. Він використовується тільки для триністорів замкненого типу.

Можливість зворотної провідності

Розглядаючи принцип роботи тиристора, слід розуміти, що елементи можуть бути класифіковані за зворотним напруженням.

Всього існує чотири варіанти виробів:

1. Зворотно-провідні прилади мають невелику зворотну напругу. Воно становить всього кілька вольт.
2. Елементи, що не проводять напругу в зворотному напрямку в закритому стані.
3. Симістори - це симетричні прилади, які комутують електричні струми в тому чи іншому напрямку.
4. Вироби з ненормованою напругою зворотного напрямку.

Використовуючи симістори, необхідно пам 'ятати, що вони функціонують симетрично лише на перший погляд. При подачі від 'ємного (на анод) і позитивного (на керуючий електрод) напруги вони не здатні відкриватися, а в деяких випадках можуть виходити з ладу.

В електроніці симістори відносять до керованих тиристорів, принцип роботи яких полягає в комутації ланцюгів змінного струму. При проектуванні таких схем, необхідно вивчати документацію конкретного виробу, щоб визначити, які сигнали допустимі. Окремі види симісторів можуть мати деякі обмеження.

Робота в ланцюгу постійного струму

Якщо пояснювати принцип роботи тиристора простою мовою, то він полягає у включенні напівпровідникового приладу за допомогою подачі імпульсу електричного струму безпосередньо в ланцюг управління позитивної полярності. На тривалість перехідного процесу істотно впливає характер виробленого навантаження, а також інші фактори:

• швидкість і амплітуда створеного імпульсу;
• температура напівпровідникової конструкції;
• передана напруга;
• струм навантаження.

У ланцюгу з тиристором при збільшенні прямої напруги не повинно фіксуватися завищених значень швидкості наростання. В іншому випадку може відбуватися ненавмисне включення приладу без подачі сигналу. Однак крутизна виробленого імпульсу не повинна бути низькою.

Вимикання елементів може відбуватися природним або примусовим чином. У першому випадку комутація в системах змінного струму здійснюється в момент падіння електричного струму до мінімуму. Що стосується варіантів примусового вимикання, то воно може бути досить різноманітним:

1. Підключення спеціалізованого ланцюга з наявністю зарядженого конденсатора викликає виникнення розряду на провідний елемент. Зустрічний потік знижує струм до нуля, тому прилад вимикається.
2. Підключення контуру, що викликає коливальний розряд, дозволяє пропустити електрику через тиристор на зустріч прямому струму. При досягненні рівноваги відбувається вимкнення.
3. Перехідний процес може викликатися при наданні комплексного навантаження. За наявності певних параметрів виникає коливальний характер, що передбачає зміну полярності.

Функціонування в ланцюгу змінного струму

Тепер слід розглянути принцип роботи тиристора в ланцюгу, який пропускає змінний струм. При його впровадженні можна проводити включення і відключення електричних мереж з активним навантаженням, а також здійснювати зміну середнього і поточного значень струму шляхом регулювання подачі сигналу.

Не новина навіть для чайників - принцип роботи тиристора полягає в пропусканні електрики в одному напрямку, тому в ланцюгах зі змінним струмом здійснюється зустрічно-паралельне включення. Значення можуть варіюватися шляхом зміни самого моменту подачі на прилади сигналів, що відкривають. Кути регулюються за рахунок системи управління.

1. Фазовий метод регулювання з примусовою комутацією передбачає застосування спеціальних вузлів.
2. Широтно-імпульсне управління передбачає відсутність сигналу в закритому стані і його наявність у відкритому положенні, коли до навантаження докладено певну напругу.

Режим зворотного замикання

Розповідаючи про принцип роботи тріодного тиристора, не можна не зазначити, що воно може працювати в різних режимах. При зворотному замиканні безпосередньо до анода напівпровідника додано негативну напругу по відношенню до катодного контакту. Переходи при такому варіанті зміщені в протилежному напрямку.

Існують фактори, що обмежують застосування такого режиму. Перший з них - це лавинний пробій, а другий - прокол збідненої області. Це пояснюється тим, що істотна частина напруги знижується на одному з переходів. Виникає їх змикання або відбувається пробій.

Режим прямого замикання

Принцип роботи тиристора в режимі прямого замикання передбачає зворотне зміщення одного з переходів. Протилежні шари зрушені в прямому напрямку. Основна частина докладеної напруги знижується на одиничному переході. Через інші шари у зв 'язані області інжектуються носії, що дозволяють зменшити опір на провідному елементі. Відбувається збільшення струму, що проходить. Падіння напруги зменшується.

Збільшення прямої напруги призводить до повільного зростання електричного струму. У такому режимі напівпровідник вважається замкненим, що пов 'язано з підвищеним опором одиничного переходу. При деякому показнику напруги процес починає набувати лавиноподібний характер. Прилад переходить у включений стан, у ньому встановлюється електричний струм, який залежить від джерела і опору ланцюга.

Двотранзисторна модель

Для пояснення пристрою і принципу роботи тиристора в режимі прямого замикання застосовується двотранзисторна модель. Цей напівпровідниковий прилад можна розглядати як два суміщені транзистори з протилежними висновками. Перехід у центрі використовується як колектор дірок та електронів, які інжектуються певними переходами.

Співвідношення не змінюються під час протікання струмів у протилежному напрямку. При підвищенні коефіцієнта в замкненій петлі відбувається лавиноподібний процес, що передбачає збільшення струму безпосередньо через структуру. Електричний струм обмежений лише опором зовнішнього ланцюга.

Чим розрізняються дикуни і тріністори

Принципових відмінностей між характеристиками і принципом роботи тиристорів не можна знайти. Однак відкриття динистора проводиться при наявності певної напруги між двома основними висновками. Воно залежить від типу пристрою, що використовується. У випадку з триністором напругу відкриття вдається знизити примусовим чином. Це можна зробити, якщо подати імпульс електричного струму необхідної величини безпосередньо на управляючий електрод. Тріністори отримали найбільше поширення серед приладів з категорії тиристорів.

Основні характеристики

При виборі тиристорів звертають увагу на певні параметри:

1. Напруга включення дозволяє перевести напівпровідниковий прилад у робочий стан.
2. Тимчасовий інтервал затримки запуску і зупинки виробу.
3. Рівень зворотного струму при максимальному значенні зворотної напруги.
4. Показник загальної розсіюючої потужності.
5. Пряма напруга при граничному струмі анода.
6. Піковий струм електрода, що забезпечує управління.
7. Зворотна напруга в закритому стані.
8. Максимальний відкритий струм у відкритому положенні.

При виборі тиристора не слід забувати про призначення приладу. На цей безпосередній вплив робить часовий інтервал переходу у відкритий або закритий стан. Як правило, період включення є більш коротким, ніж проміжок вимикання.

Схеми застосування тиристорів

Тиристорні схеми підрозділюються на чотири категорії:

1. Порогові вироби використовують можливості переходу напівпровідників з одного положення в інше за наявності певної напруги. До таких належать генератори коливань і фазові регулятори навантаження.
2. Силові ключі відрізняються низькою потужністю. Відтік розсіюється елементами в перемикачих схемах у відкритому стані. У закритому положенні електрика не пропускається.
3. Комутація постійної напруги цілком можлива при використанні приладів з великою потужністю. Є кілька способів, що дозволяють закривати незапираються елементи.
4. Деякі експериментальні пристрої працюють із застосуванням напівпровідникових приладів у перехідних режимах, де є ділянки з негативним рівнем опору.

Як висновок

Найчастіше розповідають про принципи роботи тиристорів для студентів спеціалізованих училищ, які готують фахівців у галузі електротехніки. Однак не завадить вивчити інформацію про пристрій і функціонування універсальних напівпровідникових приладів простим людям, які проявляють інтерес до проектування різних електричних схем.