Тиристор: принцип работы, проверка, особенности и характеристики. Тиристор характеристики

типы, характеристики, область применения / Школа электрика / Коллективный блог

Тиристор – это полупроводниковый прибор, который изготавливается на основе монокристаллического полупроводника, имеющего три (и более) p-n-перехода. Тиристор характеризуются наличием двух устойчивых состояний:

закрытый – полупроводник находится в состоянии низкой проводимости, ток практически не протекает
открытый – полупроводник в состоянии высокой проводимости, ток проходит через элемент фактически без ограничений

По сути, тиристор – электрический силовой управляемый ключ (правда, его управляемость не является стопроцентной). В технической литературе встречается и другое название – однооперационный тиристор, ведь управляющий сигнал может только перевести тиристор в открытое (рабочее) состояние. Чтобы выключить тиристор, необходимо принять особые меры, направленные на уменьшение прямого тока до минимума (нуля).

Структура тиристора – это последовательность четырех, соединенных последовательно, слоев p и, соответственно, n типа, образующих структуру р-n-р-n:

крайняя область, на которую поступает положительный (+) полюс питания – анод, р – типа
другая крайняя область, к которой прикладывается отрицательное (-) напряжение, катод, – >n типа
управляющий электрод (конструкционно может быть предусмотрено размещение до 2 электродов) присоединяется к внутренним слоям.

Вот так схематично выглядит принцип действия тиристора:

Для начала рассмотрим случай, при котором напряжение на управляющем электроде отсутствует, тиристор подключен по схеме динистора – напряжение прикладывается только к аноду (соответственно, +) и катоду (-).

В таком состоянии тиристор можно представить в следующем виде:

В этом состоянии коллекторный p-n-переход находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют малое сопротивление, поэтому фактически все напряжение, поступающее от источника питания, прикладывается к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через тиристор ток имеет незначительное значение.

На представленной вольт-амперной характеристике (ВАХ) это состояние соответствует участку 1.

При росте напряжения, поступающего от источника питания, до определенного момента ток тиристора растет незначительно. Но при приближении к некоторому критическому значению (обозначенного на графике Uвкл, общепринятое название – напряжение включения), в динисторе возникают условия, при котором в районе коллекторного перехода начинается увеличение носителей заряда, которое принимает лавинный характер. В результате в коллекторном переходе наступает обратимый электрический пробой (на графике – точка 2). В p-области коллекторного перехода возникает избыточная концентрация положительных зарядов (дырок), в n-области – концентрация электронов. Рост концентрации этих носителей приводит к снижению потенциального барьера на всех трех переходах динистора, через эмиттерные переходы резво увеличивается инжекция носителей. Процесс окончательно принимает лавинообразный характер, который приводит к переключению в открытое состояние коллекторного перехода. Одновременно происходит рост тока и падение сопротивления по всем областям прибора, как следствие – рост тока, проходящего через прибор, сопровождается падением напряжения между катодом и анодом (на графике – отрезок 3). На этом отрезке динистор имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. На резисторе растет напряжение и динистор переключается.

После того, как коллекторный переход оказывается открытым, ВАХ динистора принимает вид, полностью повторяющий ВАХ диода на прямой ветви (на графике – участок 4). После того, как динистор переключился, напряжение падает до 1 В. В дальнейшем увеличение значения напряжения или снижение сопротивления (резистор R) приведет к росту выходного тока – ситуация точно повторяет процессы, происходящие с диодом при его прямом включении. Если же напряжение уменьшить, то высокое сопротивление, характерное для коллекторного перехода, практически мгновенно (десятки микросекунд) восстанавливается, динистор закрывается, ток падает.

Напряжение включения (Uвкл), при котором происходит лавиноподобное нарастание тока, можно регулировать, внося в любой из слоев, которые прилегают к коллекторному переходу, неосновные носители заряда. Для этого используется дополнительный электрод – управляющий, запитываемый из независимого источника, который подает управляющее напряжение – Uупр. На рисунке четко просматривается зависимость – при росте Uупр напряжение включения уменьшается.

Параметры тиристоров

Для численного описания характеристик тиристора используются следующие параметры:

Uвкл (напряжение включения) – напряжение, при котором происходит переход тиристора в открытое состояние
Uo6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение – значение напряжения, при котором происходит электрический пробой. Для большинства тиристоров справедливо равенство Uo6p.max. = Uвкл
максимально допустимое значение тока
среднее значение тока за период
Unp - значение прямого падения напряжения при открытом тиристоре, колеблется в пределах 0,5 - 1В
обратный максимальный ток – ток, появляющийся при приложении обратного напряжения, за счет движения неосновных носителей
ток удержания – значение анодного тока, при котором происходит закрытие тиристора
максимальная мощность
время отключения – время, необходимое для закрывания тиристора
предельная скорость, с которой происходит нарастание анодного тока

Тиристоры: основные типы

Сегодня разработано большое количество тиристоров, отличающихся процессами управления, быстродействием, величиной и направлением током. При этом можно выделить наиболее востребованные типы тиристоров:

тиристор-диод – эквивалент тиристора, имеющего встречно-параллельное включение с диодом
динистор (диодный тиристор) – подробно рассмотрен выше, имеет всего два электрода, управляющий электрод отсутствует
запираемый тиристор
симистор (симметричный тиристор) – эквивалент двух встречно-параллельно подключенных тиристоров
инвесторный тиристор – отличается высоким быстродействием, время включения составляет от 5 до 50 мкс
фоторизистор – роль управляющего электрода выполняет фотоэлемент

Запираемые тиристоры

Запираемый тиристор имеет четырехслойную классическую >p->n->p->n структуру, но при этом имеют целый ряд конструктивных особенностей, позволяющих им получить принципиальное отличие от обычных тиристоров – полную управляемость. Благодаря воздействию тока от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут как переходить в открытое состояние из закрытого, так и в обратном направлении – из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод подается напряжение, обратное тому, которое вызвало открытие тиристора. Для выключения тиристора по цепи управляющего электрода подается мощный (рекомендуемое соотношение 1:5 по отношению к текущему значению прямого тока, проходящего через открытый тиристор), но короткий по длительности (от 10 до 100 мкс) импульс отрицательного тока. При использовании запираемых тиристоров стоит помнить, что их предельные значения (по току и напряжению) с среднем до 30% меньше, чем у обычных.

На практике запираемые тиристоры активно используются в роли электронных ключей в преобразовательной технике.

Симисторы

В отличие от четырехслойного тиристора, симистор (другое название – триак, происходящее от английской TRIAC, аббревиатуры от triode for alternating current) имеет пятислойную структуру.

Схема симистора

Благодаря такой структуре он имеет возможность пропускать ток в двух направлениях – как от катода к аноду, так и в противоположном направлении – от анода к катоду, а на управляющий электрод может подаваться управляющее напряжение разной полярности – как положительное, так и отрицательное. Благодаря этому вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид.

Как реле или электронный выключатель симистор имеет ряд преимуществ, если брать электромеханические аналоги: он значительно дешевле, полностью отсутствует механическая часть, искрение и подгорание контактов, большой срок службы. К недостаткам следует отнести необходимость обеспечить отвод тепла (симисторы чувствительны к нагреванию, поэтому требуют монтажа на радиаторе), не могут работать на высоких частотах – имеют значительную длительность переходных процессов. Кроме того, при монтаже симистора следует обязательно обеспечить его защиту от электрических шумов, наводок и помех, которые могут спровоцировать ложное срабатывание.

О том, что такое симистор и как он работает, детально объясняет следующее видео:

Особенности монтажа симисторов:

- при малых нагрузках или когда токи нагрузки представляют собой короткие импульсы (до 1 секунды), монтаж симисторов можно проводить без теплоотводящего радиатора. В прочих случаях – его наличие обязательно

- к теплоотводу триак может фиксироваться креплением зажимом (наиболее предпочтительный способ), креплением винтом или клепкой (не рекомендуется, может вызвать повреждение кристалла)

- для уменьшения вероятности несанкционированного срабатывания из-за шумовых наводок, длина проводника, подходящего к затвору, должна быть минимальна. Для подключения желательно использовать экранированный кабель или витую пару.

Фототиристоры

Фототиристор (другое название - оптотиристор) – специальный тиристор, особенностью которого является наличие в корпусе (при дискретном исполнении) фотоэлемента, выполняющего роль управляющего электрода.

При облучении световым потоком определенной мощности фотоэлемент переводит тиристор в открытое положение.

Данное видео наглядно знакомит с принципом работы фототиристора:

Применение тиристоров

В целом применение тиристоров можно разделить на 4 группы:

силовые ключи – переключатели переменного напряжения. Одним из определяющих моментов, влияющих на востребованность подобных схем, выступает низкая мощность, которая рассеивается тиристором в схемах переключения. В закрытом состоянии мощность практически не рассеивается из-за того, что ток практически равен нулю. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность незначительна благодаря небольшим значениям напряжения
пороговые устройства – в них задействовано основное свойство тиристора – открываться (пропускать ток) при достижении напряжением определенного значения. Эта группа схем особенно активно используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах
подключение постоянного тока – для прерывания, включения/выключения используются запирающие тиристоры. Правда, при этом схемы требуют определенной доработки – тиристоры в целом плохо работают в цепях с постоянным током. Но высокая надежность, способность работать с большими по значению токами и напряжениями полностью оправдывают некоторые неудобства
экспериментальные устройства – в них используется свойство тиристора иметь отрицательное сопротивление, пребывая в переходном режиме

Как проверить работоспособность тиристора или симистора:

ВложениеРазмер

tiristor-01.JPG	7.01 КБ
tiristor-02.JPG	8.89 КБ
tiristor-10.JPG	11.98 КБ

44kw.com

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 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:

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.

elektroznatok.ru

Тиристор, вольт-амперные характеристики, основные параметры и типы тиристоров

Тиристор - это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Структура тиристора состоит из четырех слоев кристалла полупроводника с чередующимся типом электропроводности (рис. 1). Крайние области структуры — соответственно p- и n-эмиттеры, а области, примыкающие к среднему переходу, p - и n - баз.

Внешнее напряжение на такой прибор подается минусом на крайнюю область с электропроводностью n-типа (на катодный электрод) и плюсом на крайнюю область с электропроводностью р типа (на анодный электрод). В этом случае крайние р-n переходы П1, ПЗ включены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, средний р-n переход П2 включен в обратном направлении, поэтому его называют коллекторным. Структуру тиристора можно пред ставить в виде схемы замещения (рис. 2), состоящей из транзисторов VI и V2 соответственно p - n - p и n -p- n типа.

В этой схеме для учета нелинейной зависимости коэффициентов усиления α1 и α2 от тока эмиттерные переходы транзисторов шунтируются резисторами R1 и R2. База и коллектор транзистора VI соединены соответственно с коллектором и базой транзистора V2, образуя цепь внутренней положительной обратной связи. Если к аноду тиристора подключить положительный полюс источника питания, а к катоду — отрицательный, то П1 и ПЗ сместятся в прямом, а П2 — в обратном направлении (см. рис.1)

Таким образом, напряжение источника питания окажется, приложенным к переходу П2 и ток во внешней цепи будет определяться выражением I = Iко / [1 - (α1 + α2)], где Iко - обратный ток перехода П2. Из этого выражения следует, что ток I зависит от α1 и α2 и резко возрастает, когда их сумма приближается к единице. Коэффициента α1 и α2 зависят от тока эмиттера, напряжения на коллекторном переходе, а также от других факторов. Тиристор, имеющий выводы только от крайних слоев, называется диодным тиристором или динистором; при дополнительном выводе от одного из средних слоев он называется трйодным тиристором или тринистором.

Вольт-амперная характеристика диодного тиристора представлена на рис. 3. Участок OA соответствует - выключенному (закрытому) состояний тиристора. На этом участке через тиристор протекает ток утечки Iзс и его сопротивление очень велико (порядка нескольких мегаОм). При повышении напряжения до определенного Uпрк (точка А характеристики) ток через тиристор резко возрастает. Дифференциальное сопротивление тиристора в точке А равно нулю. На участке АБ дифференциальное сопротивление тиристора отрицательное. Этот участок соответствует неустойчивому состоянию тиристора. При включении последовательно с тиристором небольшого сопротивления нагрузки рабочая точка перемещается на участок БВ, соответствующий включенному состоянию тиристора. На этом участке дифференциальное сопротивление тиристора положительное. Для поддержания тиристора в открытом состоянии через него должен протекать ток не менее Iуд. Снижая напряжение на тиристоре, можно уменьшить ток до значения меньшего, чем Iуд, и перевести тиристор в выключенное состояние.

Вольт-амперная характеристика триодного тиристора (рис. 4), снятая при нулевом токе управляющего электрода, подобна характеристике диодного тиристора. Рост тока управляющего электрода (от Iу = О до Iу3) приводит к смещению вольт-амперной характеристики в сторону меньшего напряжения включения (от Uпрк до Uпрк3). При достаточно большом токе управляющего электрода, называемом током спрямления, вольт-амперная характеристика триодного тиристора вырождается в характеристику обычного диода, теряя участок отрицательного сопротивления. Для выключения триодного тиристора необходимо, снижая напряжение на нем, уменьшать ток через тиристор до значения, меньшего, чем Iуд.

Запираемые триодные теристоры в отличие от обычных триодных тиристоров способны переключаться из отпертого состояние в запертое при подаче сигнала отрицательной, полярности на управляющий электрод. Структура запираемого тиристора аналогична структуре обычного триодного тиристора. Способность тиристора к запиранию управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания

Кз= Iа/Iз= α2/(α1 + α2 - 1),где Iа анодный ток, при котором происходит запирание.

Симметричные тиристоры - симисторы (в старых справочника можно встретить написание - семисторы) имеют пятислойную структуру и обладают отрицательным сопротивлением на прямой и обратной ветвях вольт-амперной характеристики. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики симметричного тиристора расположена в третьем квадранте и аналогична прямой ветви. Отпирание симисторов производится посредством сигналов управления, снятием разности потенциалов между силовыми электродами или изменением их полярности.

Обозначение советских типов тиристоров (ОСТ 11 336.919—81) состоит из пяти элементов. Второй элемент обозначает подкласс прибора: для тиристоров, диодных — Н; для тиристоров, триодных — У.Третий элемент - назначение прибора:

Тиристоры диодные:с максимально допустимым значением прямого тока не более 0,3А - 1с максимально допустимым значением прямого тока более 0,3. но не более 10А - 2

Тиристоры триодные незапираемые:с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии не более 0,3 А или максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии не более 15А - 1с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии более 0,3, но не более 10А, или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии более 15, но не более 100А - 2

с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии более 10А ила с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состояния более 100А - 7

Тиристоры триодные запираемые:с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии не более 0,3А или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии не более 15А - 3с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии более 0,3, но не более 10А, или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии более 15, но не более 100А - 4

с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии более 10 А, или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии более 100А - 8

Тиристоры триодные симметричные: с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии не более 0,3А или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии не более 15А - 5с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состоянии более 0,3, но не более 10А, или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии более 15, но не более 100А - 6

с максимально допустимым значением среднего тока в открытом состаямш более 10А, или с максимально допустимым значением импульсного тока в открытом состоянии более 100А - 9

В соответствии с ГОСТ 10862—72 приборам, разрабатываемым до 1979 г., присваивалось обозначение, при котором третий элемент, определяющий назначение прибора, выбирался согласно:

Тиристоры диодные:малой мощности (допустимый прямой ток не более 0,3 А) - 1средней мощности (допустимый прямой ток более 0,8, но не более 10А) - 2

Тиристоры триодные незапираемые:малой мощности - 1средней мощности - 2

Тиристоры триодные запираемые: малой мощности - 3средней мощности - 4

Тиристоры триодные симметричные незапираемые:малой мощности - 5средней мощности - 6

Например: тиристор триодный незапираемый, предназначенный для устройств широкого применения, кремниевый, средней мощности, номер разработки 15, группа Б — КУ215Б.

Условное графическое обозначение тиристоров, установленное ГОСТ 2.730-73, приведено на рис.

а - диодный тиристор; б — триодный симметричный тиристор; в — триодный - незапираемый тиристор с управлением по аноду; г — триодный незапираемый тиристор с управлением по катоду; д — триодный запираемой тиристор с управлением по аноду; е — триодный запираемый тиристор с управлением по катоду; ж — триодный симметричный незапираемый тиристор.

Основные параметры советских тиристоров, их определения и буквенные обозначения установлены ГОСТ 20332—84.

Напряжение переключения Uпрк — основное напряжение тиристора в точке переключения.

Ток включения тиристора Iвкл — наименьший основной ток тиристора, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии непосредственно после окончания действия импульса тока управления и переключения тиристора из закрытого состояния в открытое.

Ток удержания тиристора Iуд — наименьший основной ток тиристора, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии.

Напряжение в открытом состоянии тиристора Uос - основное напряжение тиристора в открытом состоянии, обусловленное током в открытом состоянии.

Постоянный ток в закрытом состоянии Iз.с — основной ток тиристора в закрытом состоянии.

Постоянный обратный ток тиристора Iобр — постоянный анодный ток тиристора в непроводящем состоянии.

Незапирающее импульсное напряжение управления тиристора Uу.нз.и — наибольшее импульсное напряжение управления тиристора, не вызывающее включение тиристора.

Отпирающее напряжение тиристора Uот — наименьшее значение напряжения в закрытом состояний твристора, которое обеспечивает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое.

Импульсное отпирающее напряжение тиристора Uот.и — наименьшее импульсное значение напряжения в закрытом состоянии тиристора, которое обеспечивает переключение тиристора из закрыого состояния в открытое.

Неотпирающий постоянный ток управления тиристора Iу.нот — наибольший постоянный ток управления тиристора, не вызывающий включения тиристора.

Неотпирающий импульсный ток управления тиристора Iу.нот.и — наибольший импульсный ток управления тиристора, не вызывающий включения тиристора.

Запирающий постоянный ток управления тиристора Iу.з — наименьший постоянный ток управления тиристора, необходимый для выключения тиристора.

Запирающий импульсный ток управления тиристора Iу.з и — наименьший импульсный ток управления тиристора, необходимый для выключения тиристора.

Незапирающий постоянный ток управления тиристора Iу.нз -наибольший постоянный ток управления тиристора, не вызывающий включения тиристора.

Незапирающий импульсный ток управления тиристора Iу.нз.и — наибольший импульсный ток управления тиристора, не вызывающий включения тиристора.

Отпирающий постоянный ток управления тиристора Iу.от.п — наименьший постоянный ток управления, необходимый для включения тиристора.

Отпирающий импульсный ток управления тиристора Iу.от.и — наименьший импульсный ток управления, необходимый для включения тиристора.

Отпирающее постоянное напряжение управления тиристора Uy.от — постоянное напряжение управления тиристора, соответствующее отпирающему постоянному току управления тиристора.

Отпирающее импульсное напряжение управления тиристора Uу.от.и — импульсное напряжение управления тиристора, соответствующее импульсному отпирающему току управления тиристора.

Неотпирающее постоянное напряжение управления тиристора Uу.нот — наибольшее постоянное напряжение управления тиристора, не вызывающее включения тиристора.

Неотпирающее импульсное напряжение управления тиристора Uу.нот.и - наибольшее импульсное напряжение управления тиристора, не вызывающее включения тиристора.

Запирающее постоянное напряжение управления тиристора Uу.з — постоянное напряжение управления тиристора, соответствующее запирающему постоянному току управления тиристора.

Запирающее импульсное напряжение управления тиристора Uу.з.и — импульсное напряжение управления тиристора, соответствующее запирающему импульсному току управления тиристора.

Незапирающее постоянное напряжение управления тиристора Uy.н.з — наибольшее постоянное напряжение управление тиристора, не вызывающее включения тиристора.

Общая емкость тиристора Собщ — емкость между основными выводами при заданном напряжении в закрытом состоянии тиристора.

Динамическое сопротивление в открытом состоянии тиристора Rдин — значение сопротивления, определяемое по наклону прямой, аппроксимирующей характеристику открытого состояния тиристора.

Время включения тиристора tвкл — интервал времени, в течение которого тиристор включается отпирающим током управления или переключается из закрытого состояния в открытое импульсным отпирающим напряжением. Время включения равняется сумме времени задержки и времени нарастания.

Время выключения тиристора tвыкл — наименьший интервал времени между моментом, когда основной ток тиристора после внешнего переключения основных цепей понизился до нуля, и моментом, в который определенное основное напряжение тиристора проходит через нулевое значение без переключения тиристора.

Предельно допустимые параметры. К ним относятся: постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии Uз.с.max, постоянное обратное напряжение управления Uу.обр.max, постоянное обратное напряжение Uобр.max, постоянный ток в открытом состоянии Iос.max, импульсный ток в открытом состоянии Iос.и.max, постоянный прямой ток управления Iу.max, средняя рассеиваемая мощность Pср.max.

www.xn--b1agveejs.su

Тиристоры характеристики

Применение тиристоров достаточно обширно. Например, они используются в блоке питания автомобиля, в генераторе, в трансформаторе сварочных аппаратов. Что это за прибор таков и каковы его характеристики?

Тиристоры используются для однонаправленного преобразования переменного тока. Это означает, что при его помощи ток проводится в одну сторон. Он выступает в роли электрического ключа, но особенность этого ключа в том, что он не может самоятотельно переключиться в закрытое положение. Рабочий режим для тиристора – это коммутация разомкнутой электрической цепи.

При изготовлении тиристора используется монокристаллический проводник, у которого более трех переходов. При этом полупроводник может находиться в открытом или закрытом состоянии. В закрытом виде его проводимость очень низкая, что почти не пропускает ток. При открытом режиме проходимость существенно возрастает и обеспечивается отличное прохождение тока через полупроводник.

Как мы уже упоминали, тиристор состоит из двух типов слоев («плюс» с анодным полюсом питания и «минус» с катодным типом). Этих слоев четыре и они соединяются последовательно по схеме анод-катод-анод-катод. Кроме того, к внутренним слоям предусмотрено прикрепление до двух управляющих электродов.

Чаще всего тиристор изготавливается из кремния и покрывается пластиковой оболочкой. Принцип работы тиристора очень схож с динистором (прибором выпрямления переменного тока), поэтому он часто считается аналогом выпрямителя.

Виды и принцип действия тиристоров

Стоит сказать, что тиристоры подразделяются на несколько видов, которые отличаются между собой скоростью работы, принципами управления, а также величинами тока.

Тиристор с встречно-параллельным включением с диодом называется соответственно тиритором-диодом.
Условно к этой же категории можно отнести выпрямитель переменного тока – динистор. В его конструкцию входит 2 электрода без управляющего.
Еще одним популярным видом является тиристор запираемый.
Если требуется подключить два параллельных тиристора, то можно воспользоваться синистором, который как раз выполняет этот же функционал.
При необходимости очень быстрой работы тиристора целесообразно воспользоваться инвесторным видом.
Стоит еще сказать о фоторизисторе, в котором предусмотрено использование фотоэлемента в качестве управляющего электрода.

Помимо анода и катода в состав тиристора входит еще входной блок, который позволяет тиристору переключаться в положения «включен» или «выключен» с большой скоростью. В некоторых случаях переключение с «включено» происходит за несколько небольших периодов, это делается для доставки энергии к месту нагрузки. Но в некоторых случаях у тиристора может происходить незапланированное переключение из одного положения в другое. Это может быть обусловлено внешними обстоятельствами, например, скачками электроэнергии, перепадами температурных режимов и некоторыми другими.

Технические характеристики тиристоров

При выборе тиристора стоит обратить пристальное внимание на его основные параметры и технические характеристики. Именно они определяют, в каком режиме следует использовать прибор, а значит, и его долгую и беспроблемную службу.

Важным параметром является величина напряжения включения. Она характеризует величину напряжения, после достижения значения которой тиристор переходит в состояние «включен» (или открытое, как его еще называют).

Еще одним важным значением является показатель повторяющегося импульсного обратного напряжения. Как правило, оно равно значению напряжения включения и показывает напряжение, при достижении значения которого случается пробой.

Не стоит забывать и о таких параметрах, как среднее значение тока за временной период и его же максимальное допустимое значение.

Следует обратить внимание и на величину, которая показывает прямое падение значения напряжения в том случае, когда тиристор находится в открытом положении. Величина этого показателя должна находиться в рамках от 1\2 до 1 Ватта.

Для тиристора характерен и такой показатель, как значение максимального обратного тока, которое появляется в случае возникновения обратного напряжения.

Током удержания принято называть значение силы тока на аноде, которое получается, когда тиристор закрывается. Кстати, тут стоит упомянуть и такой параметр, как временной период для отключения – как понятно из названия, это отрезок времени, за который тиристор закрывается.

Еще для тиристора свойственны такие показатели, как мощность максимальная и скорость максимальная, которая характеризует значение скорости, при которой анодный ток возрастает.

Надо сказать, что все эти характеристики одинаково важны для тиристора, поэтому при выборе имеет смысл обратить на них самое пристальное внимание. Во многом выбор определяется тем, как будет использоваться тиристор. Тут стоит сказать, что сферы применения этого устройства можно условно поделить на несколько больших групп.

Использование в качестве силового ключа. Здесь применяются переключатели напряжения с переменными значениями. При этом принципиален тот момент, что тиристор распространяет низкую мощность как в открытом, так и в закрытом состоянии.
Тиристор может использоваться как пороговое устройство (его применяют фазовые регуляторы мощности и генераторы). Для этих устройств принципиальна способность тиристора пропускать токи по достижению нужного напряжения.
Применение запирающих тиристоров в качестве приборов для подключения тока постоянного. Они применяются для включения и выключения достаточно эффективно, но тут стоит помнить, что тиристоры не слишком эффективны в цепях, где ток постоянный, а значит, требуется определенная модификация и доработка схем.
Кроме того, тиристоры применяются в некоторых экспериментах, где требуется сохранение отрицательного сопротивления в переходных режимах. И тиристоры, характеристики которых именно таковы, отлично подходят для этих целей.

jelektro.ru

Тиристор: принцип работы. Классификация тиристоров

Принцип работы тиристоров основывается на основе полупроводникового кристалла (электронного ключа) с тремя или более p-n переходами. Элемент имеет две устойчивых позиции: состояние низкой или высокой проводимости. Под воздействием контрольного сигнала прибор приводится в проводящее воздействие. Другими словами – он включает цепь. Для ее активации необходимо создать подходящие условия, обеспечивающие снижение основного тока до нулевой отметки.

Описание

На пальцах принцип работы тиристора можно объяснить следующим образом: ключи проводят ток исключительно в прямом направлении. А в закрытом положении он выдерживает также и обратное напряжение. Структура приспособления имеет четыре слоя и три вывода:

А (анод).
К (катод).
У (управляющий электрод).

Мощные электронные ключи оснащены различными амперными и вольтажными параметрами, которые влияют на работоспособность и состояние элемента. Тиристоры способны функционировать при значениях до пяти тысяч вольт, 5000 А, если частота не превышает 1000 Гц.

Коммутация

Принцип работы тиристора позволяет работать ему в двух коммутирующих диапазонах:

Естественной коммутации. Она возникает при работе прибора в схеме переменного тока. Происходит данный процесс, когда ток снижается до нулевой позиции.
Принудительной коммутации. Этот процесс может осуществляться несколькими способами в зависимости от схемы, используемой разработчиком.

Стандартным видом принудительной коммутации является подключение заряженного конденсатора. В такой цепи при нагрузке происходят колебания тока.

Способы выключения и включения

Принцип работы тиристора позволяет использовать несколько способов принудительной коммутации. Среди них:

Использование конденсатора с обратной полярностью. Он может активироваться в цепи при помощи вспомогательного элемента. Затем производится разряд на основной тиристор, в результате чего ток, направленный навстречу прямому напряжению, будет обеспечивать его снижение вплоть до нулевой позиции. Происходит выключение прибора, что обусловлено его характерными особенностями.
Подключение LC-цепочек. Они разряжаются с колебаниями, обеспечивая встречу рабочего и разрядного тока. После их уравновешивания тиристор выключается. В итоговой фазе ток из колебательной цепи перемещается через тиристор в полупроводниковый диод. Во время этого процесса к прибору применяется определенное напряжение, равное по модулю аналогичному показателю на диоде.

Принцип работы тиристора в цепях постоянного тока

Стандартный прибор активируется посредством подачи тока на контрольный вывод. Он должен быть положительным по отношению к катоду. Течение переходных потоков зависит от вида нагрузки, ее амплитуды и скорости нагнетания импульсного тока. Кроме того, имеет значение температурный режим полупроводникового кристалла, а также приложенное напряжение в схемах тиристоров. Параметры схемы непосредственно зависят от типа используемого полупроводника.

В цепи размещения тиристора не допускается интенсивное нарастание скорости повышения напряжения. Достигается такое значение, которое обеспечивает самопроизвольную деактивацию прибора, даже без наличия сигнала в системе управления. При этом синхронно должен поддерживаться высокий показатель характеристики блока управления.

Переменная цепь: принцип действия тиристоров

Принцип работы элемента в этом случае позволяет осуществить следующие действия:

Активировать или разорвать электрическую цепь с активной или резистивной нагрузкой.
Корректировать рабочий и средний показатель тока, дающего нагрузку. Это возможно благодаря регулировке пика подачи управления.
Поскольку тиристоры проводят ток в одном направлении, в переменных цепях потребуется использование встречно-параллельного включения. Рабочее и среднее значение напряжения может варьироваться по причине изменения сигнала подачи на прибор. В любом случае мощность элемента должна соответствовать предъявляемым параметрам.

Фазовая и широтно-импульсная модуляция

Способы включения тиристоров также предусматривают фазовое управление. При этом выполняется регулировка нагрузки путем корректировки фазовых углов. Искусственно коммутирование доступно произвести посредством применения специальных цепей либо полностью запираемых аналогов. Таким способом изготавливают преимущественно тиристоры на зарядные устройства с возможностью регулировки силы тока соответственно заряду аккумулятора.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) работает следующим образом:

При открытии тиристора подается сигнал контроля.
При этом переходы находятся открытыми, а на нагрузочной части появляется определенное напряжение.
В период закрытия элемента сигнал управления не транслируется, что обеспечивает остановку подачи тока через прибор.

Стоит отметить, что при фазовом контроле кривая тока не является синусоидальной, выполняется трансформация формы сигнала напряжения. При этом намечается нарушение функционирования потребляющих элементов, которые восприимчивы к помехам высоких частот. Изменить величину на требуемый показатель позволяет специальный регулятор.

Разновидности

Существует несколько типов тиристоров (принцип работы для "чайников" рассмотрен выше). Используются они в зарядных устройствах, переключателях, регуляторах уровня громкости. Выделяют следующие модификации:

Оптотиристор. Использует в цепи полупроводник, особо чувствительный к свету. Управляется прибор путем подачи светового потока.
Тиристор-диод. Оснащен активным параллельно подключенным диодом.
Динистор. Может трансформироваться в режим полной проводимости (при превышении номинального показателя напряжения).
Симистор. Состоит из пары тиристоров, имеющих встречное параллельное включение.
Инверторный тиристор. Отличается высокой коммутативной скоростью до 50 мкс.
Элементы с полевым транзистором. Работают по типу металло-оксидных полупроводников.

Характеристики

Рассмотрим параметры и принцип работы тиристора КУ202Н:

Предельное напряжение – 400 В.
Постоянный/повторяющийся импульсный ток – 30/10 А.
Напряжение в открытом режиме – 1,5 В.
Показатель рабочего постоянного тока – 4 мА.
Отпирающий ток на контрольном блоке – 200 мА.
Максимальная нарастающая скорость в закрытом положении – 5 В/мкс.
Период включения/выключения – 10/100 мкс.

Работает прибор по стандартной схеме для запирающихся тиристоров. Его аналоги: 1Н4202, ВТХ32 С100, КУМ202М.

Конструкция

Четырехслойная конфигурация тиристоров отличает их от аналогов полной управляемостью элемента. Амперный и вольтажный показатель при прямом направлении тока схож с параметрами обычных тиристоров. Однако рассматриваемые приборы способны пропускать существенное напряжение. Опции блокировки обратных больших напряжений у запираемых элементов не предусмотрены. В связи с этим требуется его агрегация со встречным параллельным диодом-полупроводником.

Существенное падение прямых напряжений является основной отличительной особенностью запираемого тиристора. Для его отключения необходимо выполнить подачу мощного импульсного тока на управляющий вывод. При этом длительность импульса должна быть максимально низкой (от 10 до 100 мкс). Отрицательное соотношение с прямым током составляет пропорцию 1/5. Итоговая разница предельного напряжения рассматриваемого прибора на 25% меньше, чем у обычного аналога.

В заключение

Нами были рассмотрена классификация тиристоров и их особенности. Можно сделать следующий вывод: данные приспособления представляют собой приборы, относящиеся критично к скоростям нарастания прямого напряжения и силы тока. Для тиристоров характерно протекание обратных токов, позволяющих быстро понизить значение в цепи до нулевой отметки. Для защиты элементов следует применять различные схемы, дающие возможность предохранить блок от высоких напряжений в динамическом режиме.

fb.ru

принцип работы, проверка, особенности и характеристики :: SYL.ru

В переключательных схемах часто используется тиристор, принцип работы которого напоминает электронный ключ. Он представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три или несколько взаимодействующих выпрямляющих переходов. Однако тиристор не способен перейти в состояние закрытого типа, поэтому его называют ключом, который является не полностью управляемым.

Устройство и виды полупроводниковых приборов

Прежде чем рассматривать принцип работы тиристоров в цепях, необходимо разобраться с тем, как они устроены, какие виды существуют. Состоят они из четырех последовательно соединенных слоев, которые имеют разный тип проводимости. С внешней стороны есть контакты – анод и катод. Приборы могут обладать двумя управляющими электродами, прикрепленными к внутренним слоям. Изменения состояния удается добиться за счет подачи сигнала непосредственно на проводник.

Различают два основных вида тиристоров:

Динисторы представляют собой диодные полупроводниковые приборы. В данном случае открывание осуществляется посредством подачи высокого напряжения между контактами.
Тринисторы – это триодные аналоги. Их удается открывать за счет воздействия управляющего тока на электрод.

Процесс запирания может производиться двумя способами. Первый из них подразумевает снижение электрического тока ниже уровня удержания. Вариант применим для всех видов тиристоров. Второй способ заключается в нагнетании запирающего напряжения непосредственно на управляющий контакт. Он используется только для тринисторов запираемого типа.

Возможность обратной проводимости

Рассматривая принцип работы тиристора, следует понимать, что элементы могут быть классифицированы по обратному напряжению.

Всего существует четыре варианта изделий:

Обратно-проводящие приборы обладают небольшим обратным напряжением. Оно составляет всего несколько вольт.
Элементы, не проводящие напряжение в обратном направлении в закрытом состоянии.
Симисторы представляют собой симметричные приборы, которые коммутируют электрические токи в том или ином направлении.
Изделия с ненормированным напряжением обратного направления.

Используя симисторы, необходимо помнить, что они функционируют симметрично лишь на первый взгляд. При подаче отрицательного (на анод) и положительного (на управляющий электрод) напряжения они не способны открываться, а в некоторых случаях могут выходить из строя.

В электронике симисторы относят к управляемым тиристорам, принцип работы которых заключается в коммутации цепей переменного тока. При проектировании таких схем, необходимо изучать документацию конкретного изделия, чтобы определить, какие сигналы допустимы. Отдельные виды симисторов могут иметь некоторые ограничения.

Работа в цепи постоянного тока

Если объяснять принцип работы тиристора простым языком, то он заключается во включении полупроводникового прибора посредством подачи импульса электрического тока непосредственно в цепь управления положительной полярности. На продолжительность переходного процесса существенно влияет характер производимой нагрузки, а также другие факторы:

скорость и амплитуда созданного импульса;
температура полупроводниковой конструкции;
передаваемое напряжение;
ток нагрузки.

В цепи с тиристором при увеличении прямого напряжения не должно фиксироваться завышенных значений скорости нарастания. В противном случае может происходить непреднамеренное включение прибора без подачи сигнала. Однако крутизна производимого импульса не должна быть низкой.

Выключение элементов может происходить естественным или принудительным образом. В первом случае коммутация в системах переменного тока осуществляется в момент падения электрического тока до минимума. Что касается вариантов принудительного выключения, то оно может быть весьма разнообразным:

Подключение специализированной цепи с наличием заряженного конденсатора вызывает возникновение разряда на проводящий элемент. Встречный поток снижает ток до нуля, поэтому прибор выключается.
Подключение контура, вызывающего колебательный разряд, позволяет пропустить электричество через тиристор на встречу прямому току. При достижении равновесия происходит выключение.
Переходный процесс может вызываться при оказании комплексной нагрузки. При наличии определенных параметров возникает колебательный характер, подразумевающий изменение полярности.

Функционирование в цепи переменного тока

Теперь следует рассмотреть принцип работы тиристора в цепи, которая пропускает переменный ток. При его внедрении можно производить включение и отключение электрических сетей с активной нагрузкой, а также осуществлять изменение среднего и текущего значений тока путем регулировки подачи сигнала.

Не новость даже для чайников – принцип работы тиристора заключается в пропускании электричества в одном направлении, поэтому в цепях с переменным током осуществляется встречно-параллельное включение. Значения могут варьироваться путем изменения самого момента подачи на приборы открывающих сигналов. Углы регулируются за счет системы управления.

Фазовый метод регулировки с принудительной коммутацией предполагает применение специальных узлов.
Широтно-импульсное управление подразумевает отсутствие сигнала в закрытом состоянии и его наличие в открытом положении, когда к нагрузке приложено определенное напряжение.

Режим обратного запирания

Рассказывая о принципе работы триодного тиристора, нельзя не отметить, что оно может работать в разных режимах. При обратном запирании непосредственно к аноду полупроводника приложено отрицательное напряжение по отношению к катодному контакту. Переходы при таком варианте смещены в противоположном направлении.

Существуют факторы, ограничивающие применение подобного режима. Первый из них – это лавинный пробой, а второй – прокол обедненной области. Это объясняется тем, что существенная часть напряжения снижается на одном из переходов. Возникает их смыкание или происходит пробой.

Режим прямого запирания

Принцип работы тиристора в режиме прямого запирания предполагает обратное смещение одного из переходов. Противоположные слои сдвинуты в прямом направлении. Основная часть приложенного напряжения снижается на единичном переходе. Через остальные слои в соприкасающиеся области инжектируются носители, позволяющие уменьшить сопротивление на проводящем элементе. Происходит увеличение проходящего тока. Падение напряжения уменьшается.

Увеличение прямого напряжения приводит к медленному росту электрического тока. В таком режиме полупроводник считается запертым, что связано с повышенным сопротивлением единичного перехода. При некотором показателе напряжения процесс начинает приобретать лавинообразный характер. Прибор переходит во включенное состояние, в нем устанавливается электрический ток, который зависит от источника и сопротивления цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения устройства и принципа работы тиристора в режиме прямого запирания применяется двухтранзисторная модель. Данный полупроводниковый прибор можно рассматривать как два совмещенных транзистора с противоположными выводами. Переход в центре используется в качестве коллектора дырок и электронов, которые инжектируются определенными переходами.

Соотношения не изменяются при протекании токов в противоположном направлении. При повышении коэффициента в замкнутой петле происходит лавинообразный процесс, подразумевающий увеличение тока непосредственно через структуру. Электрический ток ограничен лишь сопротивлением наружной цепи.

Чем различаются динисторы и тринисторы

Принципиальных отличий между характеристиками и принципом работы тиристоров нельзя найти. Однако открытие динистора производится при наличии определенного напряжения между двумя основными выводами. Оно зависит от типа используемого устройства. В случае с тринистором напряжение открытия удается снизить принудительным образом. Это можно сделать, если подать импульс электрического тока необходимой величины непосредственно на управляющий электрод. Тринисторы получили наибольшее распространение среди приборов из категории тиристоров.

Основные характеристики

При выборе тиристоров обращают внимание на определенные параметры:

Напряжение включения позволяет перевести полупроводниковый прибор в рабочее состояние.
Временной интервал задержки запуска и остановки изделия.
Уровень обратного тока при максимальном значении обратного напряжения.
Показатель общей рассеивающей мощности.
Прямое напряжение при предельном токе анода.
Пиковый ток электрода, обеспечивающего управление.
Обратное напряжение в закрытом состоянии.
Максимальный открытый ток в открытом положении.

При выборе тиристора не следует забывать о предназначении прибора. На это непосредственное влияние оказывает временной интервал перехода в открытое или закрытое состояние. Как правило, период включения является более коротким, чем промежуток выключения.

Схемы с применением тиристоров

Тиристорные схемы подразделяются на четыре категории:

Пороговые изделия используют возможности перехода полупроводников из одного положения в другое при наличии определенного напряжения. К таковым относятся генераторы колебаний и фазовые регуляторы нагрузки.
Силовые ключи отличаются низкой мощностью. Ток рассеивается элементами в переключательных схемах в открытом состоянии. В закрытом положении электричество не пропускается.
Коммутация постоянного напряжения вполне возможна при использовании приборов с большой мощностью. Есть несколько способов, позволяющих закрывать незапираемые элементы.
Некоторые экспериментальные устройства работают с применением полупроводниковых приборов в переходных режимах, где имеются участки с отрицательным уровнем сопротивления.

В качестве заключения

Чаще всего рассказывают о принципах работы тиристоров для студентов специализированных училищ, которые готовят специалистов в области электротехники. Однако не помешает изучить информацию об устройстве и функционировании универсальных полупроводниковых приборов простым людям, проявляющим интерес к проектированию различных электрических схем.

www.syl.ru

Тиристоры. Вольт-амперная характеристика — Мегаобучалка

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или болееp-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

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 (Vвo,IL) находится участок, соответствующий высокомусопротивлению прибора — прямое запирание (нижняя ветвь).

· В точке Vво происходит включение тиристора (точка переключения динистора во включённое состояние).

· Между точками (Vво, IL) и (Vн,Iн) находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением-неустойчивая область переключения во включённое состояние. При подаче разности потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности больше Vно происходит отпирание тиристора (динисторный эффект).

· Участок от точки с координатами (Vн,Iн) и выше соответствует открытому состоянию (прямой проводимости)

· На графике показаны ВАХ с разными токами управления (токами на управляющем электроде тиристора) IG (IG=0; IG>0; IG>>0), причём чем больше ток IG, тем при меньшем напряжении Vbo происходит переключение тиристора в проводящее состояние

· Пунктиром обозначен т. н. «ток включения спрямления» (IG>>0), при котором тиристор переходит в проводящее состояние при минимальном напряжении анод-катод. Для того, чтобы перевести тиристор обратно в непроводящее состояние необходимо снизить ток в цепи анод-катод ниже тока включения спрямления.

· Участок между 0 и Vbr описывает режим обратного запирания прибора.

· Участок далее Vbr — режим обратного пробоя.

Схемы включения тиристоров

В данной схеме включения тиристора, тиристор переходит в открытое состояние когда напряжение на входе 1 оптопары достигает 1,8-2,5В силой тока 5-7мА. Небольшой недостаток включения тиристора через диодный мост - это потери напряжения на нем, порядка 20В. Свечение лампы по данной схеме будет чуть тускнее нежели при прямом включении.

На рисунке 2 показана схема включения тиристора через транзистор. Управляющий ток проходящий через резистор R2 невелик и составляет не более 30мА. Условие выбора транзистора должно быть следующим, что бы максимальное напряжение коллектор эмитер было не менее 300В.

Тиристоры

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 (напримертринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Схемы вкл. тиристоров

3 с помощью оптопары 4 по аноду

Свето фотодиоды

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Светодио́д — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода. Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.

База – слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.

Эмиттером - слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектором - слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.

При включении транзистора в режиме усиления, эмиттерный переход получается открытым, а переход коллектора закрыт. Это получается путем подключения источников питания.

Поскольку эмиттерный переход открыт, то через него будет проходить эмиттерный ток, возникающий из-за перехода дырок из базы в эмиттер, а так же электронов из эмиттера в базу. Таки образом, ток эмиттера содержит две составляющие – дырочную и электронную. Коэффициент инжекции определяет эффективность эмиттера. Инжекцией зарядов именуют перенос носителей зарядов из зоны, где они были основными в зону, где они делаются неосновными.

В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе восполняется от плюса источника ЕЭ. В результате этого в электрической цепи базы будет течь довольно слабый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под разгоняющим воздействием поля запертого коллекторного перехода, как неосновные носители, будут перемещаться в коллектор, создавая коллекторный ток. Перенос носителей зарядов из зоны, где они были неосновными, в зону, где они становятся основными, именуется экстракцией электрических зарядов.

megaobuchalka.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30