Как выглядит тиристор: что это, принцип работы, свойства, применение — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

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

1 Что такое тиристор, его устройство и обозначение на схеме
- 1.1 Внешний вид
- 1.2 Принцип работы
2 Принцип работы тиристора простыми словами
3 Проверка работоспособности
- 3.1 Прозвонка мультиметром
- 3.2 При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)
4 Виды тиристоров и их особые свойства
- 4.1 По проводимости
- 4.2 Классификация по особым режимам работы
5 Характеристики и их значение

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:

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

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

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

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

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

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

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

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

Виды тиристоров и их особые свойства

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

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

Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода

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

По проводимости

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

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

Различают в основном, по типу проводимости и способу управления

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

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.

Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

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

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

Характеристики и их значение

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

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.

Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.

Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.

Работа тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров

Максимально допустимый прямой ток. Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
Максимально допустимый обратный ток.
Прямое напряжение. Это падение напряжения при максимальном токе.
Обратное напряжение. Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
Напряжение включения. Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
Минимальный ток управляющего электрода. Он необходим для включения тиристора.
Максимально допустимый ток управления.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

По способу управления разделяют на:

Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.

Запирание тиристора производится:

Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
Подачей напряжения запирания на электрод управления.

По обратной проводимости тиристоры делятся:

Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
Симистор – пропускает токи в двух направлениях.

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

Полупроводниковый диод VD.
Переменный резистор R1.
Постоянный резистор R2.
Конденсатор С.
Тиристор VS.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Вы здесь: Домашняя страница > Электричество и электроника >

Тиристоры

Дом
индекс А-Я
Случайная статья
Хронология
Учебное пособие
О нас
Конфиденциальность и файлы cookie

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 30 марта 2023 г.

Транзисторы — это крошечные электронные компоненты. которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радиоприемники и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут делать все. Хотя мы можем использовать их для включения и выключения крошечных электрических токов. выключено (это основной принцип компьютерной памяти) и превращать малые токи в несколько большие (так усилитель работает), они не очень полезны, когда дело доходит до обращения гораздо большие токи. Еще один недостаток в том, что они отключаются. полностью, как только коммутируемый ток будет удален, что означает они не так полезны в таких устройствах, как сигнализация, где вы хотите цепь срабатывает и остается включенной на неопределенный срок. Для таких работ, мы можем обратиться к несколько похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Тиристоры достаточно просты для понимания, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложным и часто запутанным невероятно. Итак, это наше начало точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!

Рисунок: Типичный тиристор немного похож на транзистор и работает в тесно связанный путь.

Содержание

Что такое тиристоры?
Как работает тиристор?
Три состояния тиристора
Как защёлкивается тиристор
Типы тиристоров
Узнать больше

Что такое тиристоры?

Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». На самом деле, управляемый кремнием выпрямитель — торговая марка, которую General Electric представила описать один конкретный тип тиристора, который он сделал. Есть также различные другие виды тиристоров (включая те, которые называются диаки и симисторы, которые рассчитаны на работу с переменным током), поэтому термины не совсем синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей просто, поэтому мы просто поговорим о тиристорах в самом общем условия и предполагают, что SCR — это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.

Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления питанием, подобных этой.

Три соединения

Так что же такое тиристор? это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательная клемма) и затвор. Это несколько аналоги к трем выводам на транзисторе, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе работает один из трех выводов (база). как элемент управления, который регулирует, сколько тока протекает между другими два отведения. То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что вы можете получить тиристоры с двумя или четырьмя отведениями, а также с трехотводными. Но мы держим здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенном варианте.)

Транзисторы и тиристоры

Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленькое ток течет в базу, это создает больший ток между эмиттер и коллектор. Другими словами, он действует как выключатель и усилитель одновременно:

Как работает транзистор: Небольшой ток, протекающий в базу, создает больший ток между эмиттером и коллектором. Это n-p-n транзистор с красным цветом, обозначающим кремний n-типа, синим цветом, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, представляющими дырки.

То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы создать электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать. Если убрать малый ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).

Часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде схемы охранной сигнализации (где, возможно, шаги по нажимной подушке, и колокольчики начинают звонить), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной панелью), чтобы отключить больший ток (звон колоколов) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (поэтому колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отступает с площадки). В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает сильное больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь от анод к катоду. Другими словами, тиристор остается включенным («защелкивается»). и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет сброшена.

Там, где транзистор обычно работает с крошечными электронными токи (миллиамперы), тиристор выдерживает реальные (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер). Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобиля, предохранители от перенапряжения и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому тиристоры часто используются как электронные (твердотельные) версии реле (электромагнитные выключатели).

Рекламные ссылки

Как работает тиристор?

Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты. Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас дольше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которые вы могли бы прочитать в первую очередь.

Тиристор подобен двум диодам

Напомним, что диод представляет собой два слоя полупроводника (p-типа и n-типа), соединенных вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток будет либо течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением. С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательное соединение к n-типу (красный), диод смещен вперед, поэтому электроны (черные точки) и дырки (белые точки) движутся счастливо через соединение и нормальный ток течет:

Диод с прямым смещением: ток течет через соединение между p-типом (синий) и n-типом (красный), переносимым электронами (черные точки) и дырками (белые точки).

В противоположной конфигурации, с положительным подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод смещен в обратном направлении: соединение становится огромной пропастью, которую не могут пересечь ни электроны, ни дырки. и нет текущих потоков:

Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на переходе становится шире, поэтому ток не течет.

В транзисторе три слоя полупроводника расположены попеременно (или p-n-p, или n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (полевой транзистор слегка разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, сэндвич n-p-n или p-n-p.). Тиристор — это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенных попеременно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя стыки между ними. Анод соединяется с внешним р-слоем, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, вот так:

Тиристор подобен двум переходным диодам, соединенным вместе, но с дополнительной связью с одним из внутренних слоев — «затвором».

Вы можете видеть, что это похоже на два соединенных последовательно диода, но с дополнительным подключением затвора внизу. Как и диод, тиристор является выпрямителем: он проводит ток только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто соединив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это нечто большее. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (разновидность двойного диода с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенных пионером транзисторов Уильямом Шокли. в 1956). Тиристоры произошли от транзисторов и диодов Шокли. который был далее развит Джуэллом Джеймсом Эберсом, который разработал двухтранзисторную модель, которую мы рассмотрим далее.

Работа: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда он назывался выпрямителем с кремниевым управлением) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера. Работа из Патент США 3,040,270: схема управляемого кремниевого выпрямителя, включающая в себя генератор с переменной частотой, предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.

Тиристор подобен двум транзисторам

Что менее очевидно, так это то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), соединенные между собой таким образом, выход из одного формирует вход для другого. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.

Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.

Три состояния тиристора

Итак, как эта штука работает? Мы можем поместить его в три возможных состояния, во всех трех из которых оно либо полностью выключено, либо полностью включено, что означает, что это, по сути, бинарное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:

Блокировка вперед

Обычно при отсутствии тока на затворе тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду. Почему? Думайте о тиристоре как о двух соединенных диодах. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что переход в центре смещен в обратном направлении, поэтому ток не может пройти весь путь сверху донизу. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.

Блокировка реверса

Предположим, мы поменяли местами соединения анод/катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды смещены в обратном направлении, поэтому ток через тиристор все еще не течет. Это называется обратной блокировкой (и это аналогично обратному смещению в простом диоде).

Прямой провод

Третье состояние действительно интересное. Нам нужен анод положительный, а катод отрицательный. Тогда, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний, и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем думать об этом как о своего рода внутренней положительной обратной связи, при которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока оба они не будут полностью активированы, после чего через них может протекать ток как от анода к катоду. Это состояние называется прямой проводкой, и именно так тиристор «защелкивается» (остается постоянно) включенным. Когда тиристор заперт на таком, вы не можете отключить его, просто сняв ток с ворота: в этот момент ток затвора не имеет значения, и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следовать этому? Посмотрите анимацию в поле ниже, которая, я надеюсь, прояснит ситуацию.

Как защелкивается тиристор

Эта небольшая анимация представляет собой простое описание того, как защелкивается тиристор. Вы заметите Я перерисовал тиристор так, чтобы он выглядел как два транзистора (p-n-p вверху и n-p-n под ним), соединенных между собой. вместе с анодом, катодом и затвором образуют три внешних соединения. Каждый транзистор действует как вход для другого. Итак, как это работает?

При отсутствии тока на затворе тиристор выключен и ток между анодом отсутствует и катод.
При протекании тока через затвор он эффективно поступает в базу (вход) нижнего (n-p-n) транзистора, включение его.
Как только нижний транзистор включен, через него может протекать ток, активируя базу (вход) верхнего (p-n-p) транзистора, включая и его.
Когда оба транзистора полностью открыты («насыщены»), ток может протекать через них обоих — через весь тиристор от анода к катоду.
Поскольку два транзистора поддерживают друг друга включенными, тиристор остается включенным («защелкивается»), даже если ток затвора снимается.

Типы тиристоров

Несколько упрощенно, вот суть того, как тиристор работает. Существует множество вариаций, в том числе устройства отпирания ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), АГТ (тиристор с анодным затвором) устройства, имеющие затвор, выходящий на внутренний слой n-типа вблизи анода (вместо слоя p-типа вблизи катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и всевозможные другие. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.

Узнать больше

На этом сайте

Вам могут понравиться и другие статьи на нашем сайте, посвященные похожим темам:

Диоды и светоизлучающие диоды (LED)
Электроника (введение)
Резисторы
Транзисторы

Книги

Книги по тиристорам

Не беспокойтесь, что эти книги «старые»: вообще говоря, физика полупроводников никогда не устаревает.

Данные тиристорного устройства: Motorola, 1988. Подробный сборник технических паспортов и многое другое.
Физика тиристоров Адольф Блихер, Springer, 1976. Подробный обзор физики твердого тела тиристоров. Вы можете прочитать весь текст онлайн, если «позаимствоваете» книгу виртуально из интернет-архива.
110 тиристорных проектов Р.М. Marston, Newnes, 1972. Огромная коллекция практичных тиристорных схем, включая схемы переключения мощности, аварийные сигналы, схемы с временной задержкой, контроллеры ламп, контроллеры нагревателей и контроллеры двигателей.
Полупроводниковые управляемые выпрямители: принципы и применение Ф. Э. Джентри, Ф. В. Гуцвиллера и Ника Холоньяка, Прентис Холл, 1964 г. Старый, но окончательный отчет изобретателей технологии.

Общие учебники

Справочник по силовой электронике: устройства, схемы и приложения Мухаммеда Рашида (ред.). Elsevier 2018. Главы 7–9 посвящены тиристорам.
Основы электроники: схемы и устройства от Рассел Л. Мид и Роберт Диффендерфер. Cengage Learning, 2002. В главе 30 рассматриваются тиристоры, в том числе кремниевые выпрямители, диаки и симисторы.
Управление промышленным двигателем, Стивен Херман. Cengage Learning, 2013. Глава 62 представляет собой хороший обзор SCR, а в главах 63–64 рассматриваются диаки и симисторы.

Статьи

Общие положения

Отказы силовых полупроводниковых устройств из-за космических лучей: IEEE Spectrum, 21 июня 2019 г. Как частицы из космоса могут вызывать отказы силовых полупроводниковых устройств, таких как тиристоры.
Попробуйте симистор Чарльза Платта. Make, 10 января 2014 г. Узнайте о симисторах с помощью этого практического светодиодного проекта.
Мощная электроника от Нарайн Г. Хингорани и Карл Э. Шталькопф, журнал Scientific American, том 269, № 5, ноябрь 1993 г. Простой для понимания обзор того, как высоковольтные компоненты, такие как тиристоры, используются для управления и передачи мощности.

Технические

Тиристорные полупроводниковые компоненты сегодня Ф. В. Гутцвиллер, IEEE Transactions on Industry and General Applications, Volume. ИГА-1, вып. 6, стр. 403–409, ноябрь 1965 г. Пионер в области тиристоров рассматривает свои и родственные устройства, включая четырехслойные диоды, активируемые светом тиристоры, переключатели с затвором, управляемые кремнием переключатели, а также диодные и триодные двунаправленные тиристоры.

История

IEEE объявляет изобретение General Electric управляемого кремнием выпрямителя/тиристора вехой А. Биндры. Журнал IEEE Power Electronics Magazine, том 6, номер 3, стр. 48–51, сентябрь 2019 г. В память об устройстве, которое «совершило революцию в эффективном управлении электроэнергией и электрическими машинами».
Как Б. Джаянт Балига преобразовал силовые полупроводники, Дэвид Шнайдер. IEEE Spectrum, 27 апреля 2014 г. Празднование работы Б. Джаянта Балига, обладателя Почетной медали IEEE 2014 г., по разработке тиристоров и других силовых полупроводников.
Пятидесятилетие современной силовой электроники: кремниевый управляемый выпрямитель Э. Л. Оуэна. Конференция IEEE 2007 г. по истории электроэнергетики, Ньюарк, штат Нью-Джерси, США, 2007 г., стр. 201–211. Оглядываясь назад на чрезвычайно успешную коммерческую разработку тиристоров
Кремниевый переключатель pnpn и управляемый выпрямитель (тиристор) Ника Холоньяка-младшего. IEEE Transactions on Power Electronics, январь 2001 г., том 16, выпуск 1, стр. 8–16. В этой интересной статье (от изобретателя светодиода) описывается историческое развитие тиристоров Уильямом Шокли, Джимом Эберсом и другими.
Ранняя история силовых полупроводников в GE: Музей полупроводников представляет раннюю историю кремниевого управляемого выпрямителя, рассказанную в устной истории одним из его пионеров, Ф. В. «Биллом» Гуцвиллером.

Патенты

Патент США 3,040,270: Схема управляемого кремния выпрямителя, включающая в себя генератор с переменной частотой от Ф. Билла Гуцвиллера. Один из оригинальных патентов General Electric на SCR (тиристор).
Патент США 8,450,156: Способ изготовления тиристора Харальдом Госснером и др., Infineon Technologies AG. Описывает метод изготовления тиристоров легированием кремниевых полупроводников

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Подписывайтесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Тиристоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-thyristors-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Бибтекс

@misc{woodford_2FA, автор = «Вудфорд, Крис», title = «Тиристоры», publisher = «Объясните это», год = «2012», url = «https://www.explainthatstuff.com/how-thyristors-work.html», URL-адрес = «2023-03-30» }

Подробнее на нашем веб-сайте.

Связь
Компьютеры
Электричество и электроника
Энергия
Машиностроение
Окружающая среда

Гаджеты
Домашняя жизнь
Материалы
Наука
Инструменты и инструменты
Транспорт