Как выглядит тиристор: Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Содержание

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.

Тиристоры для чайников / Хабр

ximet 8 января 2013 в 19:23

Электроника для начинающих

Из песочницы

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.

Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.

Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе.

С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

Напряжение включения — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool.info

Теги:

полупроводниковые приборы
электроника для начинающих
электроника
тиристор

Хабы:

Электроника для начинающих

Всего голосов 34: ↑22 и ↓12 +10

Просмотры

263K

Комментарии 33

Dmitry @ximet

frontend developer

Комментарии Комментарии 33

Как работает тиристор?

— Реклама —

Прежде чем углубляться в работу тиристора, давайте разберемся, зачем он нужен, когда у нас уже есть крошечный компонент с именем транзистор, который может помочь нам в переключении и усилении.

Хотя транзистор может выполнять переключение, он плохо справляется с большими токами. Другая проблема с транзистором заключается в том, что он выключается, когда мы снимаем ток переключения.

Когда мы хотим запустить триггер и снять коммутационный ток, нам нужно другое устройство, потому что здесь транзистор выходит из строя. Для решения обеих вышеперечисленных проблем требуется тиристор. Помимо обработки большого количества тока, он также может работать непрерывно, даже если ток переключения удален.

— Реклама —

Тиристор представляет собой четырехслойный твердотельный полупроводниковый прибор, содержащий 3 последовательно соединенных PN-перехода, имеющих 3 вывода, называемых анодом, катодом и затвором. Как и диод, тиристор также является однонаправленным устройством, но, в отличие от диода, его можно использовать в качестве переключателя разомкнутой цепи.

Принцип работы тиристора

В тиристоре кремниевая пластина легирована четырьмя чередующимися типами P и N, что выглядит как два транзистора, соединенных встречно-параллельно (как показано на рисунке ниже).

Здесь P (катод) и N (анод) соединены последовательно, таким образом, мы получаем три клеммы: анод, затвор и катод.

Когда мы смещаем в прямом направлении анод и катод, то есть анод и катод, подключенные к положительной и отрицательной клеммам батареи, первый и последний PN-переход (j1 и j3) смещаются в прямом направлении из-за разрыва обедненного слоя. Переход j2 остается смещенным в обратном направлении, поскольку на затвор не подается ток.

Когда мы подаем ток на затвор, переходный слой j2 начинает разрываться, и в цепи начинает течь ток. Когда на клемму затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние.

Тиристор может быть только полностью включенным или выключенным, что означает, что он не может находиться между состояниями «Включено» и «Выключено», подобно транзисторам. Это делает тиристор непригодным в качестве аналогового усилителя, но полезным в качестве переключающего устройства.

Три режима работы:

Режим прямой блокировки

Соединения j1 и j3 находятся в прямом рабочем состоянии, в то время как j2 находится в обратном смещенном состоянии и не пропускает ток.

Режим прямой проводимости

Здесь к клемме затвора приложено положительное напряжение, вызывающее разрушение обедненной области j2. Из-за этого в цепи начинает протекать ток, что приводит к включению режима.

Обратный режим блокировки

Здесь мы подаем отрицательное напряжение на анод и положительное напряжение на катод, в то время как затвор остается в разомкнутой цепи, в результате чего j1 и j3 находятся в обратном смещении, а j2 в прямом смещении. Поскольку j1 и j2 смещены в обратном направлении, протекание тока невозможно.

Использование и типы тиристоров

Обычно существует 3 различных типа тиристоров:

1. Кремниевый управляемый выпрямитель –

SCR

Обладает способностью управлять большим током и обычно используется в качестве высокочастотного переключателя в электрических сетях. схема.

2. Тиристор выключения затвора – GTO

Используются в инверторах, приводах переменного тока, индукционных нагревателях и т. д.

3. Биполярный транзистор с изолированным управлением затвором – IGBT и т. д.

Мы используем тиристор в качестве схемы переключения, где мы должны управлять двигателями и включать/выключать лампы.

Примечание: Тиристорные устройства в основном используются там, где задействованы высокие напряжения и токи, и часто используются для управления переменными токами (AC). : Learn Engineering

Как работает тиристор/тиристор? Основные операции » Примечания по электронике

Тиристор / тиристор можно рассматривать как два транзистора, расположенных вплотную друг к другу, чтобы объяснить его работу и то, как он работает.

Симистор, диак, тиристор Учебное пособие Включает:
Основы работы с тиристорами Структура тиристорного устройства Тиристорный режим Затвор выключения тиристора, ГТО Технические характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Диака

При проектировании и использовании тиристорных или тринисторных цепей полезно понимать, как работает тиристор.

По сути, работу тиристора/тиристорного тиристора можно объяснить с точки зрения переключателя с фиксацией. После того, как он настроен током на затворе, он требует, чтобы напряжение на катоде и аноде было снято, прежде чем он перестанет проводить.

Работа с тиристором: основы

При работе тиристор/тиристор имеет три состояния, в которых он может находиться в любой момент времени:

Блокировка обратного хода: В этом режиме или состоянии тиристор блокирует ток так же, как диод с обратным смещением. Тиристор / SCR может проводить только в одном направлении и блокируется в обратном направлении.
Блокировка в прямом направлении: В этом режиме или состоянии работа тиристора такова, что он блокирует проводимость прямого тока, который обычно переносится диодом, смещенным в прямом направлении. В этом состоянии тиристор / SCR не находится в состоянии «включено», так как затвор не срабатывает.
Прямая проводка: В этом режиме тиристор / SCR приводится в проводимость током на затворе. Он останется проводящим независимо от состояния затвора. Ток нужно только подать на затвор, чтобы запустить тиристор / SCR, и он останется проводящим. Устройство перестанет проводить ток, когда прямой ток упадет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Тиристор состоит из четырех полупроводниковых областей: P N P N. Внешняя область P образует анод, а внешняя область n образует катод, как показано ниже.

Базовая структура тиристора / SCR

Чтобы понять, как работает тиристор, полезно использовать упрощенную эквивалентную схему. Он состоит из двух встречных транзисторов, как показано ниже.

Транзистор с эмиттером, подключенным к катоду тиристора, является устройством NPN, тогда как транзистор с эмиттером, подключенным к аноду SCR, является разновидностью PNP. Затвор соединен с базой NPN-транзистора.

Эквивалентная схема тиристора

Такое расположение образует петлю положительной обратной связи внутри тиристора. Выход одного транзистора подается на вход второго.

В свою очередь выход второго транзистора подается обратно на вход первого. В результате видно, что суммарный коэффициент усиления по току устройства превышает единицу. Это означает, что когда начинает течь ток, он быстро нарастает до тех пор, пока оба транзистора полностью не откроются или не насытятся.

Когда на тиристор подается напряжение, ток не течет, поскольку ни один из транзисторов не проводит ток. В результате нет полного пути через устройство. Если через электрод затвора пропустить небольшой ток, это «включит» транзистор TR2. Когда это произойдет, коллектор TR2 упадет до напряжения на эмиттере, то есть на катоде всего устройства. Когда это происходит, ток течет через базу TR1 и включает этот транзистор. Опять же, теперь это попытается подтянуть напряжение на коллекторе TR1 к его эмиттерному напряжению. Это вызовет протекание тока в эмиттере TR2, в результате чего его состояние «включено» будет поддерживаться. Таким образом, для включения тиристора требуется только небольшой пусковой импульс на затворе.