Для чего нужны тиристоры: Зачем нужны тиристоры и симисторы . Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Зачем нужны тиристоры и симисторы . Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Достаточно, чтобы слова выражали смысл.

Конфуций

Эти полупроводниковые приборы появились уже после изобретения транзисторов и быстро нашли свое место в электронной силовой технике. Сегодня тиристорные регуляторы применяются для преобразования электрической энергии, для управления мощными электродвигателями, нагревателями и другими нагрузками в автоматических системах. Они позволяют коммутировать большие токи при минимальной мощности управления и очень стойки к перегрузкам. Так как нам с такими элементами не раз придется столкнуться на практике, давайте познакомимся с ними поближе.

Наиболее часто можно встретить четыре разновидности тиристоров: динисторы, симисторы, тринисторы (обычные и запираемые). Самый простой из них — двухэлектродный прибор: динистор. Его условное обозначение и устройство показаны на рис. 13.1.

Рис. 13.1.

Упрощенное внутреннее строение, условное обозначение на схеме и вольт-амперная характеристика динистора

Как видно из этого рисунка, динистор представляет собой 4-слойный полупроводник с чередующимися областями р- и n-типа. В отличие от биполярного транзистора, где имеется только два р-n-перехода, у тиристора их уже 3, из-за чего появляются особые свойства. В обычном состоянии динистор ведет себя как обратносмещенный полупроводниковый диод, то есть диод, включенный в обратном направлении, — он не проводит ток. Кстати, отличие динистора от диода в этом состоянии все же есть: он не проводит ток в обе стороны. Но — до определенного предела. Если в схеме, показанной на рис. 13.1, повышать напряжение источника G1 до значения, равного напряжению включения (U_вкл), динистор откроется, и его сопротивление скачком станет маленьким. Но самое интересное заключается как раз в другом: при открывании через динистор потечет ток, и напряжение на нем (в открытом состоянии) установится на уровне 1,4 В. Чтобы закрыть динистор, требуется снизить ток до уровня тока удержания (

I_уд). Обратное включение динистора не имеет смысла, так как в этом положении его свойства не проявляются.

Напряжение включения у динисторов из отечественной серии КН102(А — И), может быть от 20 до 150 В (в зависимости от последней буквы в обозначении), а ток удержания имеет постоянное значение и равен 15 мА. Максимальный постоянный ток в открытом состоянии для всех динисторов этой серии составляет 200 мА. Внешне динисторы похожи на обычные полупроводниковые диоды, так что отличать их придется по маркировке.

Чтобы было более понятно, какую пользу можно извлечь от динистора, надо познакомиться с практическими схемами. Наиболее часто на нем делают генератор низкочастотных импульсов. В некоторых схемах динистор используется просто как пороговый элемент, срабатывающий («открывающийся» при нужном напряжении). Например, на рис. 13.2 показана схема блокиратора второго параллельного телефонного аппарата, если снята трубка на любом из них. В этом случае никто не помешает вашему разговору.

Рис. 13.2. Простейший блокиратор параллельных телефонных аппаратов, выполненный на динисторах

Принцип работы очень простой. Сигнал вызова в телефонной линии имеет большую амплитуду и проходит через открывающиеся динисторы на все аппараты. Но, если снять трубку на любом из аппаратов, то откроется только тот динистор, через который протекает ток удержания (через разговорный узел телефона). При этом в линии напряжение снизится и будет недостаточным для открывания всех остальных, если на них тоже снять трубки.

Главный недостаток динисторов, из-за чего они применяются в схемах чрезвычайно редко, — это невозможность регулировки напряжения включения (порога). Гораздо чаще можно встретить управляемые тринисторы, или, как их еще называют,

тиристоры. Тринистор и внешне и по внутренней структуре не отличается от динистора, но имеет дополнительный вывод, называемый управляющим электродом. Вообще, тринистор легко может стать динистором, если на управляющий электрод не подавать никаких сигналов. А вот если между катодом и управляющим электродом включить небольшой источник напряжения G2, как показано на рис. 13.3, напряжение включения начнет снижаться, причем тем больше, чем больше величина напряжения этого источника.

Рис. 13.3. Упрощенное устройство, условное обозначение и вольт-амперная характеристика тринистора (тиристора)

При определенном значении напряжения G2 вольт-амперная характеристика тринистора станет такой, как у полупроводникового диода (он открывается сразу). Управляющий электрод после открывания тринистора теряет свои управляющие свойства. Закрыть тринистор можно уже только так, как это делается у динистора, — уменьшив ток через него ниже тока удержания (это происходит при снижении напряжения).

В качестве примера практического применения тиристора на рис. 13.4 показан простейший регулятор температуры жала паяльника.

Рис. 13.4. Схема регулятора температуры жала паяльника (а) и график, поясняющий работу (б)

Как видно из схемы, тиристор работает только на одной полуволне переменного напряжения(положительной относительно общего провода), а вторая полуволна (отрицательная) проходит в нагрузку через включенный параллельно тиристору диод. Сделано это специально для упрощения схемы — ведь для данного применения нам не нужно регулировать мощность, поступающую в нагрузку, от нуля. Работает тиристорный регулятор довольно просто. Когда начинает возрастать положительная полуволна входного напряжения, стоящие в цепи управляющего электрода резисторы ограничивают ток через управляющий электрод тиристора. От положения регулятора R1 зависит время задержки открывания тиристора (или, как еще говорят, угол открывания), что видно на графике. Конечно, форма напряжения в нагрузке будет уже не синусоидальной, но для нагревателя это значения не имеет. При максимальном значении сопротивления R1 тиристор будет полностью закрыт. Угол открывания можно регулировать в диапазоне, показанном на графике затемненным сектором.

Проверять эту схему лучше при помощи вольтметра постоянного тока, подключенного параллельно нагрузке через мостовой выпрямитель. Тиристор может использоваться любого типа (КУ201, КУ202, Т122), но в этом случае оптимальный номинал резистора R2 придется подобрать экспериментально (он ограничивает ток).

Симистор — это симметричный тиристор, который может работать при обоих полярностях напряжения, то есть пропустить ток в оба направления. Вольт-амперная характеристика и условное обозначение симистора показаны на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Условное обозначение и вольт-амперная характеристика симистора

Во всех схемах тиристоры и симисторы применяются как электронные ключи, то есть включатели, управляемые при помощи напряжения, подаваемого на управляющий электрод. Но, в отличие от обычного механического включателя, на электронном ключе в открытом состоянии падает напряжение (около 2 В), что приводит к необходимости использовать для них на больших токах радиаторы теплоотвода.

Общая «беда» всех тиристоров — это невозможность закрыть приборы, находящиеся под током. Управляющий электрод тринисторов и симисторов, как мы знаем, работает только на «открывание». В последнее время, правда, появились так называемые запираемые тиристоры, которые все-таки можно закрыть, подав на управляющий электрод отрицательное (закрывающее) напряжение.

Запираемые приборы более удобны для практики, но радиолюбители тем не менее широко используют и классические тиристоры в автоматах световых эффектов, светомузыкальных установках и др. Тиристоры в этих устройствах включаются последовательно с нагрузкой, и переменное напряжение закрывает эти приборы при спадании до нуля.

Одно из главных достоинств тиристоров — возможность пропускать через себя большие токи и выдерживать десятикратные токовые перегрузки. Например, мощный импортный тринистор ST70 °C20L0 (выпускается фирмой International Rectifier) допускает пропускание через себя тока с постоянным значением до 2000 А и кратковременными перегрузками до 13200 А. Возможности широко распространенных тиристоров серий КУ202 и КУ208 намного скромнее — максимальный постоянный ток до 10 А при максимальном напряжении между электродами до 400 В. Благодаря своей низкой цене эти тиристоры наиболее широко используются в радиолюбительских конструкциях, а в промышленном оборудовании ставят более надежные и мощные из серий Т122-25 (на 25 А), Т132-40 (на 40 А).

Следует запомнить, что некоторые тиристоры не допускают приложения к своим электродам обратного напряжения, а некоторые — его вполне хорошо «держат». В любом случае при разработке конструкции или при подборе аналогов нужно обращать внимание на это обстоятельство. Если под рукой не найдется подходящей замены, можно изготовить диодный мост и исключить подачу отрицательного напряжения на прибор.

Конечно, тиристоры по сравнению с современными транзисторами, работающими в ключевом режиме, обладают рядом существенных недостатков, ограничивающих их область применения (например, низкое быстродействие, из-за чего не могут работать на частотах более 10…100 кГц), но пока они значительно дешевле и обладают высокой надежностью (намного выше, чем у механического ключа, так как при переключения нет искрения), чем и объясняется широкое использование таких компонентов.

принцип действия, обозначение, основные характеристики и применение

В электронике существует такое понятие, как «электронные ключи». Это приборы, имеющие два устойчивых состояния. Одним из их представителей является тиристор, представляющий, по сути, полупроводниковый элемент. Его работа задаётся с помощью тока или напряжения, поступающего на специальный вывод. Применение устройства позволяет управлять мощной нагрузкой, используя слаботочные цепи. При этом его конструкция проста, а принцип работы довольно понятен.

История изобретения

Изобретение тиристора стало возможным после открытия полупроводников и исследования их свойств. После обнаружения в 1600 году английским физиком Уильямом Гилбертом электричества многие инженеры и ученые посвятили себя изучению этого явления. Выдающими людьми, изучающими электромагнетизм в разное время, были: Эрстед, Ампер, Вольт, Фарадей, Максвелл, Кюри, Яблочков.

Благодаря их исследованиям и теоретическим догадкам было установлено, что все окружающие твёрдые тела можно разделить на три группы:

• проводники — вещества, обладающие большим количеством свободных носителей зарядов и способные практически без потерь проводить электрический ток;
• диэлектрики — физические тела, плохо проводящие ток;
• полупроводники — материалы, у которых в кристаллической решётке концентрация подвижных зарядов намного ниже, чем количество атомов.

Типичным признаком полупроводников является зависимость их проводимости от изменения температуры или другого внешнего воздействия, например, света, электромагнитного поля.

В 1947 году американцы Бардин, Бреттейн и Шокли создали первый транзистор, что и послужило толчком к бурному развитию полупроводниковой техники. В разных странах начались исследования этих материалов. Так, русским инженером Лошкарёвым была выявленная биполярная диффузия. А Красиловым и Мадояном разработаны образцы германиевых элементов.

В 60-х годах полученные исследования позволили создать чипы, которые содержали несколько объединённых транзисторов. Начали создаваться компании и заводы, выпускающие серийно электронные компоненты. В процессе изучения свойств полупроводников было установлено, что структура монокристаллов, то есть тел, имеющих непрерывную кристаллическую решётку, может иметь три и более p-n переходов. В зависимости от уровня напряжения, подаваемого на один из них, изменялись состояния других.

Изучая монокристаллы полупроводников, учёные компании Белла выявили их технические характеристики. В дальнейшем её инженеры смогли создать прибор, имеющий третий вывод. С помощью его и происходило управление процессом прохождения тока через весь элемент. Через некоторое время в Дженерал Электроникс анонсировали устройство, получившее название «триак» (thyristor).

Суть устройства

Термин «тиристор» произошёл из-за слияния двух слов: греческого hýra — дверь или вход и английского resistor — сопротивляющийся. Этим названием было названо полупроводниковое устройство, изготавливаемое на основе монокристалла полупроводникового вещества и обладающего тремя и более p-n переходами. При работе этот прибор может иметь два устойчивых положения:

• закрытое — соответствующее низкой проводимости;
• открытое — неоказывающее сопротивление прохождению тока.

То есть, перефразируя определения, можно сказать, что тиристор работает как ключ, по аналогии с дверью. В одном его состоянии замок на дверях открыт, и через неё могут свободно проходить люди (электрический ток), а в другом закрыт и дверь заперта. Поэтому нередко его называют электронный выключатель. Выражаясь же научным языком, его правильное название звучит как полупроводник с управляемым вентилем (диодом).

Принятие элементом одного из устойчивых состояний происходит быстро, но не мгновенно. Чтобы сменить одно на другое, используется напряжение. Когда оно есть, тиристор находится в открытом состоянии, а когда нет — закрывается. Для этого используется специальный дополнительный вывод. Поэтому прибор имеет три выхода и по виду похож на транзистор. При этом их принцип действия схож, только в отличие от транзистора тиристор либо полностью пропускает ток, либо препятствует его прохождению.

Принцип работы

Тиристоры по своей сути — это переключающие приборы. Структура простого элемента состоит из n-p-n-p слоёв и имеет три перехода. Два из них работают в прямом направлении, а один в обратном. Прибор имеет две крайние области, называемые анодом (p) и катодом (n). Для понимания принципа действия тиристора его можно представить в виде сдвоенных транзисторов: n-p-n и p-n-p. При этом средняя зона второго транзистора (n) соединена с крайней зоной первого.

В результате получится, что крайние зоны будут являться эмиттерными переходами, а средние — коллекторными. Область базы же первого элемента будет совпадать с коллектором второго и наоборот. Исходя из этого коллекторный ток транзисторов, одновременно будет являться и базовым.

Физические процессы, происходящие в элементе, можно описать следующим образом. При существовании лишь одного перехода в устройстве бы возникал лишь обратный ток, вызванный неосновными носителями заряда. Если к эмиттерному переходу приложить прямое напряжение, то ток коллектора увеличится, а напряжение на нём уменьшится. В транзисторе для перехода его в режим насыщения (максимальная пропускная способность) на эмиттер подаётся прямое напряжение, при этом оно между базой и коллектором снижается до единичных значений.

Так и в тиристоре. Через переходы анода и катода инжектируются неосновные заряды, приводящие к снижению сопротивления управляющего электрода. При приложении прямого напряжения, то есть к катоду — минусовой потенциал, а к аноду — плюсовой, через прибор начинает протекать небольшой ток. Это состояние соответствует закрытому положению.

Повышение напряжения приводит к инжекции носителей в управляемый переход. В итоге, с одной стороны, увеличивается его сопротивление из-за обеднения основными носителями, так как переход получается включённым в обратном направлении, а с другой — обогащение, связанное с поступлением в его область новых зарядов.

При достижении напряжением определённого значения эти два явления уравновешиваются, и даже возрастание на небольшую величину напряжения приводит к возникновению лавинообразного процесса отпирания тиристора. Это состояние напоминает режим насыщения транзистора. Сопротивление перехода становится минимальным, а величина тока определяется нагрузочным сопротивлением.

Характеристики и параметры

Тиристор — это прибор, одновременно совмещающий в себе три функции: выпрямителя, выключателя и усилителя. Основные свойства, характеризующие прибор можно представить в виде следующих пунктов:

• тиристор по подобию диода пропускает ток только в одном направлении, то есть работает как выпрямитель;
• прибор переключается из одного состояния в другое при помощи напряжения;
• величина тока, необходимая для переключения тиристора, составляет порядка нескольких миллиампер, при этом он может пропускать через себя десятки ампер;
• изменяя время приложенного сигнала к управляющему выводу, можно регулировать среднее значение тока, протекающего через нагрузку, другими словами — управлять мощностью.

Главной же функцией, описывающей работу прибора, является вольт-амперная характеристика (ВАХ). Представляет она из себя плоскую систему координат по оси Y, на которой откладывается ток нагрузки, а по оси X — напряжение на управляющем электроде. По виду нелинейности соответствия этих двух величин ВАХ относится к S-типу устройств.

На характеристике используются буквенные обозначения, соответствующие ключевым точкам в работе тиристора. Так, координата (Vbo; IL) соответствует моменту включения, а точка с координатами (Vн; Iн) — открытому состоянию. Зона, лежащая на отрезке с координатами (Vbo; IL) и (Vн; Iн) считается переходной, то есть неустойчивой.

Тиристорный прибор, кроме ВАХ, характеризуется рядом параметров:

1. Наибольшее постоянное обратное напряжение — значение, при превышении которого наступает пробой перехода.
2. Напряжение включения — величина сигнала, при достижении которой происходит отпирание элемента.
3. Допустимый ток — максимальное значение, которое может через себя пропустить радиоприбор без изменения своих характеристик.
4. Ток удержания — это ток, текущий через анод и провоцирующий запирание элемента.
5. Падение напряжения — показывает величину энергии, которая рассеивается на приборе (0,5 -1 В).
6. Максимальна мощность — определяется допустимым током и максимально возможным напряжением, приложенным к управляемым выводам, то есть характером нагрузки.
7. Время отключения — промежуток времени, за который тиристор полностью закроется. Составляет микросекунды.
8. Отпирающий постоянный ток управления — обозначает значение, которое необходимо для поддержания устройства в открытом состоянии (анод-катод). Обычно составляет порядка 100 мА.

Конструкция прибора

Любой тиристорный прибор имеет как минимум три вывода: анод, катод и вход. Выпускаются они различными производителями и могут иметь форму таблетки или штыря. Как правило, материалом для их изготовления служит кремний. Он обеспечивает хорошую теплопроводность и может выдерживать большую мощность.

Эмиттерные переходы выполняются по сплавной технологии, а коллекторные — методом диффузии. Используется также и планарная технология. Концентрация примесей в эмиттерных областях делается значительно большей, чем в базовых. При этом самым толстым слоем является центральный. Эти два фактора — толщина и низкая концентрация — позволяют прибору выдерживать довольно большое обратное напряжение (порядка сотен вольт). Анод прибора соединяется с корпусом изделия, что в итоге положительно сказывается на отводе тепла.

Немного другую конструкцию имеют асимметричные тиристоры. В их конструкции катод соединяется с n+ и p зоной, а анод с p+ и n областью. Такие соединения называются анодным или катодным коротким замыканием. Их использование приводит к появлению дополнительного сопротивления межу переходами. Такое подключение уменьшает переходные процессы и время жизни основных носителей.

В простейшую конструкцию тиристора входит основание, соединённое с полупроводниковым кристаллом и являющееся анодом, вывода катода и управляющего электрода. Сверху кристалл накрывается изолятором и крышкой, способствующей защите прибора от механических повреждений и одновременно служащей теплоотводом.

Маркировка радиодетали

Согласно системе, указанной в ГОСТ 10862–72, для обозначения тиристора используется буквенно-цифровой код, состоящий из четырёх символов. Первый элемент кода указывает на вид материала, из которого сделано устройство. Например, Г — германий, К — кремний, А — арсенид галлия. Второй обозначает принадлежность устройства — Н-динистор, У-триак. Третий элемент характеризует функциональность, возможности и номер партии.

Так, числа с 101 до 199 обозначают диодные и незапираемые триодные тиристоры малой мощности, а интервал от 401 до 499 — триодные запираемые тиристоры средней мощности. Последняя буква указывает на тип устройства.

Но после 1989 года была принята новая система обозначений. Поэтому тиристоры, выпускаемые с начала 1989 года, маркировались уже согласно ГОСТ 20859.1.89. В основе этого обозначения используется многозначный код, состоящий из следующих элементов:

1. На первом месте стоит буква, указывающая тип устройства. Например, ТО — оптотиристор, ТЗ — тиристор запираемый и так далее.
2. На втором — буква, определяющая тип цепи, в которой может работать тиристор (Ч — высокочастотная, Б — быстродействующая, И — импульсная).
3. Третья цифра — обозначает порядковый номер.
4. Четвёртый знак — характеризует габариты корпуса прибора.
5. Пятый — конструктивное исполнение.
6. Шестой — допустимый ток.
7. Седьмой — полярность. Так, буква Х указывает на то, что катод соединён с корпусом.
8. Восьмой — класс устройства, соответствующий импульсной разности потенциалов для закрытого состояния.
9. Последующие цифры образуют сочетание классификационных параметров.

На схемах и в литературе тиристор подписывается латинскими буквами VS. Графически же изображается наподобие диода, то есть равностороннего треугольника с вертикальной полосой у его вершины. Через середину основания и вершину проходит линия, символизирующая электрическую цепь. Но в отличие от диода у тиристора от нижней стороны треугольника дополнительно отводится прямая линия, обозначающая управляющий электрод (У).

Классификация и различия

Выпускаемые тиристоры различаются не только по тому, как выглядят, и своим характеристикам, но и по виду проводимости, а также количеству выводов. Существует довольно большое их количество, но при этом их можно классифицировать по следующим признакам:

1. Способу управления. Разделяют на приборы, управление которыми происходит путём подачи импульса напряжения на анод-катод (динисторы) или тока на управляющей вывод (тринисторы). В свою очередь, последние можно разделить на управляющиеся по аноду или катоду. А также существует ещё один тип приборов, управляемый квантами света (оптотиристор).
2. Типом обратной проводимости. Существует три вида: проводящие, непроводящие, симметричные (симисторы) — проводящие ток в обоих своих направлениях.
3. Быстродействию. Существуют как сверхбыстрые приборы, так и обыкновенные.

Существенных отличий между динистором и тринистором нет. Но если в первом отпирание происходит при достижении определённого значения напряжения, то во втором это напряжение может быть совсем несущественным, а переключение происходит из-за подачи импульса определённого значения на дополнительный электрод.

Переключение состояний классических тиристоров происходит снижением величины тока либо в случае динистора изменением полярности. Запирающий же тип отличается тем, что через дополнительный вывод понадобится пропустить ток обратной полярности. Поэтому, пропуская через такой тиристор переменный ток, его работа будет соответствовать импульсному режиму.

Применение электронных переключателей

Характеристики приборов способствуют их применению в различных электротехнических областях. Такой элемент, как тиристор нужен там, где возникает необходимость управлять мощной нагрузкой. Поэтому основным назначением устройства считается коммутация нагрузки путём использования малых токов.

Например, устройства могут применяться в гирлянде с бегущими огнями, импульсных генераторах тока, выпрямительных узлах. Их используют в схемах преобразования постоянного тока в токи промышленного значения, при этом они могут изменять и частоту сигнала. Они применяются при управлении асинхронным двигателем, в системе индукционного нагрева. На тиристорах создаются источники питания повышенной частоты для автономного потребления различными устройствами.

Преобразователи на этом элементе в несколько раз превосходят по технико-экономическим показателям конструкции, выполненные на ионных приборах. Их стоимость и масса меньше, а скорость срабатывания в несколько раз выше.

Использование тиристоров позволяет автоматизировать многие процессы, например, оптотиристором управляют открытием ширмы в театре, а симистором регулируют плавно мощность паяльников или источников освещения. А также с помощью них можно создавать датчики, регистрирующие появление света, тока или напряжения.

Важной особенность элементов является то, что они пропускают через себя высокочастотный и низкочастотный сигнал. Поэтому, собрав мостовую схему из этих устройств, можно сконструировать «трансформатор», например, для сварочного аппарата.

Схема включения

Зачем нужны тиристоры, можно понять, разобравшись в их принципе работы. Для этого есть смысл рассмотреть включение элемента в простейшей схеме. Тиристор в ней используется как электронный ключ.

К аноду тиристора подсоединяется лампочка L, служащая нагрузочным сопротивлением. К ней через кнопку К2 подключается положительная клемма источника питания GB, а его минус подводится к катоду полупроводникового элемента. Подача тока на управляющий электрод выполняется через ограничительный резистор R и кнопку K1.

При замыкании переключателя К2 к аноду и катоду полупроводника будет приложено напряжение, соответствующее величине ЭДС источника питания. При этом прибор будет заперт, ток через него не потечёт, а лампочка не загорится. Чтобы в цепи VS – L появился ток, понадобится отпереть тиристор.

Делается это путём замыкания первого выключателя К1. В этом случае ток от блока питания через К2, К1, R поступит на управляющий электрод тиристора. Элемент изменит своё состояние на открытое, и через него начнёт протекать ток, поступающий с батареи GB. Итогом будет загоревшая лампочка.

Дальнейшее нажатие кнопки K1 никоим образом не будет влиять на состояние схемы. Для того чтобы потушить лампочку, понадобится разорвать цепь кнопкой K2 или отсоединить источник питания. Но при этом тиристор может закрыться и при снижении напряжения на аноде до определённой величины, определяемой параметрами тиристора.

Таким образом, тиристор — это полупроводниковый элемент, использующийся в схемах как электронный ключ. Это возможно благодаря свойствам p-n переходов. При этом, осуществляя коммутацию больших токов, сам прибор имеет небольшие габариты, а его корпус может выдерживать значительную тепловую мощность. Но всё же для предотвращения его повреждения тепловым пробоем часто совместно с элементом используется теплоотвод, представляющий собой, в зависимости от мощности нагрузки, простую алюминиевую пластинку или массивного вида радиатор.

Тиристор – это… Что такое Тиристор?

Обозначение на схемах

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

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

Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Устройство и основные виды тиристоров

Рис. 1. Схемы тиристора: a) Основная четырёхслойная p-n-p-n-структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором^[1] (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как их ВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется также симистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов, часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.

Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры, как следует из названия, не могут быть переведены в закрытое состояние с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.

Вольтамперная характеристика тиристора

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 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.
• В точке 1 происходит включение тиристора.
• Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
• Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).
• В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток I_h.
• Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.
• Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0—3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Режимы работы триодного тиристора

Режим обратного запирания

Рис. 3. Режим обратного запирания тиристора

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

1. Лавинный пробой.
2. Прокол обеднённой области.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины W_n1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше W_n1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

Режим прямого запирания

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения V_BF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используется двухтранзисторная модель. Тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого, как показано на рис. 4 для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом J1, и электронов, инжектируемых переходом J3. Взаимосвязь между токами эмиттера I_E, коллектора I_C и базы I_B и статическим коэффициентом усиления по току α₁ p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где I_Со— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.

Рис. 4. Двухтранзисторная модель триодного тиристора, соединение транзисторов и соотношение токов в p-n-p транзисторе.

Аналогичные соотношения можно получить для n-p-n транзистора при изменении направления токов на противоположное. Из рис. 4 следует, что коллекторный ток n-p-n транзистора является одновременно базовым током p-n-p транзистора. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток I_g втекают в базу n-p-n транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный процесс.

Ток базы p-n-p транзистора равен I_B1 = (1 — α₁)I_A — I_Co1. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора. Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления α₂ равен I_C2 = α₂I_K + I_Co2.

Приравняв I_B1 и I_C2, получим (1 — α₁)I_A — I_Co1 = α₂I_K + I_Co2. Так как I_K = I_A + I_g, то

Рис. 5. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения: состояние равновесия, режим прямого запирания и режим прямой проводимости.

Это уравнение описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как p-i-n-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения малы, следовательно, пока член α₁ + α₂ < 1, ток I_A мал. (Коэффициенты α1 и α2 сами зависят от I_A и обычно растут с увеличением тока) Если α1 + α2 = 1, то знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.

Ширина обеднённых слоёв и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 5. В равновесии обеднённая область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы J1 и J3 — в прямом. Падение напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: V_AK = V₁ + V₂ + V₃. По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и, следовательно, увеличиваются α1 и α2. Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдёт в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки, в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход J2 смещён в прямом направлении (рис. 5, в), и падение напряжения _VAK = (_V1 — |V₂| + _V3) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном, транзисторе.

Режим прямой проводимости

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p⁺-i-n⁺)-диоду…

Классификация тиристоров

^[2][3][4]

• тиристор диодный (доп. название “динистор”) – тиристор, имеющий два вывода
  • тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении
  • тиристор диодный, проводящий в обратном направлении
  • тиристор диодный симметричный (доп. название “диак”)
• тиристор триодный (доп. название “тринистор”) – тиристор, имеющий три вывода
  • тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название “тиристор”)
  • тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название “тиристор-диод”)
  • тиристор триодный симметричный (доп. название “триак”, неоф. название “симистор”)
  • тиристор триодный асимметричный
  • запираемый тиристор (доп. название “тиристор триодный выключаемый”)

Отличие динистора от тринистора

Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если открытие динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение открытия может быть специально снижено, путём подачи импульса тока определённой длительности и величины на его управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом, и конструктивно тринистор отличается только наличием управляющего электрода. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства.

Отличие тиристора триодного от запираемого тиристора

Переключение в закрытое состояние обычных тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения I_h, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом.

Запираемые тиристоры, в отличие от обычных тиристоров, под воздействием тока управляющего электрода могут переходить из закрытого состояния в открытое состояние, и наоборот. Чтобы закрыть запираемый тиристор, необходимо через управляющий электрод пропустить ток противоположной полярности, чем полярность, которая вызывала его открытие.

Симистор

Симистор (симметричный тиристор) представляет собой полупроводниковый прибор, по своей структуре является аналогом встречно-параллельного включения двух тиристоров. Способен пропускать электрический ток в обоих направлениях.

Характеристики тиристоров

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА; на напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 10⁹ А/с, напряжения — 10⁹ В/с, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; КПД достигает 99 %.

Применение

См. также

Примечания

Литература

• ГОСТ 15133-77.
• Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104).

Ссылки

Тиристоры – дискретные полупроводниковые приборы и схемы

тиристоры

Дискретные полупроводниковые приборы и схемы

Вопрос 1

Не просто сидеть там! Постройте что-нибудь !!

Обучение математическому анализу схем требует большого изучения и практики. Как правило, студенты практикуют, работая над множеством пробных проблем и проверяя их ответы на ответы, полученные от учебника или инструктора. Хотя это хорошо, есть намного лучший способ.

Вы узнаете гораздо больше, фактически создавая и анализируя реальные схемы, позволяя вашему тестовому оборудованию предоставлять «ответы» вместо книги или другого человека. Для успешных упражнений для построения схем выполните следующие действия:

1. Тщательно измерьте и запишите все значения компонентов до построения схемы, выбирая значения резисторов, достаточно высокие, чтобы не повредить любые активные компоненты.
2. Нарисуйте схему схемы, подлежащей анализу.
3. Осторожно постройте эту схему на макете или другом удобном носителе.
4. Проверьте правильность конструкции схемы, следуя каждому проводу каждой точке подключения и проверив эти элементы по одному на диаграмме.
5. Математически проанализируйте схему, решив для всех значений напряжения и тока.
6. Тщательно измерьте все напряжения и токи, чтобы проверить точность анализа.
7. Если есть существенные ошибки (более нескольких процентов), тщательно проверьте конструкцию вашей схемы на диаграмме, затем тщательно пересчитайте значения и заново измерьте.

Когда ученики впервые узнают о полупроводниковых устройствах и, скорее всего, могут повредить их, создав неправильные соединения в своих схемах, я рекомендую им экспериментировать с большими высокомощными компонентами (выпрямительные диоды 1N4001, силовые транзисторы TO-220 или TO-3 и т. д.), а также использование источников энергии с использованием сухого элемента, а не настольного источника питания. Это уменьшает вероятность повреждения компонентов.

Как обычно, избегайте очень высоких и очень низких значений резисторов во избежание ошибок измерения, вызванных «загрузкой» счетчика (на верхнем конце) и во избежание выгорания транзистора (на нижнем конце). Я рекомендую резисторы между 1 кОм и 100 кОм.

Один из способов экономии времени и снижения вероятности ошибки – начать с очень простой схемы и постепенно добавлять компоненты, чтобы повысить ее сложность после каждого анализа, а не создавать целую новую схему для каждой проблемы с практикой. Другой способ экономии времени – повторное использование тех же компонентов в различных конфигурациях схем. Таким образом, вам не придется измерять значение какого-либо компонента более одного раза.

Показать ответ

Пусть сами электроны дают вам ответы на свои «практические проблемы»!

Заметки:

По моему опыту, студенты требуют много практики, чтобы провести анализ схем, чтобы стать опытным. С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических проблем для работы и дают ответы студентам, чтобы проверить их работу. Несмотря на то, что этот подход позволяет студентам хорошо разбираться в теории схем, он не может полностью обучить их.

Студентам нужна не только математическая практика. Они также нуждаются в реальных практических схемах построения практики и использовании испытательного оборудования. Поэтому я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны создавать свои «практические проблемы» с реальными компонентами и пытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока. Таким образом, математическая теория «оживает», и ученики получают практическое знание, которое они не получат, просто путем решения уравнений.

Еще одна причина следовать этому методу практики – научить студентов научным методам : процесс проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также будут разрабатывать реальные навыки устранения неполадок, поскольку они иногда вызывают ошибки построения схемы.

Проведите несколько минут с вашим классом, чтобы просмотреть некоторые «правила» для построения схем до их начала. Обсудите эти проблемы со своими учениками в том же сократическом ключе, что обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, а не просто рассказываете им, что им нужно и чего не следует делать. Я никогда не перестаю удивляться тому, как плохо учащиеся понимают инструкции, когда они представлены в типичном формате лекции (инструктор-монолог)!

Обратите внимание на тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, требуя, чтобы учащиеся строили реальные схемы вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, которые берут ваш курс «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

вопрос 2

Все тиристорные устройства обладают свойством гистерезиса . С электрической точки зрения, что такое «гистерезис»? Как это поведение отличается от поведения «нормальных» активных полупроводниковых компонентов, таких как биполярные или полевые транзисторы?

Показать ответ

После включения тиристор имеет тенденцию оставаться в состоянии «о» и наоборот.

Заметки:

Гистерезисное действие тиристоров часто называют фиксацией . Попросите ваших учеников связать этот термин с действием тиристора. Почему «фиксирует» подходящий термин для такого поведения? Могут ли ваши ученики думать о любых приложениях для такого устройства?

Вопрос 3

Что требуется для того, чтобы диод Шокли или DIAC начали проводить ток? Какое условие (состояния) должно выполняться для того, чтобы электрическая проводимость проходила через одно из этих устройств?

Также объясните, что необходимо сделать, чтобы остановить поток электрического тока через диод Шокли или DIAC.

Показать ответ

Включить: падение напряжения на устройстве должно превышать определенное пороговое напряжение ( напряжение перебоя ) до проведения проводимости.

Выключить: ток через устройство должен быть доведен до минимального уровня, прежде чем устройство перестанет работать ( малоточный отсек ).

Заметки:

Хотя ответ может показаться очевидным для многих, стоит спросить своих учеников, как поведение диода Шокли сравнивается с нормальным (выпрямляющим) диодом. Тот факт, что диод Шокли называется «диодом» вообще, может обмануть некоторых ваших учеников мыслью, что он ведет себя как обычный диод.

Попросите учащихся объяснить, как эти два устройства (диоды Шокли и выпрямляющие диоды) похожи. В чем они отличаются?

Еще один хороший вопрос для обсуждения – различие между диодом Шокли и диодом Шоттки . Хотя имена очень похожи, эти два устройства, безусловно, нет!

Вопрос 4

Выпрямители с силиконовым управлением (SCR) могут быть смоделированы по следующей транзисторной схеме. Объясните, как эта схема функционирует при наличии и отсутствии «запускающего» импульса напряжения на клемме затвора:

Показать ответ

Положительная обратная связь, присущая этой схеме, дает ей гистерезисные свойства: после срабатывания «включено» она имеет тенденцию оставаться включенной. Когда «выключено», оно имеет тенденцию оставаться выключенным (до срабатывания).

Заметки:

Попросите учащихся продемонстрировать положительную реакцию «фиксации» этой схемы, нарисуя направления тока на диаграмме для класса, чтобы увидеть (на доске, в виду каждого). Спросите своих учеников, почему цепь «ждет», пока импульс включения не включится, и почему он «защелкивается» после срабатывания.

Вопрос 5

Здесь приведена иллюстрация большого типа SCAR-типа «шпилька», где корпус навинчен так, что он крепится к металлическому основанию, как резьба болта, в гайку:

Без тестового инструмента, кроме простого тестера непрерывности (аккумулятор и лампочка, подключенные последовательно, с двумя измерительными проводами), как вы могли определить идентификаторы трех терминалов на этом SCR «# 5»> Показать ответ Скрыть ответ

Самый маленький терминал (сверху) – это ворота. Идентичность катода и анода может быть определена путем подключения одного тестового провода к клемме затвора и касания другого тестового провода к любому из других терминалов.

Заметки:

Спросите своих учеников, как они знают, что терминал ворот является самым маленьким. Почему это было бы самым маленьким? Должен ли он быть самым маленьким терминалом? Зачем? Кроме того, спросите их, что индикация непрерывности будет отличать катод от анода в тесте непрерывности, описанном в ответе.

Вопрос 6

Объясните, что происходит в каждой из этих схем при нажатии кнопочного выключателя и затем отпускается:

Показать ответ

Лампа схемы SCR активируется при включении переключателя и остается включенным после отпускания переключателя. Лампа цепи TRIAC активируется при включении переключателя и сразу же отключается при отпускании переключателя.

Последующий вопрос: объясните, почему эти схемы не ведут себя одинаково. Не являются SCR и TRIACs как тиристорные (гистерезисные) устройства «заметки скрыты»> Примечания:

Этот вопрос затрагивает очень распространенное недоразумение, которое учащиеся имеют о TRIAC в цепях переменного тока. Студенты часто ошибочно полагают, что TRIACs защелкнет мощность переменного тока, как SCR, фиксирует мощность постоянного тока, просто потому, что TRIAC также является гистерезисным устройством. Однако это не так!

Можно было бы подумать, какая польза от гистерезиса TRIAC в цепи переменного тока? Если фиксация невозможна в цепи переменного тока, то почему у TRIAC вообще нет? Это очень хороший вопрос, и его ответ заключается в работе TRIAC в период времени цикла питания переменного тока, который намного быстрее, чем могут видеть человеческие глаза.

Вопрос 7

Объясните, что необходимо сделать для SCR, чтобы включить его и отправить питание на лампочку:

Затем объясните, что нужно сделать, чтобы выключить SCR, чтобы лампочка отключилась.

Показать ответ

Я позволю вам изучить ответы на эти вопросы!

Заметки:

Пусть учащиеся объясняют (или даже демонстрируют) свои ответы. Для учащихся чрезвычайно важно понять, что SCR являются тиристорами, «фиксирующимися» и включающими временные стимулы. В этом отношении они существенно отличаются от транзисторов.

Вопрос 8

Когда SCR фиксируется, он падает очень мало напряжения между анодом и катодом. Объясните, почему это так, и какая польза от этого дает SCR по транзисторам при проведении токов большой нагрузки.

Показать ответ

Составляющие транзисторы SCR в значительной степени приводят к насыщению в его проводящем состоянии с минимальным потреблением тока (затвора).

Последующий вопрос: как внутренняя работа SCR объясняет его очень быстрое время включения, в дополнение к объяснению его низкого напряжения падения напряжения «заметки скрыты»> Примечания:

Ключ к тому, чтобы полностью ответить на вопрос, почему SCR так сильно водится во время проводимости, найден в принципе положительной обратной связи . Обсудите этот принцип со своими учениками, если они еще не изучили его. Если они уже изучили его, используйте этот вопрос в качестве возможности для обзора.

Вопрос 9

Объясните, что такое TRIAC, и как он сразу подобен и отличается от SCR. Какие приложения могут использовать TRIAC в том, что SCR будет неуместным?

Показать ответ

«TRIAC» функционирует как два блока SCR с обратным параллельным подключением, чтобы иметь возможность управлять AC, а не только DC.

Последующий вопрос: нарисуйте эквивалентную схему для TRIAC.

Заметки:

Популярным приложением для TRIAC является регулирование яркости лампы, для линейных ламп накаливания (50 или 60 Гц). Если позволяет время, обсудите со своими учениками, как эти схемы диммера лампы управляют мощностью лампы в соответствии с PWM (широтно-импульсная модуляция).

Вопрос 10

Обозначьте клеммы на TRIAC с их соответствующими обозначениями:

Показать ответ

Заметки:

Спросите своих учеников, где они нашли эту информацию. Было ли это из учебника, таблицы данных или какого-либо другого источника «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

Вопрос 11

Объясните, как Silicon-Controlled Rectifier (SCR) отличаются от TRIAC с точки зрения их соответствующего поведения.

Показать ответ

TRIAC являются двусторонними версиями SCR.

Заметки:

Ответ, который я даю, очень минимален по дизайну. Студенты должны знать, что означает «двусторонний» со ссылкой на электронные компоненты, но этот вопрос дает хорошую возможность для них учиться, если они этого не делают!

Вопрос 12

Некоторые SCR и TRIAC рекламируются как устройства с секретными затворами . Что это значит? В чем разница между SCR «чувствительных ворот» и SCR с «нечувствительными воротами»?

Показать ответ

SCR и TRIAC с «чувствительными воротами» напоминают идеализированные устройства, иллюстрированные в учебниках. SCR и TRIAC с «нечувствительными» затворами намеренно «десенсибилизируются» путем добавления внутреннего нагрузочного резистора, подключенного к клемме затвора.

Последующий вопрос: где будет подключаться этот нагрузочный резистор, в следующей эквивалентной схеме для SCR?

Заметки:

Спросите своих учеников, почему тиристор, такой как SCR или TRIAC, должен быть «снят сенсибилизирован» путем добавления нагрузочного резистора «панель панелей панелей панелей по умолчанию»,

Вопрос 13

Объясните, что такое схема лома, и как он использует SCR для защиты цепи от чрезмерного напряжения.

Показать ответ

Схема «лома» использует SCR для фиксации выходного напряжения источника постоянного тока в случае случайного перенапряжения таким же образом, что (литеральный) металлический лоб, выброшенный через клеммы источника питания, принудительно зажимает выходное напряжение,

Заметки:

Обсудите с учащимися, считают ли они, что схема лома – это такой механизм, который видит регулярное использование, или он редко активируется.

Вопрос 14

Что такое quadrac и как он отличается от обычного TRIAC?

Показать ответ

«Quadrac» – это TRIAC с встроенным DIAC, соединенным последовательно с клеммой затвора.

Заметки:

Спросите своих студентов, какая польза от квадроцикла будет за регулярный TRIAC.

Вопрос 15

Ученик электроники недавно научился создавать схемы усилителей звука, и это вдохновляет мечты о разработке супермощного усилителя для домашней развлекательной системы. Однажды этот студент сталкивается с пожертвованием электронных компонентов из местного бизнеса, и в этом пожертвовании находятся несколько промышленных SCR, рассчитанных на 20 ампер каждый.

«Вау, – говорит студент, – эти компоненты выглядят как действительно большие транзисторы, но они рассчитаны на большой поток. Я мог бы построить с ними огромный усилитель!

Студент подходит к вам за советом, потому что вы недавно узнали, как SCR функционируют в вашем классе электроники. Что вы говорите студенту относительно использования SCR в качестве устройств для усиления звука? Как вы объясните этому возбужденному ученику, что эти устройства не будут работать в схеме усилителя?

Показать ответ

Я позволю вам определить причину, по которой SCR не могут использоваться в качестве устройств усиления звука.

Заметки:

Верьте или нет, меня когда-то подошел восторженный студент с этим вопросом!

Вопрос 16

Один из способов, с помощью которого SCR могут запускаться в их состояние «включено», – это переходное напряжение, подаваемое между анодным и катодным терминалами. Обычно этот метод запуска считается недостатком устройства, поскольку он открывает возможность нежелательного запуска, вызванного нарушениями напряжения питания.

Объясните, почему высокий (dv / dt), присутствующий на шине питания, способен запускать SCR со ссылкой на эквивалентную схему SCR. Также укажите, какие средства могут использоваться для предотвращения ложного срабатывания от переходных процессов питания.

Показать ответ

Паразитические (Miller-effect) емкости внутри биполярной структуры SCR делают устройство уязвимым для переходных процессов напряжения, большие (dv / dt) скорости, создающие базовые токи, достаточно большие, чтобы инициировать проводимость. Для уменьшения этих эффектов обычно предусмотрены схемы демпфера:

Заметки:

Выражение (dv / dt) является, конечно, термином исчисления, означающим скорость изменения напряжения во времени. Важной концепцией обзора для этого вопроса является формула «Закон Ома» для емкости:

Только понимая эффекты быстро меняющегося напряжения на емкости, студенты могут понять, почему большие скорости (dv / dt) могут вызвать проблемы для SCR.

Вопрос 17

Определите три разных способа, с помощью которых SCR или TRIAC могут быть запущены в его состояние «включено» (проводящее):

1.

2.

3.

Показать ответ

1. Применение импульса напряжения на клемме затвора

2. Превышение напряжения «размыкания» анода на катоде

3. Превышение «критической скорости нарастания» для анодно-катодного напряжения ((dv / dt))

Заметки:

Хотя инициирование ворот является наиболее распространенным методом инициирования проводимости через SCR и TRIAC, важно, чтобы ученики понимали, что это не единственный способ. Другие два метода, связанные с напряжением, приложенным между анодным и катодным терминалами (или терминалами MT1-MT2) устройства, часто являются случайными способами запуска.

Обязательно обсудите со своими учениками причину, по которой чрезмерный (dv / dt) может запускать тиристор, основанный на исследовании межэлектродной емкости в транзисторах тиристорной модели.

Вопрос 18

Определите два разных способа, с помощью которых SCR или TRIAC могут быть принудительно переведены в его «выключенное» (непроводящее) состояние:

1.

2.

Показать ответ

1. Низкий ток отключения (прерывание тока с помощью какого-либо другого переключающего устройства)

2. «Реверсивное стрельба» затвора с импульсом напряжения «неправильной» полярности

Заметки:

Хотя низкоточное отсечение является наиболее распространенным методом прекращения проводимости через SCR и TRIAC, важно, чтобы ученики понимали, что это не единственный способ. Другой метод, однако, часто очень трудно достичь с помощью обычных SCR или TRIAC.

Вопрос 19

Однополюсный транзистор или UJT – интересное устройство, проявляющее гистерезис, подобно SCR и TRIAC. Его схематический символ выглядит следующим образом:

Одна эквивалентная принципиальная схема UJT использует пару транзисторов и пару резисторов:

Когда два базовых терминала UJT подключены через источник постоянного напряжения, два базовых сопротивления (R _B1 и R _B2 ) образуют делитель напряжения, разделяя приложенное напряжение на меньшие части:

Какое напряжение и какая полярность должны быть применены к клемме эмиттера UJT, чтобы включить его «# 19»> Показать ответ Скрыть ответ

V P ≈ V BB R B1 R B1 + R B2 + 0, 7

Последующий вопрос: как определяется коэффициент противостояния для UJT, и как это уравнение можно переписать, чтобы включить его?

Заметки:

Соотношение простоя является, пожалуй, самым важным параметром UJT, учитывая функцию гистерезисного переключения этого устройства. Записывая уравнение для триггерного напряжения (V _P ) и понимая определение коэффициента противостояния, студенты должны помнить формулу делителя напряжения из своих исследований в цепях постоянного тока:

V R = V всего   р Всего  

Этот вопрос дает хорошую возможность рассмотреть работу цепей делителя напряжения и, в частности, эту формулу.

Вопрос 20

Однородный транзистор с собственным коэффициентом простоя (η) 0, 8 питается от источника постоянного напряжения 15 вольт. Вычислите напряжение эмиттера, необходимое для «запуска» этого UJT в его проводящее состояние.

Показать ответ

V _P ≈ 12, 7 вольт

Заметки:

Ничего особенного здесь, просто практика расчета триггерного напряжения. Обратите внимание на ваших учеников, что символом внутреннего коэффициента противостояния (η) является греческая буква «eta», которая также используется для обозначения эффективности.

Вопрос 21

Опишите, что происходит с UJT, когда потенциометр медленно настроен вверх, чтобы обеспечить переменное напряжение в точке A в этой цепи, начиная с 0 вольт и заканчивая на триггерное напряжение V _P :

Теперь опишите, что должно быть сделано для потенциометра, чтобы заставить UJT снова отступить.

Показать ответ

UJT останется в непроводящем состоянии, так как напряжение потенциометра увеличивается от 0 вольт до достижения V _P. При этом напряжении UJT включается и остается включенным. Чтобы выключить UJT, потенциометр должен быть отрегулирован назад на напряжение до тех пор, пока ток в точке А не уменьшится до определенного значения «выпадения».

Заметки:

Попросите ваших учеников описать, как гистерезис демонстрируется UJT в этом сценарии.

Вопрос 22

В этой схеме используется односторонний транзистор (UJT) для фиксации светодиода в состоянии «включено» с положительным импульсом на входе. Отрицательный импульс напряжения на входной клемме отключает светодиод:

Объясните, как функционирует однополярный транзистор в этой цепи.

Показать ответ

Однополюсные транзисторы являются гистерезисными, как и все тиристоры. Положительный импульс на клемму эмиттера фиксирует UJT, а отрицательный импульс заставляет его «выпадать».

Задача вопроса: какова цель резистора R ₃ в этой схеме «заметки скрыты»> Примечания:

Попросите учащихся определить терминалы на UJT. Обозначения для каждого терминала могут быть неожиданными для ваших учеников, учитывая названия биполярных транзисторных терминалов!

На заданный вопрос можно ответить, только если внимательно рассмотреть характеристики светодиода. Резистор R ₃ помогает преодолеть проблемы, которые могут возникнуть из-за нелинейности диода в выключенном состоянии.

Я получил эту схему от октябрьского выпуска 2003 года

в их регулярных разделах «Целевые идеи». Дизайн приписывают Андре де Герин.

Вопрос 23

Предскажите, как повлияет на работу этой схемы защелки UJT в результате следующих сбоев. Рассматривайте каждую ошибку независимо (т.е. по одному, без кратных ошибок):

Конденсатор C ₁ не работает:

Конденсатор C ₁ замыкается:

Резистор R ₁ не работает:

Паяный мост (короткий) прошлый резистор R ₁ :

Резистор R ₂ не работает:

Припойный мост (короткий) резистор R ₂ :

Для каждого из этих условий объясните, почему возникнут результирующие эффекты.

Показать ответ

Невозможно открыть конденсатор C ₁ : ни один кнопочный переключатель не влияет на светодиод.

Конденсатор C ₁ не замыкается: цепь работает нормально.

Резистор R ₁ не работает: светодиод всегда выключен, не включается.

Паяный мост (короткий) прошлый резистор R ₁ : светодиод всегда горит, отказывается выключить.

Резистор R ₂ не работает: светодиод горит постоянно, отказывается выключить.

Паяный мост (короткий) прошлый резистор R ₂ : светодиод всегда выключен, не включается.

Заметки:

Цель этого вопроса заключается в том, чтобы подойти к области устранения неисправностей схемы с точки зрения понимания того, что такое ошибка, а не только знать, что такое симптомы. Хотя это не обязательно реалистичная перспектива, это помогает студентам создавать фундаментальные знания, необходимые для диагностики неисправной схемы из эмпирических данных. Такие вопросы должны сопровождаться (в конечном итоге) другими вопросами, которые задают учащимся определение вероятных ошибок на основе измерений.

Вопрос 24

Определите по меньшей мере три типа тиристоров (помимо SCR):

1.

2.

3.

Показать ответ

1. DIAC

2. ТРИАК

3. Quadrac (TRIAC + DIAC)

4. Диод Шокли

5. ГТО

6. UJT

7. СКС

Заметки:

Попросите своих учеников идентифицировать еще больше типов тиристоров, если они могут!

Вопрос 25

Найдите один или два кремниевых выпрямителя и приведите их к себе в класс для обсуждения. Определите как можно больше информации о своих SCR перед обсуждением:

Идентификация терминала (какой терминал представляет собой вентиль, анод и катод)

Постоянное напряжение

Постоянный ток

Непрерывная мощность

Независимо от того, является ли это устройством с чувствительным затвором

Показать ответ

Если возможно, найдите спецификацию производителя для ваших компонентов (или, по крайней мере, техническое описание для аналогичного компонента), чтобы обсудить с вашими одноклассниками.

Будьте готовы подтвердить терминальные идентификаторы ваших SCR в классе, используя мультиметр!

Заметки:

Цель этого вопроса – заставить учащихся кинестетически взаимодействовать с предметом. Это может показаться глупым, когда учащиеся участвуют в упражнении «показать и рассказать», но я обнаружил, что такие действия очень помогают некоторым ученикам. Для тех учеников, которые являются кинестетическими по своей природе, это отличная помощь для фактического контакта с реальными компонентами, когда они узнают о своей функции. Разумеется, этот вопрос также дает прекрасную возможность практиковать интерпретацию компонентных меток, использование мультиметра, таблиц доступа и т. Д.

• ← Предыдущая работа

• Индекс рабочих листов

• Следующая рабочая таблица →

Тиристоры. Что такое тиристор, типы тиристоров, их описание и применение. | Электроника, Arduino и IT

Приветствую Вас дорогие читатели, с вами на связи Электроника, Arduino и IT, и на этот раз я расскажу вам о тиристорах.

Хочу сразу принести извинения за долгую задержку между выпуском статей, просто у меня очень много работы и времени совсем нет.

Но не будем отрываться от темы, давайте приступим.

Что такое тиристор

Тиристор – полупроводниковое устройство с числом выводом от двух до четырёх, функционирующее исключительно как переключатель. Тиристоры не используют для усиления сигналов в отличии от транзисторов (о которых я напишу чуть позже).

Тиристор с тремя выводами имеет вывод управления, подав на который небольшой ток и напряжение можно управлять гораздо большим током, который протекает между двумя другими выводами.

Тиристор с двумя выводами лишён управляющего вывода, он включается только тогда, когда напряжение на его выводах достигает определённого значения, которое называется напряжением пробоя.

Пример тиристора

Пример тиристора

Почему в качестве переключателя просто не взять транзистор?

Да, это возможно. Транзисторы действительно часто используют в качестве переключателей. Зачем же тогда нужны тиристоры? Тиристоры менее требовательны к управляющему току и напряжению, а также у них нет промежуточного состояния как у транзистора, то есть если ток и напряжение управления транзистором не совсем точные, он может находиться в состоянии между включен и выключен, что для переключателя нежелательно.

Где применяются тиристоры?

Тиристоры применяются в схемах управления фазами, определения уровня сигнала, генераторах колебаний, управления яркостью освещения и скоростью электродвигателя, применяются в качестве замены реле и в некоторых других устройствах.

Кремниевые управляемые выпрямители (КУВ)

КУВ – устройство, представляющее собой управляемый электричеством переключатель. КУВ включается когда его управляющий электрод(УЭ) подаётся положительное напряжение и ток включения. Когда КУВ включён, между катодом(К) и анодом(А) создаётся проводящий канал, ток протекает только в одном направлении – от анода(А) к катоду(К).

Его уникальное свойство – даже после снятия тока с управляющего электрода(УЭ) он остаётся во включённом состоянии. Единственный способ его выключить – снять с него ток анод-катод или сменить его направление.

Бывают малой (обычно максимальный рабочий так таких КУВ не превышает 1А/100В), средней (10А/100В) и высокой мощности (несколько тысяч ампер при напряжении несколько тысяч вольт).

КУВ используются в схемах управления фазами, инверторах, схемах коммутирования сигналов, ограничения уровня сигнала, в схемах управления реле и т.д.

Обозначение КУВ на схеме

Обозначение КУВ на схеме

Тетроидный тиристор

Это устройство похоже на КУВ, его отличие – наличие дополнительного четвёртого вывода. Тетроидный тиристор (далее ТТ) имеет меньшее время срабатывания чем КУВ, но более низкие номинальную мощность, напряжение и ток. В отличии от КУВ ТТ можно выключить, подав на его четвёртый вывод (который называется анодный управляющий электрод, сокращённо УЭ2) положительное напряжение и входящий ток. Его можно включить, подав на этот же вывод отрицательное напряжение и исходящий ток.

ТТ применяются в схемах управления лампами, датчиках напряжения, логических схемах, схемах переключения питания и т.д.

Обозначение тетроидного тиристора на схеме

Обозначение тетроидного тиристора на схеме

Симметричный триодный тиристор, или симистор, или триак

Симистор похож на КУВ, но может проводить ток в обоих направлениях, поэтому может применяться в цепях переменного тока. Имеет три вывода – управляющий электрод(УЭ), а также основные (силовые) выводы OB1 и OB2. В отличии от КУВ тиристор включён только тогда(то есть ток протекает от OB1 к OB2 и наоборот), когда на его управляющем электроде есть напряжение определённого уровня. При его отсутствии тиристор выключен.

Бывают малой (обычно максимальный рабочий ток не превышает 1А / несколько сотен вольт) и средней (40А / несколько тысяч вольт) мощности.

Тиристоры применяются в схемах регулировки фазы, управления скоростью электродвигателя или яркости лампы и в других схемах, где необходимо переключать мощные переменные токи. Благодаря их сходству с механическим реле их часто используют вместо них.

Симисторы BTA16

Симисторы BTA16

Обозначение симистора на схеме

Обозначение симистора на схеме

Диодные тиристоры (динисторы) и симметричные динисторы

Представляют собой тиристоры с двумя выводами, которые лишены управляющего вывода, поэтому способны коммутировать ток без него. Включается, когда разность потенциалов между его выводами достигает определённого значения, которое как говорилось ранее называется напряжением пробоя. В динисторах ток протекает только от анода к катоду. Симметричные динисторы могут пропускать ток в обоих направлениях, поэтому могут переключать переменный ток.

Чаще всего используются как вспомогательные устройства для КУВ и симисторов, обеспечивая их правильное включение.

Динистор DB3

Динистор DB3

Обозначение динистора на схеме

Обозначение динистора на схеме

Обозначение симметричного динистора на схеме

Обозначение симметричного динистора на схеме

На этот раз всё, всем спасибо за внимание! Не забудьте оценить статью, для вас это не сложно, а для меня очень нужно.

Тиристор назначение и принцип работы. Назначение тиристоров. Двухтранзисторная модель тиристора

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 .

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

1. 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.

Для того чтобы ясно представить себе работу необходимо дать понятие о сущности работы тиристора.

Управляемый проводник, состоящий из четырех полупроводниковых переходов P-N-P-N. Его принцип работы аналогичен работе диода и осуществляется при поступлении на управляющий электрод электротока.

Прохождение через тиристор тока возможно только в том случае, если потенциал анода будет выше, чем потенциал катода. Ток через тиристор прекращает проходить тогда, когда величина тока снизится до порога закрытия. Ток, который поступает на управляющий электрод не оказывает воздействие на величину тока в основной части тиристора и, кроме того ему не нужна постоянная поддержка при основном состоянии тиристора, он необходим исключительно для открытия тиристора.

Существует несколько решающих характеристик тиристора

В открытом состоянии, благоприятном для токопроводящей функции тиристор характеризуют следующие показатели:

• Падение напряжения, оно определяется как пороговое напряжение с помощью внутреннего сопротивления.
• Максимально допустимое значение тока до 5000 А, среднеквадратичная величина, свойственная для самых мощных компонентов.

В запертом состоянии тиристора – это:

• Прямое максимально допустимое напряжение (выше, чем 5000А).
• В общем случае прямое и обратное значение напряжения одинаковы.
• Время запирания или время с минимальным значением, в течение которого на тиристор не осуществляется влияние положительного значения напряжения анода относительно катода, иначе произойдет самопроизвольное отпирание тиристора.
• Ток управления, свойственный для открытой основной части тиристора.

Существуют тиристоры, предназначенные для работы в схемах, рассчитанных на небольшое значение частоты и для схем с высокой частотой. Это так называемые быстродействующие тиристоры, их область применения рассчитана на несколько килогерц. Для быстродействующих тиристоров характерно использование неодинакового прямого и обратного напряжения.

Для увеличения постоянного значения напряжения

Рис. №1. Габаритно-присоединительные размеры и чертеж тиристора. m 1, m 2 –контрольные точки, в которых происходит замер импульсного напряжения во время открытого состояния. L 1 min –наименьший воздушный промежуток (расстояние) по воздуху между выводами анода и управляющего электрода; L 2 min – минимальное расстояние длина прохождения тока утечки между выводами.

Разновидности тиристоров

• – тиристор диодный, имеет два вывода анод и катод.
• Тринистор – триодный тиристор оснащен добавочным управляющим электродом.
• Симистор – симметричный тиристор, он является встречно-последовательным соединением тиристоров, обладает возможностью пропускать ток в прямом и обратном направлениях.

Рис. №2. Структура (а) и вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора.

Тиристоры предназначены для работы в схемах с различными границами частот, в обычном применении тиристоры могут соединяться с диодами, который подключается встречно-включенным способом, это свойство используется для того чтобы увеличить постоянное напряжение, величину которого компонент способен выдержать в выключенном состоянии. Для усовершенствованных схем используется тиристор GTO (Gate Turn Oee – запираемый тиристор) , он полностью управляем. Его запирание происходит по управляющему электроду. Использование тиристоров подобного рода нашло применение в очень мощных преобразователях, так как он может пропускать высокие токи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Перед тем как разбираться с темой «тиристор – принцип работы», необходимо понять, что собой представляет этот небольшой прибор. По сути, это силовой ключ, только он всегда находится в открытом состоянии. Поэтому его часто называют не полностью управляемый ключ.

Необходимо отметить, что по своему устройству тиристор напоминает обыкновенный транзистор или диод. Правда, есть и существенные отличия. К примеру, диод – это полупроводниковый двухслойный элемент на кремневой основе (PN), транзистор – трехслойный (PNP или NPN), тиристор – четырехслойный (PNPN). То есть, у него три перехода p-n. Именно поэтому диодные выпрямители перед тиристорными являются менее эффективными. Это хорошо видно на схеме управления тиристорами.

Где применяются тиристоры

Область применения тиристоров обширна. К примеру, из них можно собрать инвертор для сварки или зарядное автомобильное устройство. Некоторые умельцы своими руками собирают даже генераторы. Самое важное, что тиристоры могут через себя пропускать токи и высокочастотные, и низкочастотные. Поэтому, собрав мост из этих приборов, можно изготовить трансформатор и для сварочного аппарата.

Конструкция и принцип действия

Состоит тиристорный ключ из трех частей:

• Анод.
• Катод.
• Вход.

Последний состоит из трех переходов p-n. При этом переключение переходов производится с очень большой скоростью. Вообще, принцип работы тиристора можно объяснить лучше, если рассмотреть схему связки двух транзисторов, связанных параллельно, как выключатели комплементарно регенеративного действия.

Итак, самая простейшая схема двух транзисторов, совмещенных так, чтобы при пуске ток коллектора поступал на NPN второго прибора через каналы NPN первого. А в это же время ток проходит обратный путь через первый транзистор на второй. По сути, получается достаточно простая связка, где база-эмиттер одного из транзисторов, в нашем случае второго, получает ток от коллектора-эмиттера другого прибора, то есть, первого.

Цепь постоянного тока

В цепи постоянного тока тиристор работает по принципу подачи импульса положительной полярности, конечно, относительно катода. На длительность перехода из одного состояния в другое оказывает большое воздействие ряд характеристик. А именно:

• Вид нагрузки (индуктивный, активный и прочее).
• Скорость нарастания импульса и его амплитуда, имеется в виду ток нагрузки.
• Величина самой токовой нагрузки.
• Напряжение в цепи.
• Температура самого прибора.

Здесь самое важное, чтобы в сети, где установлен данный прибор, не произошло резкое возрастание напряжения. В этом случае может произойти самопроизвольное включение тиристора, а сигнал управления будет в это время отсутствовать.

Цепь переменного тока

В этой сети тиристорный ключ работает немного по-другому. Этот прибор дает возможность проводить несколько видов операций. К примеру:

• Включение и отключение цепи, в которое действует активная или активно-реактивная нагрузки.
• Можно изменять значение действующей нагрузки и ее средней величины за счет возможности изменять (регулировать) подачу самого сигнала управления.

Но имейте в виду, что тиристорный ключ может пропускать сигнал только в одном направлении. Поэтому сами тиристоры устанавливаются в цепь, так сказать, во встречно-параллельном включении.

Управление тиристорами

В силовых электронных аппаратах чаще всего используется или фазное, или широтно-импульсное управление тиристором.

В первом случае регулировать токовую нагрузку можно за счет изменения углов или α, или θ. Это относится к принудительной нагрузке. Искусственную нагрузку можно регулировать только с помощью управляемого тиристора, который также называется запираемый.

При ШИМ (широтно-импульсной модуляции) во время Тоткр сигнал подается, а, значит, сам прибор находится в открытом состоянии, то есть, ток подается с напряжением Uн. В период времени Тзакр сигнал отсутствует, а сам прибор находится непроводящем состоянии.

Тиристорные светодиоды

Обычно тиристор и светодиод в одном светильнике не устанавливаются. Его место заменяет диод, который работает и на включение, и на отключение, как обычный ключ. Это связано с разными причинами, где основная – это конструкция и принцип действия самого прибора, который всегда находится в открытом состоянии. В настоящее время ученые изобрели так называемый тиристорный светодиод.

Во-первых, тиристорный светодиод в своем составе кроме кремния имеет: галлий, алюминий, индий, мышьяк и сурьму. Во-вторых, спектр излучения при n-переходах между материалами создает волну длиною 1,95 мкм. А это достаточно большая оптическая мощность, если ее сравнивать с диодным элементом, который производит световые волны в том же диапазоне.

8 января 2013 в 19:23

• Электроника для начинающих

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 .

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

1. 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.

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦ В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

• — если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
• — если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
• — подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов .

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды . Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208 .

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог .

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3 .
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод .

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд) , будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2 . А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4 .

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1) , вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5) .

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт . Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6) .

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

• — управляющего элемента– стабилитрона КС510 , который определяет напряжение выхода;
• — исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А , исполняющих роль регулятора напряжения;
• — в качестве датчика перегрузки используется резистор R4 ;
• — исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503 .

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1 . Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510 , величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт .
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом , включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4 . При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта .
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1 , сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта .
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн , сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт , а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3 , можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более . Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

Тиристоры коды ТН ВЭД (2020): 8541300009, 8501522009, 9031800000

Тиристоры,	8541300009
Тиристор,	8501522009
Тиристоры	8541300009
Тиристоры на напряжение 50-1000 вольт,	8541300009
Тиристор	8541300009
Тиристоры низковольтные,	8541300009
Тиристор напряжение питания от 50 до 1000 Вольт переменного тока	8541300009
Блоки коммутации силовых симисторов и тиристоров	9031803800
Защита тиристора от перенапряжения	8536301000
Тиристор полупроводниковый	8541300009
Трансформатор промышленный питания плат управления драйверами тиристоров устройства плавного пуска	8504318008
Тиристор для защиты цепей от перенапряжения	8541300009
Модуль: силовой,ПУВ, кремниевые управляемые тиристоры – КУТ, Пульт; главный,	8537209100
Согласованный комплект из тиристоров,артикулы: 81004-286-51-R, 81001-450-51-R, 81001-451-61-R, 81001-451-71-R, 81004-286-52-R, 81001-450-52-R, 81001-451-62-R, 81001-451-72-R, 81004-286-53-R, 81001-450-53-R, 81001-451-63-R,	8541300009
Тиристор, арт. 3ADC340074P0001, 5STP1818F0003	8541300009
(2 тиристора), напряжение 1400 В, ток 800 А	8541
Тиристор, напряжение 220 В, модели КК1500А/2800V и КP1500А/3600V.	8541300009
Тиристор быстродействующий импульсный, напряжение от 220 до 1000 Вольт, тип ТБИ, модель TFI153-1000-15-641, тиристор силовой, напряжение от 220 до 1000 Вольт, модель T253-1000-16-61	854130000
Тиристоры, номинальное напряжение 220 вольт	8541300009
Тиристор (полупроводниковый ключ системы ИБП)	8535900009
Модуль тиристора	8504

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Тиристоры – интересный класс полупроводниковых приборов. Они имеют аналогичные характеристики с другими твердотельными компонентами из кремния, такими как диоды и транзисторы. Поэтому отличить тиристоры от диодов и транзисторов может быть сложно. Чтобы усложнить задачу, на рынке доступны различные типы тиристоров.

В некоторых случаях то, что отличает тиристоры друг от друга, может быть всего лишь крошечной деталью.

Также, в зависимости от производителя, данный тиристор может быть известен под другим именем.

Для успешного применения тиристоров при проектировании схем важно знать их уникальные характеристики, ограничения и их взаимосвязь со схемой. Вот почему мы потратили некоторое время на то, чтобы разобраться во всем этом, чтобы вы могли лучше понять, какой тиристор лучше всего подходит для вашего приложения.

Что такое тиристор?

Тиристор – это четырехслойный прибор с чередующимися полупроводниками P-типа и N-типа (P-N-P-N).

В своей основной форме тиристор имеет три вывода: анод (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор (контрольный вывод). Затвор контролирует поток тока между анодом и катодом.

Основная функция тиристора – регулировать электрическую мощность и ток, действуя как переключатель.Для такого небольшого и легкого компонента он обеспечивает адекватную защиту цепей с большими напряжениями и токами (до 6000 В, 4500 А).

Он привлекателен в качестве выпрямителя, потому что может быстро переключаться из состояния проводимости тока в состояние непроводимости.

Кроме того, его стоимость обслуживания невысока, и при правильной эксплуатации он остается работоспособным в течение длительного времени без возникновения неисправностей.

Тиристоры используются в самых разных электрических цепях, от простых охранных сигнализаций до линий электропередачи.

Как работают тиристоры?

Тиристор со структурой P-N-P-N имеет три перехода: PN, NP и PN. Если анод является положительным выводом по отношению к катоду, внешние переходы, PN и PN смещены в прямом направлении, а центральный переход NP с обратным смещением. Следовательно, переход NP блокирует прохождение положительного тока от анода к катоду. Говорят, что тиристор находится в состоянии прямой блокировки . Точно так же прохождение отрицательного тока блокируется внешними PN-переходами.Тиристор находится в состоянии обратной блокировки .

Другое состояние, в котором может находиться тиристор, – это состояние прямой проводимости , при котором он получает достаточный сигнал для включения и начинает проводить.

Давайте на минутку выделим уникальные свойства, которые тиристоры привносят в схему, углубившись в природу сигнала и отклик тиристора.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089. ITU-TK, 20 & K. 21

MDE Semiconductor уделяет особое внимание решениям по защите цепей.

Краткое описание включения тиристора

Когда на вывод затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние.Ток течет от анода к катоду и будет продолжать течь, даже когда сигнал затвора удален. Говорят, что тиристор «зафиксирован».

Чтобы разблокировать тиристор, необходимо выполнить сброс схемы путем уменьшения анодно-катодного тока ниже порогового значения, известного как ток удержания.

Включение тиристора на уровне полупроводникового материала

Структура PNPN тиристора может быть интерпретирована как два транзистора, соединенные вместе.То есть ток коллектора от транзистора NPN питает базу транзистора PNP. Точно так же ток коллектора от транзистора PNP питает базу транзистора NPN.

Для фиксации тиристора и начала проведения тока сумма общей базы

коэффициенты усиления по току двух транзисторов должны превышать единицу.

Когда на затвор подается положительный ток или кратковременный импульс, который в достаточной мере увеличивает коэффициент усиления контура до единицы, происходит регенерация.Это означает, что импульс заставляет транзистор NPN проводить ток, который, в свою очередь, смещает транзистор PNP в проводимость. Если

начальный пусковой ток на затворе удаляется, тиристор остается во включенном состоянии, пока ток через тиристор достаточно высок, чтобы соответствовать критериям единичного усиления. Это ток фиксации .

Тиристор может включиться также из-за лавинного пробоя блокировочного перехода.Чтобы тиристор включился при нулевом токе затвора, приложенный ток должен достигнуть напряжения отключения тиристора. Это нежелательно, так как поломка приводит к повреждению устройства. Для нормальной работы тиристор выбирается таким образом, чтобы его напряжение отключения было больше, чем наибольшее напряжение, которое будет испытываться от источника питания. Таким образом, включение тиристора может произойти только после того, как на затвор будет подан преднамеренный импульс, за исключением случаев, когда тиристор специально разработан для работы в режиме отключения.(См. Типы тиристоров с возможностью управляемого отключения ниже).

Тиристор выключения

Чтобы выключить тиристор, который зафиксирован (включен / включен), ток через него должен измениться так, чтобы коэффициент усиления контура был ниже единицы. Выключение начинается, когда ток снижается ниже значения тока удержания.

Тиристоры различных типов и их применение

Тиристоры

можно классифицировать в зависимости от характера их поведения при включении и выключении, а также их характеристик напряжения и тока: Различные классы:

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)
2. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)
3. Двунаправленное управление

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)

1. Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

SCR – наиболее известные тиристоры.Как объяснено в общем описании тиристоров выше, тиристор остается зафиксированным даже при снятии тока затвора. Чтобы разблокировать, необходимо снять ток между анодом и катодом или сбросить анод до отрицательного напряжения относительно катода. Эта характеристика идеальна для регулирования фазы. Когда анодный ток становится равным нулю, тиристор перестает проводить и блокирует обратное напряжение.

SCR используются в схемах переключения, приводах двигателей постоянного тока, статических переключателях переменного / постоянного тока и инвертирующих схемах.

2. Тиристор обратного тока (RCT)

Тиристоры обычно пропускают ток только в прямом направлении, но блокируют токи в обратном направлении. Однако RCT состоит из SCR, интегрированного с обратным диодом, который устраняет нежелательную индуктивность контура и уменьшает переходные процессы обратного напряжения. RCT обеспечивает электрическую проводимость в обратном направлении с улучшенной коммутацией.

RCT используются в инверторах и приводах постоянного тока для мощных прерывателей.

3. Светоактивированный кремниевый выпрямитель (LASCR)

Они также известны как тиристоры с управляемым светом (LTT). Для этих устройств, когда легкие частицы попадают на обратносмещенный переход, количество электронно-дырочных пар в тиристоре увеличивается. Если сила света больше критического значения, тиристор включится. LASCR обеспечивает полную электрическую изоляцию между источником света и переключающим устройством преобразователя мощности.

LASCR используются в передающем оборудовании HVDC, компенсаторах реактивной мощности и генераторах импульсов большой мощности.

1. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)

Традиционные тиристоры, такие как тиристоры, включаются при подаче достаточного количества управляющего импульса. Чтобы выключить их, необходимо отключить главный ток. Это неудобно в схемах преобразования постоянного тока в переменный и постоянного в постоянный, где ток, естественно, не становится нулевым.

1. Затвор запорный тиристор (ГТО)

GTO отличается от стандартного тиристора тем, что его можно отключить, подав отрицательный ток (напряжение) на затвор, не требуя снятия тока между анодом и катодом (принудительная коммутация). Это означает, что GTO можно выключить стробирующим сигналом с отрицательной полярностью, что делает его полностью управляемым переключателем. Его также называют коммутатором, управляемым воротами, или GCS. Время выключения GTO примерно в десять раз меньше, чем у эквивалентного SCR.

GTO

с возможностью обратной блокировки, сравнимой с их номинальным напряжением в прямом направлении, называются симметричными GTO. Асимметричные GTO не обладают значительной возможностью блокировки обратного напряжения. GTO с обратной проводимостью состоят из GTO, интегрированного с встречно-параллельным диодом. Асимметричные GTO – самая популярная разновидность на рынке.

GTO используются в приводах двигателей постоянного и переменного тока, мощных инверторах и стабилизаторах переменного тока.

2. МОП отключающий тиристор (МТО)

MTO представляет собой комбинацию GTO и MOSFET для улучшения отключающей способности GTO.GTO требует подачи большого тока отключения затвора, пиковая амплитуда которого составляет около 20-35% анодно-катодного тока (ток, который необходимо контролировать). MTO имеет два управляющих терминала, затвор включения и затвор выключения, также называемый затвором MOSFET.

Чтобы включить MTO, приложенный импульс затвора достаточной величины вызывает фиксацию тиристора (аналогично SCR и GTO).

Для выключения MTO на затвор полевого МОП-транзистора подается импульс напряжения.MOSFET включается, замыкая эмиттер и базу NPN-транзистора, тем самым останавливая фиксацию. Это гораздо более быстрый процесс, чем GTO (приблизительно 1-2 мкс), и в этом случае большой отрицательный импульс, приложенный к затвору GTO, направлен на извлечение достаточного тока из базы NPN-транзистора. Кроме того, более быстрое время (MTO) устраняет потери, связанные с текущей передачей.

MTO используются в высоковольтных системах до 20 МВА, моторных приводах, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и инверторах источников напряжения для высокой мощности.

3. Эмиттер выключения тиристоров (ЭТО)

Как и MTO, ETO имеет два вывода, нормальный затвор и второй затвор, соединенные последовательно с полевым МОП-транзистором.

Чтобы включить ETO, на оба логических элемента подается положительное напряжение, что приводит к включению NMOS и выключению PMOS. Когда в нормальный затвор подается положительный ток, ETO включается.

Для выключения, когда на затвор полевого МОП-транзистора подается сигнал отрицательного напряжения, NMOS отключается и передает весь ток от катода.Процесс фиксации останавливается, и ETO выключается.

ETO

применяются в инверторах источников напряжения для высокой мощности, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и статических синхронных компенсаторах (STATCOM).

1. Двунаправленное управление

Обсуждаемые до сих пор тиристоры были однонаправленными и используются в качестве выпрямителей, преобразователей постоянного тока в постоянный и инверторов. Чтобы использовать эти тиристоры для управления напряжением переменного тока, два тиристора должны быть соединены встречно параллельно, в результате чего получатся две отдельные схемы управления, которые потребуют большего количества проводных соединений.Двунаправленные тиристоры, которые могут проводить ток в обоих направлениях при срабатывании триггера, были разработаны специально для решения этой проблемы.

1. Триод переменного тока (TRIAC)

Тиристоры

– вторые по распространенности тиристоры после тиристоров. Они могут управлять обеими половинами переменного сигнала, тем самым более эффективно используя доступную мощность. Однако симметричные преобразователи частоты обычно используются только для приложений с низким энергопотреблением из-за присущей им несимметричной конструкции.В приложениях с высокой мощностью симисторы имеют некоторые недостатки при переключении при разных напряжениях затвора в течение каждого полупериода. Это создает дополнительные гармоники, которые вызывают дисбаланс в системе и влияют на характеристики ЭМС.

ТРИАК малой мощности используются в качестве регуляторов света, регуляторов скорости для электрических вентиляторов и других электродвигателей, а также в компьютерных схемах управления бытовой техникой.

2. Диод переменного тока (DIAC)

DIACS – это устройства с низким энергопотреблением, которые в основном используются вместе с TRIACS (размещены последовательно с выводом затвора TRIAC).

Так как TRIAC по своей природе несимметричны, DIAC предотвращает прохождение любого тока через затвор TRIAC до тех пор, пока DIAC не достигнет своего триггерного напряжения в любом направлении. Это гарантирует, что TRIACS, используемые в переключателях переменного тока, срабатывают равномерно в любом направлении.

DIAC используются в диммерах для ламп.

3. Кремниевый диод переменного тока (SIDAC)

SIDAC электрически ведет себя так же, как DIAC.Основное различие между ними состоит в том, что SIDAC имеют более высокое напряжение отключения и большую мощность, чем DIAC. SIDAC – это пятиуровневое устройство, которое можно использовать непосредственно в качестве переключателя, а не в качестве триггера для другого коммутационного устройства (например, DIAC для TRIACS).

Если приложенное напряжение соответствует или превышает напряжение отключения, SIDAC начинает проводить ток. Он остается в этом проводящем состоянии даже при изменении приложенного напряжения до тех пор, пока ток не станет ниже его номинального тока удержания.SIDAC возвращается в непроводящее состояние, чтобы повторить цикл.

SIDAC используются в релаксационных генераторах и других устройствах специального назначения.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089.ITU-TK, 20 и K. 21

Как работает тиристор?

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

Хотя транзисторы могут переключаться, они не справляются с большими токами. Еще одна проблема с транзисторами заключается в том, что они отключаются, когда мы убираем ток переключения.

Когда мы хотим сработать и ток переключения снимается, 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 отключен.

Тиристор – это четырехслойное твердотельное полупроводниковое устройство, которое содержит 3 последовательно соединенных PN перехода с 3 выводами, называемыми анодом, катодом и затвором. Как и диод, тиристор также является однонаправленным устройством, но, в отличие от диода, он может использоваться как переключатель разомкнутой цепи.

Принцип работы тиристора

В тиристоре кремниевая пластина легирована четырьмя чередующимися типами P и N, которые выглядят как два транзистора, соединенных друг с другом (как показано на рисунке ниже).

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

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

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

Тиристор может быть только полностью включен или выключен, что означает, что он не может находиться между состояниями включения и выключения, как у транзисторов. Это делает тиристор непригодным в качестве аналогового усилителя, но может использоваться в качестве переключающего устройства.

Его три режима работы:

Режим прямой блокировки

Перемычки j1 и j3 находятся в прямом рабочем состоянии, в то время как j2 находится в состоянии обратного смещения и не позволяет току течь.

Режим прямой проводимости

Здесь на вывод затвора подается положительное напряжение, вызывая пробой области обеднения j2. Из-за этого в цепи начинает течь ток, что приводит к переходу в режим включения.

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 имеют обратное смещение, а j2 – прямое смещение.Поскольку j1 и j2 имеют обратное смещение, протекание тока невозможно.

Использование и типы тиристоров

Обычно бывает 3 типа тиристоров:

1. Кремниевый выпрямитель –

SCR

Он может управлять сильным током и обычно используется в качестве высокочастотного переключателя в электрической цепи.

2. Тиристор выключения ворот – GTO

Они используются в инверторах, приводах переменного тока, индукционных нагревателях и т. Д.

3.Биполярный транзистор с изолированным затвором – IGBT

Они используются в импульсных источниках питания, управлении двигателями, индукционном нагреве 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 есть высокое напряжение и ток, и часто используются для управления переменным током (AC)

Видеоурок, объясняющий тиристор

Видео предоставлено:

Learn Engineering

Рабочий, VI-характеристики, типы, применение, преимущества и недостатки

Тиристор – это, по сути, двухпозиционный переключатель для управления выходной мощностью электрической цепи путем включения и выключения цепи нагрузки через определенные промежутки времени.В этом посте мы попытаемся разобраться, что это такое, как это работает, его характеристики вольт-ампер (VI), режимы работы, приложения, преимущества и недостатки.

Знакомство с тиристором

Тиристор – это однонаправленный полупроводниковый твердотельный прибор с четырьмя слоями чередующегося материала типа P и N. Он состоит из трех электродов: анода, катода и затвора. Анод – это положительная клемма, а катод – отрицательная клемма.

Затвор управляет потоком тока между анодом и катодом.Он используется в электронных устройствах и оборудовании для контроля электроэнергии или тока. Он действует как выпрямитель и может передавать ток только в одном направлении.

Первый тиристор был произведен в 1956 году. Самым распространенным типом тиристоров является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR).

Рис.1 – Символ тиристора

Как работает тиристор

Тиристор действует как диод. Он состоит из двух слоев полупроводников, а именно p-типа и n-типа, зажатых вместе, образуя переход.Анод соединен с внешним p-слоем, катод – с внешним n-слоем, а затвор – с внутренним p-слоем. Он имеет 3 соединения, а именно J1, J2, J3, как показано на Рис. 2 ниже.

Когда анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, на затвор не подается напряжение. Переходы J1, J3 смещены в прямом направлении, а J2 – в обратном. Таким образом, здесь не проводится никакой проводимости.

Рис. 2 – Схема слоев тиристора

Теперь, когда положительный потенциал превышает напряжение пробоя, происходит пробой перехода J2, и он начинает проводить.После того, как пробой произошел, он продолжает действовать независимо от напряжения на затворе, пока потенциал на аноде не будет снят или ток через устройство не станет меньше, чем ток удержания.

Теперь, когда на вывод затвора по отношению к катоду приложен положительный потенциал, происходит пробой перехода J2. Для быстрого включения тиристора необходимо выбрать соответствующее значение потенциала.

Затвор действует как управляющий электрод. Когда на его затвор подается небольшое напряжение, известное как импульс затвора, устройство переходит в состояние проводимости.Это продолжается до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится на противоположное или не будет снято.

Ток запуска затвора изменяется обратно пропорционально напряжению затвора, и для его запуска требуется минимальный заряд затвора. Таким образом, переключением тиристоров можно управлять с помощью управляющего импульса.

Двухтранзисторная аналогия тиристора

Коллекторный ток от NPN-транзистора подается непосредственно на базу PNP-транзистора, в то время как коллекторный ток PNP-транзистора подается на базу NPN-транзистора.Эти соединенные между собой транзисторы зависят друг от друга для обеспечения проводимости.

Значит, чтобы один из транзисторов проводил ток, необходим базовый ток. Когда анодный вывод тиристора является отрицательным по отношению к катоду, NP-переход становится смещенным в прямом направлении, а PN-переход становится смещенным в обратном направлении.

Рис. 3 – Двухтранзисторная аналогия тиристора

Здесь протекание обратного тока блокируется до тех пор, пока не будет приложено напряжение пробоя. После пробоя напряжения он начинает проводить без подачи стробирующего сигнала.Это одна из отрицательных характеристик тиристоров, поскольку они срабатывают при обратном прерывании перенапряжения.

Когда вывод анода становится положительным по отношению к катоду, внешние переходы смещаются в прямом направлении, а центральный переход NP смещается в обратном направлении и блокирует прямой ток. Таким образом, чтобы вызвать проводимость, на базу транзисторов подается положительный ток.

Два транзистора соединены в регенеративный контур, и это заставляет транзистор проводить насыщение.Таким образом, можно сказать, что тиристоры блокируют ток как в направлении источника переменного тока в выключенном состоянии, так и могут быть включены путем приложения положительного тока к базе транзистора.

Напряжение-ампер (VI) Характеристики тиристора

Тиристоры могут иметь прямое или обратное смещение. Посмотрим, как это работает в обоих состояниях.

Тиристоры в прямом смещенном состоянии

Когда анод становится положительным, PN-переходы на концах смещены в прямом направлении, а центральный переход (NP) становится смещенным в обратном направлении.Он будет оставаться в заблокированном (ВЫКЛ) режиме (также известном как ступень прямой блокировки) до тех пор, пока он не будет запущен импульсом тока затвора или приложенное напряжение не достигнет напряжения прямого переключения.

Запуск импульсом тока затвора – Когда он запускается импульсом тока затвора, он начинает проводить ток и действует как замыкающий переключатель. Тиристоры остаются во включенном состоянии, то есть в заблокированном состоянии. Здесь ворота теряют контроль, чтобы выключить устройство.

Запуск по прямому напряжению переключения – При приложении прямого напряжения ток утечки начинает течь через блокировку (J2) в среднем переходе тиристоров.Когда напряжение превышает прямое разрывное напряжение или критический предел, J2 выходит из строя и переходит во включенное состояние.

Когда ток затвора (Ig) увеличивается, это уменьшает зону блокировки и, таким образом, уменьшается перенапряжение прямого размыкания. Он включится, когда поддерживается минимальный ток, называемый током фиксации.

Когда ток затвора Ig = 0 и анодный ток падает ниже определенного значения, называемого током удержания во время состояния ВКЛ, он снова достигает своего состояния прямой блокировки.

Рис. 4 – Вольт-амперные характеристики (VI) тиристора

Тиристоры в обратном смещенном состоянии

Если анод отрицательный по отношению к катоду, то есть с приложением обратного напряжения, оба PN перехода на конец, то есть J1 и J3, становится смещенным в обратном направлении, а центральный переход J2 становится смещенным в прямом направлении. По нему протекает лишь небольшой ток утечки. Это режим блокировки обратного напряжения или выключенное состояние тиристора.

При дальнейшем увеличении обратного напряжения при определенном напряжении происходит лавинный пробой J1 и J2, и они начинают проводиться в обратном направлении.Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор начинает проводить, известно как обратное напряжение пробоя.

Резюме

• Тиристор блокирует напряжение как в прямом, так и в обратном направлении, и, таким образом, формируется симметричная блокировка.
• Тиристор включается под действием положительного тока затвора и выключается, когда анодное напряжение падает до нуля.
• Небольшой ток от затвора к катоду может вызвать срабатывание тиристора, переключив его с разомкнутой цепи на короткое замыкание.

Режимы работы тиристора

Тиристор имеет три режима работы. Это: –

• Блокировка в прямом направлении
• Блокировка в обратном направлении
• Прямая блокировка

Блокировка в прямом направлении

В этом состоянии или режиме прямая проводимость заблокирована. Верхний и нижний диод смещены в прямом направлении, а переход в центр смещен в обратном направлении. Таким образом, тиристор не включается, поскольку затвор не срабатывает и через него не течет ток.

Блокировка обратного хода

В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и ток по-прежнему не течет. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и они блокируются в обратном направлении, поэтому ток блокируется.

Прямая проводимость

Когда ток подается на затвор, срабатывает тиристор, и он начинает проводить. Он остается включенным до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, что может быть достигнуто отключением цепи.

Типы тиристоров

В зависимости от возможностей включения и выключения и физической структуры тиристоры классифицируются как:

• Тиристоры с кремниевым управлением (SCR)
• Тиристоры с эмиттерным выключением (ETO)
• Тиристоры с быстрым переключением (SCR) )
• Светоактивированные кремниевые управляемые выпрямители (LASCR)
• Тиристоры отключения затвора (GTO)
• Тиристоры с обратной проводимостью (RCT)
• Тиристоры с управлением на полевых транзисторах (FET-CTH)
• MOS Turn Off Thyristors (
• MOS Turn Off Thyristors (
) Тиристоры с фазовым управлением (BCT)

Применения тиристора

Тиристор используется в различных приложениях, таких как:

• В основном используется в приводах двигателей с регулируемой скоростью.
• Используется для управления мощными электрическими устройствами.
• Используется в основном в электродвигателях переменного тока, осветительных приборах, сварочных аппаратах и ​​т. Д.
• Используется в ограничителе тока повреждения и автоматическом выключателе.
• В тиристоре ETO возможны быстрая скорость переключения и низкая проводимость.
• Используется как диммеры на телевидении, в кинотеатрах.
• Используется в фотографии для вспышек.
• Может использоваться в охранной сигнализации.
• Используется для регулирования скорости вращения электровентилятора.
• Используется в выключателях зажигания автомобилей.

Преимущества тиристора

К достоинствам тиристора можно отнести:

• Низкая стоимость.
• Можно защитить с помощью предохранителя.
• Может работать с большим напряжением / током.
• Возможность управления питанием переменного тока.
• Очень легко управлять.
• Легко включается.
• Тиристор GTO или Gate Turnoff имеет высокий КПД.
• Работает меньше времени.
• Тиристорные переключатели могут работать с большой частотой.
• Требуется меньше места по сравнению с механическими переключателями.
• Может использоваться для надежных операций.
• Стоимость обслуживания тиристора намного меньше.
• Очень проста в использовании для сложных задач управления.
• Пропускная способность очень хорошая.
• Может использоваться как генератор в цифровых схемах.
• Может подключаться параллельно и последовательно для обеспечения электронного управления на высоких уровнях мощности.
• Тиристоры проводят ток только в одном направлении.
• Может использоваться в качестве защитного устройства, как предохранитель в линии электропередачи.

Недостатки тиристора

• К недостаткам тиристора можно отнести:
• Невозможно использовать для более высоких частот.
• В цепи переменного тока тиристор должен включаться каждый цикл.
• SCR требует времени для включения и выключения. Это вызывает задержку или повреждение груза.
• Он может останавливать двигатель при подключении, но не может удерживать его в неподвижном состоянии.
• Скорость отклика тиристора очень низкая.
• Не очень полезен в цепях постоянного тока, так как тиристор нельзя отключить, просто сняв привод затвора.
• Низкий КПД.
• Ток фиксации и удержания больше в тиристоре GTO.
• Возможность обратной блокировки напряжения меньше, чем возможность прямой блокировки.
• Надежность тиристора TRIAC меньше, чем SCR.
• TRIAC имеют более низкий рейтинг du / dt по сравнению с SCR.

  Также читают:
  Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества
Понижающий трансформатор - принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки
Постоянная память (ПЗУ) - работа, типы, применение, преимущества и недостатки 

Что такое тиристор? Определение, типы, работа, характеристика и применение тиристора

Определение : Тиристор (SCR) – это полупроводниковое устройство, которое выполняет как переключение, так и выпрямление.Это 4-слойное устройство с 3-мя переходами, образованное комбинацией чередующихся полупроводниковых материалов p- и n-типа.

Тиристор – это слово, образованное слиянием тиристора атрона и транс истора . Поскольку он демонстрирует выпрямляющее действие тиратрона, а также управляемость, как у транзистора. Это трехконтактное устройство: анод, катод и затвор. Для проведения проводимости необходим пусковой импульс затвора. Однонаправленность – важнейшее свойство тиристора.Это означает, что он позволяет току течь просто в одном направлении.

Хотя существует большая классификация тиристоров, тем не менее, SCR ( S ilicon C управляемый R ectifier) ​​считается наиболее важным элементом, принадлежащим к семейству тиристоров. Таким образом, SCR обычно называют тиристором.

Обозначение тиристора

На рисунке ниже представлено символическое изображение тиристора (SCR):

Его символ почти аналогичен символу обычного диода, но единственная вариация, присутствующая здесь, – это наличие клеммы затвора, которая используется для запуска схемы.Как мы уже обсуждали, это трехконтактное устройство, которое включает в себя анодный вывод, катодный вывод вместе с выводом затвора.

Типы тиристоров

Ниже представлены устройства, относящиеся к семейству тиристоров:

Конструкция тиристора

Тиристор представляет собой 4-слойное устройство с 3-мя переходами, которое в основном состоит из кремния в качестве основного материала. Его конструкция почти напоминает обычный транзистор. Но, в отличие от транзистора, он состоит из 4 слоев.Он образован путем соединения двух транзисторов разной конфигурации. Это означает комбинацию одного транзистора PNP и одного транзистора NPN.

На рисунке ниже представлена ​​структура тиристора, имеющего четыре слоя, т.е. P-N-P-N:

.

Здесь самая нижняя p-область представляет анод, а самая верхняя n-область показывает катодный вывод. Эти две области образуют соединение с катодом и анодным выводом с помощью молибденовых пластин. Таким образом, мы получаем 4-х слойную структуру, состоящую из 3-х стыков.Как мы уже говорили, это переключающее устройство, и мы знаем, что переключающее устройство должно обладать очень малым током утечки. Кроме того, кремний имеет меньшее значение тока утечки, чем германий, поэтому он используется при изготовлении SCR.

Тиристор рабочий (работа)

Тиристор (SCR) состоит из двух полупроводниковых материалов p и двух n-типа, таким образом формируя четырехслойную структуру.

На рисунке ниже представлена ​​аналогия с двумя транзисторами или, можно сказать, упрощенная форма тиристора:

Здесь на приведенном выше рисунке ясно показано, что коллектор транзистора первой конфигурации действует как база для второй.Точно так же коллектор второй конфигурации тиристора функционирует как база для первой.

Имеет в основном 3 режима работы, что позволяет нам двигаться дальше, чтобы иметь четкое представление о том, как работает тиристор.

Когда анодная клемма устройства соединена с положительной клеммой батареи, а катод образует соединение с отрицательной клеммой батареи. Затем из-за этого переход J ₀ и J ₂ становится смещенным в прямом направлении, но в то же время это прямое соединение делает переход J ₁ смещенным в обратном направлении.На рисунке ниже четко показано это прямое соединение:

Благодаря прямому смещению разветвитель J ₀ и J ₂ допускает перемещение носителей. Но промежуточный переход J ₁ из-за обратного приложенного потенциала создает широкую область обеднения и блокирует поток основных носителей через нее. Однако через устройство протекает очень небольшой ток утечки из-за движения неосновных носителей. Но этого тока недостаточно для управления схемой.Таким образом, несмотря на наличие прямого напряжения, устройство не проводит. Это известно как режим прямой блокировки или выключенный режим.

Следующее состояние возникает, когда анодный вывод тиристора соединен с отрицательным выводом батареи, а катод соединен с положительным выводом батареи.

Это приводит к обратному смещению перехода J ₀ и J ₂ , но в то же время из-за такого питания переход J ₁ переходит в состояние прямого смещения.Таким образом, смещенный в обратном направлении переход J ₀ и J ₂ не позволяет протеканию тока. Следовательно, через устройство протекает очень небольшой обратный ток, то есть ток утечки. Это состояние устройства известно как режим обратной блокировки или состояние выключения.

Далее фактический режим работы тиристора возникает при подаче на него внешнего управляющего импульса. Здесь на анод и затвор по отношению к катоду подается достаточное положительное напряжение.

На приведенном выше рисунке мы можем ясно видеть, что прямое напряжение подается на вывод затвора по отношению к выводу катода. Теперь, в этом случае, разветвление J ₀ , J ₁ и J ₂ все находится в состоянии прямого смещения. Таким образом, основные носители начинают уходить в коллекторную область транзистора Q ₁ . А как известно, коллектор Q ₁ образует соединение с базой транзистора Q ₂ . Этот базовый ток управляет транзистором Q ₂ .Кроме того, переход смещен в прямом направлении, поэтому большинство носителей дрейфуют к коллектору Q ₂ . Таким образом, через устройство протекает большой ток. Таким образом, при подаче импульса запуска затвора через тиристор протекает большой электрический ток. Это состояние называется режимом прямой проводимости .

Теперь, даже если мы уберем напряжение затвора, это кумулятивное действие также будет иметь место, и ток будет течь через устройство, когда достигнет минимального значения. Этот минимальный ток известен как , ток фиксации .

Теперь возникает вопрос, что нужно сделать, чтобы тиристор выключился, когда он включился?

Итак, ответ на поставленный выше вопрос заключается в уменьшении анодного тока до минимального значения, которое называется удерживающим током . Таким образом, снижение анодного напряжения снова переведет тиристор в режим прямой блокировки.

Характеристическая кривая тиристора

На рисунке ниже представлена ​​характеристическая кривая тиристора:

Здесь на рисунке четко показаны 3 зоны работы тиристора.Как и в случае прямого приложенного напряжения первоначально, когда импульс запуска затвора не применяется, устройство работает в области прямой блокировки. Но, поскольку импульс запуска затвора также предоставляется вместе с прямым напряжением, он вызывает большой ток через устройство. Это представляет собой область прямой проводимости.

При наличии обратного напряжения через устройство протекает только обратный ток утечки. Но после определенного обратного напряжения устройство испытывает лавинный пробой, и это напряжение называется напряжением обратного пробоя устройства.

Статическая характеристика тиристора

1. Тиристор – это устройство с токовым управлением . Поскольку большой анодный ток контролируется небольшим значением тока затвора.
2. После подачи запускающего импульса устройство работает как выпрямитель.
3. Даже если подается импульс запуска, устройство не работает в режиме обратного смещения.
4. Если анодный ток один раз превышает ток фиксации, то при снятии импульса затвора тиристор не отключается.
5. Правильная проводимость через устройство имеет место только тогда, когда анодный ток превышает ток удержания.

Применение тиристора

• В системах управления : Они широко используются для управления двигателями переменного и постоянного тока.
• В линиях передачи : Использование тиристоров в линиях передачи улучшает их коэффициент мощности.
• В приложениях переключения : поскольку они обладают огромной способностью переключаться между включенным и выключенным состоянием.Таким образом, в основном используется в коммутационных приложениях.
• В передаче высокого напряжения постоянного тока : Тиристоры теперь стали неотъемлемой частью линий передачи высокого напряжения.

Ключевые термины, относящиеся к тиристору

• Ток фиксации : Ток фиксации – это минимальный ток, который протекает через устройство в состоянии прямого смещения. Как только устройство достигает этого конкретного значения, устройство полностью начинает проводить ток даже после удаления стробирующего импульса.
  Этот ток связан с процессом включения тиристора. Его значение примерно в два или три раза превышает ток удержания.
• Ток удержания : Ток удержания – это минимальный ток, который протекает через устройство в прямом направлении, но ниже этого конкретного значения устройство прекращает проводить. Этот ток связан с отключением процесса тиристора.

Тиристоры из-за их переключающего действия и выпрямительной способности широко используются в силовых полупроводниковых устройствах.Они в основном используются в релейных и фазовых системах управления.

Тиристоры (SCR)

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Распознать типичные пакеты SCR:
• Опишите типичную конструкцию SCR:
• Ознакомьтесь с типичными схемами характеристик SCR:
• Ознакомьтесь с соображениями безопасности при демонстрации SCR.

Тиристорные блоки (SCR)

Рис. 6.0.1 Типичные пакеты SCR

Тиристор – это общее название ряда высокоскоростных переключающих устройств, часто используемых при управлении мощностью переменного тока и переключении переменного / постоянного тока, включая симисторы и тиристоры (выпрямители с кремниевым управлением). SCR – это очень распространенный тип тиристоров, и несколько примеров распространенных корпусов SCR показаны на рисунке 6.0.1. Доступны многие типы, которые могут переключать нагрузку от нескольких ватт до десятков киловатт.Условное обозначение схемы SCR показано на рисунке 6.0.2. и предполагает, что SCR действует в основном как КРЕМНИЙНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ диод с обычными соединениями анода и катода, но с дополнительной клеммой CONTROL, называемой GATE. Отсюда и название выпрямитель с кремниевым управлением.

Триггерное напряжение, приложенное к затвору, когда анод более положительный, чем катод, включает тиристор, чтобы позволить току течь между анодом и катодом. Этот ток будет продолжать течь, даже если триггерное напряжение будет снято, пока ток между анодом и катодом не упадет почти до нуля из-за внешних воздействий, таких как отключение цепи, или форма волны переменного тока, проходящая через нулевое напряжение как часть его цикл.

Рис. 6.0.2 Типовое обозначение конструкции и схемы SCR

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

SCR, в отличие от обычных двухслойных выпрямителей с PN-переходом, состоят из четырех слоев кремния в структуре P-N-P-N, что можно увидеть в разрезе SCR на рис. 6.0.2. Добавление затвора к этой структуре позволяет переключать выпрямитель из непроводящего состояния с прямой блокировкой в ​​состояние с низким сопротивлением и прямой проводимостью (см.также рис.6.0.3). Таким образом, небольшой ток, приложенный к затвору, может включить гораздо больший ток (также при гораздо более высоком напряжении), приложенный между анодом и катодом. Когда SCR проводит, он ведет себя как обычный кремниевый выпрямитель; ток затвора может быть удален, и устройство останется в проводящем состоянии.

SCR приводится в действие путем подачи запускающего импульса на вывод затвора, в то время как выводы основного анода и катода смещены в прямом направлении. Когда устройство смещено в обратном направлении, стробирующий импульс не действует.Чтобы выключить SCR, ток между анодом и катодом должен быть уменьшен ниже определенного критического значения «тока удержания» (близкого к нулю).

Обычно тиристоры применяются в коммутации мощных нагрузок. Они являются переключающим элементом во многих домашних регуляторах освещенности, а также используются в качестве элементов управления в регулируемых или регулируемых источниках питания.

Рис. 6.0.3 Характеристики SCR

SCR Характеристики

На рис. 6.0.3 показана типичная характеристическая кривая для SCR.Видно, что в области обратной блокировки он ведет себя аналогично диоду; весь ток, за исключением небольшого тока утечки, блокируется до тех пор, пока не будет достигнута область обратного пробоя, и в этот момент изоляция из-за истощенных слоев на переходах разрушится. В большинстве случаев обратный ток, протекающий в области пробоя, может разрушить тиристор.

Однако, когда SCR смещен в прямом направлении, в отличие от обычного диода, ток не начинает течь, когда чуть больше 0.При подаче напряжения 6В не течет никакой ток, кроме небольшого тока утечки. Это называется режимом прямой блокировки, который распространяется на сравнительно высокое напряжение, называемое «прямое напряжение переключения». SCR обычно работает при напряжениях, значительно меньших, чем перенапряжение прямого прерывания, поскольку любое напряжение, превышающее перенапряжение прямого прерывания, приведет к неконтролируемой проводимости SCR; затем SCR внезапно показывает очень низкое прямое сопротивление, позволяя протекать большому току.Этот ток «фиксируется» и будет продолжать течь до тех пор, пока либо напряжение на аноде и катоде не упадет до нуля, либо прямой ток не снизится до очень низкого значения, меньшего, чем «ток удержания», показанный на рис. 6.0.3. . Однако прямой разрыв по проводимости может произойти, если SCR используется для управления напряжением переменного тока (например, от сети или сети), и возникает внезапный всплеск напряжения, особенно если он совпадает с пиковым значением переменного тока (или близок к нему). Если SCR случайно переведен в режим прямого прерывания, это может вызвать внезапный, но кратковременный скачок максимального тока, который может иметь катастрофические последствия для других компонентов в цепи.По этой причине часто обнаруживается, что в SCR есть какой-либо метод подавления выбросов, включенный либо в конструкцию SCR, либо в качестве внешних компонентов, обычно называемых «демпфирующей схемой».

Правильный способ инициирования включения SCR – это подать ток на затвор SCR, пока он работает в «области прямой блокировки», затем SCR «срабатывает», и его прямое сопротивление падает до очень высокого уровня. низкая стоимость. Это создает «ток фиксации», который из-за низкого прямого сопротивления SCR в этом режиме позволяет очень большим (несколько ампер) токам протекать в «прямой проводящей области» без каких-либо изменений прямого напряжения (примечание что характеристическая кривая после срабатывания тринистора практически вертикальна).В этой области будет протекать ток, который может изменяться, но если прямой ток упадет ниже значения «удерживающего тока» или напряжение между анодом и катодом уменьшится почти до 0 В, устройство вернется в свою зону прямой блокировки, эффективно поворачивая выпрямитель. выключен, пока он не сработает еще раз. Использование затвора для запуска проводимости таким образом позволяет управлять проводимостью, что позволяет использовать SCR во многих системах управления переменного и постоянного тока.

Рис. 6.0.4 Двухтранзисторная модель SCR

Как работает SCR

Модель с двумя транзисторами SCR

Фактическую работу SCR можно описать, обратившись к рис.6.0.4 (a) и (b), где показаны упрощенные схемы структуры SCR с помеченными P- и N-слоями и переходами. Чтобы понять работу SCR, четыре уровня SCR теоретически можно представить как небольшую схему, состоящую из двух транзисторов (один PNP и один NPN), как показано на рис. 6.0.4 (b). Обратите внимание, что слой P2 образует как эмиттер Tr1, так и базу Tr2, а слой N1 формирует базу Tr1 и коллектор Tr2.

Состояние «выключено»

На рис.6.0.4 (c), при отсутствии сигнала затвора и затворе (g) с тем же потенциалом, что и катод (k), любое напряжение (меньше, чем перенапряжение прямого размыкания), приложенное между анодом (a) и катодом (k ), так что анод положительный по отношению к катоду не будет создавать ток через SCR. Tr2 (NPN-транзистор) имеет 0В, приложенное между базой и эмиттером, поэтому он не будет проводить, и поскольку его напряжение коллектора обеспечивает базовое возбуждение для Tr1 (PNP-транзистор), его переход база / эмиттер будет смещен в обратном направлении.Таким образом, оба транзистора выключены, и между анодом и катодом SCR не будет протекать ток (за исключением небольшого обратного тока утечки), и он работает в области прямой блокировки.

Запуск SCR

Когда SCR работает в области прямой блокировки (см. Характеристики SCR на рис. 6.0.3), если затвор и, следовательно, база Tr2, см. Рис. 6.0.4 (c), становятся положительными по отношению к катоду (также эмиттер Tr2) путем применения стробирующего импульса, так что небольшой ток, обычно от нескольких мкА до нескольких мА в зависимости от типа тринистора, вводится в базу Tr2, Tr2 включается и напряжение на его коллекторе падает.Это вызовет протекание тока через PNP-транзистор Tr1 и быстрое повышение напряжения на коллекторе Tr1 и, следовательно, на базе Tr2. Базовый эмиттерный переход Tr2 станет еще более смещенным вперед, быстро включив Tr1. Это увеличивает напряжение, прикладываемое к базе Tr2, и сохраняет проводимость Tr2 и Tr1, даже если исходный стробирующий импульс или напряжение, которые запустили процесс включения, теперь удаляются. Теперь между слоями анода P1 (a) и катода N2 (k) будет протекать большой ток.

Сопротивление между анодом и катодом падает почти до нуля Ом, так что ток SCR теперь ограничивается только сопротивлением любой цепи нагрузки.Описанное действие происходит очень быстро, поскольку включение Tr2 с помощью Tr1 является формой положительной обратной связи, когда каждый коллектор транзистора подает большие изменения тока на базу другого.

Поскольку коллектор Tr1 подключен к базе Tr2, действие включения Tr1 фактически подключает базу Tr2 (вывод затвора) к высокому положительному напряжению на аноде (a). Это гарантирует, что Tr2 и, следовательно, Tr1 остаются проводящими, даже когда стробирующий импульс удален. Чтобы выключить транзисторы, напряжение на аноде (a) и катоде (k) должно иметь обратную полярность, как это произошло бы в цепи переменного тока в то время, когда положительный полупериод волны переменного тока достигал 0 В, прежде чем стать отрицательным. на вторую половину цикла или в цепи постоянного тока ток, протекающий через тиристор, отключается.В любом из этих случаев ток, протекающий через тиристор, будет снижен до очень низкого уровня, ниже уровня удерживающего тока (показанного на рис. 6.0.3), поэтому переходы база-эмиттер больше не имеют достаточного прямого напряжения для поддержания проводимости.

Рис. 6.0.5 Низковольтное питание SCR

Демонстрация работы SCR

Поскольку SCR обычно используются для управления мощными высоковольтными нагрузками, это представляет значительный риск поражения электрическим током для пользователей в любых экспериментальных или образовательных средах.Однако схемы, описанные на следующих веб-страницах Модуля 6, предназначены для демонстрации различных методов управления, используемых с тиристорами с использованием переменного тока низкого напряжения (12В _RMS ), как показано на рис. 6.0.5, вместо того, чтобы подвергать пользователя опасностям. использования сетевого (линейного) напряжения. Обратите внимание, что схемы, показанные в этом модуле, предназначены только для демонстрации низкого напряжения, а не как рабочие схемы управления для сетевых (линейных) цепей. Для реальных рабочих примеров вы должны обратиться к инструкциям по применению, выпущенным производителями SCR.

Часть схемы, содержащая SCR (SCR C106M), вместе с токоограничивающим резистором 33R и лампой 12 В 100 мА, сконструирована на небольшом куске Veroboard (прототипной платы), который можно легко прикрепить к макетной плате с помощью ‘Blu Tack ‘или аналогичный временный клей, позволяющий экспериментально конструировать различные схемы управления на макетной плате. На SCR подается переменный ток через двухполюсный переключатель и изолирующий трансформатор с 230 В на 12 В (идеален небольшой медицинский изолирующий трансформатор) с предохранителем 250 мА во вторичной цепи, все они размещены в коробке с двойной изоляцией.

Рис. 6.0.6 Цепи питания низковольтного тиристора

Мостовой выпрямитель находится в отдельном изолированном корпусе с резистором с проволочной обмоткой 1K8, подключенным к выходу, чтобы обеспечить постоянную нагрузку. Это гарантирует, что формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямленного выхода 12 В могут быть надежно отображены на осциллографе. Эти отдельные схемы, показанные на рис. 6.0.6, просто сконструированы и представляют собой полезный набор для демонстрации и экспериментов с различными типами SCR или работы источника питания при низком напряжении.

44. Поведение тиристоров / симисторов ｜ Chip One Stop

Оба являются выпрямительными устройствами для управления мощностью.
Симистор – это устройство с двунаправленным управлением, а тиристор – одиночный
направление контролируется.

Основные характеристики тиристора

Тиристор (Thyristor) – это полупроводниковый выпрямительный элемент с тремя выводами, который может проводить между анодом (A) и катодом (K), отводя ток затвора от затвора (G) к катоду (K).Он называется SCR (кремниевый выпрямитель). Принятая структура представляет собой структуру pnpn, которая ламинирует полупроводник в порядке p-типа, n-типа, p-типа и n-типа. Элемент, который выводит вывод затвора из полупроводника p-типа, называется продуктом затвора p, а элемент, который выводит вывод затвора из полупроводника n-типа, называется продуктом n затвора. В принципе, это эквивалентно многократной схеме, в которой транзистор pnp сочетается с транзистором npn, как показано на рисунке.Давайте посмотрим на подробную операцию. Проводимость продолжается, как есть, когда определенный ток течет от затвора путем проведения (включения) между анодом и катодом. Необходимо уменьшить ток между анодом и анодом, меньший или равный постоянному значению, чтобы остановить (повернуть on) проводящее состояние. Сохранение таких характеристик после переключения в проводящее состояние используется как необходимость поддержания проводящего состояния до тех пор, пока транзитный ток не станет нулевым (0).

Симистор

Хотя тиристор является элементом для управления выключением / включением в одном направлении, и именно этот элемент является симистором (TRIAC), который улучшает это так и делает возможным двухстороннее управление выключением / включением.Симистор – это элемент, обеспечивающий двустороннее протекание электрического тока путем встречно-параллельного соединения двух тиристоров. Однако на самом деле это монолитная структура, как показано на рисунке, а не просто состоящая из соединения двух тиристоров. Кроме того, Triac (TRIAC) – это сокращение от Triode AC Switch, которое является названием продукта, когда US General Electric (General Electric) Co . продан на рынке как пионер в 1964 году.

Максимальный номинал тиристора

Терминология	Символ	Блок	Пояснение
Повторяющееся пиковое напряжение в выключенном состоянии		В	Максимальное значение напряжения, повторяющееся между A-K
Пиковое повторение обратного напряжения		В	Максимальное значение обратного напряжения, повторяющееся между A-K
Неповторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии		В	Неповторяющееся максимальное значение напряжения между A-K
Пиковое неповторяющееся обратное напряжение		В	Неповторяющееся максимальное значение обратного напряжения между A-K
Среднее по текущему		А	Средний ток включения, который может потребляться непрерывно
RMS прямой ток		А	Постоянно отображаемое действующее значение тока включения
Пиковое рассеивание затвора		Вт	Максимальное мгновенное значение потребления электроэнергии воротами
Средняя потеря мощности затвора		Вт	Среднее значение допустимой потребляемой мощности затвора

Электрическая характеристика тиристора

Терминология	Символ	Блок	Пояснение
Пиковое прямое напряжение затвора		В	Пиковое напряжение прямого затвора между затвором и катодом.
Пиковое обратное напряжение затвора		В	Пиковое напряжение обратного затвора между G-K
Пиковый прямой ток затвора		А	Пиковый прямой ток затвора между G-K
Пиковое напряжение		В	Максимальное значение напряжения, приложенного между A-K в состоянии ВКЛ.
Напряжение срабатывания затвора		В	Минимальное напряжение затвора для включения
Ток срабатывания затвора		А	Минимальный ток затвора для включения

Полупроводники: тиристоры и др.

В Основа современной электроники

1.) Основы
2.) Важные полупроводниковые приборы
2.a) Регулировка мощности: тиристоры: тиристоры, симисторы, диоды
2.b) Другое применение: диоды, транзисторы
3.) Материалы
4.) Хронология истории
5.) Рекомендуемые Пионеры

1.) Основы

Что такое полупроводник?
Полупроводниковые материалы – это материалы, которые позволяют электричеству проходят за счет потока электронов.Напротив, нормальные проводники имеют ионная проводимость. Различные элементы являются полупроводниками. Один из Первым экспериментировали с германием (Ge) (элемент № 32). Кремний и галлий – более известные полупроводники сегодня.

Полупроводники настолько универсальны в применении благодаря способности люди, чтобы точно контролировать, как эти материалы проводят электричество: контролируя размер кристалла элемента и легируя его, можно добиться желательно резистивно.
Допирование представляет собой введение определенных примесей в чистый образец полупроводник для достижения желаемых свойств. Легирование полупроводника на высоких уровнях заставляет материал действовать больше как проводник, это называется дегенеративным. Слаболегированный полупроводник называется примесью. Существует множество методов легирования материалов, и это очень сложный процесс. Область исследования.

Чтобы понять p-n-переходы и полупроводники лучше, вам нужно будет вложить хорошие деньги количество времени на лекции, это не простое явление и слишком долго рассказывать здесь.Посмотрите 59-минутную вводную лекцию в Solid состояние (полупроводники) от ITT Мадрас здесь.

Будущее:
Полупроводники являются основой бытовой электроники сегодня и будут продолжать быть жизненно важным на долгое время. Технологии, которые заменят многие полупроводники Электроника будет состоять из электроники на основе углеродных нанотрубок и искусственных алмазов. В военные и НАСА используют алмазы вместо кремниевых пластин, потому что они менее подвержены повреждать вредными лучами в космосе.Твердотельная технология, используемая в нашей электросети и электроника подвержена повреждениям во время солнечных вспышек или других электромагнитных импульсов События.

Строительство:
Полупроводник устройства состоят из одного или нескольких p-n переходов. На рисунке ниже вы увидеть простой полупроводниковый прибор, состоящий из монокристалла арсенид галлия. Область n может быть легирована теллуром, а p область может быть легирована цинком.Есть много материалов, которые можно используется для допинга. У нас есть видео о том, как это работает.

Важно Полупроводниковые приборы:

2.a) Мощность Кондиционирование: тиристоры: тиристоры, симисторы и диоды

(контроль и манипулирование силы для выполнения данной работы):

Тиристоры – – семейство полупроводниковых устройств, выполняющих множество задач.это используется в передаче энергии постоянного тока высокого напряжения и содержит не менее 4 слоев полупроводниковых слоев n- и p-типа (устройство PNPN). SCR, диаки и симисторы представляют собой разновидности тиристоров.

Исправление – пропускание тока только в одном направлении. Диоды и тиристоры бывают выпрямители.

SCR – Выпрямитель с кремниевым управлением – Одно устройство, которое может выполнять эту работу реле, переключателя, автоматического выключателя, магнитного усилителя и многих других более.SCR – это управляемый полуволновой выпрямитель. Он используется с мощность переменного тока средней и высокой мощности – от диммеров лампы до управления двигателем к передаче энергии.

SCR позволяет ток должен идти только в одном направлении, как диод, за исключением того, что он только позволяет току проходить, когда он находится на желаемом уровне. Диод позволяет протекать всему току, пока анод остается положительным.

SCR либо “включено” или “выключено”.Когда ток подается на один конец, он повышается, когда он достигает заданного значения, разрешается проходить через устройство. Когда ток падает ниже «удерживающего тока» SCR полностью блокирует ток. Когда ток меняет направление на противоположное, SCR блокирует это как хорошо.

Детали:

Анод – (+) ток течет с этой стороны, электроны выходят с этой стороны
Катод – (-) ток течет с этой стороны.
Gate – устройство может быть включено или выключено калиткой

Вы можете увидеть что, контролируя значение, когда ток заблокирован, форма волны нарезан. Допуская пропускание меньшего тока, вы можете уменьшить количество мощности, идущей к электродвигателю, замедляя его. Еще одна вещь вы можете преобразовать переменный ток в постоянный, например, на интерфейсе, где Электроэнергия переменного тока соответствует линии электропередачи HVDC.

Это был улучшение того, что механические или ртутные выключатели дуги приводят к дуга образуется при физическом сближении двух проводников.Эта дуга может вызвать опасный скачок напряжения, который может повредить чувствительную электронику. Еще одно улучшение состоит в том, что SCR предотвращает утечку тока. через, когда он в выключенном состоянии. Это устройство было одним из самых важные ранние разработки в электронике. Впервые построен Бобом Hall в GE, на основе рудиментарной работы устройств PNPN в Bell Labs.

Симистор – Используется как триггер для SCR.Подобен SCR, за исключением того, что он может сделать полное выпрямление волны. Концепция, разработанная Биллом Гуцвиллером и построенная Гордон Холл (GE) (1957). Подробнее о симисторах здесь>

Diac – (Диод переменного тока). Как SCR, за исключением того, что он работает в обоих направлениях. Он не проводит до тех пор, пока не появится напряжение отключения. отпускается, затем он проводит до тех пор, пока ток не упадет ниже определенного порог.Когда полярность меняется, все будет работать так же. опять таки.

Есть несколько видов диак. Силовой диак в Японии называется сидак и был первым использовались в первых диммерах ламп, продаваемых потребителям в США. Этот диак был построен Хатсон из Техаса. Этот диактический диммер позже был заменен на SCR.

Другой сигнальный диод, называемый диаком, представляет собой низковольтное устройство, используемое в основном для затвора. Тиристоры и симисторы, но не способны передавать какую-либо определенную мощность.

Существуют и другие диаки, официально известные как квадрак (комбинация диак-симистор) и генераторы переменного тока. Сегодня устройства сейчас доступны до 3000 ампер и 10 кВ с как минимум 25 различными структурами.

Подробнее о диаках здесь>

2.b) Другое применение: диоды и транзисторы:

Диод – Может быть изготовленным из полупроводников или в виде вакуумной лампы. Имеет низкое сопротивление в одном направлении и высокое сопротивление в другом. Он действует как односторонний клапан в водопроводной трубе (водопровод – хороший аналогия) Он может преобразовывать переменный ток в Постоянного тока, он также используется для обнаружения сигналов VHF, UHF и в качестве измерителя выпрямитель. Первый тип полупроводников был сделан из германия. Применения и типы: туннельный диод, Светодиоды, лазер, и узнайте больше о различных типах диодов>

Вверху: большой старый ВЧ блок питания, используемый для питания микроволновой печи. (предварительно твердое состояние).Эта тяжелая «коробка» имеет длину около 1,5 дюйма (45 см).

Вверху: твердотельный ВЧ источник питания, который выполняет ту же работу. как тяжелый ящик слева. Этот очень легкий и маленький. Твердотельные устройства стабилизации мощности позволяют для гораздо меньших компьютеров и бытовой техники.

Подробнее Приложения и устройства:
Слишком много приложений материала, чтобы перечислить, однако вы можете щелкнуть следующие ссылки, чтобы просмотреть соответствующие страницы и видео на веб-сайт Технического центра Эдисона.

3.) Материалы:

Узнайте о многих материалах Периодической таблицы, которые являются полупроводниками:

Германий
Кремний
Индий
Галена
Подробнее

Видео ниже: основы создания интегральных схем на кремниевых пластинах (часть нашей серии «Медь» в нашей серии «Электрический мир»).

4.) История:

Основные события и даты:

1906 – Первый полупроводниковый прибор: ‘Cat’s Разработан детектор Whisker – в нем используется провод, тесно контактирующий с Galena
. 1925 – Идея полевого транзистора, разработанная Джулиусом Эдгаром Лилиенфельдом, но он не мог построить рабочую модель из-за некачественных материалов.
1934 – Oskar Heil также разрабатывает полевой транзистор
1947 – Бардин и Браттейн открывают эффект усиления в германии. в Bell Labs. Это первый точечный транзистор
1948 – Точечный транзистор также независимо обнаружен в Германии
1949 – Вернер Якоби создает первую «интегральную схему». из 5 транзисторов
1953 – Первый транзистор, коммерчески проданный компанией Philco
1954 – Первый кремниевый транзистор, сделанный Texas Instruments.
1955 – Первый все транзисторные автомобильные радиоприемники производства Philco
Вверху: Боб Холл (слева) и Сол Душман смотрят большой сингл кристалл германия в General Electric.Работа Холла привела к значительным улучшениям в транзистор, тем временем в тех же лабораториях GE вакуумные лампы были заменены из хрупких больших стеклянных трубок на керамические прочные цилиндры размером с горошину. Руководство GE решило отложить свое ожидание в пользу новых небольших электронных ламп. Колокол Лаборатории в конечном итоге выиграли в этой битве, заменив лампы на твердотельные.

1956 – Первые коммерческие тиристоры доступный

1957 – Гордон Холл и Фрэнк У.(Билл) Гуцвиллер разрабатывает SCR (кремниевый выпрямитель). в General Electric. Гуцвиллер нарисовал идею на бумаге, пока Холл ее строил, и, по мнению некоторых, заслуживает похвалы. Гордон Холл на объекте Клайд отдела полупроводниковой продукции был оспорен своего менеджера Рэя Йорка, чтобы проверить, сможет ли он использовать SCR, о котором на тот момент только предполагалось. Он был успешным однако Боб Муни (патентный поверенный) считал, что защита заявки будет стоить очень дорого. что это не будет чем-то, что СДПГ может себе позволить.

Обратите внимание, что многие люди помогли разрабатывают эту технологию в Bell Labs и General Electric. Ник Холоньяк и Дик Олдрич покинули Bell Labs и были отправлены в лабораторию Advanced Semiconductor Lab в GE Syracuse под направление Харриса Салливана. Как и в случае с МРТ и другими технологиями, есть Было много споров по поводу того, кто изобрел устройство. “Билл [Гуцвиллер] был менеджером Application Engineering и предположил, что было бы замечательно иметь выпрямитель с управляющий электрод.Но такие предложения не являются изобретением и не сводятся к упражняться.”

1958 – Texas Instruments создает первую настоящую «интегральную схему». состоящий из одного куска полупроводникового материала с несколькими компонентами внутри него.

1960 – Первый МОП – транзистор полевой металл-оксид-полупроводник

5.) Рекомендуемые Пионеры:

Колокол Лаборатории:
Джон Бардин (транзистор)
Уильям Шокли (транзистор)
Уолтер Браттейн (транзистор)
Фред Зейтц (физика твердого тела)
Гордон Тил и Морган Спаркс – разработал метод двойного легирования германия

.

Джон Молл – переключатель PNPN (свинцовый в SCR)
Карл Фрош – обнаружил маскирующий диоксид кремния
Моррис Таненбаум –

Со временем сюда будут добавлены другие имена

Общие Электрический:
Роберт Н.Холл – полупроводниковый лазер, Транзисторы, SCR, изобрели процесс диффузии сплава. Schenectady
Закажите с ним полное видео-интервью. Показать # T007. Пожертвовать чтобы получить это на DVD.
William Dunlap –
Crawford Dunlap – легирование германием, улучшение процесса диффузии сплава

Николай Холоняк – красный светодиод, Симисторные, металлические тонкопленочные технологии. (также работал в Bell Labs). Сиракузы

Ричард Олдрич – Triac.Сиракузы
Ray York – Triac. Syracuse
Finis Gentry – симистор. Сиракузы

Берни Бедфорд – SVC – Статический Компенсатор VAR. Schenectady
Билл Гуцвиллер – изобретатель симистора, SCR – кремниевого выпрямителя. Clyde

John Harnden Jr. – GEMOV – Металлооксидный варистор и кондиционирование питания, SCR. Скенектади.
Билл Моррис – GEMOV – Металлооксидный варистор. Schenectady
Fracois Martzloff – GEMOV
Joe Wong – GEMOV
William Kornrumpf – SCRs.Скенектади

John Saby – соединение из сплава Транзистор – Syracuse
Addison Sheckler – улучшенные диоды с помощью методов кристаллизации – Сиракузы
Джерри Суран – Двойной базовый диод. Сиракузы

RCA:

Жак Панков – переход из сплава транзистор

Texas Instruments:

Гэри Питтман (Первый светодиод, инфракрасный)
Bob Biard (Первый светодиод, инфракрасный)

Monsanto:

Джордж Крэфорд (желтый светодиод)

Другое Компании / университеты:

Сюдзи Накамура (синий светодиод)

Подробнее о Изобретатели светодиодов

Роберт Нойс – симистор
Вернер Якоби

Рекомендуемые видеоролики по истории полупроводников:

GE Semiconductor Business, устная история с доктором.Оливер Винн – Бывший менеджер микропроцессорного подразделения General Electric

Связанные темы:

Статья M.W. & J.Harnden

Источники:

Полупроводник Исследования и разработки в General Electric , Марк П.Д. Burgess
Видео-интервью с Робертом Холлом , Технологическим центром Эдисона. 2008. Выставка # T007
светодиодов и OLED, Edison Tech Center.2012
Википедия: Транзисторы, диоды, симисторы
Оливер Винн – инженер-электрик
Теория биполярных транзисторов Чака МакМаниса. 2003.

.