Тиристорный ключ – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Тиристорный ключ
Cтраница 1
Тиристорный ключ Г / С, так же как и тиристорный регулятор напряжения ТРИ, при анализе работы двигателя в электроприводе можно считать практически безынерционным. [2]
Тиристорные ключи используются для управления бесконтактным реверсивным пускателем. [3]
Тиристорный ключ состоит из двух встречно включенных тиристоров. В зависимости от рабочего напряжения ключа используется последовательное соединение нескольких относительно низковольтных тиристоров в каждом плече. [4]
Тиристорный ключ ТК изображен на схеме в виде переключателя с последовательно включенным диодом. [6]
Такие тиристорные ключи являются основой однофазных и трехфазных коммутирующих устройств.
Сопротивление тиристорного ключа в открытом состоянии определяется остаточным напряжением [ / ОСт, измеренным при протекании максимального прямого тока / прмакс, который задается исходя из максимально допустимой мощности рассеивания на тиристоре Рмакс. [9]
Работа тиристорного ключа аналогична работе синхронного прерывателя, включенного между источником питания и нагрузкой. Фазовый угол в момент включения тиристора, называемый углом регулирования а, определяет выходное напряжение. [10]
Схема тиристорного ключа, приведенная на рис.
10.2, б, может работать в режиме триггера.
[11]
К тиристорным ключам с коммутацией тока нагрузки в цепь управления относятся GCT-приборы и индукционные тиристоры. [12]
Управление тиристорными ключами осуществляется импульсами с высокой частотой, создаваемыми блокинг-генераторами, которые возбуждаются в зависимости от сигнала регулятора. [13]
Микросхемы представляют собой тиристорный ключ. [14]
На работу тиристорного ключа, а следовательно, и всех тиристорных импульсных схем определяющее влияние оказывают переходные процессы включения и выключения в четырехслойной р-п-р-п структуре. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
Тиристорные коммутаторы переменного тока | Электротехника
Для коммутации силовых цепей переменного тока используются преимущественно тиристоры.
Они способны пропускать большие токи при малом падении напряжения, включаются сравнительно просто подачей на управляющий электрод маломощного импульса управления. При этом их основной недостаток – трудность выключения – в цепях переменного тока не играет роли, так как переменный ток обязательно два раза за период проходит через нуль, что обеспечивает автоматическое выключение тиристора.
Схема однофазного тиристорного ключа приведена на рис. 8.7. Импульсы управления формируются из анодных напряжений тиристоров.
Если на аноде тиристора Д1 положительная полуволна напряжения, то при замыкании ключа К через диод ДЗ и резистор К пройдет импульс тока управления тиристором Д1. В результате тиристор Д1 включится, анодное напряжение упадет почти до нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор останется в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль. В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор Д2.
Пока ключ К будет замкнут, тиристоры будут автоматически поочередно включаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке.
Такие тиристорные ключи являются основой однофазных и трехфазных коммутирующих устройств.
В качестве примера рассмотрим тиристорный контактор переменного тока с управлением от анодного напряжения.
Особенность полупроводниковых коммутационных устройств состоит в том, что они без принципиальных изменений в силовой части могут выполнять различные функции. Так, тиристорный блок, выполненный по схеме на рис. 8.5, одинаково успешно может работать и в качестве контактора, и в качестве выключателя. Только заменой тиристоров (изменяется тип, класс по напряжению или группа прибора по динамическим параметрам) обеспечивается расширение области применения аппаратов по току или напряжению. Существенно можно повлиять на работу схемы и с помощью системы управления, что будет показано на примере работы тиристорного контактора (рис.
8.8).Силовой блок контактора выполнен по схеме с встречно-параллельным соединением тиристоров VS1 и VS2.
Управление им осуществляется с помощью цепи, состоящей из резисторов R1, R2, R3 и механического контакта S. Эта цепь подключена параллельно тиристорам, поэтому при замкнутом ключе S напряжение на ее элементах, и в частности на резисторах R1 и R3, изменяется синхронно с анодным напряжением на тиристорах. А так как эти резисторы подключены параллельно управляющим цепям тиристоров, то напряжение одной полярности одновременно нарастает и на аноде тиристора, и на его управляющем электроде.Если это напряжение является положительным, например, по отношению к тиристору VS1, и снимаемое с резистора R1 напряжение превышает значение отпирающего напряжения, тиристор VS1 включается. При изменении полярности напряжения таким же образом происходит включение тиристора VS2.
Диоды VD1 и
Регулируемый резистор R2 в управляющей цепи выбирается из условия ограничения амплитуды импульса тока управления до допустимого для используемых тиристоров значения. Учитывая, что контакт S может быть замкнут в интервале полупериода в любой момент времени, в том числе и в момент достижения напряжением сети амплитудного значения Um, сопротивление резистора определяем из выражения
,
где RG – собственное сопротивление управляющей цепи тиристора.
Изменением сопротивления резистора R2 можно управлять током во входных цепях тиристоров и, следовательно, моментом включения их по отношению к началу полупериода напряжения (рис. 8.9). В результате контактор становится способным выполнять еще одну функцию – регулирование тока в нагрузке.
Зависимости изменения напряжения на активной нагрузке и тока в ней от угла a для рассматриваемой схемы определяются выражениями
при
Минимальный угол задержки включения тиристоров при активной нагрузке a » 2°. Это объясняется тем, что все тиристоры имеют порог чувствительности по управляющей цепи, и, кроме того, изменяющееся по синусоидальному закону анодное напряжение тоже должно превысить пороговое значение, по крайней мере, в два раза.
Эти факторы приводят к появлению бестоковых пауз в кривой тока нагрузки (tп
При необходимости углы задержки включения тиристоров выравнивают регулированием токов управления посредством изменения сопротивления подстроечных резисторов R1 и R3 (рис. 8.8).
Тиристоры, тиристорные ячейки, модули и контроллеры в управлении реактивной мощностью.
Анонс: Полупроводниковые ключи в сетях низкого напряжения. Тиристоры, тиристорные ячейки, модули и контроллеры. Тиристорные модули и контроллеры в управлении реактивной мощностью.
Силовые сети низкого (до 1 кВ) напряжения промышленных, непромышленных объектов, инфраструктуры ПГТ, городов, мегаполисов сегодня фактически построены на электроприводах, потребляющих более 60% всей генерируемой энергии. В свою очередь управление, как электроприводом, так и техническими средствами компенсации реактивной мощности, позволяющими экономить до 30% объема энергопотребления, осуществляется с помощью схем на полупроводниковых приборах – диодах, транзисторах, тиристорах и их модификациях.
По факту полупроводники служат бесконтактными «бездуговыми» переключателями, постепенно вытесняющими с рынка электромеханические (электромагнитные) контакторы, лучшие версии которых способны работать только в простейшем режиме коммутации «включено-выключено» и имеют реальный срок службы от нескольких месяцев до пары лет (см. подробнее о сроках службы и интенсивности отказов компонентов силовой электроники в серии статей компании «Миркон» здесь)
Справка: Значение полупроводниковых ключей для увеличения надежности, долговечности и энергопотребления силовых сетей сложно переоценить и еще в 60-х годах по инициативе ФТИ им. Иоффе, ВЭИ им. Ленина и при поддержке саранского завода «Электровыпрямитель» был заложен фундамент отрасли силовое полупроводниковое приборостроение. В действительности Советский Союз лидировал в разработке полупроводников на базе монокристаллического кремния буквально с момента появления первого биполярного транзистора (Bipolar Power Transistor – ВРТ) в 1948 году, Silicon Controlled Rectifier или SCR-тиристора в 1952, силового полупроводникового диода в 1954 и далее с 1960 по 90-е годы прошлого века – GTO-тиристора, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) и IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) транзисторов, GCT (Gate Commutated Thyristor) и IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) тиристоров.
Тиристоры, тиристорные ячейки, модули и контроллеры.
Предельно упрощенно тиристор – проводит ток в одном направлении, открывается и запирается подачей положительного и отрицательного напряжения на управляющий электрод, а для работы в сетях переменного тока тиристоры группируют в ячейки со встречно-параллельным подключением. Ячейки или тиристорные ключи на полууправляемых монополярных тиристорах работают с естественной коммутацией нагрузки (выключение только по силовой цепи при смене полярности напряжения). Тиристорные ключи на биполярных симметричных тиристорах типа GCT или IGCT – с искусственной (принудительной) коммутацией, т.
е. открываются и закрываются по предопределенному алгоритму, основанному на фазовом или широтно-импульсном управлении.
Рис. Принципиальные структурные схемы тиристорных ключей с естественной (сверху) и принудительной искусственной (снизу) коммутацией.
Тиристорный модуль включает наборку тиристорных ключей (ячеек), блоки управления и принудительной коммутации (для полностью управляемых ключей), может быть частью тиристорного (или гибридного релейно-тиристорного) контроллера, полностью автономным (см. здесь) или интегрируемым в контроллеры (см. тиристорные модуля серии TSM от TDK Electronics, DCTL от LOVATO Electric, BEL-TS от BELUK, EXTHARM от Legrand). Тиристорные модуля управляются сигналами с транзисторных выходов логических контроллеров, тиристорный контроллер – самоуправляемый и дополнительно имеет блоки защиты, управления с возможностью программирования, коммутации с информационными сетями АСУ ТП, АИИС и пр.
Тиристорные модули и контроллеры в управлении реактивной мощностью.
С помощью тиристорных модулей или контроллеров обеспечивается долговечное, оперативное и надежное управление, как конденсаторными батареями-ячейками установок компенсации реактивной мощности, так и декомпенсирующими реакторами – Thyristor Controlled Reactor (TCR) и Thyristor Switched Reactor (TSR) (см. более детально о TCR и TSR – реакторах в этом материале)
Управление конденсаторными батареями и реакторами с помощью тиристорных ключей принципиально различается. Для ограничения бросков тока и перенапряжений в конденсаторных батареях тиристорный ключ открывают, когда равны или близкие по амплитуде мгновенное значение напряжения силовой сети и напряжение в месте подключения ячейки, а закрывают при переходе тока в ключе через ноль.
Рис. Принципиальная схема тиристорного ключа одной фазы (слева) и вольтамперная характеристика конденсаторной ступени при управлении тиристорным модулем (справа).
Вместе с тем, при управлении IGCT ключами, как TSR – реакторами, так и конденсаторными батареями можно регулировать генерацию реактивной энергии (емкостного и индуктивного характера) с помощью изменения угла фазы или частотно-импульсной модуляции.
Рис. Фазовое регулирование мощности нагрузки установкой углов включения и выключения тиристорных ключей (слева), пример управления генерируемой мощностью (справа).
Прогрессивными на текущий момент являются комбинированные контроллеры с релейными (контакторными) и тиристорными модулями – разными по настройке для управления конденсаторными батареями и TSR (TCR) реакторами.
Рис. Компенсатор реактивной мощности с комбинированным контроллером на тиристорных ключах для управления релейной нагрузкой (секции 1 с электромеханическими контакторами), ступенями конденсаторной установки (секции 2) и декомпенсирующими реакторами (секции 3).
Мощность реактора, работающего для декомпенсации набросов емкостных токов от конденсаторной ступени, обычно подбирают равной мощности конденсаторной батареи, но при наличии в сети постоянно работающей индуктивной или емкостной нагрузки мощность реактора может быть соответственно меньше или больше, что определяется мониторингом параметров сети, в том числе по спектру гармоник.
Силовой тиристорный ключ для дискретно регулируемой установки поперечной компенсации реактивной мощности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
СИЛОВОЙ ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ ДЛЯ ДИСКРЕТНО РЕГУЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ПОПЕРЕЧНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Л. А. Герман, д. т. н. профессор Нижегородского филиала МИИТ;
А. С. Серебряков, д. т. н., профессор ГОУ ВПО «Нижегородский государственный инженерно-
экономический институт»
Аннотация. Приводится описание силового тиристорного ключа, его структурная схема. Рассматривается назначение, устройство и принцип работы устройства.
Ключевые слова: силовой тиристорный ключ, балластный резистор, триггер, усилитель, счетчик импульсов.
Как было показано в предыдущей статье (см. Л. А. Герман, А. С. Серебряков, Д. Е. Дулепов «Анализ переходных процессов в дискретно регулируемых установках для компенсации реактивной мощности» чтобы при подключении КУ свести к минимуму перенапряжения на конденсаторах, необходимо включать последовательно с КУ балластный резистор и шунтировать его через три полупе-риода питающего напряжения в момент прохождения тока через нуль.
Ниже приводится описание устройства, реализующего сформулированные выше условия, на которые авторами получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение. Структурная схема устройства приведена на рис.1.
Рис. 1. Структурная схема дискретно регулируемой установки для компенсации реактивной мощности
Устройство содержит первый управляемый механический выключатель (1) с приводом, конденсатор (2) для компенсации реактивной мощности, реактор (3), демпфирующий резистор (4), датчик тока (5), второй управляемый механический выключатель (6) с приводом, тиристорный двунаправленный ключ (7), первый ЯБ – триггер (8), усилитель (9), второй ЯБ триггер (10), второй усилитель (11), блок (12) управления тиристорным двунаправленным ключом, датчик (13) прохождения тока через нуль, счетчик (14) импульсов, элемент И (15), синхронизатор (16) положительных полупериодов тока, синхронизатор (17) отрицательных полупериодов тока, кнопка (18) Пуск, кнопка (19) Стоп, третий ЯБ – триггер (20), таймеры (21) и (22).
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии перед включением установки все ЯБ – триггер (8) находится в нулевом (сброшенном) состоянии: напряжение на его прямых выходах имеет низкий потенциал, т.е. на всех прямых выходах ЯБ – триггеров сигнал равен логическому нулю, а напряжения на инверсных выходах имеет высокий положительный потенциал, т.е. сигнал на инверсных выходах равен логической 1. Сигналы на входах усилителей (9 и 11) управления механическими выключателями (1 и 6) отсутствуют и выключатели (1 и 6) находятся в выключенном состоянии. Счет-
чик (14) сигналом логической единицы с инверсного выхода первого ЯБ – триггера (8) установлен в нулевое состояние, т.е. сигнал на его выходе равен нулю.
При подаче единичного сигнала от кнопки Пуск (18) или от системы автоматического управления на вход Б первого ЯБ – триггера (8), этот триггер переходит из нулевого состояния в единичное.
На его прямом выходе появляется сигнал (1), который через усилитель (9) включает первый механический выключатель 1. Сигнал на инверсном выходе первого ЯБ -триггера (8) становится равным нулю, т.е. снимается сигнал обнуления” с входа счетчика (14) и разрешается его работа в счетном режиме.
После включения механического выключателя (1) начинается переходный процесс в силовой цепи, состоящей из конденсатора (2), индуктивного реактора (3) и демпфирующего резистора (4), в течение которого конденсатор (2) заряжается до напряжения, превосходящего амплитудное значение питающего напряжения примерно в 1,1 раза. Демпфирующий резистор (4) ограничивает при этом амплитуду тока и амплитуду напряжения на конденсаторе (2). После того, как конденсатор (2) зарядится до указанного выше напряжения, а это происходит, как показали исследования, через два полных полупериода питающего напряжения, демпфирующий резистор (4) больше не требуется и его следует зашунтировать, обеспечив штатный режим установки компенсации реактивной мощности.
Шунтирование балластного резистора, чтобы не вызвать больших перенапряжений на конденсаторе (2), как показали исследования, следует производить в момент прохождения тока через нуль.
Момент прохождения тока через нуль определяет датчик (13) перехода тока через нуль. На выходе датчика (13) в момент прохождения тока через нуль появляется кратковременный единичный сигнал, который подается на
вход счетчика импульсов (14). Как только счетчик импульсов отсчитает три импульса тока, на выходе счетчика появляется единичный сигнал. Количество импульсов перехода через нуль выбрано равным трем по следующим соображениям. Поскольку механический выключатель может включиться при любой начальной фазе питающего напряжения, то первый переход через нуль возможен при очень малой длительности первой неполной полуволны. Чтобы две полуволны были полные, первая из них не учитывается и счетчик импульсов настраивается на три импульса.
Как только с датчика прохождения тока через нуль поступит третий импульс, на выходе счетчика (14) появится единичный сигнал, который устанавливает второй ЯБ-триггер (10) в единичное состояние и на первом входе элемента И (15) появляется единичный сигнал. На втором входе этого элемента в момент прохождения тока через нуль также появляется единичный сигнал с выхода датчика (13) прохождения тока через нуль. С выхода элемента И (15) в момент прохождения тока через нуль единичный логический сигнал поступает на первый вход блока управления (12) тиристорным двунаправленным ключом (7). Блок управления (12) подает управляющий сигнал на тот тиристор, анод которого имеет положительный потенциал по отношению к катоду. Это обеспечивается сигналами, поступающими с синхронизаторов (16 и 17) положительной и отрицательной полярностей. Теоретически в момент прохождения тока через нуль напряжение на демпфирующем резисторе будет равно нулю, но практически импульс на выходе датчика (13) имеет определенную длительность.
Он начинается за несколько микросекунд до момента прохождения тока через нуль и заканчивается через несколько микросекунд после прохождения тока через нуль. Это обеспечивает надежное включение тиристоров в первый момент начала увеличения тока. При следующем прохождении тока
через нуль включается другой тиристор. Далее процесс повторяется и демпфирующий резистор (4) шунтируется двунаправленным тиристорным ключом (7) каждый раз при прохождении тока через нуль. Одновременно с первым включением тиристорного ключа (7) единичный сигнал с выхода второго ЯБ-триггера (10) подается на вход второго усилителя (11), что приводит к включению второго механического ключа (6). Блок-контакт второго механического выключателя (на схеме не показан) снимает импульсы управления с тиристорного двунаправленного ключа. Система компенсации реактивной мощности включена в работу в штатном режиме и выполняет свои функции.
При поступлении на вход Я.
второго ЯЗ – триггера (10) единичного сигнала от кнопки (19) Стоп или от системы управления ЯЗ – триггер (10) переходит из единичного в нулевое состояние и второй механический выключатель (6) выключается. В силовую цепь, состоящую из последовательно включенных конденсатора (2) и реактора (3) включается демпфирующий резистор (4). Наличие демпфирующего резистора облегчает работу первого выключателя (1) при отключении установки. Одновременно с установкой ЯБ – триггера (10) в нулевое состояние третий ЯБ -триггер (20) устанавливается в единичное состояние и через заданное время на выходе таймера (21) появляется единичный сигнал, который сбрасывает первый ЯБ – триггер (8). Сигнал на прямом выходе ЯБ – триггер (8) становится равным нулю и первый выключатель (1) отключает установку. На инверсном выходе первого ЯБ – триггера (8) появляется единичный сигнал, который сбрасывает в нулевое состояние счетчик (14). Схема приведена в исходное состояние и готова к новому включению, после которого процессы повторятся в уже изложенной выше последовательности.
Power thyristor key for discretely regulated installation of cross-section of Indemnification jet capacity
L. A. Herman, doctor of technical sciences, professor of the Nizhniy Novgorod branch MIIT;
A. S. Serebryakov, doctor of technical sciences, professor, the Nizhniy Novgorod State engineering-economic institute.
Annotation. The description power thyristor a key, its block diagram is resulted. Appointment, the device and a principle of work of the device is considered.
The key words: force thyristor key, the ballast resistor, the trigger, the amplifier, counter pulses.
ТЕХНОЛОГИЯ УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
А.
В. Колпаков, к. т. н., доцент кафедры «Организация и технология ремонта машин» ГОУ ВПО «Нижегородский государственный инженерно-экономический институт»
Аннотация. Показано преимущество упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин виброду-говым науглероживанием поверхностного слоя. Определены рекомендуемые и оптимальные значения показателей процесса. Приведены сравнительные результаты по износостойкости науглероженных, наплавленных и не упрочненных деталей.
Тиристорный ключ постоянного тока
радиоликбез
Описанный ниже тринисторный ключ постоянного тока может быть применен в различных устройствах, в частности в импульсных стабилизаторах напряжения постоянного тока.
Управляют ключом путем подачи коротких импульсов положительной полярности на управляющий электрод тринисторов VS1 и VS2 (см. схему).
В исходном состоянии тринисторы закрыты, конденсатор С1 заряжен до напряжения питания Uпит через резистор R1. При поступлении включающего импульса тринистор VS2 открывается, напряжение питания поступает к нагрузке Rн и конденсатор С2 заряжается через резистор R1 до напряжения Uпит.
Выключающий импульс открывает тринистор VS1, и напряжение заряженного конденсатора С2 прикладывается к тринистору VS2 в обратной полярности. В результате он закрывается и отключает нагрузку от источника питания. Одновременно конденсатор C1 начинает разряжаться через катушку L1 и открытый тринистор VS1. Процесс в контуре L1C1 имеет колебательный характер из-за чего заряд конденсатора C1 изменяет знак на противоположный, и в некоторый момент, определенный собственной частотой контура, ток разрядки конденсатора начинает действовать в цепи тринистора VS1 встречно его анодному току. Как только ток через тринистор VS1 приближается к нулю, тринистор закрывается и конденсатор С1 перезаряжается через резиcтop R1. Ключ возвращается в исходное состояние.
Тринисторный ключ прост в управлении — он не требует разделительных цепей для связи управляющих электродов тринисторив с элементами импульсного стабилизатора напряжения или другого устройства, формирующего управляющие (включающие и выключающие) импульсы. Ключ имеет высокий (96…98%) КПД, так как потери мощности в нем кратковременны и происходят только в моменты зарядки конденсаторов С1, С2. Когда же тринисторы VS1, VS2 закрыты, потребление энергии практически отсутствует.
Работа ключа не нарушается при изменении порядка чередования включающих и выключающих импульсов Так, если первым откроется тринистор VS1, заряд конденсатора С1 обеспечивает его закрывание вследствие колебательного процесса в контуре L1C1 и ключ прилет в исходное состояние. Время включенного и выключенного состояния тринистора VS2, который коммутирует нагрузку, зависит от частоты и скважности управляющих импульсов.
Работоспособность описываемого тринисторного ключа проверена в широтно-импульсном стабилизаторе напряжения постоянного тока, питающем лампу накаливания мощностью 1000 Вт. Он обеспечивает стабильное среднее напряжение на лампе 110±3 В при изменении напряжения первичного источника питания от 110 до 160 В. Частота следования управляющих импульсов в стабилизаторе равна 64 Гц. Катушка L1 — без магнитопровода. Обмотка содержит 200 витков привода ПЭВ-1 0,75. Витки уложены в четыре стоя по 50 витков на каркасе квадратного сечения со стороной 25 мм. Изоляция между слоями — электрокартон толщиной 0.1 мм. Для уменьшения температуры резистора R1 он выбран с большим запасом по мощности (100 Вт). Номинальное напряжение конденсаторов С1, С2 нужно выбирать с учетом снижения допустимых норм при увеличении частоты коммутации ключа.
Б.Диченский
Простой тиристорный регулятор
Тиристорный ключ
Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации силовых электрических сигналов при помощи полупроводниковых приборов, и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники или формирования коротких импульсов, например, лазерной техники. Технический результат – повышение надежности работы тиристорного ключа в импульсном режиме. Для этого тиристорный ключ содержит драйвер, тиристор, конденсатор, первый и второй резисторы и биполярный транзистор. Анод тиристора через нагрузку соединен с положительным полюсом источника питания, отрицательный полюс которого подключен к катоду тиристора и к общему полюсу драйвера. Выход драйвера соединен с управляющим электродом тиристора. Эмиттер биполярного транзистора соединен с общим полюсом драйвера и отрицательным полюсом источника питания, коллектор подключен к управляющему электроду тиристора, а база через последовательно включенные первый резистор и конденсатор соединена с положительным полюсом источника питания. Между базой биполярного транзистора и его эмиттером подключен второй резистор. 1 ил.
Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации силовых электрических сигналов при помощи полупроводниковых приборов и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники или формирования коротких импульсов, например, лазерной техники.
Известен транзисторный ключ (патент SU 1786653 A1 Н03К 17/687, опубл. 17.01.1993, бюл. №1), в котором для переключения электрических сигналов используются биполярные транзисторы. Он содержит биполярный транзистор, в коллекторную цепь которого включены нагрузка и источник питания. Недостатком этого устройства является невысокая энергетическая эффективность, что обусловлено необходимостью создания базового тока значительной величины для токов коллектора при большой мощности нагрузки.
Лучшими показателями энергетической эффективности обладают полупроводниковые ключи, где в качестве полупроводникового элемента используется тиристор, для включения которого требуются достаточно короткие импульсы, а для поддержания тиристора в открытом состоянии энергии не требуется (Электрические и электронные аппараты / Под ред. Ю.К. Розанова. – М.: Информэлектро, 2001. – С. 217, рис. 7.47а). Этот ключ содержит тиристор, последовательно с анодом и катодом которого соединены нагрузка и источник питания, а между его управляющим электродом и катодом через управляющий резистор подключен источник коротких импульсов. Недостатком данного тиристорного ключа является невысокая энергетическая эффективность и недостаточное быстродействие.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является тиристорный ключ, где для формирования импульсов тока управляющего электрода использованы специальные функционально сложные драйверы, которые определяют наиболее эффективную форму и амплитуду импульсов тока управляющего электрода (Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи. – М.: Издательский дом Додека-XXI, 2001. – С. 216, рис. 4.59).
Недостатком данного тиристорного ключа является невысокая надежность работы. Это обусловлено негативным влиянием паразитной емкости между анодом и управляющим электродом, которая может вызвать несанкционированное включение тиристора при подключении к ключу напряжения питания с большой скоростью dUa=к/dt.
Технической задачей изобретения является создание тиристорного ключа с повышенной надежностью в режиме импульсной работы при больших значениях скорости нарастания напряжения питания схемы.
Технический результат – повышение надежности работы тиристорного ключа в импульсном режиме.
Для решения технической задачи и достижения указанного технического результата в тиристорном ключе, содержащем драйвер и тиристор, анод которого через нагрузку соединен с положительным полюсом источника питания, отрицательный полюс которого подключен к катоду тиристора и к общему полюсу драйвера, причем выход драйвера соединен с управляющим электродом тиристора, согласно изобретению, в него введены конденсатор, первый и второй резисторы и биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с общим полюсом драйвера и отрицательным полюсом источника питания, коллектор подключен к управляющему электроду тиристора, а база через последовательно включенные первый резистор и конденсатор соединены с положительным полюсом источника питания, причем между базой биполярного транзистора и его эмиттером подключен второй резистор.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена схема тиристорного ключа.
Тиристорный ключ содержит тиристор 1, анод которого через нагрузку 2 подключен к положительному полюсу источника питания 3, отрицательный полюс которого соединен с катодом тиристора 2, эмиттером биполярного транзистора 4 и с общим полюсом драйвера 5. Управляющий электрод тиристора 1 подключен к выходу драйвера 5 и через последовательно включенные первый резистор 6 и конденсатор 7 соединен с положительным полюсом источника питания 4. Между базой и эмиттером биполярного транзистора 4 подключен второй резистор 8.
Тиристорный ключ работает следующим образом.
При подаче на схему тиристорного ключа напряжения источника питания 3 возникает экспоненциально нарастающий ток заряда конденсатора 7, амплитуда импульса которого определяется величиной сопротивления первого резистора 6. Появляется базовый ток биполярного транзистора 4, который включается и шунтирует вход тиристора 1 по его управляющему электроду. Это исключает негативное влияние емкости анод-управляющий электрод тиристора 1 и устраняет несанкционированное ложное включение тиристора 1.
Далее по мере заряда конденсатора 6 ток базы биполярного транзистора 4 уменьшается, что обусловливает его выключение вплоть до последующего полного запирания.
Для обеспечения условия повышенной надежности работы схемы тиристорного ключа требуется, чтобы длительность включенного состояния биполярного транзистора 4 была больше, чем время заряда емкости анод-управляющий электрод тиристора 1. В этом случае ток заряда этой емкости будет шунтироваться включенным состоянием биполярного транзистором 4 и не окажет влияния на функционирование тиристорного ключа при подключении напряжения источника питания 3.
Подобное плавное выключение биполярного транзистора 4 приведет к аналогичному плавному заряду паразитной емкости анод-управляющий электрод тиристора 1, что при наличии большой скорости dUп/dt напряжения Uп источника питания 3 при его подключении к тиристорному ключу обусловит его более надежную работу за счет исключения несанкционированного ложного включения тиристора 1 при отсутствии его тока управляющего электрода.
На последующих этапах работы тиристорного ключа в импульсном режиме после отключения от схемы напряжения источника питания 3 конденсатор 7 разряжается через резисторы 6 и 8, за счет чего схема тиристорного ключа приводится в исходное состояние.
Таким образом, введение биполярного транзистора 4 и управление его от резисторов 6, 8 и конденсатора 7 позволяет снизить негативное влияние емкости анод-управляющий электрод тиристора 1 и исключить его несанкционированное ложное включение при подаче напряжения от источника питания 3. Выбор параметров последовательной цепи, состоящей из конденсатора 7 и резистора 6, дает возможность обеспечить выключенное состояние тиристора 1 в момент подключения напряжения источника питания 3 к схеме тиристорного ключа, когда тиристор 1 включаться не должен. Следовательно, предлагаемый тиристорный ключ обеспечивает повышение надежности его работы в импульсном режиме.
Тиристорный ключ, содержащий драйвер и тиристор, анод которого через нагрузку соединен с положительным полюсом источника питания, отрицательный полюс которого подключен к катоду тиристора и к общему полюсу драйвера, причем выход драйвера соединен с управляющим электродом тиристора, отличающийся тем, что в него введены конденсатор, первый и второй резисторы и биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с общим полюсом драйвера и отрицательным полюсом источника питания, коллектор подключен к управляющему электроду тиристора, а база через последовательно включенные первый резистор и конденсатор соединена с положительным полюсом источника питания, причем между базой биполярного транзистора и его эмиттером подключен второй резистор.
Тиристорный ключ
Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации силовых электрических сигналов при помощи полупроводниковых приборов и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники или формирования коротких импульсов, например, лазерной техники.
Известен транзисторный ключ (патент SU 1786653 A1 Н03К 17/687, опубл. 17.01.1993, бюл. №1), в котором для переключения электрических сигналов используются биполярные транзисторы. Он содержит биполярный транзистор, в коллекторную цепь которого включены нагрузка и источник питания. Недостатком этого устройства является невысокая энергетическая эффективность, что обусловлено необходимостью создания базового тока значительной величины для токов коллектора при большой мощности нагрузки.
Лучшими показателями энергетической эффективности обладают полупроводниковые ключи, где в качестве полупроводникового элемента используется тиристор, для включения которого требуются достаточно короткие импульсы, а для поддержания тиристора в открытом состоянии энергии не требуется (Электрические и электронные аппараты / Под ред. Ю.К. Розанова. – М.: Информэлектро, 2001. – С. 217, рис. 7.47а). Этот ключ содержит тиристор, последовательно с анодом и катодом которого соединены нагрузка и источник питания, а между его управляющим электродом и катодом через управляющий резистор подключен источник коротких импульсов. Недостатком данного тиристорного ключа является невысокая энергетическая эффективность и недостаточное быстродействие.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является тиристорный ключ, где для формирования импульсов тока управляющего электрода использованы специальные функционально сложные драйверы, которые определяют наиболее эффективную форму и амплитуду импульсов тока управляющего электрода (Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи. – М.: Издательский дом Додека-XXI, 2001. – С. 216, рис. 4.59).
Недостатком данного тиристорного ключа является невысокая надежность работы. Это обусловлено негативным влиянием паразитной емкости между анодом и управляющим электродом, которая может вызвать несанкционированное включение тиристора при подключении к ключу напряжения питания с большой скоростью dUa=к/dt.
Технической задачей изобретения является создание тиристорного ключа с повышенной надежностью в режиме импульсной работы при больших значениях скорости нарастания напряжения питания схемы.
Технический результат – повышение надежности работы тиристорного ключа в импульсном режиме.
Для решения технической задачи и достижения указанного технического результата в тиристорном ключе, содержащем драйвер и тиристор, анод которого через нагрузку соединен с положительным полюсом источника питания, отрицательный полюс которого подключен к катоду тиристора и к общему полюсу драйвера, причем выход драйвера соединен с управляющим электродом тиристора, согласно изобретению, в него введены конденсатор, первый и второй резисторы и биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с общим полюсом драйвера и отрицательным полюсом источника питания, коллектор подключен к управляющему электроду тиристора, а база через последовательно включенные первый резистор и конденсатор соединены с положительным полюсом источника питания, причем между базой биполярного транзистора и его эмиттером подключен второй резистор.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена схема тиристорного ключа.
Тиристорный ключ содержит тиристор 1, анод которого через нагрузку 2 подключен к положительному полюсу источника питания 3, отрицательный полюс которого соединен с катодом тиристора 2, эмиттером биполярного транзистора 4 и с общим полюсом драйвера 5. Управляющий электрод тиристора 1 подключен к выходу драйвера 5 и через последовательно включенные первый резистор 6 и конденсатор 7 соединен с положительным полюсом источника питания 4. Между базой и эмиттером биполярного транзистора 4 подключен второй резистор 8.
Тиристорный ключ работает следующим образом.
При подаче на схему тиристорного ключа напряжения источника питания 3 возникает экспоненциально нарастающий ток заряда конденсатора 7, амплитуда импульса которого определяется величиной сопротивления первого резистора 6. Появляется базовый ток биполярного транзистора 4, который включается и шунтирует вход тиристора 1 по его управляющему электроду. Это исключает негативное влияние емкости анод-управляющий электрод тиристора 1 и устраняет несанкционированное ложное включение тиристора 1.
Далее по мере заряда конденсатора 6 ток базы биполярного транзистора 4 уменьшается, что обусловливает его выключение вплоть до последующего полного запирания.
Для обеспечения условия повышенной надежности работы схемы тиристорного ключа требуется, чтобы длительность включенного состояния биполярного транзистора 4 была больше, чем время заряда емкости анод-управляющий электрод тиристора 1. В этом случае ток заряда этой емкости будет шунтироваться включенным состоянием биполярного транзистором 4 и не окажет влияния на функционирование тиристорного ключа при подключении напряжения источника питания 3.
Подобное плавное выключение биполярного транзистора 4 приведет к аналогичному плавному заряду паразитной емкости анод-управляющий электрод тиристора 1, что при наличии большой скорости dUп/dt напряжения Uп источника питания 3 при его подключении к тиристорному ключу обусловит его более надежную работу за счет исключения несанкционированного ложного включения тиристора 1 при отсутствии его тока управляющего электрода.
На последующих этапах работы тиристорного ключа в импульсном режиме после отключения от схемы напряжения источника питания 3 конденсатор 7 разряжается через резисторы 6 и 8, за счет чего схема тиристорного ключа приводится в исходное состояние.
Таким образом, введение биполярного транзистора 4 и управление его от резисторов 6, 8 и конденсатора 7 позволяет снизить негативное влияние емкости анод-управляющий электрод тиристора 1 и исключить его несанкционированное ложное включение при подаче напряжения от источника питания 3. Выбор параметров последовательной цепи, состоящей из конденсатора 7 и резистора 6, дает возможность обеспечить выключенное состояние тиристора 1 в момент подключения напряжения источника питания 3 к схеме тиристорного ключа, когда тиристор 1 включаться не должен. Следовательно, предлагаемый тиристорный ключ обеспечивает повышение надежности его работы в импульсном режиме.
Тиристорный ключ, содержащий драйвер и тиристор, анод которого через нагрузку соединен с положительным полюсом источника питания, отрицательный полюс которого подключен к катоду тиристора и к общему полюсу драйвера, причем выход драйвера соединен с управляющим электродом тиристора, отличающийся тем, что в него введены конденсатор, первый и второй резисторы и биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с общим полюсом драйвера и отрицательным полюсом источника питания, коллектор подключен к управляющему электроду тиристора, а база через последовательно включенные первый резистор и конденсатор соединена с положительным полюсом источника питания, причем между базой биполярного транзистора и его эмиттером подключен второй резистор.Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов
Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 мая 2021 г.
Транзисторы – крошечные электронные компоненты которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радио и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все. Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и выключено (это основной принцип, лежащий в основе компьютерной памяти), и преобразовать малые токи в несколько большие (вот как усилитель работает), они не очень полезны в обращении гораздо большие токи.Еще один недостаток в том, что они отключаются сразу после снятия тока переключения, что означает они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго. Для такого рода работ мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Триристоры довольно легко понять, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложный и часто невероятно запутанный.Итак, это наш старт точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!
Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор – и работает в близкородственный способ.
Что такое тиристоры?
Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый выпрямитель – это торговая марка, которую компания General Electric представила опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал.Есть различные другие типы тиристоров (в том числе так называемые диаки и симисторы, которые предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей простой, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде термины и предполагают, что SCR – это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.
Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.
Три соединения
Так что же такое тиристор? Это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор. Это несколько аналогичные к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими два отведения.То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что можно получить триисторы с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами. Но мы сохраняем здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)
Сравнение транзисторов и тиристоров
Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленький ток течет в базу, это делает больший ток между эмиттер и коллектор.Другими словами, он действует как переключатель и усилитель одновременно:
Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором. Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.
То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать.Если мы удалим небольшой ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).
Сейчас часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки).В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает много больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь из анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным. и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет перезагружена.
Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей, сетевые фильтры и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому часто используются тиристоры. как электронные (твердотельные) версии реле (переключатели электромагнитные).
Как работает тиристор?
Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.
А тиристор как два диода
Напомним, что диод – это два слоя полупроводника. (p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются к счастью через переход и нормальный ток течет:
Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).
В противоположной конфигурации, с плюсовым подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение: соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь и нет тока:
Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на стыке становится шире, поэтому ток не течет.
В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных поочередно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор – это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные поочередно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя переходы между ними. Анод соединяется с внешним слоем p, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, например:
Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев – «затвору».«
Вы можете видеть, что это напоминает два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу. Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли, который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом, кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.
Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена Бюро патентов и товарных знаков США.
Тиристор как два транзистора
Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.
Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.
Три состояния тиристора
Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:
Прямая блокировка
Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду.Почему? Представьте тиристор как два соединенных диода. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.
Блокировка обратного хода
Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).
Форвардное ведение
Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток. как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так тиристор “защелкивается” (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора на таком, вы не можете выключить его, просто сняв ток с вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения – и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим? Посмотрите анимацию в поле ниже, и я надеюсь, что она вам прояснится.
Типы тиристоров
Несколько упрощено, вот в чем суть того, как тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе устройства отключения ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором) устройства, которые имеют затвор, идущий во внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.
Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов
Криса Вудфорда.Последнее изменение: 29 мая 2021 г.
Транзисторы – крошечные электронные компоненты которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радио и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все. Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и выключено (это основной принцип, лежащий в основе компьютерной памяти), и преобразовать малые токи в несколько большие (вот как усилитель работает), они не очень полезны в обращении гораздо большие токи.Еще один недостаток в том, что они отключаются сразу после снятия тока переключения, что означает они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго. Для такого рода работ мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Триристоры довольно легко понять, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложный и часто невероятно запутанный.Итак, это наш старт точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!
Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор – и работает в близкородственный способ.
Что такое тиристоры?
Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый выпрямитель – это торговая марка, которую компания General Electric представила опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал.Есть различные другие типы тиристоров (в том числе так называемые диаки и симисторы, которые предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей простой, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде термины и предполагают, что SCR – это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.
Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.
Три соединения
Так что же такое тиристор? Это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор. Это несколько аналогичные к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими два отведения.То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что можно получить триисторы с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами. Но мы сохраняем здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)
Сравнение транзисторов и тиристоров
Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленький ток течет в базу, это делает больший ток между эмиттер и коллектор.Другими словами, он действует как переключатель и усилитель одновременно:
Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором. Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.
То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать.Если мы удалим небольшой ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).
Сейчас часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки).В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает много больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь из анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным. и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет перезагружена.
Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей, сетевые фильтры и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому часто используются тиристоры. как электронные (твердотельные) версии реле (переключатели электромагнитные).
Как работает тиристор?
Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.
А тиристор как два диода
Напомним, что диод – это два слоя полупроводника. (p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются к счастью через переход и нормальный ток течет:
Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).
В противоположной конфигурации, с плюсовым подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение: соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь и нет тока:
Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на стыке становится шире, поэтому ток не течет.
В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных поочередно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор – это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные поочередно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя переходы между ними. Анод соединяется с внешним слоем p, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, например:
Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев – «затвору».«
Вы можете видеть, что это напоминает два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу. Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли, который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом, кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.
Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена Бюро патентов и товарных знаков США.
Тиристор как два транзистора
Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.
Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.
Три состояния тиристора
Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:
Прямая блокировка
Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду.Почему? Представьте тиристор как два соединенных диода. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.
Блокировка обратного хода
Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).
Форвардное ведение
Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток. как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так тиристор “защелкивается” (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора на таком, вы не можете выключить его, просто сняв ток с вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения – и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим? Посмотрите анимацию в поле ниже, и я надеюсь, что она вам прояснится.
Типы тиристоров
Несколько упрощено, вот в чем суть того, как тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе устройства отключения ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором) устройства, которые имеют затвор, идущий во внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.
Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов
Криса Вудфорда.Последнее изменение: 29 мая 2021 г.
Транзисторы – крошечные электронные компоненты которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радио и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все. Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и выключено (это основной принцип, лежащий в основе компьютерной памяти), и преобразовать малые токи в несколько большие (вот как усилитель работает), они не очень полезны в обращении гораздо большие токи.Еще один недостаток в том, что они отключаются сразу после снятия тока переключения, что означает они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго. Для такого рода работ мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Триристоры довольно легко понять, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложный и часто невероятно запутанный.Итак, это наш старт точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!
Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор – и работает в близкородственный способ.
Что такое тиристоры?
Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый выпрямитель – это торговая марка, которую компания General Electric представила опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал.Есть различные другие типы тиристоров (в том числе так называемые диаки и симисторы, которые предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей простой, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде термины и предполагают, что SCR – это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.
Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.
Три соединения
Так что же такое тиристор? Это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор. Это несколько аналогичные к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими два отведения.То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что можно получить триисторы с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами. Но мы сохраняем здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)
Сравнение транзисторов и тиристоров
Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленький ток течет в базу, это делает больший ток между эмиттер и коллектор.Другими словами, он действует как переключатель и усилитель одновременно:
Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором. Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.
То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать.Если мы удалим небольшой ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).
Сейчас часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки).В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает много больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь из анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным. и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет перезагружена.
Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей, сетевые фильтры и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому часто используются тиристоры. как электронные (твердотельные) версии реле (переключатели электромагнитные).
Как работает тиристор?
Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.
А тиристор как два диода
Напомним, что диод – это два слоя полупроводника. (p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются к счастью через переход и нормальный ток течет:
Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).
В противоположной конфигурации, с плюсовым подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение: соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь и нет тока:
Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на стыке становится шире, поэтому ток не течет.
В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных поочередно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор – это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные поочередно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя переходы между ними. Анод соединяется с внешним слоем p, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, например:
Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев – «затвору».«
Вы можете видеть, что это напоминает два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу. Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли, который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом, кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.
Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена Бюро патентов и товарных знаков США.
Тиристор как два транзистора
Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.
Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.
Три состояния тиристора
Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:
Прямая блокировка
Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду.Почему? Представьте тиристор как два соединенных диода. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.
Блокировка обратного хода
Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).
Форвардное ведение
Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток. как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так тиристор “защелкивается” (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора на таком, вы не можете выключить его, просто сняв ток с вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения – и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим? Посмотрите анимацию в поле ниже, и я надеюсь, что она вам прояснится.
Типы тиристоров
Несколько упрощено, вот в чем суть того, как тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе устройства отключения ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором) устройства, которые имеют затвор, идущий во внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.
Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов
Криса Вудфорда.Последнее изменение: 29 мая 2021 г.
Транзисторы – крошечные электронные компоненты которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радио и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все. Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и выключено (это основной принцип, лежащий в основе компьютерной памяти), и преобразовать малые токи в несколько большие (вот как усилитель работает), они не очень полезны в обращении гораздо большие токи.Еще один недостаток в том, что они отключаются сразу после снятия тока переключения, что означает они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго. Для такого рода работ мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Триристоры довольно легко понять, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложный и часто невероятно запутанный.Итак, это наш старт точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!
Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор – и работает в близкородственный способ.
Что такое тиристоры?
Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый выпрямитель – это торговая марка, которую компания General Electric представила опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал.Есть различные другие типы тиристоров (в том числе так называемые диаки и симисторы, которые предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей простой, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде термины и предполагают, что SCR – это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.
Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.
Три соединения
Так что же такое тиристор? Это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор. Это несколько аналогичные к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими два отведения.То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что можно получить триисторы с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами. Но мы сохраняем здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)
Сравнение транзисторов и тиристоров
Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленький ток течет в базу, это делает больший ток между эмиттер и коллектор.Другими словами, он действует как переключатель и усилитель одновременно:
Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором. Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.
То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать.Если мы удалим небольшой ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).
Сейчас часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки).В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает много больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь из анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным. и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет перезагружена.
Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей, сетевые фильтры и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому часто используются тиристоры. как электронные (твердотельные) версии реле (переключатели электромагнитные).
Как работает тиристор?
Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.
А тиристор как два диода
Напомним, что диод – это два слоя полупроводника. (p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются к счастью через переход и нормальный ток течет:
Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).
В противоположной конфигурации, с плюсовым подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение: соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь и нет тока:
Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на стыке становится шире, поэтому ток не течет.
В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных поочередно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор – это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные поочередно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя переходы между ними. Анод соединяется с внешним слоем p, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, например:
Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев – «затвору».«
Вы можете видеть, что это напоминает два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу. Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли, который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом, кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.
Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена Бюро патентов и товарных знаков США.
Тиристор как два транзистора
Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.
Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.
Три состояния тиристора
Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:
Прямая блокировка
Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду.Почему? Представьте тиристор как два соединенных диода. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.
Блокировка обратного хода
Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).
Форвардное ведение
Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток. как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так тиристор “защелкивается” (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора на таком, вы не можете выключить его, просто сняв ток с вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения – и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим? Посмотрите анимацию в поле ниже, и я надеюсь, что она вам прояснится.
Типы тиристоров
Несколько упрощено, вот в чем суть того, как тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе устройства отключения ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором) устройства, которые имеют затвор, идущий во внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.
Как работает тиристорная схема »Электроника
Существует множество схем тиристоров / тиристоров, которые могут управлять как постоянным, так и переменным током – часто в цепях управления переменным током используется разность фаз на затворе для управления уровнем протекающего тока.
Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора
Схема работы
Конструкция цепи запуска / запуска
Лом перенапряжения
Цепи симистора
Тиристорные цепи SCR широко используются для управления мощностью систем постоянного и переменного тока. В схемах используется множество различных методов для управления потоком тока нагрузки, но все они требуют, чтобы затвор сработал и напряжение на аноде с катода было снято, чтобы остановить ток.Понимание того, как работает схема тиристора / тиристора, упрощает их проектирование.
Во многих схемах тиристоров переменного тока и тиристора используется переменная разность фаз сигнала, создаваемого на затворе, для управления частью формы волны, по которой проводит тиристор. Этот тип схемы относительно легко спроектировать и построить.
Тиристор постоянного тока / цепь SCR
Существует множество приложений, в которых цепь SCR требуется для управления работой нагрузки постоянного тока. Его можно использовать для двигателей постоянного тока, ламп или любой другой нагрузки, требующей переключения.
Базовая схема SCR, приведенная ниже, может управлять мощностью нагрузки с помощью небольшого переключателя, чтобы инициировать подачу питания на нагрузку.
Базовая схема тиристора постоянного тока / тиристораИзначально при замкнутом S1 и разомкнутом S2 ток не протекает. Только когда S2 замкнут и запускает затвор, вызывая протекание тока затвора, схема SCR включается и ток течет в нагрузке.
Ток будет продолжать течь до тех пор, пока не будет прервана анодная цепь. Это можно сделать с помощью S1.Альтернативный метод состоит в том, чтобы поместить переключатель S1 на тиристор, и, мгновенно замкнув его, напряжение на тиристоре исчезнет, и тиристор перестанет проводить.
В результате их функций в этой схеме тринистора S1 может называться выключателем, а S2 – выключателем. В этой конфигурации S1 должен иметь возможность проводить ток полной нагрузки, в то время как S2 должен иметь возможность проводить ток затвора. Как только тиристор включен, переключатель можно отпустить и оставить в разомкнутом состоянии, поскольку действие тиристора поддерживает ток через устройство и, следовательно, нагрузку.
Резистор R1 подключает затвор к питанию через переключатель. Когда переключатель S2 замкнут, ток проходит через резистор, попадает в затвор и включает тиристор. Резистор R1 должен быть рассчитан так, чтобы обеспечить достаточный ток затвора для включения цепи SCR.
R2 включен для снижения чувствительности SCR, чтобы он не срабатывал при возникновении любого шума, который может быть уловлен.
Базовая схема тиристора переменного тока / тиристора
Когда переменный ток используется с тиристорной схемой, необходимо внести несколько изменений, как показано ниже.
Причина этого заключается в том, что питание переменного тока меняет полярность в течение цикла. Это означает, что SCR станет смещенным в обратном направлении, эффективно уменьшая анодное напряжение до нуля, вызывая его отключение в течение одной половины каждого цикла. В результате отпадает необходимость в выключателе, поскольку это достигается при использовании источника переменного тока.
Базовая схема тиристора переменного тока / тиристораРабота схемы немного отличается от схемы тиристора постоянного тока.Когда переключатель включен, схема должна будет дождаться, пока не появится достаточное анодное напряжение, пока форма волны переменного тока продвигается по своему ходу. Кроме того, схеме SCR необходимо будет подождать, пока напряжение в секции затвора схемы не сможет обеспечить достаточный ток для запуска SCR. Для этого переключатель должен находиться в закрытом положении.
После срабатывания SCR будет оставаться в проводящем состоянии в течение положительной половины цикла. По мере падения напряжения наступит момент, когда напряжение на аноде и катоде будет недостаточным для поддержания проводимости.На этом этапе SCR перестанет проводить.
Тогда в течение отрицательной половины цикла SCR не будет работать. Только когда вернется следующая положительная половина цикла, процесс повторится.
В результате эта цепь будет работать только тогда, когда переключатель затвора находится в закрытом положении.
Одна из проблем с использованием схемы SCR такого типа заключается в том, что она не может подавать более 50% мощности на нагрузку, потому что она не проводит ток в течение отрицательной половины цикла переменного тока, потому что SCR смещен в обратном направлении.
AC SCR цепь с контролем фазы затвора
Можно контролировать количество энергии, достигающей нагрузки, изменяя долю полупериода, в течение которого проводит SCR. Это может быть достигнуто с помощью схемы SCR, которая включает управление фазой входного стробирующего сигнала.
Формы сигналов тиристорной цепи переменного токаИспользуя схему SCR с фазовым управлением, можно увидеть, что сигнал затвора SCR получается из RC-цепи, состоящей из R1, VR1 и C1 перед диодом D1.
Как и в случае с базовой схемой тиристора переменного тока, интерес представляет только положительный полупериод сигнала, поскольку тиристор смещен в прямом направлении. В течение этого полупериода конденсатор C1 заряжается через цепь резисторов, состоящую из R1 и VR1, от напряжения питания переменного тока. Видно, что форма волны на положительном конце C1 отстает от формы входной волны, и затвор срабатывает только тогда, когда напряжение на верхнем конце конденсатора поднимается достаточно, чтобы запустить SCR через D1. В результате точка включения SCR задерживается по сравнению с той, которая обычно имела бы место, если бы RC-сеть отсутствовала.Установка значения VR1 изменяет задержку и, следовательно, пропорцию цикла, в которой работает SCR. Таким образом можно регулировать мощность нагрузки.
Схема тиристора переменного тока с управлением фазой затвораВключен последовательный резистор R1, чтобы ограничить минимальное значение для цепи резисторов значением, которое обеспечит приемлемый уровень тока затвора для SCR.
Обычно, чтобы обеспечить полный контроль над 50% цикла, доступного для проведения с помощью SCR, фазовый угол сигнала затвора должен изменяться от 0 ° до 180 °.
Эти схемы дают некоторые из основных концепций, лежащих в основе проектирования схем тиристоров / тиристоров. Они демонстрируют основные операции того, как они работают и как их можно использовать.
Одной из основных проблем, о которых следует помнить при проектировании тиристорных схем, является рассеяние мощности. Поскольку эти схемы часто работают с высоким напряжением и высокими уровнями мощности, рассеяние мощности может быть основным фактором при проектировании и работе схемы.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .
Обзор схем, типов и применений тиристоров
В промышленном масштабе первые тиристорные устройства были выпущены в 1956 году. С помощью небольшого устройства тиристоры могут управлять большими значениями напряжения и мощности. Широкий спектр применения в регуляторах освещенности, регулировании мощности и скорости электродвигателя. Раньше тиристоры использовались в качестве реверсивного тока для выключения устройства. На самом деле он требует постоянного тока, поэтому приложить его к устройству очень сложно.Но теперь, используя управляющий сигнал строба, новые устройства можно включать и выключать. Тиристоры можно использовать для полного включения и выключения. Но транзистор находится между включенным и выключенным состояниями. Таким образом, тиристор используется в качестве переключателя и не подходит в качестве аналогового усилителя. Пожалуйста, перейдите по ссылке: Методы связи тиристоров в силовой электронике
Что такое тиристор?
Тиристор – это четырехслойный твердотельный полупроводниковый прибор из материала типа P и N.Всякий раз, когда затвор получает ток срабатывания, он начинает проводить до тех пор, пока напряжение на тиисторном устройстве не окажется под прямым смещением. Таким образом, в этом состоянии он действует как бистабильный переключатель. Чтобы контролировать большую величину тока двух выводов, мы должны спроектировать трехпроводной тиристор, комбинируя небольшую величину тока с этим током. Этот процесс называется контрольным отведением. Если разность потенциалов между двумя выводами находится под напряжением пробоя, то для включения устройства используется двухпроводной тиристор.
ТиристорОбозначение цепи тиристора
Обозначение схемы тиистора приведено ниже. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор.
TRIAC SymbolТиристор
имеет три состояния.- Обратный режим блокировки – В этом режиме работы диод блокирует подаваемое напряжение.
- Режим прямой блокировки – В этом режиме напряжение, приложенное в одном направлении, заставляет диод проводить. Но здесь не будет проводимости, потому что тиристор не сработал.
- Режим прямой проводимости – Тиристор сработал, и ток будет течь через устройство до тех пор, пока прямой ток не станет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».
Схема слоев тиристоров
Тиристор состоит из трех pn-переходов , а именно J1, J2 и J3. Если анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, а вывод затвора не запускается никаким напряжением, то J1 и J3 будут находиться в состоянии прямого смещения. .В то время как переход J2 будет находиться в состоянии обратного смещения. Таким образом, переход J2 будет в выключенном состоянии (проводимости не будет). Если повышение напряжения на аноде и катоде превышает V BO (напряжение пробоя), то для J2 происходит лавинный пробой, и тогда тиристор переходит в состояние ВКЛ (начинает проводить).
Если к клемме затвора приложено напряжение В G (положительный потенциал), то на переходе J2 произойдет пробой, которая будет иметь низкое значение В AK .Тиристор может переключиться в состояние ВКЛ, выбрав соответствующее значение В G . В условиях лавинного пробоя тиристор будет работать непрерывно без учета напряжения затвора до тех пор, пока не будет достигнуто значение
.- Снимается потенциал V AK или
- Удерживающий ток больше, чем ток, протекающий через устройство
Здесь В G – Импульс напряжения, который является выходным напряжением релаксационного генератора UJT.
Схема слоев тиристоровЦепи переключения тиристоров
- Цепь тиристора постоянного тока
- Тиристорная схема переменного тока
Цепь тиристора постоянного тока
При подключении к источнику постоянного тока для управления большими нагрузками постоянного тока и током мы используем тиристор. Основное преимущество тиристора в цепи постоянного тока в качестве переключателя дает высокий коэффициент усиления по току. Небольшой ток затвора может управлять большим количеством анодного тока, поэтому тиристор известен как устройство, работающее от тока.
Цепь тиристора постоянного токаЦепь тиристора переменного тока
При подключении к источнику переменного тока тиристор действует иначе, потому что он не такой, как схема, подключенная к постоянному току. В течение половины цикла тиристор используется в качестве цепи переменного тока, вызывая его автоматическое отключение из-за состояния обратного смещения.
Схема тиристора переменного токаТипы тиристоров
По возможностям включения и выключения тиристоры подразделяются на следующие типы:
- Тиристоры с кремниевым управлением или тиристоры
- Затвор отключающий тиристоры или ГТО
- Эмиттер выключения тиристоров или ЭТО
- Тиристоры обратной проводимости или RCT
- Двунаправленные тиристоры или триодные тиристоры
- МОП отключают тиристоры или МТО
- Тиристоры с двунаправленным фазовым управлением или BCT
- Тиристоры с быстрым переключением или тиристоры
- Выпрямители с управляемым кремнием с активированным светом или LASCR
- Тиристоры с управлением на полевых транзисторах или полевые транзисторы-CTH
- Интегрированные тиристоры с коммутацией затвора или IGCT
Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объясняем некоторые типы тиристоров.
Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)
Кремниевый управляемый выпрямитель также известен как тиристорный выпрямитель. Это четырехслойное твердотельное устройство с контролем тока. SCR могут проводить ток только в одном направлении (однонаправленные устройства). SCR могут нормально запускаться током, который подается на клемму затвора. Чтобы узнать больше о SCR. Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о: Учебник по основам и характеристикам SCR
Затвор отключающий Тиристоры (ГТО)
Одним из особых типов высокомощных полупроводниковых приборов является GTO (тиристор, отключающий затвор).Терминал ворот управляет включением и выключением переключателей.
GTO SymbolЕсли положительный импульс приложен между выводами катода и затвора, то устройство будет включено. Выводы катода и затвора ведут себя как PN-переход, и между выводами существует небольшое напряжение относительно. Это ненадежно как SCR. Для повышения надежности мы должны поддерживать небольшой положительный ток затвора.
Если импульс отрицательного напряжения приложен между выводами затвора и катода, устройство выключится.Чтобы вызвать напряжение катода затвора, часть прямого тока украдена, что, в свою очередь, может упасть наведенный прямой ток, и GTO автоматически перейдет в состояние блокировки.
Приложения
- Электроприводы с регулируемой скоростью
- Преобразователи мощности и тяги
Применение GTO на частотно-регулируемом приводе
Существует две основные причины использования привода с регулируемой скоростью – это обмен и управление технологической энергией. И это обеспечивает более плавную работу.В этом приложении доступен высокочастотный ГТО с обратной проводимостью.
Приложение GTOЭмиттер ВЫКЛ Тиристор
Тиристор выключения эмиттера – это один из типов тиристора, который включается и выключается с помощью полевого МОП-транзистора. Он включает в себя как преимущества MOSFET, так и GTO. Он состоит из двух вентилей – один вентиль используется для включения, а другой вентиль с последовательным MOSFET используется для выключения.
Emitter Turn OFF ThyristorЕсли на затвор 2 подано некоторое положительное напряжение, он включит полевой МОП-транзистор, который соединен последовательно с клеммой катода тиристора PNPN.МОП-транзистор, подключенный к клемме тиристорного затвора , выключится, когда мы подадим положительное напряжение на затвор 1.
Недостатком MOSFET-транзистора, соединенного последовательно с зажимом затвора, является то, что полное падение напряжения увеличивается с 0,3 В до 0,5 В и соответствующие ему потери.
Приложения
УстройствоETO используется для ограничителя тока короткого замыкания и полупроводникового выключателя из-за его высокой способности к прерыванию тока, высокой скорости переключения, компактной конструкции и низких потерь проводимости.
Эксплуатационные характеристики ETO в твердотельном автоматическом выключателе
По сравнению с электромеханическими распределительными устройствами твердотельные выключатели могут обеспечить преимущества в сроке службы, функциональности и скорости. Во время переходного процесса выключения мы можем наблюдать рабочие характеристики полупроводникового переключателя ETO .
Заявка ETOТиристоры с обратной проводимостью или RCT
Обычный тиристор большой мощности отличается от тиристора с обратной проводимостью (RCT).RCT не может выполнить обратную блокировку из-за обратного диода. Если мы будем использовать обгонную муфту или обратный диод, то это будет более выгодно для этих типов устройств. Потому что диод и SCR никогда не будут проводить, и они не могут одновременно выделять тепло.
RCT SymbolПриложения
RCT или тиристоры с обратной проводимостью в преобразователях и преобразователях частоты, используемых в контроллере переменного тока с использованием схемы демпфера.
Применение в контроллере переменного тока с помощью демпферов
Защита полупроводниковых элементов от перенапряжения заключается в индивидуальном размещении конденсаторов и резисторов параллельно переключателям.Таким образом, компоненты всегда защищены от перенапряжения.
Приложение RCTДвунаправленные триодные тиристоры или триакомеры
TRIAC – это устройство для управления током, и это трехконтактное полупроводниковое устройство . Он образован от названия «Триод для переменного тока». Тиристоры могут проводить только в одном направлении, но TRIAC может проводить в обоих направлениях. Есть два варианта переключения формы сигнала переменного тока для обеих половин: один использует TRIAC, а другой – тиристоры, подключенные взаимно.Чтобы включить одну половину цикла, мы используем один тиристор, а для работы другого цикла мы используем тиристоры с обратным подключением.
СимисторПриложения
Используется в диммерах домашнего освещения, регуляторах малых двигателей, регуляторах скорости электрических вентиляторов, управлении небольшими бытовыми электроприборами переменного тока.
Применение в диммерах для домашнего освещения
При использовании рубящих частей напряжения переменного тока диммер будет работать. Это позволяет лампе пропускать только части сигнала.Если dim больше, чем прерывание формы волны, также больше. В основном передаваемая мощность будет определять яркость лампы. Обычно для изготовления диммера используется TRIAC.
Применение симистораЭто все о типах тиристоров и их применениях. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, с любыми вопросами относительно этой статьи или любой помощью в реализации проектов в области электротехники и электроники вы можете свободно обращаться к нам, связавшись с нами в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какие бывают тиристоры?
Фото:
- Символ тиристора викимедиа
- Схема слоев тиристора tumblr
- Учебные пособия по электронике тиристорной цепи постоянного тока Модель
- GTO thinkelectronics
- Электронное руководство по ремонту TRIAC
- Диммер для домашнего освещенияdigikey
- Типы тиристорных ступиц электронных
Тиристор – обзор | Темы ScienceDirect
8.4.4 Тиристоры
Тиристор представляет собой четырехслойное трехполюсное полупроводниковое устройство, используемое для управления протеканием тока. Он состоит из трех p-n-переходов, как показано на рис. 8.46, и трех выводов, названных анодом, катодом и затвором. Тиристор используется для защиты электронных схем от перенапряжения (лома), управления двигателем, бытовых вспомогательных устройств (например, электрических кухонных принадлежностей) и схем регулирования напряжения.
Рисунок 8.46. Структура тиристора и обозначение схемы
В выключенном состоянии ток (I) не течет от анода к катоду.Тиристор можно включить или перевести в проводящее состояние, подав ток в слой p-типа, подключенный к затвору. При включении он будет продолжать проводить ток (от анода к катоду) до тех пор, пока проводящий ток остается выше уровня удерживающего тока. Это не зависит от тока затвора.
На рисунке 8.47 показан тиристор, регулирующий ток, протекающий через резистор. Входное напряжение синусоидальной волны применяется в качестве управляющего сигнала, и ток будет течь, когда тиристор находится в проводящем состоянии, а проводящий ток остается выше уровня удерживающего тока для тиристора.Для коммерческих устройств эту информацию предоставляет техническое описание. Схема генератора тока затвора генерирует необходимые сигналы для управления работой тиристора. Обычно схема генерирует импульсы в соответствующей точке синусоидальной волны входного сигнала, в этом примере включает тиристор на пике напряжения входного сигнала. Ток (I) течет до тех пор, пока этот ток выше уровня удерживающего тока. Если нагрузка индуктивная (как в электродвигателях), необходимо учитывать разность фаз между напряжением и током.Ток будет течь только от анода к катоду, поэтому сигнал переменного тока должен быть выпрямлен. Благодаря такому действию тиристор также называют кремниевым управляемым выпрямителем (SCR).
Рисунок 8.47. Тиристор, управляющий прохождением тока через резистор
Характеристики тиристора показаны на одном из двух графиков:
- 1.
Характеристики тиристора с нулевым током затвора , на рисунке 8.48 показано напряжение устройства (между анодом и напряжение на катоде) Vs (ток, протекающий через анод), характеристика, когда затвор не работает.Первоначально, когда тиристор выключен, ток отсутствует, и будет течь только небольшой прямой ток утечки. По мере увеличения напряжения на тиристоре будет течь только небольшой прямой ток утечки, пока напряжение не достигнет значения, при котором ток может увеличиться до значения (тока фиксации), при котором тиристор сам включится. Напряжение на тиристоре падает до уровня прямого падения напряжения. Тиристор будет продолжать проводить (независимо от тока затвора), пока прямой ток остается выше уровня удерживающего тока.Когда тиристор выключен и на анод и катод подается обратное напряжение, будет наблюдаться небольшой обратный ток утечки, пока приложенное напряжение не достигнет величины, вызывающей обратный пробой (напряжение обратного пробоя). В этот момент ток может резко увеличиться и, если его не ограничить, может вызвать поломку устройства. Эти уровни напряжения и тока необходимо учитывать при проектировании схемы, чтобы предотвратить нежелательное срабатывание схемы и потенциальный отказ цепи.
Рисунок 8.48. Характеристика тиристора с нулевым током затвора
- 2.
Характеристика переключения тиристора , на рисунке 8.49 показана характеристика устройства, когда ток затвора применяется для включения тиристора. Здесь ток фиксации больше, чем ток удержания.
Рисунок 8.49. Характеристики переключения тиристора
FPGA или CPLD могут обеспечивать управление тиристором. Простая установка, показанная на рисунке 8.50 показывает CPLD, выдающий импульсы с одного из своих цифровых выходов. Здесь на схеме показан выходной вывод CPLD, подключенный непосредственно к затвору тиристора. Однако может потребоваться токоограничивающий резистор, включенный последовательно с затвором тиристора (как в схемах биполярных транзисторов). Этот импульсный сигнал может быть создан с использованием простого счетчика с декодированием выходных состояний счетчика для обеспечения необходимой последовательности импульсов 0-1-0.
Рисунок 8.50. CPLD-контроль тиристора
Схема и длительность импульса должны быть приняты во внимание для факторов:
- 1.
FPGA или CPLD могут обеспечить необходимый ток затвора тиристора и напряжение затвора.
- 2.
Ширина импульса тока затвора должна учитывать требования ко времени включения и выключения тиристора, а также частоту управляющего сигнала переменного тока.
- 3.
Момент времени в течение цикла напряжения переменного тока, в котором создается сигнал стробирующего импульса. Чтобы создать точно синхронизированный импульс (синхронизированный с сигналом переменного тока), тогда сигнал переменного тока должен контролироваться, а точка в сигнальном цикле для создания импульса определяется значением отслеживаемого сигнала.Компаратор и опорное напряжение постоянного тока (напряжение сигнала, при котором создается импульс) с выходом компаратора в качестве входа для CPLD (и, следовательно, подходящего цифрового конечного автомата в CPLD) обеспечивают эту синхронизацию.
- 4.
Необходимо принять соответствующие меры для изоляции любых низковольтных и высоковольтных цепей.
Для электрической изоляции любых низковольтных и высоковольтных цепей используется оптоизолятор. Это устройство, которое обеспечивает оптическое соединение между двумя цепями, но электрическую изоляцию.Оптоизолятор состоит из светодиода и фототранзистора в одном корпусе. Внешний входной сигнал включает или выключает светодиод на входной цепи. Когда светодиод включен, генерируемый свет падает на фототранзистор, включая его, когда он горит, и гаснет, когда он не горит.
Создает оптическое соединение с гальванической развязкой. Основная идея оптоизолятора показана на рисунке 8.51.
Рисунок 8.51. Использование оптоизолятора
Рисунок 8.52 показывает пример оптоизолятора, электрически изолирующего CPLD от самого тиристора.
Рисунок 8.52. Пример схемы оптоизоляции
Для создания импульсов, необходимых для включения тиристора, можно использовать FPGA или CPLD. Рассмотрим ситуацию, когда необходимо управлять синусоидальным напряжением 50 Гц для схемы, показанной на рисунке 8.50. Здесь импульс управляется для увеличения с шагом 1 мс, полученным из тактовой частоты 1 кГц (период тактовой частоты составляет 1 мс). Если этот тактовый сигнал 1 кГц получен из более высокой тактовой частоты, тогда может быть разработан счетчик для создания схемы делителя тактовой частоты.Простым способом получения импульса является создание счетчика и декодирование состояний выхода счетчика для создания импульсного сигнала. Импульс должен повторяться в каждом цикле синусоидальной волны, поэтому счетчик должен повторяться каждые 20 тактов (представляющих период времени 20 мс, 1/50 Гц). Импульс создается (т.е. будет логической 1) на положительном полупериоде синусоидальной волны. Не дается никакой информации о том, как схема будет определять время в цикле синусоидальной волны, поэтому предполагается, что, когда синусоида находится в точке пересечения (т.е., ноль) при переходе от отрицательного значения к положительному (см. рисунок 8.53), счетчик будет в исходном состоянии (состояние 0).
Рисунок 8.53. Отображение положения цикла синусоидальной волны в состояние счетчика
Пример кода VHDL для этой схемы можно увидеть со ссылкой на блок-схему, показанную на рисунке 8.54. На нем показано графическое представление кода VHDL (показанного на рисунке 8.55), а также конструкция счетчика с декодированными выходными сигналами, которые управляются с помощью главного тактового генератора 50 МГц и активного низкого асинхронного сброса.Этот дизайн кода VHDL реализуется в рамках четырех процессов: Первый процесс создает счетчик на 50 000 отсчетов, используя входную частоту 50 МГц. Второй процесс создает внутреннюю тактовую частоту 1 кГц путем декодирования выходных данных первого процесса. Третий процесс создает счетчик с 20 состояниями, а четвертый процесс декодирует этот выходной сигнал счетчика для получения сигнала управления затвором тиристора.
Рисунок 8.54. Цифровая схема для создания импульса затвора тиристора
Рисунок 8.
