Тиристор - это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном течении. Этот радиоэлемент зачастую сравнивают с управляемым диодом и именуют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).
Тиристор обладает три вывода, одинехонек из каких - распоряжающийся электрод, можно проронить, "спусковой крючок" - используется для острого перевода тиристора во включенное состояние.
Тиристор соединяет в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. зачастую он используется словно регулятор, узловым образом, когда схема столуется переменным усилием. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:
тиристор, словно и диод, коротает в одном течении, проявляя себя словно выпрямитель;
тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на распоряжающийся электрод и, следственно, словно выключатель обладает два устойчивых состояния. Тем не менее для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить особенные условия;
распоряжающийся ток, необходимый для перевода тиристора из прикрытого состояния в распахнутое, основательно незначительнее (несколько миллиампер) при работнике токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. следственно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;
o средний ток сквозь нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно буквально регулировать в подневольности от длительности сигнала на заворачивающем электроде. Тиристор при этом представляет регулятором мощности.
Тиристором зовется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, заключающийся из чередующихся четырех кремниевых рядов субъекта р и n. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рис. 1.
Крайнюю сфера р-структуры, к коей подключается позитивный полюс родника питания, установлено звать анодом, а крайнюю сфера n, к коей подключается негативный полюс этого родника, - катодом.
Рис.1. Структура и обозначение тиристора
В соответствии со структурой тиристора можно выделить три электронно-дырочных перехода и заменить тиристор эквивалентной схемой, словно показано на рис. 2.
Эта эквивалентная схема позволяет уразуметь поведение тиристора с отключенным распоряжающимся электродом.
Если анод позитивен по касательству к катоду, то диод D2 прикрыт, что приводит к закрытию тиристора, смещенного в этом случае в прямом течении. При прочий полярности диоды D1 и D2 смещены в исподнем течении, и тиристор также прикрыт.
Рис.2. понятие тиристора тремя диодами
Эквивалентное понятие структуры р-n-p-n в облике двух транзисторов показано на рис. 3.
Представление тиристора в облике двух транзисторов различного субъекта проводимости приводит к эквивалентной схеме, представленной на рис. 1.4. Она наглядно объясняет явление отпирания тиристора.
сквозь распоряжающийся электрод тиристора, смещенного в прямом течении (напряжение V
положительное), словно показано на рис. 4.
становится базовым током транзистора n-p-n, то ток коллектора этого транзистора равновелик B
, где B
- коэффициент усиления по току транзистора Т1.
Этот ток враз представляет базовым током транзистора р-n-р, что приводит к его отпиранию. Ток коллектора транзистора Т2 составляет величину B
, что поддерживает транзистор Т1 в разинутом состоянии. почему, если распоряжающийся ток I
хватает здоров, оба транзистора переходят в порядок насыщения.
Цепь внутренней оборотной связи сберегает проводимость тиристора даже в случае исчезновения первоначального тока распоряжающегося электрода IGT, при этом ток анода (1А ) остается хватает возвышенным.
Типовая схема запуска тиристора вогнана на рис. 5
.
Рис.3. Разбиение тиристора на два транзистора
Рис.4. понятие тиристора в облике двухтранзисторной схемы
Рис.5. характеристичная схема запуска тиристора
Тиристор преступит в прихлопнутое состояние, если к заворачивающему электроду распахнутого тиристора не приложен никакой сигнал, а его пролетарий ток спадет до кое-какого значения, величаемого током удержания (гипостатическим током).
Отключение тиристора содеется, в частности, если была разомкнута цепь нагрузки (рис. 6а) или натуга, приложенное к внешней цепи, поменяло полярность (это случается в гробе всякого полупериода переменного усилия питания).
Рис.6. Способы отключения тиристора
Когда тиристор трудится при непрестанном токе, отключение может быть произведено с подмогой механического выключателя.
Включенный последовательно с нагрузкой этот ключ используется для отключения рабочей цепи.
Включенный параллельно основным электродам тиристора (рис. 6б) ключ шунтирует анодный ток, и тиристор при этом переходит в прихлопнутое состояние. кой-какие тиристоры вторично подключаются после размыкания ключа. Это объясняется тем, что при размыкании ключа заряжается паразитная емкость р-n перехода тиристора, рождая помехи.
Поэтому предпочитают размещать ключ между распоряжающимся электродом и катодом тиристора (рис. 1.6в), что гарантирует верное отключение посредством отсечения удерживающего тока. враз смещается в исподнем течении переход р-n, должный диоду D2 из схемы замещения тиристора тремя диодами (рис. 2).
На рис. 6а-д представлены разные варианты схем отключения тиристора, среди них и ранее упоминавшиеся. прочие, словно правило, применяются, когда требуется отключать тиристор с подмогой прибавочной цепи. В этих случаях механический выключатель можно заменить вспомогательным тиристором или ключевым транзистором, словно показано на рис. 7.
Рис.7. Классические схемы отключения тиристора с подмогой прибавочной цепи
Симиcmop - полупроводниковый прибор, какой широко используется в системах, столующихся переменным усилием. Упрощенно он может рассматриваться словно управляемый выключатель. В прихлопнутом состоянии он ведет себя словно разомкнутый выключатель. насупротив, подача распоряжающегося тока на распоряжающийся электрод симис-тора ведет к переходу его в коротающее состояние. В это час симистор подобен сомкнутому выключателю.
При отсутствии распоряжающегося тока симистор во час любого полупериода переменного усилия питания неотвратимо переходит из состояния проводимости в прихлопнутое состояние.
Кроме работы в релейном порядке в термостате или светочувствительном выключателе, разработаны и широко используются системы регулирования, функционирующие по принципу фазового управления усилием нагрузки, или, иными словами, пластические регуляторы.
Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих течениях. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис. 8. Симистор обладает три электрода: одинехонек распоряжающийся и два основных для пропускания пролетария тока.
Рис.8. Структура симистора
Симистор открывается, если сквозь распоряжающийся электрод пролегает отпирающий ток или если натуга между его электродами А1 и А2 превышает кое-какую максимальную величину (на самом деле это зачастую приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды усилия питания).
.
В порядке переменного питания смена состояний симистора вызывается изменением полярности усилия на рабочих электродах А1 и А2. почему в подневольности от полярности распоряжающегося тока можно обусловить четыре варианта управления симистором, словно показано на рис. 9.
Каждый квадрант отвечает одному способу открывания симистора. Все способы скупо изображены в табл. 1.
Рис.9. Четыре мыслимых варианта управления симистором
Таблица 1. Упрощенное понятие способов открывания симистора
Например, если между работниками электродами симистора прикладывают натуга V
>0 и натуга на заворачивающем электроде негативно по касательству к аноду А1, то смещение симистора отвечает квадранту II и упрощенному обозначению + -.
), удерживающий ток I
).
Отпирающий ток должен сохраняться до тех пор, поколе пролетарий ток не превысит в два-три раза величину удерживающего тока I
. Этот минимальный отпирающий ток и представляет током включения симистора I
.
Затем, если снять ток сквозь распоряжающийся электрод, симистор останется в провождущем состоянии до тех пор, поколе анодный ток будет превышать ток удержания I
.
Симистор накладывает шеренга ограничений при использовании, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения трогают скорости изменения усилия (dV/dt) между анодами симистора и скорости изменения пролетария тока di/dt.
Действительно, во час перехода симистора из прикрытого состояния в коротающее внешней цепью может быть вытребован основательный ток. В то же час молниеносного падения усилия на выводах симистора не происходит. следственно, враз будут присутствовать натуга и ток, развивающие молниеносную мощность, какая может достигнуть основательных величин. Энергия, невнимательная в малом пространстве, потребует пронзительное повышение температуры р-п переходов. Если критическая температура будет превышена, то содеется разрушение симистора, потребованное чрезмерной скоростью нарастания тока di/dt.
Ограничения также распространяются на изменение усилия двух категорий: на dV/dt применительно к захлопнутому симистору и на dV/dt при разинутом симисторе (последнее также зовется скоростью переключения).
Чрезмерная скорость нарастания усилия, приложенного между выводами А1 и А2 закопанного симистора, может призвать его открытие при отсутствии сигнала на заворачивающем электроде. Это явление вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкости может быть достаточным для отпирания симистора.
Однако не это представляет основной причиной несвоевременного открытия. Максимальная размеры dV/dt при переключении симистора, словно правило, здорово миниатюрна, и излишне ходкое изменение усилия на выводах симистора в момент его запирания может тотчас же повлечь за собой свежеиспеченное включение. таковым образом, симистор наново отпирается, в то час словно должен затвориться.
Рис.10. Симистор с защитной RC-цепочкой
При индуктивной нагрузке симистора или при защите от наружных перенапряжений для ограничения воздействия dV/dt и тока перегрузки невредно использовать защитную RC-цепочку (рис. 10).
Расчет значений R и С зависит от нескольких параметров, среди каких - размеры тока в нагрузке, значения индуктивности и номинального сопротивления нагрузки, пролетария усилия, характеристик симистора.
Совокупность этих параметров с трудом поддается буквальному описанию, почему зачастую принимают во внимание эмпирические значения. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ вручает троякие плоды. Однако отметим, что смысл сопротивления надлежит быть гораздо незначительнее (или одного порядка), чем размеры упитанной нагрузки, являя хватает возвышенным для того, дабы ограничить ток разряда конденсатора с мишенью соблюдения максимального значения di/dt в момент отпирания.
RC-цепочка прибавочно улучшает включение в коротающее состояние симистора, распоряжающегося индуктивной нагрузкой. истинно, ток разряда конденсатора устраняет воздействие приостановки индуктивного тока, поддерживая пролетарий ток тоньше минимального значения удерживающего тока I
).
Рис.11. Защита симистора с подмогой варистора
Дополнительная защита, заслуживающая внимания, может быть гарантирована с подмогой варистора, подключенного к выводам индуктивной нагрузки. прочий варистор, включенный параллельно питающему усилию, приостановит помехи, распространяющиеся по сети питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении варистора параллельно его выводам А1 и А2 (рис. 11).
измерить Кадино Э. Цветомузыкальные установки.-М.: ДМК Пресс, 2000.
|
