У перемикальних схемах часто використовується тиристор, принцип роботи якого нагадує електронний ключ. Він являє собою напівпровідниковий прилад, що має три або декілька взаємодіючих випрямляють переходів. Однак тиристор не здатний перейти в стан закритого типу, тому його називають ключем, який є не повністю керованим.
Пристрій і види напівпровідникових приладів
Перш ніж розглядати принцип роботи тиристорів в ланцюгах, необхідно розібратися з тим, як вони влаштовані, які види існують. Складаються вони з чотирьох послідовно з’єднаних шарів, які мають різний тип провідності. З зовнішньої сторони є контакти – анод і катод. Прилади можуть володіти двома керуючими електродами, прикріпленими до внутрішніх шарів. Зміни стану вдається досягти за рахунок подачі сигналу безпосередньо на провідник.
Розрізняють два основних види тиристорів:
Процес замикання може здійснюватися двома способами. Перший з них передбачає зниження електричного струму нижче рівня утримання. Варіант застосовується для всіх видів тиристорів. Другий спосіб полягає в нагнітанні замикаючого напруги безпосередньо на керуючий контакт. Він використовується тільки для тринисторов замикається типу.
Можливість зворотної провідності
Розглядаючи принцип роботи тиристора, слід розуміти, що елементи можуть бути класифіковані по зворотному напрузі.
Всього існує чотири варіанти виробів:
Використовуючи сімістори, необхідно пам’ятати, що вони функціонують симетрично лише на перший погляд. При подачі негативного (на анод) і позитивного (на керуючий електрод) напруги вони не здатні відкриватися, а в деяких випадках можуть виходити з ладу.
В електроніці сімістори відносять до керованим тиристорам, принцип роботи яких полягає в комутації ланцюгів змінного струму. При проектуванні таких схем, необхідно вивчати документацію конкретного виробу, щоб визначити, які сигнали допустимі. Окремі види сімісторов можуть мати деякі обмеження.
Робота в ланцюзі постійного струму
Якщо пояснювати принцип роботи тиристора простою мовою, то він полягає у включенні напівпровідникового приладу за допомогою подачі імпульсу електричного струму безпосередньо в ланцюг управління позитивної полярності. На тривалість перехідного процесу істотно впливає характер виробленої навантаження, а також інші фактори:
- швидкість і амплітуда створеного імпульсу;
- температура напівпровідникової конструкції;
- передається напруга;
- струм навантаження.
У ланцюзі з тиристором при збільшенні прямої напруги не повинно фіксуватися завищених значень швидкості наростання. В іншому випадку може відбуватися ненавмисне включення приладу без подачі сигналу. Однак крутизна виробленого імпульсу не повинна бути низькою.
Вимкнення елементів може відбуватися природним чи примусовим способом. У першому випадку комутація в системах змінного струму здійснюється в момент падіння електричного струму до мінімуму. Що стосується варіантів примусового виключення, то воно може бути досить різноманітним:
Функціонування в колі змінного струму
Тепер слід розглянути принцип роботи тиристора в ланцюзі, яка пропускає змінний струм. При його впровадженні можна виробляти включення і відключення електричних мереж з активним навантаженням, а також здійснювати зміну середнього та поточного значень струму шляхом регулювання подачі сигналу.
Не новина навіть для чайників – принцип роботи тиристора полягає в пропущенні струму в одному напрямку, тому в мережах з змінним струмом здійснюється зустрічно-паралельне включення. Значення можуть змінюватись шляхом зміни самого моменту подачі на прилади відкривають сигналів. Кути регулюються за рахунок системи управління.
Режим зворотного замикання
Розповідаючи про принцип роботи триодного тиристора, не можна не відзначити, що воно може працювати в різних режимах. При зворотному запиранні безпосередньо до анода напівпровідника докладено негативне напруга по відношенню до катодному контакту. Переходи при такому варіанті зміщені в протилежному напрямку.
Існують фактори, які обмежують застосування такого режиму. Перший з них – це лавинний пробій, а другий – прокол збідненої області. Це пояснюється тим, що значна частина напруги знижується на одному з переходів. Виникає їх змикання або відбувається пробій.
Режим прямого замикання
Принцип роботи тиристора в режимі прямого замикання припускає зворотне зміщення одного з переходів. Протилежні шари зміщені в прямому напрямі. Основна частина прикладеної напруги знижується на одиничному переході. Через інші шари дотичні області инжектируются носії, що дозволяють зменшити опір на провідному елементі. Відбувається збільшення минаючого струму. Падіння напруги зменшується.
Збільшення прямої напруги призводить до повільного зростання електричного струму. В такому режимі напівпровідник вважається замкненим, що пов’язано з підвищеним опором одиничного переходу. При певному показнику напруги процес починає набувати лавиноподібний характер. Прилад переходить у включений стан, в ньому встановлюється електричний струм, який залежить від джерела і опору ланцюга.
Двухтранзисторная модель
Для пояснення будови і принципу роботи тиристора в режимі прямого замикання застосовується двухтранзисторная модель. Даний напівпровідниковий прилад можна розглядати як два суміщених транзистора з протилежними висновками. Перехід у центрі використовується в якості колектора дірок і електронів, які инжектируются певними переходами.
Співвідношення не змінюються при протіканні струмів в протилежному напрямку. При підвищенні коефіцієнта в замкнутій петлі відбувається лавиноподібний процес, що припускає збільшення струму безпосередньо через структуру. Електричний струм обмежений лише опором зовнішньої ланцюга.
Чим різняться діністори і тріністори
Принципових відмінностей між характеристиками і принципом роботи тиристорів не можна знайти. Однак відкриття динистора проводиться при наявності певної напруги між двома основними висновками. Воно залежить від типу використовуваного пристрою. У випадку з тріністором напруга відкриття вдається знизити примусовим чином. Це можна зробити, якщо подати імпульс електричного струму необхідної величини безпосередньо на керуючий електрод. Тріністори отримали найбільше поширення серед приладів з категорії тиристорів.
Основні характеристики
При виборі тиристорів звертають увагу на певні параметри:
При виборі тиристора не слід забувати про призначення приладу. На це безпосередньо впливає часовий інтервал переходу у відкрите або закрите стан. Як правило, період включення є коротшим, ніж проміжок виключення.
Схеми з застосуванням тиристорів
Тиристорні схеми поділяються на чотири категорії:
В якості висновку
Найчастіше розповідають про принципи роботи тиристорів для студентів спеціалізованих училищ, які готують фахівців у галузі електротехніки. Проте не завадить вивчити інформацію про пристрій і функціонування універсальних напівпровідникових приладів простим людям, виявляє інтерес до проектування різних електричних схем.
