مبدأ تشغيل الثايرستور مختصر. الثايرستور ودوائر التبديل للأحمال القوية

أدى ظهور عناصر أشباه الموصلات p-n-p-n المكونة من أربع طبقات إلى إحداث طفرة حقيقية في إلكترونيات الطاقة. تسمى هذه الأجهزة "الثايرستور". البوابات التي يتم التحكم فيها بالسيليكون هي العائلة الأكثر شيوعًا من الثايرستور.

يحتوي هذا النوع من أجهزة أشباه الموصلات على الهيكل التالي:

كما يمكننا أن نرى من الرسم التخطيطي، فإن الثايرستور لديه ثلاثة أطراف - الكاثود وقطب التحكم والأنود. يجب توصيل الأنود والكاثود بدوائر الطاقة، ويتم توصيل قطب التحكم بنظام التحكم (شبكات التيار المنخفض) للتحكم في فتح الثايرستور.

على مخططات الدوائرالثايرستور له التسمية التالية:

تظهر خاصية الجهد الحالي أدناه:

دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه الخاصية.

عكس فرع مميزة

وفي الربع الثالث تكون خصائص الثنائيات والثايرستور متساوية. إذا تم تطبيق جهد سلبي على الأنود نسبة إلى الكاثود، فسيتم تطبيق جهد عكسي على J 1 و J 3، ويتم تطبيق جهد مباشر على J 2، مما سيؤدي إلى تدفق تيار عكسي (وهو صغير جدًا ، عادة عدة مللي أمبير). عندما يزيد هذا الجهد إلى ما يسمى بجهد الانهيار، ستحدث زيادة ثلجية في التيار بين J 1 و J 3. في هذه الحالة، إذا لم يكن هذا التيار محدودا، فسوف يحدث انهيار الوصلة مع فشل الثايرستور اللاحق. عند الفولتية العكسية التي لا تتجاوز جهد الانهيار، سوف يتصرف الثايرستور كمقاوم ذو مقاومة عالية.

منطقة الموصلية المنخفضة

وفي هذه المنطقة العكس هو الصحيح. ستكون إمكانات الكاثود سالبة بالنسبة إلى إمكانات الأنود. لذلك، سيتم تطبيق الجهد المباشر على J 1 و J 3، وسيتم تطبيق الجهد العكسي على J 2. وستكون النتيجة تيار أنود صغير جدًا.

منطقة الموصلية العالية

إذا وصل الجهد في قسم الأنود والكاثود إلى قيمة، فإن ما يسمى بجهد التبديل، سيحدث انهيار جليدي في تقاطع J2 وسيتم نقل الثايرستور إلى حالة الموصلية العالية. في هذه الحالة، U سوف تنخفض من عدة مئات إلى 1-2 فولت. سوف يعتمد على نوع الثايرستور. في منطقة الموصلية العالية، سيعتمد التيار المتدفق عبر الأنود على حمل العنصر الخارجي، مما يجعل من الممكن اعتباره في هذه المنطقة كمفتاح مغلق.

إذا قمت بتمرير التيار عبر قطب التحكم، فسوف ينخفض ​​جهد تشغيل الثايرستور. يعتمد ذلك بشكل مباشر على تيار قطب التحكم، وعندما تكون قيمته كبيرة بدرجة كافية، تساوي عمليا الصفر. عند اختيار الثايرستور للتشغيل في الدائرة، يتم اختياره بحيث لا تتجاوز الفولتية العكسية والأمامية القيم المقدرة لجهد الانهيار والتبديل. إذا كان من الصعب تحقيق هذه الشروط، أو كان هناك تشتت كبير في معلمات العناصر (على سبيل المثال، هناك حاجة إلى الثايرستور بقدرة 6300 فولت، وقيمه الأقرب هي 1200 فولت)، ففي بعض الأحيان يكون تشغيل العناصر ضروريًا مستخدم.

في الوقت المناسب، من خلال تطبيق نبض على قطب التحكم، يمكنك نقل الثايرستور من الحالة المغلقة إلى منطقة الموصلية العالية. يجب أن يكون تيار UE، كقاعدة عامة، أعلى من الحد الأدنى لتيار الفتح وهو حوالي 20-200 مللي أمبير.

عندما يصل تيار الأنود إلى قيمة معينة لا يمكن عندها إيقاف الثايرستور (تبديل التيار)، يمكن إزالة نبض التحكم. الآن لا يمكن للثايرستور العودة إلى حالة التوقف إلا عن طريق تقليل التيار تحت تيار الاحتجاز، أو عن طريق تطبيق جهد قطبي عكسي عليه.

فيديو العملية والرسوم البيانية للعمليات العابرة

- جهاز ذو خصائص أشباه الموصلات، يعتمد تصميمه على شبه موصل أحادي البلورة يحتوي على ثلاث وصلات p-n أو أكثر.

ويعني عملها وجود مرحلتين مستقرتين:

• "مغلق" (مستوى التوصيل منخفض)؛
• "مفتوح" (مستوى الموصلية مرتفع).

الثايرستور عبارة عن أجهزة تؤدي وظائف مفاتيح الطاقة الإلكترونية. اسم آخر لهم هو الثايرستور أحادي التشغيل. يتيح لك هذا الجهاز تنظيم تأثير الأحمال القوية من خلال نبضات بسيطة.

وفقًا لخاصية الجهد الحالي للثايرستور، فإن زيادة التيار فيه ستؤدي إلى انخفاض الجهد، أي ستظهر مقاومة تفاضلية سلبية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه الأجهزة شبه الموصلة توصيل دوائر بجهد يصل إلى 5000 فولت وتيارات تصل إلى 5000 أمبير (بتردد لا يزيد عن 1000 هرتز).

الثايرستور ذو طرفين وثلاثة أطراف مناسب للتشغيل بالتيار المباشر والمتردد. في أغلب الأحيان، تتم مقارنة مبدأ عملها مع تشغيل الصمام الثنائي المعدل، ويعتقد أنها تماثلية كاملة للمقوم، إلى حد ما أكثر فعالية.

تختلف أنواع الثايرستور عن بعضها البعض:

• طريقة التحكم.
• الموصلية (أحادية أو ثنائية).

مبادئ الإدارة العامة

يحتوي هيكل الثايرستور على 4 طبقات من أشباه الموصلات في اتصال متسلسل (p-n-p-n). جهة الاتصال المتصلة بالطبقة p الخارجية هي الأنود، والجهة المتصلة بالطبقة n الخارجية هي الكاثود. ونتيجة لذلك، مع التجميع القياسي، يمكن أن يحتوي الثايرستور على قطبي تحكم كحد أقصى، متصلين بالطبقات الداخلية. وفقًا للطبقة المتصلة، يتم تقسيم الموصلات إلى كاثود وأنود بناءً على نوع التحكم. النوع الأول هو الأكثر استخدامًا.

يتدفق التيار في الثايرستور نحو الكاثود (من الأنود)، لذلك يتم الاتصال بالمصدر الحالي بين الأنود والطرف الموجب، وكذلك بين الكاثود والطرف السالب.

يمكن أن يكون الثايرستور مع قطب التحكم:

• قابل للقفل؛
• غير قابل للفتح.

الخاصية الإرشادية للأجهزة غير القابلة للقفل هي عدم استجابتها للإشارة الصادرة من قطب التحكم. الطريقة الوحيدة لإغلاقها هي تقليل مستوى التيار المتدفق من خلالها بحيث يكون أقل من التيار القابضة.

عند التحكم في الثايرستور، ينبغي أن تؤخذ بعض النقاط بعين الاعتبار. يقوم جهاز من هذا النوع بتغيير مراحل التشغيل من "إيقاف" إلى "تشغيل" والعودة بخطوات وفقط في حالة التأثير الخارجي: استخدام التيار (معالجة الجهد) أو الفوتونات (في الحالات التي تحتوي على الثايرستور الضوئي).

لفهم بهذه اللحظةمن الضروري أن نتذكر أن الثايرستور يحتوي بشكل أساسي على 3 مخرجات (الثايرستور): الأنود والكاثود وقطب التحكم.

إن UE (قطب التحكم) هو المسؤول على وجه التحديد عن تشغيل وإيقاف الثايرستور. يتم فتح الثايرستور بشرط أن يصبح الجهد المطبق بين A (الأنود) و K (الكاثود) مساوياً أو يتجاوز جهد تشغيل الثايرستور. صحيح، في الحالة الثانية، سيكون من الضروري التعرض لنبض قطبية إيجابية بين Ue وK.

مع إمداد ثابت بجهد الإمداد، يمكن أن يظل الثايرستور مفتوحًا إلى أجل غير مسمى.

لتبديله إلى حالة مغلقة، يمكنك:

• خفض مستوى الجهد بين A وK إلى الصفر؛
• تقليل قيمة التيار A بحيث تكون قوة التيار القابضة أكبر؛
• إذا كان تشغيل الدائرة يعتمد على عمل التيار المتردد، فسيتم إيقاف تشغيل الجهاز دون تدخل خارجي عندما ينخفض ​​المستوى الحالي نفسه إلى الصفر؛
• قم بتطبيق جهد حظر على UE (ذو صلة فقط بأنواع أجهزة أشباه الموصلات القابلة للقفل).

تستمر الحالة المغلقة أيضًا إلى أجل غير مسمى حتى يحدث دافع محفز.

طرق التحكم المحددة

• السعة .

إنه يمثل إمداد جهد إيجابي متفاوت الحجم إلى Ue. يحدث فتح الثايرستور عندما تكون قيمة الجهد كافية لاختراق انتقال التحكم في تيار التصحيح (Irect). عن طريق تغيير الجهد على UE، يصبح من الممكن تغيير وقت فتح الثايرستور.

العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو التأثير القوي لعامل درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، سيتطلب كل نوع من الثايرستور نوعًا مختلفًا من المقاوم. هذه النقطة لا تضيف سهولة الاستخدام. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ضبط وقت فتح الثايرستور فقط بينما يستمر النصف الأول من نصف الدورة الموجبة للشبكة.

• مرحلة.

وهو يتألف من تغيير المرحلة Ucontrol (فيما يتعلق بالجهد عند الأنود). في هذه الحالة، يتم استخدام جسر تحول الطور. العيب الرئيسي هو المنحدر المنخفض لـ Ucontrol، لذلك من الممكن تثبيت لحظة فتح الثايرستور فقط لفترة قصيرة.

• مرحلة النبض .

مصممة للتغلب على عيوب طريقة المرحلة. لهذا الغرض، يتم تطبيق نبض الجهد مع حافة شديدة الانحدار على Ue. هذا النهج هو الأكثر شيوعا حاليا.

الثايرستور والسلامة

نظرًا للطبيعة الدافعة لعملهم ووجود تيار الاسترداد العكسي، يزيد الثايرستور بشكل كبير من خطر الجهد الزائد أثناء تشغيل الجهاز. بالإضافة إلى ذلك، فإن خطر الجهد الزائد في منطقة أشباه الموصلات مرتفع إذا لم يكن هناك جهد على الإطلاق في أجزاء أخرى من الدائرة.

ولذلك، لتجنب العواقب السلبية، فمن المعتاد استخدام مخططات CFTP. أنها تمنع ظهور والاحتفاظ بقيم الجهد الحرجة.

نموذج الثايرستور ثنائي الترانزستور

من الممكن تمامًا من ترانزستورين تجميع دينيستور (الثايرستور ذو طرفين) أو ثلاثي (الثايرستور بثلاثة أطراف). للقيام بذلك، يجب أن يكون لدى أحدهم الموصلية P-N-P، والآخر - الموصلية N-P-N. يمكن تصنيع الترانزستورات إما من السيليكون أو الجرمانيوم.

ويتم الاتصال بينهما من خلال قناتين:

• الأنود من الترانزستور الثاني + قطب التحكم من الترانزستور الأول ؛
• الكاثود من الترانزستور الأول + قطب التحكم من الترانزستور الثاني.

إذا قمت بالاستغناء عن استخدام أقطاب التحكم، فسيكون الناتج دينيستور.

يتم تحديد توافق الترانزستورات المحددة بنفس مقدار الطاقة. في هذه الحالة، يجب أن تكون قراءات التيار والجهد أكبر من تلك المطلوبة للتشغيل الطبيعي للجهاز. تعتمد البيانات المتعلقة بجهد الانهيار والتيار المستمر على الصفات المحددة للترانزستورات المستخدمة.

اكتب تعليقات وإضافات إلى المقال، ربما فاتني شيء ما. ألقِ نظرة، سأكون سعيدًا إذا وجدت شيئًا آخر مفيدًا لي.

وضع القفل العكسي

أرز. 3. وضع الحجب العكسي للثايرستور

هناك عاملان رئيسيان يحدان من نظام الانهيار العكسي والانهيار الأمامي:

1. ثقب المنطقة المنضب.

في وضع الحظر العكسي، يتم تطبيق جهد على أنود الجهاز، سلبي بالنسبة للكاثود؛ الوصلتان J1 وJ3 متحيزتان عكسيًا، والوصلة J2 متحيزة للأمام (انظر الشكل 3). في هذه الحالة، ينخفض ​​معظم الجهد المطبق عند إحدى الوصلات J1 أو J3 (اعتمادًا على درجة المنشطات في المناطق المختلفة). فليكن هذا الانتقال J1. اعتمادًا على سمك W n1 لطبقة n1، يحدث الانهيار بسبب تكاثر الانهيار الجليدي (سمك منطقة الاستنفاد أثناء الانهيار أقل من W n1) أو الثقب (تنتشر طبقة الاستنفاد على كامل منطقة n1، والوصلات J1 وJ2 مغلقة).

وضع القفل المباشر

مع الحجب المباشر، يكون الجهد عند الأنود موجبًا بالنسبة للكاثود ويكون الوصلة J2 فقط متحيزة عكسيًا. التقاطعان J1 وJ3 متحيزان للأمام. يتم إسقاط معظم الجهد المطبق عند التقاطع J2. من خلال الوصلتين J1 و J3، يتم حقن ناقلات الأقلية في المناطق المجاورة للوصلة J2، مما يقلل من مقاومة الوصلة J2، ويزيد التيار من خلالها ويقلل انخفاض الجهد عبرها. مع زيادة الجهد الأمامي، يزداد التيار عبر الثايرستور ببطء في البداية، وهو ما يتوافق مع القسم 0-1 في خاصية الجهد الحالي. في هذا الوضع، يمكن اعتبار الثايرستور مقفلاً، لأن مقاومة الوصلة J2 لا تزال عالية جدًا. مع زيادة الجهد عبر الثايرستور، تقل نسبة الجهد عبر J2 وتزيد الفولتية عبر J1 وJ3 بشكل أسرع، مما يؤدي إلى زيادة التيار عبر الثايرستور وزيادة حقن الموجة الحاملة الأقلية في منطقة J2. عند قيمة جهد معينة (في حدود عشرات أو مئات الفولتات)، يطلق عليها اسم جهد التبديل الخامس بف(النقطة 1 على خاصية الجهد الحالي)، تكتسب العملية طابعًا يشبه الانهيار الجليدي، ويدخل الثايرستور في حالة ذات موصلية عالية (يتم تشغيله)، ويتم إنشاء تيار فيه، يحدده مصدر الجهد والمقاومة من الدائرة الخارجية.

نموذج ثنائي الترانزستور

لشرح خصائص الجهاز في وضع الحجب المباشر، يتم استخدام نموذج ثنائي الترانزستور. يمكن اعتبار الثايرستور اتصال بنبترانزستور مع ترانزستور n-p-n، مع توصيل مجمع كل منهما بقاعدة الآخر، كما هو موضح في الشكل. 4 للثايرستور الثلاثي. يعمل الوصل المركزي كمجمع للثقوب المحقونة بواسطة الوصلة J1 والإلكترونات المحقونة بواسطة الوصلة J3. العلاقة بين تيارات الباعث أي، جامع أنا جوالقواعد أنا بوكسب التيار الثابت α 1 الترانزستور بي إن بييظهر أيضًا في الشكل. 4، حيث شاركت - تيار عكسيتشبع التحول جامع القاعدة.

أرز. 4. نموذج ثنائي الترانزستور لثايرستور ثلاثي الصمام، توصيل الترانزستورات ونسبة التيار في ترانزستور pnp.

يمكن الحصول على علاقات مماثلة لترانزستور n-p-n عندما يتم عكس اتجاه التيارات. من الشكل. 4 ويترتب على ذلك أن تيار المجمع للترانزستور n-p-n هو في نفس الوقت التيار الأساسي للترانزستور p-n-p. وبالمثل، تيار المجمع للترانزستور p-n-p وتيار التحكم IGيتدفق إلى قاعدة الترانزستور n-p-n. ونتيجة لذلك، عندما يتجاوز إجمالي الكسب في الحلقة المغلقة 1، تصبح عملية التجدد ممكنة.

التيار الأساسي للترانزستور pnp هو أنا ب1= (1 - α 1) I ل - أنا Co1. يتدفق هذا التيار أيضًا عبر مجمع الترانزستور npn. حاضِر جامع n-p-nالترانزستور مع كسب α 2 يساوي أنا C2= α2 أنا ك + ICO2.

معادلة أنا ب1و أنا C2فنحصل على (1 - α 1) I ل - أنا Co1= α2 أنا ك + ICO2. لأن أنا ك = I ل + IG، الذي - التي

أرز. 5. مخطط نطاق الطاقة في وضع التحيز الأمامي: حالة التوازن ووضع الحجب الأمامي ووضع التوصيل الأمامي.

تصف هذه المعادلة الخصائص الثابتة للجهاز في نطاق الجهد حتى الانهيار. بعد الانهيار، يعمل الجهاز كصمام ثنائي p-i-n. لاحظ أن جميع الحدود في بسط الجانب الأيمن من المعادلة صغيرة، وبالتالي فإن الحد α 1 + α 2< 1, ток I لصغير (يعتمد المعاملان α1 و α2 على I لوعادة ما تنمو مع زيادة التيار) إذا كان α1 + α2 = 1، فإن مقام الكسر يذهب إلى الصفر ويحدث انهيار مباشر (أو يتم تشغيل الثايرستور). تجدر الإشارة إلى أنه إذا تم عكس قطبية الجهد بين الأنود والكاثود، فإن الوصلات J1 وJ3 ستكون متحيزة عكسيًا، وستكون J2 متحيزة للأمام. في ظل هذه الظروف، لا يحدث الانهيار، حيث أن الوصلة المركزية فقط هي التي تعمل كباعث وتصبح عملية التجدد مستحيلة.

يظهر الشكل 1 عرض طبقات الاستنفاد ومخططات نطاق الطاقة عند التوازن، في وضعي المنع المباشر والتوصيل المباشر. 5. في حالة التوازن، يتم تحديد منطقة النضوب لكل انتقال وإمكانية الاتصال من خلال ملف توزيع الشوائب. عندما يتم تطبيق جهد موجب على الأنود، تميل الوصلة J2 إلى أن تكون متحيزة عكسيًا، وتميل الوصلات J1 و J3 إلى أن تكون متحيزة للأمام. انخفاض الجهد بين الأنود والكاثود يساوي المجموع الجبري لانخفاض الجهد عبر التحولات: الخامس أك = الخامس 1 + الخامس 2 + الخامس 3. ومع زيادة الجهد، يزداد التيار عبر الجهاز، وبالتالي يزيد α1 وα2. ونظرًا للطبيعة المتجددة لهذه العمليات، سيدخل الجهاز في النهاية إلى حالة مفتوحة. بعد تشغيل الثايرستور، يجب أن يكون التيار المتدفق عبره محدودًا بمقاومة الحمل الخارجي، وإلا إذا كان ذلك كافيًا الجهد العاليسوف يفشل الثايرستور. في حالة التشغيل، يكون الوصلة J2 متحيزة في الاتجاه الأمامي (الشكل 5، ج)، وانخفاض الجهد V AK = (V 1 - | الخامس 2| + V 3) يساوي تقريبًا مجموع الجهد عبر وصلة متحيزة للأمام والجهد عبر الترانزستور المشبع.

وضع التوصيل المباشر

عندما يكون الثايرستور في حالة التشغيل، تكون الوصلات الثلاثة جميعها منحازة للأمام. يتم حقن الثقوب من المنطقة p1 ويتم حقن الإلكترونات من المنطقة n2، ويتصرف هيكل n1-p2-n2 بشكل مشابه للترانزستور المشبع مع إزالة اتصال الصمام الثنائي إلى المنطقة n1. ولذلك فإن الجهاز ككل يشبه الدايود p-i-n (p + -i-n +)...

تصنيف الثايرستور

• الثايرستور الثنائي (الاسم الإضافي "دينيستور") - الثايرستور ذو محطتين
  • الثايرستور الثنائي، التوصيل غير العكسي
  • الثايرستور الثنائي، الذي يجري في الاتجاه المعاكس
  • الثايرستور الثنائي المتماثل (اسم إضافي "diac")
• الثايرستور ثلاثي الصمام (الاسم الإضافي "الثايرستور") - الثايرستور بثلاثة أطراف
  • الثايرستور ثلاثي الصمام، غير موصل في الاتجاه المعاكس (اسم إضافي "الثايرستور")
  • الثايرستور ثلاثي الصمام، موصل في الاتجاه المعاكس (اسم إضافي "ثنائي الثايرستور")
  • الثايرستور المتماثل للصمام الثلاثي (اسم إضافي "التيراك"، الاسم غير الرسمي "التيراك")
  • الثايرستور الثلاثي غير المتماثل
  • الثايرستور القابل للتحويل (اسم إضافي "الثايرستور القابل للتحويل بصمام ثلاثي")

الفرق بين الدينستور والترينستور

لا توجد فروق جوهرية بين الدينستور والتراينيستور، ومع ذلك، إذا حدث فتح الدينستور عند الوصول إلى جهد معين بين طرفي الأنود والكاثود، اعتمادًا على نوع دينستور معين، فإن جهد الفتح في ثلاثي الثينستور يمكن تقليله بشكل خاص عن طريق تطبيق نبضة حالية ذات مدة وحجم معينين على قطب التحكم الخاص به مع وجود فرق محتمل موجب بين الأنود والكاثود، ويختلف تصميم SCR فقط في وجود قطب تحكم. تعد أجهزة SCR هي الأجهزة الأكثر شيوعًا من عائلة "الثايرستور".

الفرق بين الثايرستور الصمام الثلاثي والثايرستور إيقاف التشغيل

يتم التبديل إلى الحالة المغلقة للثايرستور التقليدي إما عن طريق تقليل التيار عبر الثايرستور إلى القيمة أنا حأو عن طريق تغيير قطبية الجهد بين الكاثود والأنود.

الثايرستور القابل للتحويل، على عكس الثايرستور التقليدي، تحت تأثير تيار قطب التحكم، يمكن أن ينتقل من حالة مغلقة إلى حالة مفتوحة، والعكس صحيح. لإغلاق الثايرستور المغلق، من الضروري تمرير تيار من قطبية معاكسة من خلال قطب التحكم إلى القطبية التي تسببت في فتحه.

الترياك

التيرستورات (الثايرستور المتماثل) هو جهاز أشباه الموصلات، في بنيته يشبه الاتصال الخلفي لاثنين من الثايرستور. قادر على المرور كهرباءفي كلا الاتجاهين.

خصائص الثايرستور

يتم تصنيع الثايرستور الحديث للتيارات من 1 مللي أمبير إلى 10 كيلو أمبير؛ للجهود من عدة فولت إلى عدة كيلو فولت؛ يصل معدل الزيادة في التيار الأمامي فيها إلى 10 9 أمبير / ثانية، والجهد - 10 9 فولت / ثانية، ويتراوح وقت التشغيل من عدة أعشار إلى عدة عشرات من الميكروثانية، ويتراوح وقت التوقف من عدة وحدات إلى عدة مئات من الميكروثانية؛ تصل الكفاءة إلى 99%.

طلب

• المعدلات التي تسيطر عليها
• المحولات (العاكسون)
• منظمات الطاقة (المخفتات)

أنظر أيضا

• CDI (اشتعال تفريغ المكثف)

ملحوظات

الأدب

• غوست 15133-77.
• كوبلانوفسكي. يا. أجهزة S. الثايرستور. - الطبعة الثانية، المنقحة. وإضافية - م: الإذاعة والاتصالات، 1987. - 112 ص: مريض. - (مكتبة الإذاعة الجماعية. العدد 1104).

روابط

• الثايرستور: مبدأ التشغيل والتصاميم والأنواع وطرق التضمين
• التحكم في الثايرستور والترياك عبر متحكم دقيق أو دائرة رقمية
• أجهزة المحول في أنظمة إمدادات الطاقة
• روجاتشيف ك.د. الطاقة الحديثة تحولت الثايرستور.
• نظائرها المحلية من الثايرستور المستوردة
• أدلة على الثايرستور ونظائرها، استبدال الثايرستور، واستبدال الثنائيات زينر

محتوى:

يمكن وصف اكتشاف خصائص تحولات أشباه الموصلات بحق بأنه أحد أهم الاكتشافات في القرن العشرين. ونتيجة لذلك، ظهرت أجهزة أشباه الموصلات الأولى - الثنائيات والترانزستورات. وكذلك المخططات التي تستخدم فيها. إحدى هذه الدوائر هي توصيل ترانزستورات ثنائية القطب من نوعين متقابلين - ص-ن-صج ن-ن-ن. وتظهر هذه الدائرة أدناه في الصورة (ب). يوضح ما هو الثايرستور ومبدأ عمله. أنه يحتوي على ردود فعل إيجابية. ونتيجة لذلك، يزيد كل ترانزستور من خصائص تضخيم الترانزستور الآخر.

ما يعادل الترانزستور

في هذه الحالة، فإن أي تغيير في توصيل الترانزستورات في أي اتجاه يزداد مثل الانهيار الجليدي وينتهي في إحدى الحالات الحدودية. فهي إما مقفلة أو غير مقفلة. ويسمى هذا التأثير بالإثارة. ومع تطور الإلكترونيات الدقيقة، تم دمج كلا الترانزستورين في عام 1958 على نفس الركيزة، مما أدى إلى تعميم التحولات التي تحمل نفس الاسم. وكانت النتيجة جهازًا جديدًا لأشباه الموصلات يسمى الثايرستور. يعتمد مبدأ تشغيل الثايرستور على تفاعل اثنين من الترانزستورات. ونتيجة لدمج التحولات، فإنه يحتوي على نفس عدد أطراف الترانزستور (أ).

في الرسم البياني، يعتبر قطب التحكم هو قاعدة هيكل الترانزستور ن-ن-ن. إن التيار الأساسي للترانزستور هو الذي يغير الموصلية بين المجمع والباعث. ولكن يمكن أيضًا إجراء التحكم على الأساس ص-ن-صالترانزستور. هذا هو جهاز الثايرستور. يتم تحديد اختيار قطب التحكم من خلال ميزاته، بما في ذلك المهام المنجزة. على سبيل المثال، بعضهم لا يستخدم أي إشارات تحكم على الإطلاق. لذلك، لماذا استخدام أقطاب التحكم...

دينيستور

هذه هي المهام التي يتم فيها استخدام أنواع ثنائية القطب من الثايرستور - الدينسترات. تحتوي على مقاومات متصلة بالباعث وقاعدة كل ترانزستور. مزيد من الرسم البياني هما R1 و R3. لكل جهاز إلكتروني هناك قيود على مقدار الجهد المطبق. لذلك، حتى قيمة معينة، تحافظ المقاومات المذكورة على كل ترانزستور في حالة القفل. ولكن مع زيادة أخرى في الجهد، تظهر تيارات التسرب من خلال تقاطعات المجمع والباعث.

يتم التقاطها من خلال ردود فعل إيجابية، ويتم فتح كلا الترانزستورات، أي الدينستور. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في التجربة، تظهر أدناه صورة تحتوي على رسم تخطيطي وقيم المكونات. يمكنك تجميعه والتحقق من خصائص عمله. دعونا ننتبه إلى المقاوم R2، والذي يختلف في اختيار القيمة المطلوبة. إنه يكمل تأثير التسرب وبالتالي جهد الزناد. وبالتالي، فإن الدينستور هو الثايرستور، ويتم تحديد مبدأ تشغيله من خلال حجم جهد الإمداد. إذا كانت كبيرة نسبيًا، فسيتم تشغيلها. وبطبيعة الحال، من المثير للاهتمام أيضًا معرفة كيفية إيقاف تشغيله.

صعوبة في إيقاف التشغيل

كما يقولون، كان إيقاف تشغيل الثايرستور أمرًا صعبًا. لهذا السبب، لفترة طويلة، كانت أنواع الثايرستور مقتصرة على الهيكلين المذكورين أعلاه فقط. وحتى منتصف التسعينات من القرن العشرين، تم استخدام هذين النوعين فقط من الثايرستور. الحقيقة هي أن إيقاف الثايرستور لا يمكن أن يحدث إلا عند إيقاف تشغيل أحد الترانزستورات. ولفترة معينة. يتم تحديده من خلال معدل اختفاء الرسوم المقابلة للانتقال المسور. الطريقة الأكثر موثوقية "لتثبيت" هذه الشحنات هي إيقاف التيار المتدفق عبر الثايرستور تمامًا.

معظمهم يعملون بهذه الطريقة. ليس على التيار المباشر، ولكن على التيار المعدل، المطابق للجهد دون ترشيح. يتغير من الصفر إلى قيمة السعة، ثم ينخفض ​​إلى الصفر مرة أخرى. وهكذا حسب تردد الجهد المتناوب الذي يتم تصحيحه. في لحظة معينة بين قيم الجهد صفر، يتم إرسال إشارة إلى قطب التحكم ويتم إلغاء قفل الثايرستور. وعندما يمر الجهد من خلال الصفر، فإنه يقفل مرة أخرى.

لإيقاف تشغيله بجهد وتيار ثابتين، حيث لا توجد قيمة صفرية، هناك حاجة إلى تحويلة تعمل لفترة معينة. وهو في أبسط صوره إما زر متصل بالأنود والكاثود، أو متصل على التوالي. إذا كان الجهاز مفتوحًا، فهناك جهد متبقي عليه. بالضغط على الزر يتم إعادة تعيينه إلى الصفر ويتوقف التيار من خلاله. ولكن إذا كان الزر لا يحتوي على جهاز خاص، وتم فتح جهات الاتصال الخاصة به، فسيتم تشغيل الثايرستور بالتأكيد مرة أخرى.

يجب أن يكون هذا الجهاز عبارة عن مكثف متصل بالتوازي مع الثايرستور. فهو يحد من معدل ارتفاع الجهد عبر الجهاز. هذه المعلمة هي الأكثر أسفًا عند استخدام أجهزة أشباه الموصلات هذه ، حيث يتم تقليل تردد التشغيل الذي يستطيع الثايرستور من خلاله تبديل الحمل ، وبالتالي الطاقة المحولة. تحدث هذه الظاهرة بسبب السعات الداخلية المميزة لكل طراز من نماذج أجهزة أشباه الموصلات هذه.

إن تصميم أي جهاز شبه موصل يشكل حتماً مجموعة من المكثفات. كلما زاد الجهد بشكل أسرع، زادت التيارات التي تشحنها. وعلاوة على ذلك، فإنها تحدث في جميع الأقطاب الكهربائية. إذا تجاوز هذا التيار في قطب التحكم قيمة عتبة معينة، فسيتم تشغيل الثايرستور. ولذلك، يتم إعطاء المعلمة dU/dt لجميع النماذج.

• إن إيقاف الثايرستور نتيجة مرور جهد الإمداد بالصفر يسمى طبيعيًا. تسمى خيارات إيقاف التشغيل المتبقية قسريًا أو اصطناعيًا.

مجموعة متنوعة من النماذج

تضيف خيارات التبديل هذه تعقيدًا لمفاتيح الثايرستور وتقلل من موثوقيتها. لكن تبين أن تطوير مجموعة الثايرستور كان مثمرًا للغاية.

في الوقت الحاضر، تم إتقان الإنتاج الصناعي لعدد كبير من أنواع الثايرستور. نطاق تطبيقها لا يقتصر فقط على دوائر الطاقة القوية (التي يمكن قفلها و ديود الثايرستور، التيرستورات)، ولكن أيضًا دوائر التحكم (دينيستور، أوبتوثايرستور). يظهر الثايرستور في الرسم البياني كما هو موضح أدناه.

من بينها نماذج تكون جهودها وتيارات تشغيلها هي الأعلى بين جميع أجهزة أشباه الموصلات. نظرًا لأن إمدادات الطاقة الصناعية لا يمكن تصورها بدون محولات، فإن دور الثايرستور في تطويرها الإضافي يعد أمرًا أساسيًا. توفر النماذج عالية التردد القابلة للقفل في العاكسات توليد الجهد المتردد. علاوة على ذلك، يمكن أن تصل قيمتها إلى 10 كيلو فولت بتردد 10 كيلو هرتز عند قوة تيار تبلغ 10 كيلو أمبير. يتم تقليل أبعاد المحولات عدة مرات.

يتم تشغيل وإيقاف الثايرستور القابل للتحويل فقط عن طريق التأثير على قطب التحكم بإشارات خاصة. تتوافق القطبية مع البنية المحددة لهذا الجهاز الإلكتروني. هذا هو أحد أبسط الأصناف، ويشار إليه باسم GTO. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الثايرستور الأكثر تعقيدًا مع هياكل التحكم المدمجة. تسمى هذه النماذج GCT وأيضا IGCT. استخدام الترانزستورات ذات التأثير الميداني في هذه الهياكل يصنف الثايرستور المنفصل كأجهزة من عائلة MCT.

لقد حاولنا أن نجعل مراجعتنا مفيدة ليس فقط لزوار موقعنا الذين يقرؤون جيدًا، ولكن أيضًا للدمى. الآن بعد أن أصبحنا على دراية بكيفية عمل الثايرستور، يمكننا استخدام هذه المعرفة ل الاستخدام العملي. على سبيل المثال، في إصلاحات بسيطة للأجهزة الكهربائية المنزلية. الشيء الرئيسي هو أنه بينما تنجرف في عملك، لا تنس احتياطات السلامة!

الثايرستور هو مكون إلكتروني مصنوع من مواد شبه موصلة، ويمكن أن يتكون من ثلاث وصلات p-n أو أكثر وله حالتين مستقرتين: مغلق (موصلية منخفضة)، مفتوح (موصلية عالية).

هذه تركيبة جافة، وهي مخصصة لأولئك الذين بدأوا للتو ماجستير الهندسة الكهربائيةاه، لا يقول شيئا على الاطلاق. دعونا نلقي نظرة على مبدأ تشغيل هذا المكون الإلكتروني الناس العاديين، إذا جاز التعبير، للدمى، وأين يمكن تطبيقه. في الأساس، إنها المعادل الإلكتروني للمفاتيح التي تستخدمها كل يوم.

هناك أنواع عديدة من هذه العناصر، مع خصائص مختلفة وتطبيقات مختلفة. النظر في الثايرستور العادي ذو العملية الواحدة.

تظهر طريقة التعيين في المخططات في الشكل 1.

العنصر الإلكتروني لديه الاستنتاجات التالية:

• الأنود محطة إيجابية.
• محطة الكاثود السلبية.
• قطب التحكم G.

مبدأ تشغيل الثايرستور

التطبيق الرئيسي لهذا النوع من العناصر هو إنشاء مفاتيح الثايرستور الكهربائية على أساسها لتبديل التيارات العالية وتنظيمها. يتم التشغيل عن طريق إشارة مرسلة إلى قطب التحكم. في هذه الحالة، لا يمكن التحكم في العنصر بشكل كامل، ولإغلاقه من الضروري استخدام تدابير إضافية تضمن انخفاض الجهد إلى الصفر.

إذا تحدثنا عن كيفية عمل الثايرستور بلغة بسيطة، إذن، عن طريق القياس مع الصمام الثنائي، يمكنه توصيل التيار في اتجاه واحد فقط، لذلك عند توصيله تحتاج مراقبة القطبية الصحيحة. عند تطبيق الجهد على الأنود والكاثود، سيظل هذا العنصر مغلقًا حتى يتم تطبيق الإشارة الكهربائية المقابلة على قطب التحكم. الآن، بغض النظر عن وجود أو عدم وجود إشارة التحكم، فلن تتغير حالتها وستبقى مفتوحة.

شروط إغلاق الثايرستور:

1. إزالة الإشارة من قطب التحكم؛
2. خفض الجهد عند الكاثود والأنود إلى الصفر.

بالنسبة لشبكات التيار المتناوب، لا يشكل استيفاء هذه الشروط أي صعوبات خاصة. يتغير الجهد الجيبي من قيمة سعة إلى أخرى، وينخفض ​​​​إلى قيمة صفر، وإذا لم تكن هناك إشارة تحكم في هذه اللحظة، فسيتم إغلاق الثايرستور.

في حالة استخدام الثايرستور في دوائر التيار المباشر، يتم استخدام عدد من الطرق للتخفيف القسري (إغلاق الثايرستور)، وأكثرها شيوعًا هو استخدام مكثف تم شحنه مسبقًا. يتم توصيل الدائرة ذات المكثف بدائرة التحكم الثايرستور. عند توصيل مكثف بالدائرة، سيحدث تفريغ للثايرستور، وسيتم توجيه تيار تفريغ المكثف عكس التيار الأمامي للثايرستور، مما سيؤدي إلى انخفاض التيار في الدائرة إلى الصفر و سوف يغلق الثايرستور.

قد تعتقد أن استخدام الثايرستور غير مبرر، أليس من الأسهل استخدام مفتاح عادي؟ الميزة الكبيرة للثايرستور هي أنه يسمح لك بتبديل التيارات الضخمة في دائرة الأنود والكاثود باستخدام إشارة تحكم ضئيلة يتم توفيرها لدائرة التحكم. في هذه الحالة، لا يحدث أي شرارة، وهو أمر مهم لموثوقية وسلامة الدائرة بأكملها.

مخطط الاتصال

قد تبدو دائرة التحكم مختلفة، ولكن في أبسط الحالات، فإن دائرة تشغيل مفتاح الثايرستور لها الشكل الموضح في الشكل 2.

يتم توصيل المصباح الكهربائي بالأنود L، والمفتاح K2 يربط الطرف الموجب لمصدر الطاقة G. B. ويتم توصيل الكاثود بالطرف السالب لمصدر الطاقة.

بعد توفير الطاقة عن طريق المفتاح K2، سيتم تطبيق جهد البطارية على الأنود والكاثود، لكن الثايرستور يظل مغلقًا ولا يضيء الضوء. من أجل تشغيل المصباح، تحتاج إلى الضغط على الزر K1، وسيتم إرسال الإشارة من خلال المقاومة R إلى قطب التحكم، وسيغير مفتاح الثايرستور حالته لفتحه، وسوف يضيء المصباح. المقاومة تحد من التيار الموفر لقطب التحكم. الضغط على زر K1 مرة أخرى ليس له أي تأثير على حالة الدائرة.

لإغلاق المفتاح الإلكتروني، تحتاج إلى فصل الدائرة عن مصدر الطاقة باستخدام المفتاح K2. سيتم إيقاف تشغيل هذا النوع من المكونات الإلكترونية إذا انخفض جهد الإمداد عند الأنود إلى قيمة معينة، وهو ما يعتمد على خصائصه. هذه هي الطريقة التي يمكنك بها وصف كيفية عمل الثايرستور للدمى.

صفات

وتشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:

غالبًا ما تستخدم العناصر قيد النظر، بالإضافة إلى المفاتيح الإلكترونية، في منظمات الطاقة، والتي تسمح بتغيير الطاقة الموردة للحمل عن طريق تغيير القيم المتوسطة والفعالة للتيار المتردد. يتم تنظيم مقدار التيار عن طريق تغيير اللحظة التي يتم فيها إمداد الثايرستور بإشارة الفتح (عن طريق تغيير زاوية الفتح). زاوية الفتح (التنظيم) هي الوقت من بداية نصف الدورة إلى لحظة فتح الثايرستور.

أنواع بيانات المكونات الإلكترونية

هناك العديد من الأنواع المختلفة للثايرستور، ولكن الأكثر شيوعًا، بالإضافة إلى تلك التي ناقشناها أعلاه، هي التالية:

• عنصر الدينستور، الذي يحدث تبديله عند الوصول إلى قيمة جهد معينة مطبقة بين الأنود والكاثود؛
• الترياك.
• جهاز optothyristor، يتم تبديله بواسطة إشارة ضوئية.

ترياكس

أود أن أتناول المزيد من التفاصيل حول triacs. كما ذكرنا سابقًا، يمكن للثايرستور توصيل التيار في اتجاه واحد فقط، لذلك عند تركيبه في دائرة تيار متردد، تنظم هذه الدائرة نصف دورة واحدة أنابيب الجهد. لتنظيم كلتا الدورتين النصفيتين، من الضروري تثبيت ثايرستور آخر متتاليًا أو استخدام دوائر خاصة باستخدام الثنائيات القوية أو جسور الصمام الثنائي. كل هذا يعقد المخطط ويجعله مرهقًا وغير موثوق به.

في مثل هذه الحالات تم اختراع الترياك. دعونا نتحدث عنها وعن مبدأ تشغيل الدمى. الفرق الرئيسي بين الترياتكمن العناصر التي تمت مناقشتها أعلاه تكمن في القدرة على تمرير التيار في كلا الاتجاهين. في الأساس، هذين هما الثايرستور مع الادارة العامة، متصلة من الخلف إلى الخلف (الشكل 3 أ).

يظهر الرمز الرسومي لهذا المكون الإلكتروني في الشكل. 3 V. تجدر الإشارة إلى أنه لن يكون من الصحيح تسمية أطراف الطاقة بالأنود والكاثود، حيث يمكن توصيل التيار في أي اتجاه، لذلك تم تعيينهما T1 و T2. تم تعيين قطب التحكم G. من أجل فتح الترياك، من الضروري تطبيق إشارة تحكم على الخرج المقابل. لا تختلف شروط انتقال الترياك من حالة إلى أخرى والعودة إلى شبكات التيار المتردد عن طرق التحكم التي تمت مناقشتها أعلاه.

يستخدم هذا النوع من المكونات الإلكترونية في قطاع التصنيع والأجهزة المنزلية والأدوات الكهربائية لتنظيم التيار بشكل مستمر. هذا هو التحكم في المحركات الكهربائية وعناصر التسخين وأجهزة الشحن.

في الختام، أود أن أقول إن كلا من الثايرستور والترياك، أثناء تبديل تيارات كبيرة، لهما أحجام متواضعة للغاية، في حين يتم إطلاق طاقة حرارية كبيرة على أجسامهما. ببساطة، تصبح ساخنة جدًا، لذا لحماية العناصر من الحرارة الزائدة والانهيار الحراري، فإنها تستخدم المشتت الحراري، وهو في أبسط الحالات عبارة عن مشعاع من الألومنيوم.