Selamat malam habr. Mari kita bicara tentang alat seperti thyristor. Thyristor adalah perangkat semikonduktor bistable yang memiliki tiga atau lebih sambungan penyearah yang saling berinteraksi. Dari segi fungsionalitas, mereka dapat dibandingkan dengan kunci elektronik. Tapi ada satu fitur di thyristor: tidak bisa masuk ke keadaan tertutup, tidak seperti kunci biasa. Oleh karena itu, biasanya dapat ditemukan dengan nama - kunci yang tidak dikelola sepenuhnya.

Gambar tersebut menunjukkan tampilan biasa thyristor. Ini terdiri dari empat jenis konduktivitas listrik bolak-balik di daerah semikonduktor dan memiliki tiga terminal: anoda, katoda, dan elektroda kontrol.
Anoda bersentuhan dengan lapisan p luar, katoda bersentuhan dengan lapisan n luar.
Segarkan ingatan Anda tentang persimpangan pn Bisa .

Klasifikasi

Prinsip operasi

Sehubungan dengan pola ini, daerah terluar disebut emitor, dan titik persimpangan pusat disebut kolektor.
Untuk memahami cara kerja thyristor, Anda harus melihat karakteristik arus-tegangan.


Tegangan positif kecil diterapkan pada anoda thyristor. Persimpangan emitor termasuk dalam arah ke depan, dan kolektor berada di arah yang berlawanan. (pada dasarnya semua ketegangan akan terjadi). Bagian dari nol ke satu pada karakteristik arus-tegangan akan kira-kira sama dengan cabang terbalik dari karakteristik dioda. Mode ini dapat disebut mode keadaan tertutup thyristor.
Ketika tegangan anoda meningkat, pembawa mayoritas disuntikkan ke daerah basis, sehingga mengakumulasi elektron dan lubang, yang setara dengan beda potensial pada sambungan kolektor. Ketika arus yang melalui thyristor meningkat, tegangan pada sambungan kolektor akan mulai menurun. Dan ketika turun ke nilai tertentu, thyristor kita akan memasuki keadaan resistansi diferensial negatif (bagian 1-2 pada gambar).
Setelah ini, ketiga transisi akan bergeser ke arah depan, sehingga memindahkan thyristor ke keadaan terbuka (bagian 2-3 pada gambar).
Thyristor akan tetap dalam keadaan terbuka selama sambungan kolektor dibiaskan ke arah depan. Jika arus thyristor dikurangi, maka sebagai akibat dari rekombinasi jumlah pembawa non-ekuilibrium di bidang dasar dan persimpangan kolektor akan digeser ke arah sebaliknya dan thyristor akan masuk ke keadaan tertutup.
Ketika thyristor dihidupkan secara terbalik, karakteristik arus-tegangan akan serupa dengan dua dioda yang dihubungkan secara seri. Tegangan balik dalam hal ini akan dibatasi oleh tegangan rusaknya.

Parameter umum thyristor

Kesimpulan

♦ Seperti yang telah kita ketahui, thyristor adalah perangkat semikonduktor yang memiliki sifat katup listrik. Thyristor dengan dua terminal (A - anoda, K - katoda) , ini adalah dinistor. Thyristor dengan tiga terminal (A – anoda, K – katoda, Ue – elektroda kendali) , ini adalah thyristor, atau dalam kehidupan sehari-hari disebut saja thyristor.

♦ Dengan menggunakan elektroda kontrol (dalam kondisi tertentu), Anda dapat mengubah keadaan listrik thyristor, yaitu memindahkannya dari keadaan “mati” ke keadaan “hidup”.
Thyristor terbuka jika tegangan yang diberikan antara anoda dan katoda melebihi nilainya U = Atas, yaitu besarnya tegangan tembus thyristor;
Thyristor dapat dibuka pada tegangan kurang dari Atas antara anoda dan katoda (kamu< Uпр) , jika Anda menerapkan pulsa tegangan polaritas positif antara elektroda kontrol dan katoda.

♦ Thyristor dapat tetap dalam keadaan terbuka selama yang diinginkan, selama tegangan suplai diberikan padanya.
Thyristor dapat ditutup:

• - jika Anda mengurangi tegangan antara anoda dan katoda sampai U = 0;
• - jika Anda mengurangi arus anoda thyristor ke nilai yang lebih kecil dari arus penahan Iud.
• — dengan menerapkan tegangan pemblokiran ke elektroda kontrol (hanya untuk thyristor yang mematikan).

Thyristor juga dapat tetap dalam keadaan tertutup untuk jangka waktu berapa pun hingga pulsa pemicu tiba.
Thyristor dan dinistor beroperasi pada rangkaian arus searah dan bolak-balik.

Pengoperasian dinistor dan thyristor pada rangkaian DC.

Mari kita lihat beberapa contoh praktis.
Contoh pertama penggunaan dinistor adalah generator suara relaksasi .

Kami menggunakannya sebagai dinistor KN102A-B.

♦ Generator bekerja sebagai berikut.
Saat tombol ditekan buku, melalui resistor R1 dan R2 Kapasitor terisi secara bertahap DENGAN(+ baterai – kontak tertutup tombol Kn - resistor - kapasitor C - baterai minus).
Rantai kapsul telepon dan dinistor dihubungkan secara paralel ke kapasitor. Tidak ada arus yang mengalir melalui kapsul telepon dan dinistor, karena dinistor masih “terkunci”.
♦ Ketika kapasitor mencapai tegangan di mana dynistor menerobos, pulsa arus pelepasan kapasitor melewati kumparan kapsul telepon (C – kumparan telepon – dynistor – C). Terdengar bunyi klik dari telepon, kapasitor habis. Selanjutnya, kapasitor C diisi kembali dan proses berulang.
Frekuensi pengulangan klik tergantung pada kapasitansi kapasitor dan nilai resistansi resistor R1 dan R2.
♦ Dengan peringkat tegangan, resistor dan kapasitor ditunjukkan pada diagram, frekuensinya sinyal suara menggunakan resistor R2 Anda dapat mengubahnya 500 – 5000 hertz. Kapsul telepon harus digunakan dengan kumparan impedansi rendah 50 – 100 Ohm, tidak lebih, misalnya kapsul telepon TK-67-N.
Kapsul telepon harus dihubungkan dengan polaritas yang benar, jika tidak maka kapsul telepon tidak akan berfungsi. Pada kapsulnya terdapat sebutan + (plus) dan – (minus).

♦ Skema ini (Gambar 1) mempunyai satu kelemahan. Karena penyebaran besar parameter dinistor KN102 (tegangan yang berbeda kerusakan), dalam beberapa kasus, tegangan catu daya perlu ditingkatkan menjadi 35 – 45 volt, yang tidak selalu memungkinkan dan nyaman.

Perangkat kontrol yang dipasang pada thyristor untuk menghidupkan dan mematikan beban menggunakan satu tombol ditunjukkan pada Gambar 2.

Perangkat berfungsi sebagai berikut.
♦B kondisi asli Thyristor tertutup dan lampu tidak menyala.
Tekan tombol Kn untuk 1 – 2 detik. Kontak tombol terbuka, rangkaian katoda thyristor putus.

Pada saat ini kapasitor DENGAN dibebankan dari sumber listrik melalui resistor R1. Tegangan melintasi kapasitor mencapai kamu catu daya.
Lepaskan tombolnya buku.
Pada saat ini, kapasitor dilepaskan melalui rangkaian: resistor R2 - elektroda kontrol thyristor - katoda - kontak tertutup tombol Kn - kapasitor.
Arus akan mengalir pada rangkaian elektroda kendali, thyristor "akan terbuka".
Lampu menyala dan sepanjang rangkaian: plus baterai - beban dalam bentuk bola lampu - thyristor - kontak tombol tertutup - minus baterai.
Sirkuit akan tetap dalam keadaan ini selama yang diinginkan. .
Dalam keadaan ini, kapasitor dilepaskan: resistor R2, elektroda kontrol transisi - katoda thyristor, kontak tombol Kn.
♦ Untuk mematikan bola lampu, tekan sebentar tombolnya buku. Dalam hal ini, rangkaian catu daya utama bola lampu terputus. Thyristor "menutup". Ketika kontak tombol ditutup, thyristor akan tetap dalam keadaan tertutup, karena elektroda kontrol thyristor Uynp = 0(kapasitor habis).

Saya telah menguji dan mengerjakan berbagai thyristor dengan andal di sirkuit ini: KU101, T122, KU201, KU202, KU208 .

♦ Seperti telah disebutkan, dinistor dan thyristor memiliki masing-masingnya analog transistor .

Rangkaian analog thyristor terdiri dari dua transistor dan ditunjukkan pada Gambar 3.
Transistor Tr 1 mempunyai p-n-p konduktivitas, transistor Tr 2 memiliki n-p-n daya konduksi. Transistor dapat berupa germanium atau silikon.

Analog thyristor memiliki dua input kontrol.
Entri pertama: A – Ue1(emitor - basis transistor Tr1).
Pintu masuk kedua: K – Ue2(emitor - basis transistor Tr2).

Analognya memiliki: A - anoda, K - katoda, Ue1 - elektroda kontrol pertama, Ue2 - elektroda kontrol kedua.

Jika elektroda kontrol tidak digunakan, maka itu akan menjadi dinistor, dengan elektroda A - anoda dan K - katoda .

♦ Sepasang transistor, sebagai analog dari thyristor, harus dipilih dengan daya yang sama dengan arus dan tegangan lebih tinggi dari yang diperlukan untuk pengoperasian perangkat. Parameter analog thyristor (tegangan tembus Unp, menahan arus Iyд) , akan tergantung pada sifat transistor yang digunakan.

♦ Untuk pengoperasian analog yang lebih stabil, resistor ditambahkan ke rangkaian R1 dan R2. Dan menggunakan resistor R3 tegangan rusaknya dapat diatur Atas dan menahan arus Iyd analog dari dinistor - thyristor. Diagram analog tersebut ditampilkan pada Gambar 4.

Jika pada rangkaian generator frekuensi audio (Gambar 1), bukannya dinistor KN102 nyalakan analog dinistor, Anda mendapatkan perangkat dengan properti berbeda (Gambar 5) .

Tegangan suplai dari rangkaian seperti itu adalah dari 5 hingga 15 volt. Mengubah nilai resistor R3 dan R5 Anda dapat mengubah nada suara dan tegangan pengoperasian generator.

Resistor variabel R3 Tegangan rusaknya analog dipilih untuk tegangan suplai yang digunakan.

Kemudian Anda bisa menggantinya dengan resistor konstan.

Transistor Tr1 dan Tr2: KT502 dan KT503; KT814 dan KT815 atau yang lainnya.

♦ Menarik rangkaian penstabil tegangan dengan perlindungan dari hubungan pendek di bawah beban (Gambar 6).

Jika arus beban melebihi 1 ampere, perlindungan akan berfungsi.

Penstabilnya terdiri dari:

• - elemen kontrol - dioda zener KS510, yang menentukan tegangan keluaran;
• - transistor aktuator KT817A, KT808A, bertindak sebagai pengatur tegangan;
• - Resistor digunakan sebagai sensor kelebihan beban R4;
• — mekanisme proteksi aktuator menggunakan analog dari dinistor, pada transistor KT502 dan KT503.

♦ Pada masukan stabilizer terdapat kapasitor sebagai filter C1. Penghambat R1 arus stabilisasi dioda zener diatur KS510, ukuran 5 – 10mA. Tegangan pada dioda zener seharusnya 10 volt.
Penghambat R5 set modus awal stabilisasi tegangan keluaran.

Penghambat R4 = 1,0 Ohm, dihubungkan secara seri ke rangkaian beban. Semakin besar arus beban, semakin besar tegangan sebanding dengan arus yang dilepaskan melaluinya.

Pada keadaan awal, ketika beban pada keluaran stabilizer kecil atau dimatikan, analog thyristor ditutup. Tegangan 10 volt yang diterapkan padanya (dari dioda zener) tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan. Pada saat ini tegangan turun pada resistor R4 hampir sama dengan nol.
Jika Anda meningkatkan arus beban secara bertahap, penurunan tegangan pada resistor akan meningkat R4. Pada tegangan tertentu pada R4, analog thyristor menerobos dan tegangan terbentuk di antara titik tersebut Poin1 Dan kawat biasa, setara 1,5 - 2,0 volt.
Ini adalah tegangan transisi anoda-katoda analog terbuka thyristor.

Pada saat yang sama LED menyala D1, menandakan keadaan darurat. Tegangan pada keluaran stabilizer pada saat ini akan sama dengan 1,5 - 2,0 volt.
Untuk memulihkan pekerjaan biasa stabilizer, Anda perlu mematikan beban dan menekan tombol buku, mengatur ulang kunci keamanan.
Akan ada tegangan lagi pada keluaran stabilizer 9 volt, dan LED akan padam.
Mengatur resistor R3, Anda dapat memilih arus operasi proteksi dari 1 ampere atau lebih . Transistor T1 dan T2 Dapat dipasang pada satu radiator tanpa sekat. Radiator itu sendiri harus diisolasi dari rumahannya.

Munculnya empat lapis semikonduktor p-n-p-n elemen membuat terobosan nyata dalam elektronika daya. Perangkat semacam itu disebut “thyristor”. Gerbang yang dikendalikan silikon adalah keluarga thyristor yang paling umum.

Tipe ini perangkat semikonduktor mempunyai struktur sebagai berikut:

Seperti yang kita lihat dari diagram blok Thyristor memiliki tiga terminal - katoda, elektroda kontrol, dan anoda. Hubungkan ke sirkuit listrik anoda dan katoda dikenai, dan elektroda kontrol dihubungkan ke sistem kontrol (jaringan arus rendah) untuk mengendalikan pembukaan thyristor.

Pada diagram sirkuit Thyristor memiliki sebutan sebagai berikut:

Karakteristik arus-tegangan ditunjukkan di bawah ini:

Mari kita lihat lebih dekat karakteristik ini.

Cabang terbalik dari karakteristik

Pada kuadran ketiga, karakteristik dioda dan thyristor adalah sama. Jika potensial negatif diterapkan ke anoda relatif terhadap katoda, maka tegangan balik diterapkan ke J 1 dan J 3, dan tegangan maju diterapkan ke J 2, yang akan menyebabkan arus balik mengalir (sangat kecil). , biasanya beberapa miliampere). Ketika tegangan ini meningkat hingga disebut tegangan tembus, peningkatan arus seperti longsoran salju antara J 1 dan J 3 akan terjadi. Pada saat yang sama, jika arus yang diberikan tidak akan dibatasi, maka gangguan transisi akan terjadi, diikuti dengan kegagalan thyristor. Pada tegangan balik yang tidak melebihi tegangan rusaknya, thyristor akan berperilaku seperti resistor dengan resistansi tinggi.

Zona konduktivitas rendah

Di zona ini yang terjadi justru sebaliknya. Potensial katoda akan bernilai negatif dibandingkan dengan potensi anoda. Oleh karena itu, tegangan searah akan diterapkan ke J 1 dan J 3, dan tegangan balik akan diterapkan ke J 2. Hasilnya adalah arus anoda yang sangat kecil.

Zona konduktivitas tinggi

Jika tegangan di bagian anoda-katoda mencapai nilai yang disebut tegangan switching, maka akan terjadi kerusakan longsor pada sambungan J2 dan thyristor akan dipindahkan ke keadaan konduktivitas tinggi. Dalam hal ini, U a akan berkurang dari beberapa ratus menjadi 1 - 2 volt. Itu tergantung pada jenis thyristor. Pada zona yang sangat konduktif, arus yang mengalir melalui anoda akan bergantung pada beban elemen eksternal, yang memungkinkan untuk menganggapnya di zona ini sebagai kunci tertutup.

Jika arus dilewatkan melalui elektroda kontrol, tegangan pengaktifan thyristor akan berkurang. Ini secara langsung bergantung pada arus elektroda kontrol dan, bila nilainya cukup besar, praktis sama dengan nol. Saat memilih thyristor untuk operasi dalam suatu rangkaian, thyristor dipilih sedemikian rupa sehingga tegangan balik dan maju tidak melebihi nilai pengenal tegangan tembus dan tegangan switching. Jika syarat tersebut sulit dipenuhi atau ada penyebaran besar dalam parameter elemen (misalnya, diperlukan thyristor 6300 V, dan nilai terdekatnya adalah 1200 V), terkadang penyertaan elemen digunakan.

DI DALAM saat yang tepat waktu, dengan menerapkan pulsa ke elektroda kontrol, Anda dapat mentransfer thyristor dari keadaan tertutup ke zona konduktivitas tinggi. Arus UE, sebagai suatu peraturan, harus lebih tinggi dari arus pembukaan minimum dan berkisar antara 20-200 mA.

Ketika arus anoda mencapai nilai tertentu di mana thyristor (arus switching) tidak dapat dimatikan, pulsa kontrol dapat dihilangkan. Sekarang thyristor hanya dapat kembali ke keadaan mati dengan mengurangi arus di bawah arus penahan, atau dengan menerapkan tegangan polaritas terbalik padanya.

Video operasi dan grafik proses sementara

Thyristor adalah komponen elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor, dapat terdiri dari tiga atau lebih sambungan p-n dan mempunyai dua keadaan stabil: tertutup (konduktivitas rendah), terbuka (konduktivitas tinggi).

Ini adalah formulasi kering, diperuntukkan bagi mereka yang baru memulai menguasai teknik elektro eh, tidak tertulis apa-apa. Mari kita lihat prinsip pengoperasian komponen elektronik ini orang biasa, bisa dikatakan, untuk boneka, dan di mana hal itu dapat diterapkan. Pada dasarnya, ini setara dengan saklar elektronik yang Anda gunakan setiap hari.

Ada banyak jenis elemen yang dimilikinya karakteristik yang berbeda dan memiliki berbagai bidang aplikasi. Pertimbangkan thyristor operasi tunggal biasa.

Metode penunjukan pada diagram ditunjukkan pada Gambar 1.

Elemen elektronik memiliki kesimpulan sebagai berikut:

• terminal positif anoda;
• terminal negatif katoda;
• elektroda kontrol G.

Prinsip pengoperasian thyristor

Aplikasi utama dari elemen jenis ini adalah pembuatan sakelar thyristor daya berdasarkan mereka untuk mengalihkan arus tinggi dan mengaturnya. Penyalaan dilakukan oleh sinyal yang dikirimkan ke elektroda kontrol. Dalam hal ini, elemen tersebut tidak sepenuhnya dapat dikelola, dan untuk menutupnya perlu digunakan tindakan tambahan, yang akan memastikan tegangan turun ke nol.

Jika kita berbicara tentang cara kerja thyristor dalam bahasa yang sederhana, maka jika dianalogikan dengan dioda, ia hanya dapat menghantarkan arus dalam satu arah, sehingga pada saat menghubungkannya diperlukan amati polaritas yang benar. Ketika tegangan diterapkan ke anoda dan katoda, elemen ini akan tetap tertutup hingga sesuai sinyal listrik. Sekarang, terlepas dari ada atau tidaknya sinyal kontrol, kondisinya tidak akan berubah dan akan tetap terbuka.

Ketentuan penutupan thyristor:

1. Hapus sinyal dari elektroda kontrol;
2. Kurangi tegangan pada katoda dan anoda menjadi nol.

Untuk jaringan AC, memenuhi kondisi ini tidak menimbulkan kesulitan khusus. Tegangan sinusoidal, bervariasi dari satu nilai amplitudo ke yang lain, berkurang menjadi nol, dan jika pada saat ini tidak ada sinyal kontrol, maka thyristor akan menutup.

Dalam hal penggunaan thyristor pada rangkaian arus searah, beberapa cara digunakan untuk pergantian paksa (menutup thyristor), yang paling umum adalah penggunaan kapasitor yang telah diisi terlebih dahulu. Rangkaian dengan kapasitor dihubungkan ke rangkaian kendali thyristor. Ketika kapasitor dihubungkan ke rangkaian, akan terjadi pelepasan ke thyristor; arus pelepasan kapasitor akan diarahkan berlawanan dengan arus maju thyristor, yang akan menyebabkan penurunan arus dalam rangkaian ke. nilai nol dan thyristor akan menutup.

Anda mungkin berpikir bahwa penggunaan thyristor tidak dapat dibenarkan; bukankah lebih mudah menggunakan saklar biasa? Keuntungan besar dari thyristor adalah memungkinkan Anda untuk mengganti arus besar di sirkuit anoda-katoda menggunakan sinyal kontrol yang dapat diabaikan yang dipasok ke sirkuit kontrol. Dalam hal ini, tidak terjadi percikan api, yang penting untuk keandalan dan keamanan seluruh rangkaian.

Diagram koneksi

Rangkaian kontrol mungkin terlihat berbeda, tetapi dalam kasus yang paling sederhana, rangkaian sakelar thyristor terlihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Bola lampu dipasang pada anoda L, dan saklar K2 menghubungkan terminal positif sumber listrik G. B. Katoda dihubungkan ke terminal negatif catu daya.

Setelah daya disuplai oleh saklar K2, tegangan baterai akan dialirkan ke anoda dan katoda, namun thyristor tetap tertutup dan lampu tidak menyala. Untuk menyalakan lampu, Anda perlu menekan tombol K1, sinyal melalui resistansi R akan dikirim ke elektroda kontrol, sakelar thyristor akan berubah status menjadi terbuka, dan lampu akan menyala. Resistansi membatasi arus yang disuplai ke elektroda kontrol. Menekan kembali tombol K1 tidak berpengaruh apa pun pada keadaan rangkaian.

Untuk menutup kunci elektronik, Anda perlu memutuskan rangkaian dari sumber listrik menggunakan saklar K2. Tipe ini komponen elektronik akan menutup, dan jika tegangan suplai di anoda turun ke nilai tertentu, yang bergantung pada karakteristiknya. Ini adalah bagaimana Anda dapat menjelaskan cara kerja thyristor untuk boneka.

Karakteristik

Ciri-ciri utamanya antara lain sebagai berikut:

Elemen yang dipertimbangkan, selain kunci elektronik, sering digunakan dalam pengatur daya, yang memungkinkan untuk mengubah daya yang disuplai ke beban dengan mengubah nilai rata-rata dan efektif arus bolak-balik. Besarnya arus diatur dengan mengubah momen di mana sinyal pembuka disuplai ke thyristor (dengan memvariasikan sudut bukaan). Sudut pembukaan (pengaturan) adalah waktu dari awal setengah siklus sampai saat thyristor terbuka.

Tipe Data Komponen Elektronik

Ada cukup banyak berbagai jenis thyristor, tetapi yang paling umum, selain yang telah kita bahas di atas, adalah sebagai berikut:

• elemen dinistor, peralihan yang terjadi ketika nilai tegangan tertentu yang diberikan antara anoda dan katoda tercapai;
• triak;
• sebuah optothyristor, yang peralihannya dilakukan oleh sinyal cahaya.

Triak

Saya ingin membahas lebih detail tentang triac. Seperti disebutkan sebelumnya, thyristor hanya dapat menghantarkan arus dalam satu arah, oleh karena itu, bila dipasang pada rangkaian arus bolak-balik, rangkaian tersebut mengatur satu setengah siklus tegangan listrik. Untuk mengatur kedua setengah siklus, perlu memasang thyristor lain secara berurutan atau menggunakan rangkaian khusus menggunakan dioda yang kuat atau jembatan dioda. Semua ini memperumit skema, menjadikannya rumit dan tidak dapat diandalkan.

Untuk kasus seperti itulah triac diciptakan. Mari kita bicarakan tentang itu dan prinsip pengoperasian boneka. Perbedaan utama antara triac dari unsur yang dibahas diatas terletak pada kemampuan melewatkan arus dua arah. Pada dasarnya, ini adalah dua thyristor dengan manajemen umum, terhubung back-to-back (Gambar 3 A).

Bersyarat sebutan grafis komponen elektronik ini ditunjukkan pada Gambar. 3 V. Perlu dicatat bahwa tidak tepat menyebut terminal daya sebagai anoda dan katoda, karena arus dapat dialirkan ke segala arah, sehingga diberi nama T1 dan T2. Elektroda kontrol diberi nama G. Untuk membuka triac, sinyal kontrol perlu diterapkan ke output yang sesuai. Kondisi transisi triac dari satu keadaan ke keadaan lain dan kembali ke jaringan AC tidak berbeda dengan metode kontrol yang dibahas di atas.

Komponen elektronik jenis ini digunakan dalam bidang manufaktur, perangkat rumah tangga dan perkakas listrik untuk kelancaran pengaturan arus. Ini adalah kontrol motor listrik, elemen pemanas, pengisi daya.

Sebagai kesimpulan, saya ingin mengatakan bahwa baik thyristor maupun triac, ketika mengalihkan arus yang signifikan, memiliki ukuran yang sangat sederhana, sementara daya termal yang signifikan dilepaskan ke tubuhnya. Sederhananya, mereka menjadi sangat panas, jadi untuk melindungi elemen dari panas berlebih dan kerusakan termal, mereka menggunakan heat sink, yang dalam kasus paling sederhana adalah radiator aluminium.

Prinsip pengoperasian thyristor

Thyristor adalah saklar elektronika daya yang tidak dikontrol sepenuhnya. Oleh karena itu, kadang-kadang dalam literatur teknis disebut thyristor operasi tunggal, yang hanya dapat dialihkan ke keadaan konduktif dengan sinyal kontrol, yaitu dihidupkan. Untuk mematikannya (saat mengerjakan DC) perlu mengambil tindakan khusus untuk memastikan bahwa arus maju turun menjadi nol.

Sakelar thyristor hanya dapat menghantarkan arus dalam satu arah, dan dalam keadaan tertutup dapat menahan tegangan maju dan mundur.

Thyristor memiliki struktur p-n-p-n empat lapis dengan tiga terminal: anoda (A), katoda (C) dan elektroda kontrol (G), seperti ditunjukkan pada Gambar. 1

Beras. 1. Thyristor konvensional: a) – sebutan grafis; b) – karakteristik arus-tegangan.

Pada Gambar. 1, b menunjukkan kelompok karakteristik tegangan arus statis keluaran pada arti yang berbeda mengontrol iG saat ini. Tegangan maju maksimum yang dapat ditahan oleh thyristor tanpa menyalakannya nilai maksimum pada iG = 0. Dengan meningkatnya arus iG, tegangan maju yang ditahan oleh thyristor berkurang. Keadaan hidup thyristor berhubungan dengan cabang II, keadaan mati berhubungan dengan cabang I, dan proses switching berhubungan dengan cabang III. Arus penahan atau arus penahan sama dengan nilai minimum yang diijinkan dari arus maju iA dimana thyristor tetap dalam keadaan konduktif. Nilai ini juga sesuai dengan nilai minimum yang mungkin dari penurunan tegangan maju pada thyristor yang dihidupkan.

Cabang IV mewakili ketergantungan arus bocor pada tegangan balik. Ketika tegangan balik melebihi nilai UBO, peningkatan tajam pada arus balik dimulai, terkait dengan kerusakan thyristor. Sifat kerusakan mungkin berhubungan dengan proses ireversibel atau proses kerusakan longsoran yang merupakan karakteristik pengoperasian dioda zener semikonduktor.

Thyristor adalah yang paling kuat kunci elektronik, mampu mengalihkan rangkaian dengan tegangan hingga 5 kV dan arus hingga 5 kA pada frekuensi tidak lebih dari 1 kHz.

Desain thyristor ditunjukkan pada Gambar. 2.

Beras. 2. Desain rumah thyristor: a) – tipe tablet; b) – menyematkan

Thyristor pada rangkaian DC

Thyristor konvensional dihidupkan dengan mensuplai pulsa arus ke rangkaian kontrol dengan polaritas positif relatif terhadap katoda. Durasi proses transien ketika dihidupkan sangat dipengaruhi oleh sifat beban (aktif, induktif, dll), amplitudo dan laju kenaikan pulsa arus kontrol iG, suhu struktur semikonduktor thyristor, tegangan yang diberikan dan arus beban. Dalam rangkaian yang mengandung thyristor, nilai laju kenaikan tegangan maju duAC/dt yang tidak dapat diterima tidak boleh terjadi, di mana penyalaan spontan thyristor dengan tidak adanya sinyal kontrol iG dan laju kenaikan arus diA/dt. Pada saat yang sama, kemiringan sinyal kontrol harus tinggi.

Di antara metode mematikan thyristor, merupakan kebiasaan untuk membedakan antara pematian alami (atau peralihan alami) dan peralihan paksa (atau peralihan buatan). Peralihan alami terjadi ketika thyristor beroperasi pada rangkaian arus bolak-balik pada saat arus turun ke nol.

Metode peralihan paksa sangat beragam. Yang paling umum adalah sebagai berikut: menghubungkan kapasitor yang sudah diisi sebelumnya dengan kunci S (Gambar 3, a); menghubungkan rangkaian LC dengan kapasitor CK yang telah diisi sebelumnya (Gambar 3 b); penggunaan sifat osilasi dari proses transien pada rangkaian beban (Gambar 3, c).

Beras. 3. Metode peralihan buatan thyristor: a) – melalui kapasitor bermuatan C; b) – melalui pelepasan osilasi dari rangkaian LC; c) – karena sifat beban yang berosilasi

Saat beralih sesuai dengan diagram pada Gambar. 3, dan menghubungkan kapasitor switching dengan polaritas terbalik, misalnya, dengan thyristor bantu lainnya, akan menyebabkan kapasitor tersebut dilepaskan ke thyristor utama penghantar. Karena arus pelepasan kapasitor diarahkan berlawanan dengan arus maju thyristor, arus maju berkurang menjadi nol dan thyristor mati.

Dalam diagram pada Gambar. 3b, sambungan rangkaian LC menyebabkan pelepasan osilasi kapasitor switching Sk. Dalam hal ini, pada awalnya, arus pelepasan mengalir melalui thyristor berlawanan dengan arus majunya, ketika keduanya sama, thyristor mati. Selanjutnya arus rangkaian LC mengalir dari thyristor VS ke dioda VD. Selama arus loop mengalir melalui dioda VD, tegangan balik akan diterapkan ke thyristor VS sama dengan penurunan tegangan pada dioda-on.

Dalam diagram pada Gambar. 3, menyalakan thyristor VS ke beban RLC yang kompleks akan menyebabkan proses transisi. Pada parameter tertentu beban, proses ini dapat bersifat osilasi dengan adanya perubahan polaritas arus beban masuk. Dalam hal ini, setelah thyristor VS dimatikan, dioda VD menyala, yang mulai menghantarkan arus dengan polaritas yang berlawanan. Kadang-kadang metode peralihan ini disebut kuasi-alami, karena dikaitkan dengan perubahan polaritas arus beban.

Thyristor pada rangkaian AC

Ketika thyristor dihubungkan ke rangkaian arus bolak-balik, operasi berikut dapat dilakukan:

Aktifkan dan nonaktifkan rangkaian listrik dengan beban aktif dan aktif-reaktif;

perubahan nilai rata-rata dan efektif arus yang melalui beban karena memungkinkan untuk mengatur momen suplai sinyal kontrol.

Karena saklar thyristor mampu menghantarkan arus arus listrik hanya dalam satu arah, kemudian menggunakan thyristor arus bolak-balik koneksi back-to-back mereka digunakan (Gbr. 4,a).

Beras. 4. Sambungan thyristor (a) dan bentuk arus di beban aktif(B)

Rata-rata dan bervariasi karena perubahan momen suplai sinyal pembuka ke thyristor VS1 dan VS2, yaitu. karena perubahan sudut dan (Gbr. 4, b). Nilai sudut ini untuk thyristor VS1 dan VS2 selama regulasi diubah secara bersamaan menggunakan sistem kendali. Sudut tersebut disebut sudut kendali atau sudut penyalaan thyristor.

Paling aplikasi yang luas dalam perangkat elektronika daya menerima fase (Gbr. 4, a, b) dan kontrol lebar pulsa thyristor(Gbr. 4, c).

Beras. 5. Jenis tegangan pada beban pada : a) – kontrol fase thyristor; b) – kontrol fase thyristor dengan pergantian paksa; c) – kontrol lebar pulsa dari thyristor

Dengan metode fase pengendalian thyristor dengan pergantian paksa Pengaturan arus beban dimungkinkan dengan mengubah sudutα dan sudut θ . Peralihan buatan dilakukan dengan menggunakan unit khusus atau menggunakan thyristor yang dikontrol penuh (dapat dikunci).

Dengan kontrol lebar pulsa ( modulasi lebar pulsa– PWM) Selama Totkr, sinyal kontrol diterapkan ke thyristor, thyristor terbuka dan tegangan Un diterapkan ke beban. Selama waktu Tclose tidak ada sinyal kontrol dan thyristor berada dalam keadaan non-konduktor. Nilai efektif arus dalam beban

dimana Di.m. – arus beban pada Tclosed = 0.

Kurva arus pada beban selama kontrol fase thyristor adalah non-sinusoidal, yang menyebabkan distorsi bentuk gelombang tegangan suplai dan gangguan dalam pengoperasian konsumen yang sensitif terhadap interferensi frekuensi tinggi - yang disebut terjadi ketidakcocokan elektromagnetik.

Thyristor yang dapat dikunci

Thyristor adalah saklar elektronik paling kuat yang digunakan untuk mengganti rangkaian tegangan tinggi dan arus tinggi (arus tinggi). Namun, mereka memiliki kelemahan yang signifikan - pengendalian yang tidak lengkap, yang memanifestasikan dirinya dalam kenyataan bahwa untuk mematikannya perlu diciptakan kondisi untuk mengurangi arus maju ke nol. Hal ini dalam banyak kasus membatasi dan mempersulit penggunaan thyristor.

Untuk menghilangkan kelemahan ini, thyristor telah dikembangkan yang diberi gerbang oleh sinyal melalui elektroda kontrol G. Thyristor semacam itu disebut gated (GTO - Gate turn-off thyristor) atau dua operasional.

Thyristor yang dapat dikunci(ZT) memiliki empat lapisan struktur p-p-p-p, tetapi pada saat yang sama memiliki sejumlah hal yang signifikan fitur desain, memberi mereka properti pengendalian penuh yang secara fundamental berbeda dari thyristor tradisional. Karakteristik tegangan arus statis dari thyristor yang dimatikan dalam arah maju identik dengan karakteristik tegangan arus dari thyristor konvensional. Namun, bloknya besar tegangan balik thyristor turn-off biasanya tidak mampu dan sering dihubungkan ke dioda back-to-back. Selain itu, thyristor turn-off ditandai dengan penurunan tegangan maju yang signifikan. Untuk mematikan thyristor yang dapat dialihkan, perlu untuk menerapkan pulsa arus negatif yang kuat (kira-kira 1:5 relatif terhadap nilai arus pemutusan langsung), tetapi dengan durasi pendek (10-100 μs), ke dalam elektroda kontrol sirkuit.

Thyristor turn-off juga memiliki batas tegangan dan arus yang lebih rendah (sekitar 20-30%) dibandingkan thyristor konvensional.

Jenis utama thyristor

Selain mematikan thyristor berbagai macam thyristor dari berbagai jenis telah dikembangkan, berbeda dalam kecepatan, proses kontrol, arah arus dalam keadaan konduktif dll. Diantaranya, jenis-jenis berikut harus diperhatikan:

dioda thyristor, yang setara dengan thyristor dengan dioda terhubung anti-paralel (Gbr. 6.12,a);

dioda thyristor (dinistor), berubah menjadi keadaan konduktif ketika level tegangan tertentu yang diterapkan antara A dan C terlampaui (Gbr. 6,b);

mematikan thyristor(Gbr. 6.12,c);

thyristor atau triac simetris, yang setara dengan dua thyristor yang saling berurutan (Gbr. 6.12,d);

thyristor inverter kerja cepat(waktu mati 5-50 µs);

thyristor dengan manajemen lapangan dengan elektroda kontrol, misalnya, berdasarkan kombinasi transistor MOS dengan thyristor;

Optothyristor dikendalikan oleh fluks cahaya.

Beras. 6. Penunjukan grafis thyristor: a) – dioda thyristor; b) – dioda thyristor (dinistor); c) – mematikan thyristor; d) - triak

Perlindungan thyristor

Thyristor adalah perangkat yang penting untuk laju kenaikan arus maju diA/dt dan tegangan maju duAC/dt. Thyristor, seperti dioda, dicirikan oleh aliran arus pemulihan terbalik, penurunan tajam ke nol memperburuk kemungkinan tegangan lebih dengan nilai duAC/dt yang tinggi. Tegangan lebih tersebut merupakan akibat dari penghentian arus secara tiba-tiba pada elemen induktif rangkaian, termasuk instalasi. Oleh karena itu, untuk melindungi thyristor biasanya mereka gunakan berbagai skema CFTP, yang dalam mode dinamis melindungi terhadap nilai diA/dt dan duAC/dt yang tidak dapat diterima.

Dalam kebanyakan kasus, internal reaktansi induktif Sumber tegangan yang termasuk dalam rangkaian thyristor yang dihidupkan cukup untuk tidak menimbulkan induktansi tambahan LS. Oleh karena itu, dalam praktiknya, seringkali diperlukan CFTP yang mengurangi tingkat dan kecepatan tegangan lebih selama pemadaman (Gbr. 7).

Beras. 7. Skema khas perlindungan thyristor

Untuk tujuan ini, biasanya digunakan rangkaian RC yang dihubungkan secara paralel dengan thyristor. Ada berbagai modifikasi rangkaian rangkaian RC dan metode untuk menghitung parameternya kondisi yang berbeda penggunaan thyristor.

Untuk thyristor turn-off, digunakan rangkaian pembentukan lintasan switching, yang desain rangkaiannya mirip dengan transistor CFTP.