Bună seara habr. Să vorbim despre un astfel de dispozitiv ca un tiristor. Un tiristor este un dispozitiv semiconductor bistabil având trei sau mai multe joncțiuni de redresare care interacționează. Din punct de vedere al funcționalității, acestea pot fi comparate cu cheile electronice. Dar există o caracteristică a tiristorului: nu poate intra în stare închisă, spre deosebire de o cheie obișnuită. Prin urmare, de obicei poate fi găsit sub nume - nu cheie complet gestionată.

Figura prezintă o vedere tipică a unui tiristor. Este format din patru tipuri alternative de conductivitate electrică a regiunilor semiconductoare și are trei terminale: anod, catod și electrod de control.
Anodul este în contact cu stratul p exterior, catodul este în contact cu stratul n exterior.
Vă puteți reîmprospăta memoria despre joncțiunea p-n.

Clasificare

Principiul de funcționare

În legătură cu acest model, regiunile exterioare pot fi numite emițător, iar joncțiunea centrală poate fi numită colector.
Pentru a înțelege cum funcționează un tiristor, ar trebui să vă uitați la caracteristica curent-tensiune.


O mică tensiune pozitivă este aplicată anodului tiristorului. Joncțiunile emițătorului sunt conectate în direcția înainte, iar joncțiunile colectoarelor în direcția inversă. (în esență toată tensiunea va fi pe ea). Secțiunea de la zero la unu pe caracteristica curent-tensiune va fi aproximativ similară cu ramura inversă a caracteristicii diodei. Acest mod poate fi numit modul de stare a tiristorului închis.
Pe măsură ce tensiunea anodului crește, purtătorii majoritari sunt injectați în regiunea de bază, acumulând astfel electroni și găuri, ceea ce este echivalent cu diferența de potențial la joncțiunea colectorului. Pe măsură ce curentul prin tiristor crește, tensiunea la joncțiunea colectorului va începe să scadă. Și când scade la o anumită valoare, tiristorul nostru va intra într-o stare de rezistență diferențială negativă (secțiunea 1-2 din figură).
După aceasta, toate cele trei tranziții se vor deplasa în direcția înainte, transferând astfel tiristorul în starea deschisă (secțiunea 2-3 din figură).
Tiristorul va rămâne în stare deschisă atâta timp cât joncțiunea colectorului este polarizat în direcția înainte. Dacă curentul tiristorului este redus, atunci, ca urmare a recombinării, numărul de purtători de neechilibru din regiunile de bază va scădea, iar joncțiunea colectorului va fi polarizat în direcția opusă, iar tiristorul va intra în starea oprită.
Când tiristorul este pornit invers, caracteristica curent-tensiune va fi similară cu cea a două diode conectate în serie. Tensiunea inversă va fi limitată în acest caz de tensiunea de avarie.

Parametrii generali ai tiristoarelor

Concluzie

♦ După cum am aflat deja, un tiristor este un dispozitiv semiconductor care are proprietățile unei supape electrice. Tiristor cu două terminale (A - anod, K - catod) , acesta este un dinistor. Tiristor cu trei terminale (A – anod, K – catod, Ue – electrod de control) , acesta este un tiristor, sau în viața de zi cu zi se numește pur și simplu tiristor.

♦ Folosind electrodul de control (în anumite condiții), puteți schimba starea electrică a tiristorului, adică să-l transferați din starea „oprit” în starea „pornit”.
Tiristorul se deschide dacă tensiunea aplicată între anod și catod depășește valoarea U = Upr, adică mărimea tensiunii de defalcare a tiristorului;
Tiristorul poate fi deschis la o tensiune mai mică decât Uprîntre anod și catod (U< Uпр) , dacă aplicați un impuls de tensiune cu polaritate pozitivă între electrodul de control și catod.

♦ Tiristorul poate rămâne în stare deschis atât timp cât se dorește, atâta timp cât i se aplică tensiunea de alimentare.
Tiristorul poate fi închis:

• - dacă reduceți tensiunea dintre anod și catod până la U = 0;
• - dacă reduceți curentul anodic al tiristorului la o valoare mai mică decât curentul de menținere Iud.
• — prin aplicarea unei tensiuni de blocare la electrodul de control (numai pentru tiristoare de oprire).

De asemenea, tiristorul poate rămâne în stare închis pentru orice perioadă de timp până la sosirea impulsului de declanșare.
Tiristoarele și dinistoarele funcționează atât în ​​circuite de curent continuu, cât și în curent alternativ.

Funcționarea dinistorului și tiristorului în circuite DC.

Să ne uităm la câteva exemple practice.
Primul exemplu de utilizare a unui dinistor este generator de sunet de relaxare .

Îl folosim ca dinistor KN102A-B.

♦ Generatorul funcționează după cum urmează.
Când butonul este apăsat Kn, prin rezistențe R1 și R2 Condensatorul se încarcă treptat CU(+ baterii – contactele închise ale butonului Kn – rezistențe – condensator C – minus baterii).
Un lanț de capsulă telefonică și un dinistor este conectat în paralel la condensator. Niciun curent nu trece prin capsula telefonului și prin dinistor, deoarece dinistorul este încă „blocat”.
♦ Când condensatorul ajunge la tensiunea la care se sparge dinistorul, un impuls de curent de descărcare a condensatorului trece prin bobina capsulei telefonice (C - bobină telefon - dinistor - C). Se aude un clic de la telefon, condensatorul este descărcat. Apoi, condensatorul C se încarcă din nou și procesul se repetă.
Frecvența de repetare a clicurilor depinde de capacitatea condensatorului și de valoarea rezistenței rezistențelor. R1 și R2.
♦ Cu valorile nominale ale tensiunii, rezistenței și condensatorului indicate pe diagramă, frecvența semnalului sonor folosind rezistorul R2 poate fi modificată în 500 – 5000 hertz. Capsula telefonului trebuie utilizată cu o bobină cu impedanță scăzută 50 – 100 ohmi, nu mai mult, de exemplu o capsulă telefonică TK-67-N.
Capsula telefonului trebuie conectată cu polaritatea corectă, altfel nu va funcționa. Pe capsulă există o denumire + (plus) și – (minus).

♦ Această schemă (Figura 1) are un dezavantaj. Datorită răspândirii mari a parametrilor dinistor KN102(tensiune de avarie diferită), în unele cazuri, va fi necesară creșterea tensiunii de alimentare la 35-45 volți, ceea ce nu este întotdeauna posibil și convenabil.

Un dispozitiv de control asamblat pe un tiristor pentru pornirea și oprirea sarcinii folosind un singur buton este prezentat în Fig. 2.

Dispozitivul funcționează după cum urmează.
♦ În starea inițială, tiristorul este închis și lumina nu se aprinde.
Apăsați butonul Kn pentru 1 – 2 secunde. Contactele butonului se deschid, circuitul catodului tiristorului este întrerupt.

În acest moment condensatorul CUîncărcat de la o sursă de energie printr-un rezistor R1. Tensiunea pe condensator atinge U alimentare electrică.
Eliberați butonul Kn.
În acest moment, condensatorul este descărcat prin circuit: rezistor R2 - electrod de control al tiristorului - catod - contacte închise ale butonului Kn - condensator.
Curentul va curge în circuitul electrodului de control, tiristor "se va deschide".
Lumina se aprinde și de-a lungul circuitului: plus baterii - încărcare sub formă de bec - tiristor - contacte închise ale butonului - minus baterii.
Circuitul va rămâne în această stare atât timp cât se dorește. .
În această stare, condensatorul este descărcat: rezistența R2, electrod de control al tranziției - catod tiristor, contactele butonului Kn.
♦ Pentru a stinge becul, apăsați scurt butonul Kn. În acest caz, circuitul principal de alimentare al becului este întrerupt. tiristor "se inchide". Când contactele butonului sunt închise, tiristorul va rămâne în stare închisă, deoarece pe electrodul de control al tiristorului Uynp = 0(condensatorul este descărcat).

Am testat și am lucrat în mod fiabil diverse tiristoare în acest circuit: KU101, T122, KU201, KU202, KU208 .

♦ După cum am menționat deja, dinistorul și tiristorul au propriile lor tranzistor analog .

Circuitul analog tiristor este format din două tranzistoare și este prezentat în Fig. 3.
tranzistor Tr 1 are p-n-p conductivitate, tranzistor Tr2 are n-p-n conductivitate. Tranzistoarele pot fi fie germaniu, fie siliciu.

Analogul tiristor are două intrări de control.
Prima intrare: A – Ue1(emițător - baza tranzistorului Tr1).
A doua intrare: K – Ue2(emițător - baza tranzistorului Tr2).

Analogul are: A - anod, K - catod, Ue1 - primul electrod de control, Ue2 - al doilea electrod de control.

Dacă nu se folosesc electrozi de control, atunci va fi un dinistor, cu electrozi A - anod și K - catod .

♦ O pereche de tranzistoare, pentru un analog al unui tiristor, trebuie selectată de aceeași putere cu un curent și o tensiune mai mari decât cele necesare pentru funcționarea dispozitivului. Parametri analogici tiristor (tensiune de avarie Unp, curent de menținere Iyд) , va depinde de proprietățile tranzistorilor utilizați.

♦ Pentru o funcționare analogică mai stabilă, se adaugă rezistențe la circuit R1 și R2. Și folosind o rezistență R3 tensiunea de avarie poate fi reglată Uprși menținerea curentului Iyd analogul unui dinistor - un tiristor. Este prezentată o diagramă a unui astfel de analog în fig. 4.

Dacă în circuitul generator de frecvență audio (Figura 1), în loc de un dinistor KN102 porniți dinistorul analog, obțineți un dispozitiv cu proprietăți diferite (Figura 5) .

Tensiunea de alimentare a unui astfel de circuit va fi de la 5 la 15 volți. Modificarea valorilor rezistenței R3 și R5 Puteți schimba tonul sunetului și tensiunea de funcționare a generatorului.

Rezistor variabil R3 Tensiunea de avarie a analogului este selectată pentru tensiunea de alimentare utilizată.

Apoi îl puteți înlocui cu un rezistor constant.

Tranzistoarele Tr1 și Tr2: KT502 și KT503; KT814 și KT815 sau oricare altele.

♦ Interesant circuit stabilizator de tensiune cu protectie la scurtcircuit la sarcina (Figura 6).

Dacă curentul de sarcină depăşeşte 1 amper, protecția va funcționa.

Stabilizatorul este format din:

• - element de control - dioda zener KS510, care determină tensiunea de ieșire;
• - tranzistoare de acţionare KT817A, KT808A, acționând ca un regulator de tensiune;
• - un rezistor este folosit ca senzor de suprasarcină R4;
• — mecanismul de protecție a actuatorului folosește un analog al unui dinistor, pe tranzistoare KT502 și KT503.

♦ La intrarea stabilizatorului există un condensator ca filtru C1. Rezistor R1 este setat curentul de stabilizare al diodei zener KS510, mărimea 5 – 10 mA. Tensiunea pe dioda zener ar trebui să fie 10 volți.
Rezistor R5 setează modul inițial de stabilizare a tensiunii de ieșire.

Rezistor R4 = 1,0 Ohm, este conectat în serie la circuitul de sarcină. Cu cât curentul de sarcină este mai mare, cu atât este eliberată mai multă tensiune proporțională cu curentul pe acesta.

În starea inițială, când sarcina la ieșirea stabilizatorului este mică sau oprită, analogul tiristor este închis. Tensiunea de 10 volți aplicată acestuia (de la dioda zener) nu este suficientă pentru defecțiune. În acest moment, scăderea tensiunii pe rezistor R4 aproape egal cu zero.
Dacă creșteți treptat curentul de sarcină, căderea de tensiune pe rezistor va crește R4. La o anumită tensiune pe R4, analogul tiristorului trece și tensiunea se stabilește între punct Punctul 1 si un fir comun egal cu 1,5 - 2,0 volți.
Aceasta este tensiunea tranziției anod-catod a unui analog deschis al unui tiristor.

În același timp, LED-ul se aprinde D1, semnalând o urgență. Tensiunea la ieșirea stabilizatorului, în acest moment, va fi egală cu 1,5 - 2,0 volți.
Pentru a restabili funcționarea normală a stabilizatorului, trebuie să opriți sarcina și să apăsați butonul Kn, resetând blocarea de securitate.
Va exista din nou tensiune la ieșirea stabilizatorului 9 volți, iar LED-ul se va stinge.
Setarea rezistorului R3, puteți selecta curentul de funcționare a protecției de la 1 amper sau mai mult . Tranzistoare T1 și T2 Poate fi instalat pe un singur calorifer fără izolație. Radiatorul în sine trebuie izolat de carcasă.

Apariția elementelor semiconductoare p-n-p-n cu patru straturi a făcut o adevărată descoperire în electronica de putere. Astfel de dispozitive se numesc „tiristoare”. Porțile controlate de siliciu sunt cea mai comună familie de tiristoare.

Acest tip de dispozitive semiconductoare are următoarea structură:

După cum putem vedea din schema bloc, tiristorul are trei terminale - un catod, un electrod de control și un anod. Anodul și catodul sunt conectați la circuitele de putere, iar electrodul de control este conectat la sistemul de control (rețele de curent scăzut) pentru deschiderea controlată a tiristorului.

Pe schemele de circuit, tiristorul are următoarea denumire:

Caracteristica curent-tensiune este prezentată mai jos:

Să aruncăm o privire mai atentă la această caracteristică.

Ramura caracteristică inversă

În al treilea cadran, caracteristicile diodelor și tiristoarelor sunt egale. Dacă anodului este aplicat un potențial negativ în raport cu catodul, atunci se aplică o tensiune inversă la J 1 și J 3 și o tensiune continuă este aplicată la J 2, ceea ce va determina curgerea unui curent invers (este foarte mic). , de obicei câțiva miliamperi). Când această tensiune crește până la așa-numita tensiune de ruptură, se va produce o creștere a avalanșă a curentului între J 1 și J 3. În acest caz, dacă acest curent nu este limitat, atunci defectarea joncțiunii va avea loc cu defecțiunea ulterioară a tiristorului. La tensiuni inverse care nu depășesc tensiunea de avarie, tiristorul se va comporta ca un rezistor cu rezistență mare.

Zona de conductivitate scăzută

În această zonă este adevărat opusul. Potențialul catodului va fi negativ în raport cu potențialul anodului. Prin urmare, la J 1 și J 3 se va aplica tensiune continuă, iar la J 2 se va aplica tensiune inversă. Rezultatul va fi un curent anodic foarte mic.

Zona de înaltă conductivitate

Dacă tensiunea din secțiunea anod-catod atinge o valoare, așa-numita tensiune de comutare, atunci va avea loc o defalcare a avalanșei joncțiunii J2 și tiristorul va fi transferat la o stare de conductivitate ridicată. În acest caz, U a va scădea de la câteva sute la 1 - 2 volți. Va depinde de tipul de tiristor. Într-o zonă de conductivitate ridicată, curentul care curge prin anod va depinde de sarcina elementului extern, ceea ce face posibil să se considere în această zonă ca un comutator închis.

Dacă treceți curent prin electrodul de control, tensiunea de pornire a tiristorului va scădea. Depinde direct de curentul electrodului de control și, atunci când valoarea acestuia este suficient de mare, este practic egală cu zero. Atunci când alegeți un tiristor pentru funcționarea într-un circuit, acesta este selectat astfel încât tensiunile inverse și directe să nu depășească valorile nominale ale tensiunilor de întrerupere și comutare. Dacă aceste condiții sunt dificil de îndeplinit sau există o împrăștiere mare în parametrii elementelor (de exemplu, este necesar un tiristor de 6300 V, iar cele mai apropiate valori ale acestuia sunt de 1200 V), atunci, uneori, pornirea elementelor este folosit.

La momentul potrivit, aplicând un impuls electrodului de control, puteți transfera tiristorul din starea închisă în zona de conductivitate ridicată. Curentul UE, de regulă, trebuie să fie mai mare decât curentul minim de deschidere și este de aproximativ 20-200 mA.

Când curentul anodului atinge o anumită valoare la care este imposibilă oprirea tiristorului (curent de comutare), pulsul de control poate fi eliminat. Acum tiristorul poate reveni la starea oprit doar prin reducerea curentului sub curentul de menținere sau prin aplicarea unei tensiuni cu polaritate inversă.

Video de funcționare și grafice ale proceselor tranzitorii

Un tiristor este o componentă electronică realizată din materiale semiconductoare, poate consta din trei sau mai multe joncțiuni p-n și are două stări stabile: închis (conductivitate scăzută), deschis (conductivitate ridicată).

Aceasta este o formulare uscată, care este pentru cei care sunt abia la început master inginerie electrică uh, nu spune absolut nimic. Să ne uităm la principiul de funcționare al acestei componente electronice pentru oamenii obișnuiți, ca să spunem așa, pentru manechini și unde poate fi folosită. În esență, este echivalentul electronic al comutatoarelor pe care le folosești în fiecare zi.

Există multe tipuri de aceste elemente, cu caracteristici diferite și aplicații diferite. Luați în considerare un tiristor obișnuit cu o singură operație.

Metoda de desemnare pe diagrame este prezentată în Figura 1.

Elementul electronic are următoarele concluzii:

• borna pozitivă a anodului;
• terminalul negativ al catodului;
• electrodul de control G.

Principiul de funcționare al unui tiristor

Principala aplicație a acestui tip de elemente este crearea pe baza lor de comutatoare cu tiristoare de putere pentru comutarea curenților mari și reglarea acestora. Pornirea se realizează printr-un semnal transmis la electrodul de control. În acest caz, elementul nu este complet controlabil, iar pentru a-l închide este necesar să se utilizeze măsuri suplimentare care să asigure că tensiunea scade la zero.

Dacă vorbim despre cum funcționează un tiristor în termeni simpli, atunci, prin analogie cu o diodă, poate conduce curentul doar într-o singură direcție, așa că atunci când îl conectați, aveți nevoie respectați polaritatea corectă. Când se aplică tensiune la anod și catod, acest element va rămâne închis până când semnalul electric corespunzător este aplicat electrodului de control. Acum, indiferent de prezența sau absența unui semnal de control, acesta nu își va schimba starea și va rămâne deschis.

Condiții inchidere tiristor:

1. Scoateți semnalul de la electrodul de control;
2. Reduceți tensiunea la catod și anod la zero.

Pentru rețelele de curent alternativ, îndeplinirea acestor condiții nu prezintă dificultăți deosebite. Tensiunea sinusoidală, trecând de la o valoare a amplitudinii la alta, scade la o valoare zero, iar dacă în acest moment nu există semnal de control, tiristorul se va închide.

În cazul utilizării tiristoarelor în circuite de curent continuu, se folosesc o serie de metode pentru comutarea forțată (închiderea tiristorului), cea mai comună este utilizarea unui condensator care a fost preîncărcat. Circuitul cu condensatorul este conectat la circuitul de control al tiristoarelor. Când un condensator este conectat la circuit, se va produce o descărcare la tiristor, curentul de descărcare al condensatorului va fi direcționat opus curentului direct al tiristorului, ceea ce va duce la o scădere a curentului din circuit la zero și tiristorul se va închide.

Ai putea crede că utilizarea tiristoarelor este nejustificată; nu este mai ușor să folosești un comutator obișnuit? Un avantaj uriaș al tiristorului este că vă permite să comutați curenți uriași în circuitul anod-catod folosind un semnal de control neglijabil furnizat circuitului de control. În acest caz, nu apar scântei, ceea ce este important pentru fiabilitatea și siguranța întregului circuit.

Schema de conectare

Circuitul de control poate arăta diferit, dar în cel mai simplu caz, circuitul de comutare a comutatorului tiristoarelor arată ca cel prezentat în Figura 2.

Un bec este atașat de anod L, iar comutatorul K2 conectează borna pozitivă a sursei de alimentare G. B. Catodul este conectat la borna negativă a sursei de alimentare.

După ce alimentarea este furnizată de comutatorul K2, tensiunea bateriei va fi aplicată anodului și catodului, dar tiristorul rămâne închis și lumina nu se aprinde. Pentru a porni lampa, trebuie să apăsați butonul K1, semnalul prin rezistența R va fi trimis la electrodul de control, comutatorul tiristor își va schimba starea pentru a deschide, iar lampa se va aprinde. Rezistența limitează curentul furnizat electrodului de control. Apăsarea din nou a butonului K1 nu are niciun efect asupra stării circuitului.

Pentru a închide cheia electronică, trebuie să deconectați circuitul de la sursa de alimentare folosind comutatorul K2. Acest tip de componentă electronică se va opri dacă tensiunea de alimentare la anod scade la o anumită valoare, care depinde de caracteristicile sale. Acesta este modul în care puteți descrie cum funcționează un tiristor pentru manechine.

Caracteristici

Principalele caracteristici includ următoarele:

Elementele luate în considerare, pe lângă cheile electronice, sunt adesea folosite în regulatoarele de putere, care permit modificarea puterii furnizate sarcinii prin modificarea valorilor medii și efective ale curentului alternativ. Valoarea curentului este reglată prin modificarea momentului la care semnalul de deschidere este furnizat tiristorului (prin variarea unghiului de deschidere). Unghiul de deschidere (reglare) este timpul de la începutul semiciclului până la momentul deschiderii tiristorului.

Tipuri de date ale componentelor electronice

Există multe tipuri diferite de tiristoare, dar cele mai comune, pe lângă cele discutate mai sus, sunt următoarele:

• element dinistor, a cărui comutare are loc atunci când se atinge o anumită valoare de tensiune aplicată între anod și catod;
• triac;
• un optotiristor, a cărui comutare este efectuată printr-un semnal luminos.

triaci

Aș dori să mă opresc mai detaliat asupra triacurilor. După cum sa menționat mai devreme, tiristoarele pot conduce curentul doar într-o singură direcție, prin urmare, atunci când sunt instalate într-un circuit de curent alternativ, un astfel de circuit reglează o jumătate de ciclu din tensiunea rețelei. Pentru a regla ambele semicicluri, este necesar să instalați un alt tiristor spate în spate sau să folosiți circuite speciale folosind diode puternice sau punți de diode. Toate acestea complică schema, făcând-o greoaie și nesigură.

Pentru astfel de cazuri a fost inventat triacul. Să vorbim despre asta și despre principiul de funcționare pentru manechine. Principala diferență dintre triacuri din elementele discutate mai sus constă în capacitatea de a trece curent în ambele sensuri. În esență, acestea sunt două tiristoare cu control comun, conectate spate la spate (Figura 3 A).

Simbolul grafic pentru această componentă electronică este prezentat în Fig. 3 V. Trebuie remarcat faptul că nu va fi corect să apelați bornele de putere anod și catod, deoarece curentul poate fi condus în orice direcție, deci sunt desemnate T1 și T2. Electrodul de control este desemnat G. Pentru a deschide triacul, este necesar să se aplice un semnal de control la ieșirea corespunzătoare. Condițiile pentru trecerea unui triac de la o stare la alta și înapoi în rețelele AC nu diferă de metodele de control discutate mai sus.

Acest tip de componente electronice este folosit în sectorul de producție, aparate de uz casnic și scule electrice pentru reglarea continuă a curentului. Acesta este controlul motoarelor electrice, elementelor de încălzire, încărcătoarelor.

În concluzie, aș dori să spun că atât tiristoarele, cât și triacurile, în timp ce comută curenți semnificativi, au dimensiuni foarte modeste, în timp ce pe corpul lor este eliberată o putere termică semnificativă. Mai simplu spus, se încălzesc foarte tare, așa că pentru a proteja elementele de supraîncălzire și defecțiuni termice, folosesc un radiator, care în cel mai simplu caz este un calorifer din aluminiu.

Principiul de funcționare al unui tiristor

Un tiristor este un comutator electronic de putere care nu este controlat complet. Prin urmare, uneori în literatura tehnică se numește tiristor cu o singură operație, care poate fi comutat doar într-o stare de conducere printr-un semnal de control, adică pornit. Pentru a-l opri (când funcționează pe curent continuu), este necesar să se ia măsuri speciale pentru a se asigura că curentul direct scade la zero.

Un comutator cu tiristor poate conduce curentul doar într-o singură direcție, iar în stare închisă poate rezista atât la tensiune directă, cât și inversă.

Tiristorul are o structură p-n-p-n cu patru straturi cu trei terminale: anod (A), catod (C) și electrod de control (G), așa cum se arată în Fig. 1

Orez. 1. Tiristor convențional: a) – denumire grafică; b) – caracteristica curent-tensiune.

În fig. Figura 1b prezintă o familie de caracteristici curent-tensiune statică de ieșire la diferite valori ale curentului de control iG. Tensiunea directă maximă pe care o poate rezista tiristorul fără a-l porni are valori maxime la iG = 0. Pe măsură ce curentul iG crește, tensiunea directă pe care o poate rezista tiristorul scade. Starea de pornire a tiristorului corespunde ramurii II, starea oprită corespunde ramurii I, iar procesul de comutare corespunde ramurii III. Curentul de menținere sau curentul de menținere este egal cu valoarea minimă admisă a curentului direct iA la care tiristorul rămâne în stare conductivă. Această valoare corespunde, de asemenea, cu valoarea minimă posibilă a căderii de tensiune directă la tiristorul pornit.

Ramura IV reprezintă dependența curentului de scurgere de tensiunea inversă. Când tensiunea inversă depășește valoarea UBO, începe o creștere bruscă a curentului invers, asociată cu defectarea tiristorului. Natura defecțiunii poate corespunde unui proces ireversibil sau unui proces de avalanșă caracteristic funcționării unei diode zener semiconductoare.

Tiristoarele sunt cele mai puternice comutatoare electronice, capabile să comute circuite cu tensiuni de până la 5 kV și curenți de până la 5 kA la o frecvență de cel mult 1 kHz.

Proiectarea tiristoarelor este prezentată în Fig. 2.

Orez. 2. Proiectare carcase tiristoare: a) – tip tabletă; b) – pin

Tiristor într-un circuit DC

Un tiristor convențional este pornit prin furnizarea unui impuls de curent circuitului de control cu ​​polaritate pozitivă față de catod. Durata procesului tranzitoriu atunci când este pornit este influențată semnificativ de natura sarcinii (activă, inductivă etc.), amplitudinea și rata de creștere a impulsului curent de control iG, temperatura structurii semiconductoare a tiristorului, tensiunea aplicată și curentul de sarcină. Într-un circuit care conține un tiristor, nu ar trebui să apară valori inacceptabile ale ratei de creștere a tensiunii directe duAC/dt, la care poate apărea pornirea spontană a tiristorului în absența unui semnal de control iG și a unei rate de creștere a curentului diA/dt . În același timp, panta semnalului de control trebuie să fie mare.

Printre metodele de oprire a tiristoarelor, se obișnuiește să se facă distincția între oprirea naturală (sau comutarea naturală) și comutarea forțată (sau comutarea artificială). Comutarea naturală are loc atunci când tiristoarele funcționează în circuite de curent alternativ în momentul în care curentul scade la zero.

Metodele de comutare forțată sunt foarte diverse. Cele mai tipice dintre ele sunt următoarele: conectarea unui condensator preîncărcat cu cheia S (Figura 3, a); conectarea unui circuit LC cu un condensator preîncărcat CK (Figura 3 b); utilizarea naturii oscilatorii a procesului tranzitoriu în circuitul de sarcină (Figura 3, c).

Orez. 3. Metode de comutare artificială a tiristoarelor: a) – printr-un condensator încărcat C; b) – printr-o descărcare oscilativă a circuitului LC; c) – datorită caracterului oscilator al sarcinii

La comutarea conform diagramei din Fig. 3 și conectarea unui condensator de comutare cu polaritate inversă, de exemplu, cu un alt tiristor auxiliar, va determina descărcarea acestuia în tiristorul principal conducător. Deoarece curentul de descărcare al condensatorului este direcționat opus curentului direct al tiristorului, acesta din urmă scade la zero și tiristorul se oprește.

În diagrama din fig. 3b, conexiunea circuitului LC determină o descărcare oscilativă a condensatorului de comutare Sk. În acest caz, la început, curentul de descărcare trece prin tiristor opus curentului său direct, când devin egale, tiristorul se oprește. Apoi, curentul circuitului LC trece de la tiristorul VS la dioda VD. Atâta timp cât curentul în buclă trece prin dioda VD, tiristorului VS va fi aplicată o tensiune inversă egală cu căderea de tensiune pe diodă.

În diagrama din fig. 3, pornirea tiristorului VS la o sarcină complexă RLC va provoca un proces tranzitoriu. Sub anumiți parametri de sarcină, acest proces poate avea un caracter oscilator cu o modificare a polarității curentului de sarcină în. În acest caz, după oprirea tiristorului VS, se pornește dioda VD, care începe să conducă curentul de polaritate opusă. Uneori, această metodă de comutare este numită cvasi-naturală, deoarece este asociată cu o schimbare a polarității curentului de sarcină.

Tiristor în circuitul de curent alternativ

Când un tiristor este conectat la un circuit de curent alternativ, pot fi efectuate următoarele operații:

Pornirea și oprirea unui circuit electric cu sarcină activă și activ-reactivă;

modificarea valorilor medii și efective ale curentului prin sarcină datorită faptului că este posibilă reglarea momentului de alimentare a semnalului de control.

Deoarece un comutator cu tiristoare este capabil să conducă curentul electric doar într-o direcție, pentru a utiliza tiristoare pe curent alternativ, acestea sunt conectate spate la spate (Fig. 4a).

Orez. 4. Conectarea spate la spate a tiristoarelor (a) și forma curentului cu o sarcină activă (b)

Medie și variază datorită modificărilor momentului de furnizare a semnalelor de deschidere către tiristoarele VS1 și VS2, adică datorită modificării unghiului și (Fig. 4, b). Valorile acestui unghi pentru tiristoarele VS1 și VS2 în timpul reglării se modifică simultan folosind sistemul de control. Unghiul se numește unghi de control sau unghi de aprindere al tiristorului.

Cele mai utilizate în dispozitivele electronice de putere sunt faza (Fig. 4, a, b) și controlul lățimii impulsului al tiristoarelor(Fig. 4, c).

Orez. 5. Tipul tensiunii pe sarcină cu: a) – controlul de fază al tiristorului; b) – controlul de fază al unui tiristor cu comutație forțată; c) – controlul lățimii impulsului unui tiristor

Cu metoda fază de control a tiristorului cu comutație forțată Reglarea curentului de sarcină este posibilă prin schimbarea unghiuluiα și unghiul θ . Comutarea artificială se realizează folosind unități speciale sau folosind tiristoare complet controlate (blocabile).

Cu control al lățimii pulsului (modulație a lățimii pulsului - PWM)În timpul Totkr, tiristoarelor este aplicat un semnal de control, acestea sunt deschise și tensiunea Un este aplicată sarcinii. În timpul Tclose nu există semnal de control și tiristoarele sunt într-o stare neconductivă. Valoarea efectivă a curentului în sarcină

unde In.m. – curent de sarcină la T închis = 0.

Curba curentului în sarcină în timpul controlului de fază al tiristoarelor este nesinusoidală, ceea ce provoacă distorsiuni ale formei de undă a tensiunii de alimentare și perturbări în funcționarea consumatorilor sensibili la interferențe de înaltă frecvență - apare așa-numita incompatibilitate electromagnetică.

Tiristoare blocabile

Tiristoarele sunt cele mai puternice comutatoare electronice utilizate pentru comutarea circuitelor de înaltă tensiune și curent înalt (curent mare). Cu toate acestea, au un dezavantaj semnificativ - controlabilitate incompletă, care se manifestă prin faptul că pentru a le opri este necesar să se creeze condiții pentru reducerea curentului direct la zero. În multe cazuri, acest lucru limitează și complică utilizarea tiristoarelor.

Pentru a elimina acest dezavantaj, au fost dezvoltate tiristoare care sunt controlate de un semnal prin intermediul electrodului de control G. Astfel de tiristoare sunt numite gated (GTO - Gate turn-off thyristor) sau cu două operaționale.

Tiristoare blocabile(ZT) au o structură p-p-p-p cu patru straturi, dar în același timp au o serie de caracteristici semnificative de proiectare care le conferă o proprietate de control complet care este fundamental diferită de tiristoarele tradiționale. Caracteristica curent-tensiune statică a tiristoarelor deconectate în direcția înainte este identică cu caracteristica curent-tensiune a tiristoarelor convenționale. Cu toate acestea, un tiristor de oprire nu este, de obicei, capabil să blocheze tensiuni inverse mari și este adesea conectat la o diodă back-to-back. În plus, tiristoarele de oprire sunt caracterizate de căderi semnificative de tensiune directă. Pentru a opri un tiristor comutabil, este necesar să aplicați un impuls de curent negativ puternic (aproximativ 1:5 față de valoarea curentului de oprire directă), dar de scurtă durată (10-100 μs), în electrodul de control circuit.

De asemenea, tiristoarele de oprire au limite mai mici de tensiune și curent (cu aproximativ 20-30%) în comparație cu tiristoarele convenționale.

Principalele tipuri de tiristoare

Pe lângă tiristoarele de oprire a fost dezvoltată o gamă largă de tiristoare de diferite tipuri, care diferă în ceea ce privește viteza, procesele de control, direcția curenților în starea conducătoare etc. Printre acestea, trebuie remarcate următoarele tipuri:

tiristor-diodă, care este echivalent cu un tiristor cu o diodă conectată anti-paralel (Fig. 6.12,a);

diodă tiristor (dinistor), transformându-se într-o stare conductivă când este depășit un anumit nivel de tensiune aplicat între A și C (Fig. 6,b);

oprire tiristor(Fig. 6.12,c);

tiristor simetric sau triac, care este echivalent cu două tiristoare spate în spate (Fig. 6.12,d);

tiristor invertor cu acțiune rapidă(timp de oprire 5-50 µs);

tiristor cu control de câmp prin electrod de control, de exemplu, pe baza unei combinaţii a unui tranzistor MOS cu un tiristor;

Optotiristor controlat de fluxul luminos.

Orez. 6. Desemnarea grafică a tiristoarelor: a) – tiristor-diodă; b) – tiristor diodă (dinistor); c) – tiristor de oprire; d) - triac

Protectie tiristoare

Tiristoarele sunt dispozitive critice pentru rata de creștere a curentului direct diA/dt și a tensiunii directe duAC/dt. Tiristoarele, ca și diodele, sunt caracterizate de fluxul de curent de recuperare inversă, o scădere bruscă a căruia la zero agravează posibilitatea supratensiunilor cu o valoare mare duAC/dt. Astfel de supratensiuni sunt o consecință a unei întreruperi bruște a curentului în elementele inductive ale circuitului, inclusiv instalarea. Prin urmare, pentru a proteja tiristoarele, sunt utilizate de obicei diverse circuite CFTP, care în modurile dinamice protejează împotriva valorilor inacceptabile ale diA/dt și duAC/dt.

În cele mai multe cazuri, reactanța inductivă internă a surselor de tensiune incluse în circuitul tiristorului pornit se dovedește a fi suficientă pentru a nu introduce inductanță suplimentară LS. Prin urmare, în practică, este adesea nevoie de CFTP-uri care reduc nivelul și viteza supratensiunilor în timpul opririi (Fig. 7).

Orez. 7. Circuit tipic de protecție a tiristoarelor

În acest scop, se folosesc de obicei circuite RC conectate în paralel cu tiristorul. Există diverse modificări ale circuitelor RC și metode de calculare a parametrilor acestora pentru diferite condiții de utilizare a tiristoarelor.

Pentru tiristoarele de oprire, se folosesc circuite de formare a traiectoriei de comutare, similare în proiectarea circuitelor cu tranzistoarele CFTP.