Obsah:
Objav vlastností polovodičových prechodov možno právom označiť za jeden z najdôležitejších v dvadsiatom storočí. V dôsledku toho sa objavili prvé polovodičové zariadenia - diódy a tranzistory. Rovnako ako schémy, v ktorých sa používajú. Jedným z takýchto obvodov je spojenie dvoch bipolárnych tranzistorov opačných typov - p-n-p c n-p-n. Tento obvod je znázornený nižšie na obrázku (b). Ilustruje, čo je tyristor a princíp jeho činnosti. Obsahuje pozitívnu spätnú väzbu. Výsledkom je, že každý tranzistor zvyšuje zosilňovacie vlastnosti druhého tranzistora.
Tranzistorový ekvivalent
V tomto prípade sa akákoľvek zmena vodivosti tranzistorov v akomkoľvek smere zväčšuje ako lavína a končí v niektorom z hraničných stavov. Sú buď zamknuté alebo odomknuté. Tento efekt sa nazýva spúšťanie. A ako sa mikroelektronika vyvíjala, oba tranzistory boli v roku 1958 kombinované na rovnakom substráte, čím sa zovšeobecnili prechody s rovnakým názvom. Výsledkom bolo nové polovodičové zariadenie nazývané tyristor. Princíp činnosti tyristora je založený na interakcii dvoch tranzistorov. V dôsledku kombinovania prechodov má rovnaký počet pinov ako tranzistor (a).
Na diagrame je riadiaca elektróda základňou tranzistorovej štruktúry n-p-n. Je to základný prúd tranzistora, ktorý mení vodivosť medzi jeho kolektorom a emitorom. Ale kontrolu je možné vykonávať aj na základe p-n-p tranzistor. Toto je zariadenie tyristora. Výber riadiacej elektródy je určený jej vlastnosťami vrátane vykonávaných úloh. Niektoré z nich napríklad nepoužívajú vôbec žiadne riadiace signály. Prečo teda používať riadiace elektródy...
Dinistor
Ide o úlohy, kde sa používajú dvojelektródové varianty tyristorov - dinistorov. Obsahujú odpory pripojené k emitoru a báze každého tranzistora. Ďalej na diagrame sú to R1 a R3. Pre každé elektronické zariadenie existujú obmedzenia týkajúce sa množstva použitého napätia. Spomínané odpory teda do určitej hodnoty držia každý z tranzistorov v zablokovanom stave. Ale s ďalším zvýšením napätia sa cez spoje kolektor-emitor objavia zvodové prúdy.
Sú zachytené pozitívnou spätnou väzbou a oba tranzistory, teda dinistor, sú odblokované. Pre tých, ktorí chcú experimentovať, je nižšie uvedený obrázok s diagramom a hodnotami komponentov. Môžete ho zostaviť a skontrolovať jeho pracovné vlastnosti. Venujme pozornosť odporu R2, ktorý sa líši výberom požadovanej hodnoty. Dopĺňa zvodový efekt a teda spúšťacie napätie. Dinistor je teda tyristor, ktorého princíp činnosti je určený veľkosťou napájacieho napätia. Ak je relatívne veľký, zapne sa. Prirodzene, zaujímavé je aj vedieť ho vypnúť.
Ťažkosti pri vypínaní
Vypnutie tyristorov bolo, ako sa hovorí, náročné. Z tohto dôvodu boli typy tyristorov pomerne dlho obmedzené iba na dve vyššie uvedené štruktúry. Až do polovice deväťdesiatych rokov dvadsiateho storočia sa používali iba tieto dva typy tyristorov. Faktom je, že vypnutie tyristora môže nastať iba vtedy, keď je jeden z tranzistorov vypnutý. A na určitý čas. Je určená rýchlosťou miznutia nábojov zodpovedajúcich hradlovému prechodu. Najspoľahlivejším spôsobom, ako „pribiť“ tieto náboje, je úplne vypnúť prúd pretekajúci tyristorom.
Väčšina z nich funguje týmto spôsobom. Nie na jednosmerný prúd, ale na usmernený prúd, zodpovedajúci napätiu bez filtrovania. Zmení sa z nuly na hodnotu amplitúdy a potom opäť klesne na nulu. A tak ďalej, podľa frekvencie striedavého napätia, ktoré sa usmerňuje. V danom momente medzi nulovými hodnotami napätia sa odošle signál do riadiacej elektródy a tyristor sa odblokuje. A keď napätie prejde nulou, opäť sa zablokuje.
Na jeho vypnutie pri konštantnom napätí a prúde, pri ktorom nie je žiadna nulová hodnota, je potrebný bočník, ktorý funguje určitý čas. Vo svojej najjednoduchšej forme je to buď tlačidlo spojené s anódou a katódou, alebo zapojené do série. Ak je zariadenie odblokované, je na ňom zvyškové napätie. Stlačením tlačidla sa vynuluje a prúd cez neho sa zastaví. Ak však tlačidlo neobsahuje špeciálne zariadenie a jeho kontakty sa otvoria, tyristor sa určite znova zapne.
Toto zariadenie by mal byť kondenzátor zapojený paralelne s tyristorom. Obmedzuje rýchlosť nárastu napätia v zariadení. Tento parameter je najviac poľutovaniahodný pri použití týchto polovodičových zariadení, pretože sa zníži prevádzková frekvencia, s ktorou je tyristor schopný spínať záťaž, a teda aj spínaný výkon. Tento jav sa vyskytuje v dôsledku vnútorných kapacít charakteristických pre každý z modelov týchto polovodičových zariadení.
Konštrukcia akéhokoľvek polovodičového zariadenia nevyhnutne tvorí skupinu kondenzátorov. Čím rýchlejšie sa napätie zvyšuje, tým väčšie sú prúdy, ktoré ich nabíjajú. Okrem toho sa vyskytujú vo všetkých elektródach. Ak takýto prúd v riadiacej elektróde prekročí určitú prahovú hodnotu, tyristor sa zapne. Preto je parameter dU/dt uvedený pre všetky modely.
- Vypnutie tyristora v dôsledku prechodu napájacieho napätia cez nulu sa nazýva prirodzené. Zostávajúce možnosti vypnutia sa nazývajú nútené alebo umelé.
Rozmanitosť modelového radu
Tieto možnosti spínania zvyšujú zložitosť tyristorových spínačov a znižujú ich spoľahlivosť. Vývoj tyristorovej odrody sa však ukázal ako veľmi plodný.
V súčasnosti je zvládnutá priemyselná výroba veľkého počtu odrôd tyristorov. Ich oblasťou použitia nie sú len výkonné silové obvody (v ktorých sú uzamykateľné resp dióda-tyristor, triak), ale aj riadiace obvody (dinistor, optotyristor). Tyristor na diagrame je znázornený nižšie.
Medzi nimi sú modely, ktorých prevádzkové napätia a prúdy sú najvyššie zo všetkých polovodičových zariadení. Keďže priemyselné napájanie je nemysliteľné bez transformátorov, úloha tyristorov v jeho ďalšom vývoji je zásadná. Uzamykateľné vysokofrekvenčné modely v meničoch zabezpečujú generovanie striedavého napätia. Navyše jeho hodnota môže dosiahnuť 10 kV s frekvenciou 10 kilohertzov pri prúdovej sile 10 kA. Rozmery transformátorov sú niekoľkokrát zmenšené.
Vypínateľný tyristor sa zapína a vypína výlučne ovplyvňovaním riadiacej elektródy špeciálnymi signálmi. Polarita zodpovedá špecifickej štruktúre tohto elektronického zariadenia. Toto je jedna z najjednoduchších odrôd, označovaná ako GTO. Okrem toho sa používajú zložitejšie vypínacie tyristory so zabudovanými riadiacimi štruktúrami. Tieto modely sa nazývajú GCT a tiež IGCT. Použitie tranzistorov s efektom poľa v týchto štruktúrach klasifikuje vypínacie tyristory ako zariadenia rodiny MCT.
Snažili sme sa, aby naša recenzia bola informatívna nielen pre čitateľných návštevníkov našej stránky, ale aj pre machrov. Teraz, keď sme oboznámení s tým, ako funguje tyristor, môžeme tieto poznatky prakticky využiť. Napríklad pri jednoduchých opravách domácich elektrospotrebičov. Hlavná vec je, že keď sa necháte unášať svojou prácou, nezabudnite na bezpečnostné opatrenia!
8. januára 2013 o 19:23 hodTyristory pre figuríny
- Elektronika pre začiatočníkov
Dobrý večer habr. Hovorme o takom zariadení, ako je tyristor. Tyristor je bistabilné polovodičové zariadenie s tromi alebo viacerými vzájomne pôsobiacimi usmerňovacími spojmi. Funkčnosťou ich možno prirovnať k elektronickým kľúčom. V tyristore je však jedna vlastnosť: na rozdiel od bežného kľúča nemôže prejsť do zatvoreného stavu. Preto ho možno zvyčajne nájsť pod názvom – nie úplne spravovaný kľúč.
Obrázok ukazuje typický pohľad na tyristor. Pozostáva zo štyroch striedajúcich sa typov elektrickej vodivosti polovodičových oblastí a má tri vývody: anódu, katódu a riadiacu elektródu.
Anóda je v kontakte s vonkajšou p-vrstvou, katóda je v kontakte s vonkajšou n-vrstvou.
Môžete si osviežiť pamäť o p-n križovatke.
Klasifikácia
V závislosti od počtu pinov možno odvodiť klasifikáciu tyristorov. V podstate je všetko veľmi jednoduché: tyristor s dvoma vývodmi sa nazýva dinistor (podľa toho má iba anódu a katódu). Tyristory s tromi a štyrmi vývodmi sa nazývajú trióda alebo tetroda. Existujú aj tyristory s veľkým počtom striedavých polovodičových oblastí. Jedným z najzaujímavejších je symetrický tyristor (triak), ktorý sa zapne pri akejkoľvek polarite napätia.Princíp činnosti
Typicky je tyristor reprezentovaný ako dva navzájom spojené tranzistory, z ktorých každý pracuje v aktívnom režime.
V súvislosti s týmto vzorom sa vonkajšie oblasti môžu nazývať emitor a centrálny spoj sa môže nazývať kolektor.
Aby ste pochopili, ako funguje tyristor, mali by ste sa pozrieť na charakteristiku prúdového napätia. 
Na anódu tyristora sa aplikuje malé kladné napätie. Emitorové prechody sú spojené v smere dopredu a kolektorové prechody v opačnom smere. (v podstate všetko napätie bude na ňom). Úsek od nuly do jednej na charakteristike prúdového napätia bude približne podobný spätnej vetve charakteristiky diódy. Tento režim možno nazvať režimom uzavretého stavu tyristora.
Keď sa anódové napätie zvyšuje, väčšina nosičov sa vstrekuje do základnej oblasti, čím sa akumulujú elektróny a diery, čo je ekvivalentné potenciálnemu rozdielu na kolektorovom prechode. Keď sa prúd cez tyristor zvýši, napätie na kolektorovom prechode začne klesať. A keď klesne na určitú hodnotu, náš tyristor prejde do stavu negatívneho diferenciálneho odporu (časť 1-2 na obrázku).
Potom sa všetky tri prechody posunú v smere dopredu, čím sa tyristor prenesie do otvoreného stavu (časť 2-3 na obrázku).
Tyristor zostane v otvorenom stave, pokiaľ je kolektorová križovatka predpätá smerom dopredu. Ak sa zníži prúd tyristora, potom sa v dôsledku rekombinácie zníži počet nerovnovážnych nosičov v základných oblastiach a prechod kolektora bude predpätý v opačnom smere a tyristor prejde do vypnutého stavu.
Keď je tyristor zapnutý naopak, charakteristika prúdového napätia bude podobná charakteristike dvoch diód zapojených do série. Spätné napätie bude v tomto prípade obmedzené prierazným napätím.
Všeobecné parametre tyristorov
1. Zapínacie napätie- toto je minimálne anódové napätie, pri ktorom sa tyristor dostane do zapnutého stavu.2. Dopredné napätie je pokles napätia v priepustnom smere pri maximálnom anódovom prúde.
3. Reverzné napätie- toto je maximálne prípustné napätie na tyristore v uzavretom stave.
4. Maximálny povolený dopredný prúd- toto je maximálny prúd v otvorenom stave.
5. Reverzný prúd- prúd pri maximálnom spätnom napätí.
6. Maximálny riadiaci prúd elektródy
7. Čas oneskorenia zapnutia/vypnutia
8. Maximálny prípustný stratový výkon
Záver
V tyristore je teda pozitívna prúdová spätná väzba – zvýšenie prúdu cez jeden emitorový prechod vedie k zvýšeniu prúdu cez iný emitorový prechod.Tyristor nie je úplný ovládací spínač. To znamená, že po prepnutí do otvoreného stavu v ňom zostáva, aj keď prestanete vysielať signál do riadiaceho prechodu, ak je dodávaný prúd nad určitou hodnotou, to znamená prídržný prúd.
1.1 Definícia, typy tyristorov
1.2 Princíp činnosti
1.3 Parametre tyristora
Kapitola 2. Aplikácia tyristorov v regulátoroch výkonu
2.1 Všeobecné informácie o rôznych regulátoroch
2.2 Proces regulácie napätia pomocou tyristora
2.3 Riadený tyristorový usmerňovač
Kapitola 3. Praktický vývoj výkonových regulátorov na báze tyristorov
3.1 Regulátor napätia na tyristore KU201K
3.2 Výkonný riadený usmerňovač pomocou tyristorov
Záver
Literatúra
Úvod
Tento článok skúma niekoľko variantov zariadení, ktoré používajú tyristorové prvky ako regulátory napätia a ako usmerňovače. Uvádza sa teoretický a praktický popis princípu činnosti tyristorov a zariadení, ako aj schémy týchto zariadení.
Riadený usmerňovač na báze tyristorov - prvkov s vysokým zosilnením výkonu - umožňuje získať veľké prúdy v záťaži s malým výkonom vynaloženým v obvode riadenia tyristora.
Tento článok rozoberá dve možnosti takýchto usmerňovačov, ktoré poskytujú maximálny zaťažovací prúd do 6 A s limitom regulácie napätia od 0 do 15 V a od 0,5 do 15 V, a zariadenie na úpravu napätia na aktívnych a indukčných záťažiach napájaných zo siete striedavé napätie 127 a 220 V s nastavovacími limitmi od 0 do menovitého sieťového napätia.
Kapitola 1. Pojem tyristora. Typy tyristorov. Princíp fungovania
1.1 Definícia, typy tyristorov
Tyristor je polovodičové zariadenie založené na štvorvrstvovej štruktúre, ktoré sa môže prepínať z uzavretého stavu do otvoreného stavu a naopak. Tyristory sú určené na kľúčové ovládanie elektrických signálov v režime otvorený - uzavretý (riadená dióda).
Najjednoduchším tyristorom je dinistor - neriadená spínacia dióda, ktorá je štvorvrstvovou štruktúrou typu p-n-p-n (obr. 1.1.2). Tu, rovnako ako u iných typov tyristorov, sa vonkajšie n-p-n prechody nazývajú emitor a stredný p-n prechod sa nazýva kolektor. Vnútorné oblasti konštrukcie ležiace medzi prechodmi sa nazývajú základne. Elektróda, ktorá zabezpečuje elektrické spojenie s vonkajšou n-oblasťou, sa nazýva katóda a s vonkajšou p-oblasťou sa nazýva anóda.
Na rozdiel od asymetrických tyristorov (dinistorov, trinistorov) má u symetrických tyristorov spätná vetva prúdovo-napäťovej charakteristiky formu priamej vetvy. To sa dosiahne spojením dvoch rovnakých štvorvrstvových štruktúr chrbtom k sebe alebo použitím päťvrstvových štruktúr so štyrmi p-n prechodmi (triaky).
Ryža. 1.1.1 Označenia na schémach: a) triak b) dinistor c) trinistor.
Ryža. 1.1.2 Štruktúra dinistora.
Ryža. 1.1.3 Štruktúra SCR.
1.2 Princíp fungovania
Keď je dinistor zapnutý podľa schémy znázornenej na obr. 1.2.1, kolektorový p-n prechod je uzavretý a emitorový prechod je otvorený. Odpor otvorených spojov je nízky, takže takmer celé napájacie napätie sa privádza na spoj kolektora, ktorý má vysoký odpor. V tomto prípade cez tyristor preteká malý prúd (časť 1 na obr. 1.2.3).
Ryža. 1.2.1. Schéma pripojenia nekontrolovaného tyristora (dinistor) k obvodu. 
Ryža. 1.2.2. Schéma zapojenia riadeného tyristora (tyristora) do obvodu. 
Obr.1.2.3. Prúdová charakteristika dinistora.
Obr.1.2.4. Prúdová charakteristika tyristora.
Ak zvýšite napätie zdroja energie, prúd tyristora sa mierne zvýši, kým sa toto napätie nepriblíži k určitej kritickej hodnote rovnajúcej sa zapínaciemu napätiu Uon. Pri napätí Uon v dinistore sú vytvorené podmienky pre lavínové znásobenie nosičov náboja v oblasti prechodu kolektora. Dochádza k reverzibilnému elektrickému prerušeniu kolektorového spojenia (časť 2 na obr. 1.2.3). V n-oblasti kolektorového prechodu sa tvorí nadbytočná koncentrácia elektrónov a v p-oblasti sa tvorí nadbytočná koncentrácia dier. Keď sa tieto koncentrácie zvyšujú, potenciálne bariéry všetkých dinistorových prechodov sa znižujú. Zvyšuje sa vstrekovanie nosičov cez prechody emitorov. Proces má lavínový charakter a je sprevádzaný prepnutím kolektorového prechodu do otvoreného stavu. Prúd sa zvyšuje súčasne s poklesom odporu všetkých oblastí zariadenia. Preto je zvýšenie prúdu cez zariadenie sprevádzané poklesom napätia medzi anódou a katódou. Na charakteristike prúdového napätia je tento úsek označený číslom 3. Tu má zariadenie záporný diferenciálny odpor. Napätie na rezistore sa zvýši a dinistor sa prepne.
Po prechode kolektorového prechodu do otvoreného stavu má prúdovo-napäťová charakteristika tvar zodpovedajúci priamej vetve diódy (časť 4). Po prepnutí sa napätie na dynistore zníži na 1 V. Ak budete pokračovať v zvyšovaní napätia napájacieho zdroja alebo znižovaní odporu odporu R, potom bude pozorovaný nárast výstupného prúdu, ako v bežnom obvode s dióda pri priamom pripojení.
Pri poklese napájacieho napätia sa obnoví vysoký odpor kolektorového prechodu. Doba zotavenia odporu tohto spojenia môže byť desiatky mikrosekúnd.
Napätie Uon, pri ktorom začína lavínovitý nárast prúdu, sa môže znížiť zavedením neväčšinových nosičov náboja do ktorejkoľvek z vrstiev susediacich s kolektorovým spojením. Prídavné nosiče náboja sú privádzané do tyristora pomocnou elektródou napájanou z nezávislého zdroja riadiaceho napätia (Ucontrol). Tyristor s pomocnou riadiacou elektródou sa nazýva trióda alebo trinistor. V praxi sa pri použití termínu „tyristor“ myslí práve prvok. Schéma zapojenia pre takýto tyristor je znázornená na obr. 1.2.2. Možnosť znižovania napätia U so zvyšujúcim sa riadiacim prúdom ukazuje rodina prúdovo-napäťových charakteristík (obr. 1.2.4).
Ak je na tyristor privedené napájacie napätie opačnej polarity (obr. 1.2.4), potom sa uzavrú prechody emitorov. V tomto prípade charakteristika prúdového napätia tyristora pripomína reverznú vetvu charakteristiky bežnej diódy. Pri veľmi vysokých reverzných napätiach sa pozoruje nezvratný rozpad tyristora.
Princíp činnosti tyristora
Tyristor je výkonová elektronika, ktorá nie je plne ovládaná. Preto sa niekedy v odbornej literatúre nazýva jednočinný tyristor, ktorý je možné prepnúť do vodivého stavu iba riadiacim signálom, teda zapnúť. Na jeho vypnutie (pri prevádzke na jednosmerný prúd) je potrebné vykonať špeciálne opatrenia, aby sa zabezpečilo, že dopredný prúd klesne na nulu.
Tyristorový spínač môže viesť prúd iba v jednom smere a v zatvorenom stave môže vydržať priame aj spätné napätie.
Tyristor má štvorvrstvovú štruktúru p-n-p-n s tromi svorkami: anóda (A), katóda (C) a riadiaca elektróda (G), ako je znázornené na obr. 1
Ryža. 1. Konvenčný tyristor: a) – grafické označenie; b) – prúdovo-napäťová charakteristika.
Na obr. Obrázok 1b zobrazuje skupinu výstupných statických prúdovo-napäťových charakteristík pri rôznych hodnotách riadiaceho prúdu iG. Maximálne dopredné napätie, ktoré môže tyristor vydržať bez jeho zapnutia, má maximálne hodnoty pri iG = 0. So zvyšujúcim sa prúdom iG klesá priepustné napätie, ktoré vydrží tyristor. Stav zapnutia tyristora zodpovedá vetve II, stav vypnutia zodpovedá vetve I a proces spínania zodpovedá vetve III. Prídržný prúd alebo prídržný prúd sa rovná minimálnej prípustnej hodnote dopredného prúdu iA, pri ktorej zostáva tyristor vo vodivom stave. Táto hodnota tiež zodpovedá minimálnej možnej hodnote poklesu napätia v priepustnom smere na zapnutom tyristore.
Vetva IV predstavuje závislosť zvodového prúdu od spätného napätia. Keď spätné napätie prekročí hodnotu UBO, začne prudký nárast spätného prúdu spojený s poruchou tyristora. Povaha poruchy môže zodpovedať nevratnému procesu alebo procesu lavínového rozpadu, ktorý je charakteristický pre činnosť polovodičovej zenerovej diódy.
Tyristory sú najvýkonnejšie elektronické spínače, schopné spínať obvody s napätím do 5 kV a prúdmi do 5 kA pri frekvencii maximálne 1 kHz.
Konštrukcia tyristorov je znázornená na obr. 2.
Ryža. 2. Konštrukcia krytov tyristorov: a) – tabletový typ; b) – špendlík
Tyristor v jednosmernom obvode
Bežný tyristor sa zapína privedením prúdového impulzu do riadiaceho obvodu s kladnou polaritou vzhľadom na katódu. Trvanie prechodového procesu pri zapnutí je výrazne ovplyvnené charakterom záťaže (aktívna, indukčná atď.), amplitúdou a rýchlosťou nárastu impulzu riadiaceho prúdu iG, teplotou polovodičovej štruktúry tyristora, aplikované napätie a zaťažovací prúd. V obvode obsahujúcom tyristor by sa nemali vyskytovať neprijateľné hodnoty rýchlosti nárastu napätia v priepustnom smere duAC/dt, pri ktorých môže dôjsť k samovoľnému zapnutiu tyristora pri absencii riadiaceho signálu iG a rýchlosti nárastu prúdu diA/dt. . Zároveň musí byť strmosť riadiaceho signálu vysoká.
Medzi spôsobmi vypínania tyristorov je zvykom rozlišovať prirodzené vypínanie (alebo prirodzené spínanie) a nútené spínanie (alebo umelé spínanie). Prirodzené spínanie nastáva, keď tyristory pracujú v obvodoch striedavého prúdu v okamihu, keď prúd klesne na nulu.
Spôsoby núteného spínania sú veľmi rôznorodé. Najtypickejšie z nich sú nasledujúce: pripojenie vopred nabitého kondenzátora s kľúčom S (obrázok 3, a); spojenie LC obvodu s vopred nabitým kondenzátorom CK (obrázok 3 b); použitie oscilačnej povahy prechodného procesu v zaťažovacom obvode (obrázok 3, c).
Ryža. 3. Spôsoby umelého spínania tyristorov: a) – cez nabitý kondenzátor C; b) – prostredníctvom oscilačného výboja obvodu LC; c) – v dôsledku kmitavého charakteru záťaže
Pri prepínaní podľa schémy na obr. 3 a spojenie spínacieho kondenzátora s obrátenou polaritou napríklad s ďalším pomocným tyristorom spôsobí jeho vybitie do vodivého hlavného tyristora. Pretože vybíjací prúd kondenzátora smeruje opačne k doprednému prúdu tyristora, ten sa zníži na nulu a tyristor sa vypne.
V diagrame na obr. 3b, zapojenie LC obvodu spôsobí oscilačné vybitie spínacieho kondenzátora Sk. V tomto prípade na začiatku preteká vybíjací prúd tyristorom opačným k jeho doprednému prúdu, keď sa vyrovnajú, tyristor sa vypne. Ďalej prúd LC obvodu prechádza z tyristora VS do diódy VD. Pokiaľ cez diódu VD preteká slučkový prúd, na tyristor VS sa privedie spätné napätie, ktoré sa rovná poklesu napätia na dióde.
V diagrame na obr. 3, zapnutie tyristora VS na komplexné zaťaženie RLC spôsobí prechodný proces. Pri určitých parametroch záťaže môže mať tento proces oscilačnú povahu so zmenou polarity záťažového prúdu v. V tomto prípade sa po vypnutí tyristora VS zapne dióda VD, ktorá začne viesť prúd opačnej polarity. Niekedy sa tento spôsob prepínania nazýva kvázi prirodzený, pretože je spojený so zmenou polarity záťažového prúdu.
Tyristor v obvode striedavého prúdu
Keď je tyristor pripojený k obvodu striedavého prúdu, je možné vykonať nasledujúce operácie:
Zapínanie a vypínanie elektrického obvodu s aktívnou a aktívno-reaktívnou záťažou;
zmena priemerných a efektívnych hodnôt prúdu cez záťaž v dôsledku toho, že je možné regulovať moment dodávky riadiaceho signálu.
Keďže tyristorový spínač je schopný viesť elektrický prúd iba v jednom smere, pre použitie tyristorov na striedavý prúd sú zapojené chrbtom k sebe (obr. 4a).
Ryža. 4. Zadné zapojenie tyristorov (a) a tvar prúdu s aktívnou záťažou (b)
Priemerné a menia sa v dôsledku zmien v momente dodávky otváracích signálov k tyristorom VS1 a VS2, t.j. v dôsledku zmeny uhla a (obr. 4, b). Hodnoty tohto uhla pre tyristory VS1 a VS2 sa pri regulácii menia súčasne pomocou riadiaceho systému. Uhol sa nazýva riadiaci uhol alebo uhol zapaľovania tyristora.
Najpoužívanejšie vo výkonových elektronických zariadeniach sú fázové (obr. 4, a, b) a pulzné riadenie tyristorov(obr. 4, c).
Ryža. 5. Druh napätia na záťaži s: a) – fázovou reguláciou tyristora; b) – fázové riadenie tyristora s nútenou komutáciou; c) – pulzno-šírkové riadenie tyristora
S fázovým spôsobom riadenia tyristora s nútenou komutáciou Regulácia záťažového prúdu je možná zmenou uhla? a uhol? . Umelé spínanie sa vykonáva pomocou špeciálnych jednotiek alebo pomocou plne riadených (uzamykateľných) tyristorov.
S reguláciou šírky impulzu (modulácia šírky impulzu - PWM) Počas doby Totkr je na tyristory privedený riadiaci signál, sú otvorené a na záťaž je privedené napätie Un. Počas doby Tclose nie je žiadny riadiaci signál a tyristory sú v nevodivom stave. Efektívna hodnota prúdu v záťaži
kde In.m. – zaťažovací prúd pri Tclosed = 0.
Prúdová krivka v záťaži pri fázovom riadení tyristorov je nesínusová, čo spôsobuje skreslenie priebehu napájacieho napätia a poruchy prevádzky spotrebičov citlivých na vysokofrekvenčné rušenie - vzniká tzv. elektromagnetická nekompatibilita.
Uzamykateľné tyristory
Tyristory sú najvýkonnejšie elektronické spínače používané na spínanie vysokonapäťových a silnoprúdových (vysokoprúdových) obvodov. Majú však významnú nevýhodu - neúplnú ovládateľnosť, ktorá sa prejavuje v tom, že na ich vypnutie je potrebné vytvoriť podmienky na zníženie dopredného prúdu na nulu. To v mnohých prípadoch obmedzuje a komplikuje použitie tyristorov.
Na odstránenie tohto nedostatku boli vyvinuté tyristory, ktoré sú hradené signálom cez riadiacu elektródu G. Takéto tyristory sa nazývajú hradlové (GTO - Gate turn-off tyristor) alebo dvojprevádzkové.
Uzamykateľné tyristory(ZT) majú štvorvrstvovú štruktúru p-p-p-p, ale zároveň majú množstvo významných konštrukčných prvkov, ktoré im dávajú vlastnosť úplnej ovládateľnosti, ktorá je zásadne odlišná od tradičných tyristorov. Statická prúdovo-napäťová charakteristika vypnutých tyristorov v priepustnom smere je totožná s prúdovo-napäťovou charakteristikou bežných tyristorov. Vypínací tyristor však zvyčajne nie je schopný blokovať veľké spätné napätie a často je pripojený k dióde back-to-back. Okrem toho sa vypínacie tyristory vyznačujú výraznými poklesmi napätia vpred. Na vypnutie vypínateľného tyristora je potrebné priviesť do riadiacej elektródy silný záporný prúdový impulz (približne 1:5 vzhľadom na hodnotu jednosmerného vypínacieho prúdu), avšak krátkeho trvania (10-100 μs). obvod.
Vypínacie tyristory majú tiež nižšie limity napätia a prúdu (asi o 20-30%) v porovnaní s bežnými tyristormi.
Hlavné typy tyristorov
Okrem vypínacích tyristorov bola vyvinutá široká škála tyristorov rôznych typov, ktoré sa líšia rýchlosťou, riadiacimi procesmi, smerom prúdov vo vodivom stave atď. Medzi nimi je potrebné poznamenať nasledujúce typy:
tyristorová dióda, ktorá je ekvivalentná tyristoru s antiparalelne zapojenou diódou (obr. 6.12,a);
diódový tyristor (dinistor), ktorý sa pri prekročení určitej úrovne napätia medzi A a C transformuje do vodivého stavu (obr. 6,b);
vypínací tyristor(obr. 6.12, c);
symetrický tyristor alebo triak, čo je ekvivalent dvoch tyristorov back-to-back (obr. 6.12,d);
rýchločinný invertorový tyristor(čas vypnutia 5-50 us);
tyristor s riadením poľa riadiacou elektródou, napríklad na základe kombinácie MOS tranzistora s tyristorom;
Optotyristor riadený svetelným tokom.
Ryža. 6. Grafické označenie tyristorov: a) – tyristor-dióda; b) – diódový tyristor (dinistor); c) – vypínací tyristor; d) - triak
Tyristorová ochrana
Tyristory sú zariadenia kritické pre rýchlosť nárastu priepustného prúdu diA/dt a priepustného napätia duAC/dt. Tyristory, podobne ako diódy, sa vyznačujú tokom spätného zotavovacieho prúdu, ktorého prudký pokles na nulu zhoršuje možnosť prepätia s vysokou hodnotou duAC/dt. Takéto prepätia sú dôsledkom náhleho zastavenia prúdu v indukčných prvkoch obvodu vrátane inštalácie. Preto sa na ochranu tyristorov zvyčajne používajú rôzne obvody CFTP, ktoré v dynamických režimoch chránia pred neprijateľnými hodnotami diA/dt a duAC/dt.
Vo väčšine prípadov sa vnútorná indukčná reaktancia zdrojov napätia zahrnutých v obvode zapnutého tyristora ukáže ako dostatočná na to, aby sa nezaviedla dodatočná indukčnosť LS. Preto je v praxi často potrebná CFTP, ktorá znižuje úroveň a rýchlosť prepätí pri odstávke (obr. 7).
Ryža. 7. Typický obvod tyristorovej ochrany
Na tento účel sa zvyčajne používajú RC obvody zapojené paralelne s tyristorom. Existujú rôzne obvodové modifikácie RC obvodov a spôsoby výpočtu ich parametrov pre rôzne podmienky použitia tyristorov.
Pre vypínacie tyristory sa používajú obvody vytvárania trajektórie spínania, ktoré sú svojou konštrukciou obvodu podobné tranzistorom CFTP.
Tyristor je elektronický výkonový čiastočne riadený spínač. Toto zariadenie môže byť pomocou riadiaceho signálu iba vo vodivom stave, to znamená byť zapnuté. Na jeho vypnutie je potrebné vykonať špeciálne opatrenia, ktoré zabezpečia, že dopredný prúd klesne na nulu. Princíp činnosti tyristora je jednosmerná vodivosť, v zatvorenom stave znesie nielen dopredné, ale aj spätné napätie.
Vlastnosti tyristora
Tyristory podľa svojich vlastností patria medzi polovodičové zariadenia. Ich polovodičový plátok obsahuje susediace vrstvy s rôznymi typmi vodivosti. Každý tyristor je teda zariadenie so štvorvrstvovou štruktúrou p-p-p-p.
Kladný pól zdroja napätia je pripojený k krajnej oblasti p-štruktúry. Preto sa táto oblasť nazýva anóda. Opačná oblasť typu n, kde je pripojený záporný pól, sa nazýva katóda. Výstup z vnútornej oblasti sa vykonáva pomocou p-riadiacej elektródy.
Klasický tyristorový model pozostáva z dvoch s rôznym stupňom vodivosti. V súlade s týmto obvodom je zapojená báza a kolektor oboch tranzistorov. V dôsledku tohto spojenia je základňa každého tranzistora napájaná kolektorovým prúdom druhého tranzistora. Takto sa získa obvod s pozitívnou spätnou väzbou.
Ak v riadiacej elektróde nie je prúd, potom sú tranzistory v uzavretej polohe. Záťažou nepreteká žiadny prúd a tyristor zostáva zatvorený. Keď je prúd dodávaný nad určitú úroveň, prejaví sa pozitívna spätná väzba. Proces sa stáva lavínovitým, po ktorom sa oba tranzistory otvoria. V konečnom dôsledku po otvorení tyristora nastáva jeho stabilný stav, aj keď dôjde k prerušeniu dodávky prúdu.
Prevádzka tyristora pri konštantnom prúde
Vzhľadom na elektronický tyristor, ktorého princíp činnosti je založený na jednosmernom toku prúdu, treba poznamenať, že pracuje pri konštantnom prúde.
Bežný tyristor sa zapne privedením prúdového impulzu do riadiaceho obvodu. Toto napájanie sa uskutočňuje zo strany kladnej polarity, oproti katóde.
Počas zapínania je trvanie prechodného procesu určené povahou záťaže, amplitúdou a rýchlosťou, s ktorou sa impulz riadiaceho prúdu zvyšuje. Okrem toho tento proces závisí od teploty vnútornej štruktúry tyristora, zaťažovacieho prúdu a použitého napätia. V obvode, kde je nainštalovaný tyristor, by nemalo dochádzať k neprijateľnej rýchlosti nárastu napätia, čo by mohlo viesť k jeho spontánnej aktivácii.
