Навіщо призначений тиристор. Управління тиристором, принцип дії. Переваги та недоліки використання тиристора

Абсолютно будь-який тиристор може бути у двох стійких станах. закритийабо відкритий

У закритому стані він знаходиться в стані низької провідності і струм майже не йде, у відкритому, навпаки, напівпровідник буде в стані високої провідності, струм проходить через нього фактично без опору

Можна сміливо сказати, що тиристор це електричний силовий керований ключ. Але насправді управляючий сигнал може лише відкрити напівпровідник. Щоб замкнути його, потрібно виконати умови, спрямовані на зниження прямого струму майже до нуля.

Структурно тиристор представляє послідовність чотирьох шарів. pі nтипу, що утворюють структуру р-n-р-nта з'єднаних послідовно.

Одна з крайніх областей, на яку підключають позитивний полюс живлення, називають анод, р - типу
Інша, до якої приєднують негативне полюс напруги, називають катод, - n типу
Керуючий електродпідключений до внутрішніх шарів.

Щоб розібратися з роботою тиристора розглянемо кілька випадків, перший: напруга на керуючий електрод не подається, тиристор приєднаний за схемою диністора – позитивна напруга надходить на анод, а негативне на катод, дивись малюнок.

У цьому випадку колекторний p-n-перехід тиристора знаходиться у закритому стані, а емітерний – відкритий. Відкриті переходи мають дуже низький опір, тому майже вся напруга, що йде від джерела живлення, прикладена до колекторного переходу, через високий опір якого струм, що протікає через напівпровідниковий прилад, має дуже низьке значення.

На графіці ВАХ цей стан актуальний для ділянки позначеної цифрою 1 .

При збільшенні рівня напруги до певного моменту струм тиристора майже не зростає. Але досягаючи умовного критичного рівня - напруга включення U вкл, у диністорі з'являються фактори, при яких у колекторному переході починається різке зростання вільних носіїв заряду, яке майже одразу ж носить лавинний характер. В результаті відбувається оборотний електричний пробій (на малюнку – точка 2). У p-області колекторного переходу з'являється надлишкова зона накопичених позитивних зарядів, n-області, навпаки, відбувається накопичення електронів. Зростання концентрації вільних носіїв заряду призводить до падіння потенційного бар'єру всіх трьох переходах , через емітерні переходи починається інжекція носіїв заряду. Лавиноподібний характер ще більше збільшується, і призводить до перемикання колекторного переходу у відкритому стані. Одночасно збільшується струм по всіх областях напівпровідника, в результаті відбувається падінням напруги між катодом та анодом, показаний на графіці вище відрізком зазначеним цифрою три. У цей час диністор має негативним диференціальним опором. На опорі R nзростає напруга і напівпровідник перемикається.

Після відкриття колекторного переходу ВАХ диністор стає таким самим, як на прямій гілки - відрізок №4. Після перемикання напівпровідникового приладу напруга знижується до одного вольта. Надалі збільшення рівня напруги або зниження опору призведе до збільшення вихідного струму, один на один, як і роботу діода при його прямому включенні. Якщо ж рівень напруги живлення знизити, то високий опір колекторного переходу практично миттєво відновлюється, диністор закривається, струм різко падає.

Напруга включення U вкл, можна налаштовувати, вносячи в будь-який із проміжних шарів, поряд з колекторним переходом, неосновні, для нього носії заряду.

З цією метою використовується спеціальний керуючий електрод, що запитується від додаткового джерела, з якого слід керуюча напруга - U упр. Як добре видно з графіка - при зростанні U упр напруга включення знижується.

Основні характеристики тиристорів

U вклнапруга включення – при ньому здійснюється перехід тиристора у відкритий стан
U o6p.max– імпульсна повторювана зворотна напруга при ньому відбувається електричний пробій p-n переходу. Для багатьох тиристорів буде вірним вираз U o6p.max. = U вкл
I max- максимально допустиме значення струму
I порівн- Середнє значення струму за період U np- Пряме падіння напруги при відкритому тиристорі
I o6p.max- зворотний максимальний струм початківець текти при додатку U o6p.max, за рахунок переміщення неосновних носіїв заряду
I утримструм утримання – значення анодного струму, у якому здійснюється замикання тиристора
P max- максимальна потужність, що розсіюється
t вимкнути- час відключення необхідний замикання тиристора

Тиристори, що замикаються- має класичну чотиришарову p-n-p-nструктуру, але при цьому має низку конструктивних особливостей, що дають таку функціональну можливість, як повна керованість. Завдяки такому впливу від керуючого електрода, тиристори, що замикаються, можуть переходити не тільки у відкритий стан із закритого, але і з відкритого в закрите. Для цього на електрод, що управляє, надходить напруга, протилежна тому, яке раніше відкриває тиристор. Для замикання тиристора на електрод, що управляє, слід потужний, але короткий за тривалістю імпульс негативного струму. При застосуванні тиристорів, що замикаються, слід пам'ятати, що їх граничні значення на 30% нижче, ніж у звичайних. У схемотехніці тиристори, що замикаються, активно застосовуються в ролі електронних ключів у перетворювальній та імпульсній техніці.

На відміну від чотирьохшарових родичів - тиристорів, вони мають п'ятишарову структуру.

Завдяки такій структурі напівпровідника вони мають можливість пропускати струм в обох напрямках - як від катода до анода, так і від анода до катода, а на електрод, що управляє, надходить напруга обох полярностей. Завдяки цій властивості вольт-амперна характеристика симистора має симетричний вигляд в обох осях координат. Дізнатися про роботу симистора ви можете з відеоуроку, за посиланням нижче.

Принцип роботи симистора

Якщо у стандартного тиристора є анод і катод, то електроди симистора так описати не можна, тому що кожен уго електрод є і анодом і катодом одночасно. Тому Сімістор здатний пропускати струм в обох напрямках. Саме тому він добре працює в ланцюгах змінного струму.

Дуже простою схемою, що пояснює принцип симістора є регулятор потужності.

Після подачі напруги на один із висновків симістора надходить змінна напруга. На електрод, що є керуючим з діодного моста надходить негативна напруга, що управляє. При перевищенні порога включення симистор відмикається і струм надходить у підключене навантаження. У момент часу, коли на вході симістора змінюється полярність напруги він замикається. Потім алгоритм повторюється.

Чим вище рівень керуючої напруги, тим швидше спрацьовує симистор і тривалість імпульсу на навантаженні збільшується. При зниженні рівня напруги, що управляє, тривалість імпульсів на навантаженні також знижується. На виході симісторного регулятора напруга буде пилкоподібної форми з регульованою тривалістю імпульсу. Таким чином, регулюючи керуючу напругу ми можемо змінювати яскравість лампочки розжарювання або температуру жала паяльника підключених як навантаження.

Отже симистор управляється як негативним і позитивним напругою. Давайте виділимо його мінуси та плюси.

Плюси: низька вартість, великий термін служби, відсутність контактів і, як наслідок, відсутність іскріння та брязкоту.
Мінуси: досить чутливий до перегріву, і його зазвичай монтують на радіаторі. Не працює на високих частотах, тому що не встигає переходити з відкритого стану до закритого. Реагує на зовнішні перешкоди, що викликають хибне спрацьовування.

Слід також згадати про особливості монтажу симісторів у сучасній електронній техніці.

При малих навантаженнях або якщо в ній протікають короткі імпульсні струми, монтаж симісторів можна здійснювати без радіатора тепловідведення. У решті випадків – його наявність суворо обов'язково.
До тепловідведення тиристор може фіксуватися затискачем або гвинтом.
Для зниження ймовірності помилкового спрацьовування через шуми довжина проводів повинна бути мінімальна. Для підключення рекомендується використовувати екранований кабель або пару.

Або оптотиристори спеціалізовані напівпровідники, конструктивною особливістю якого є наявність фотоелемента, який є керуючим електродом.

Сучасним і перспективним різновидом симистора є оптосимістор. Замість електрода, що управляє, в корпусі є світлодіод і управління відбувається за допомогою зміни напруги живлення на світлодіоді. При попаданні світлового потоку задонної потужності фотоелемент перемикає тиристор у відкрите положення. Найголовнішою функцією в оптосимісторі є те, що між ланцюгом управління та силовим є повна гальванічна розв'язка. Це створює просто відмінний рівень та надійність конструкції.

Силові ключі. Одним з головних моментів, що впливають на затребуваність таких схем, є низька потужність, яку здатний розсіяти тиристор у схемах перемикання. У замкненому стані потужність практично не витрачається, тому що струм близький до нульових значень. А у відкритому стані потужність, що розсіюється, невелика завдяки низьким значенням напруги

Порогові пристрої– у яких реалізується головне властивість тиристорів – відкриватися під час досягнення напругою необхідного рівня. Це використовується у фазових регуляторах потужності та релаксаційних генераторах.

Для переривання та включення-вимиканнявикористовуються замикаючі тиристори. Щоправда, у разі схемам необхідна певна доопрацювання.

Експериментальні пристрої– у них застосовується властивість тиристора мати негативний опір, перебуваючи в перехідному режимі

Принцип роботи та властивості диністора, схеми на диністора

Діністор це різновид напівпровідникових діодів, що належать до класу тиристорів. Діністор складається з чотирьох областей різної провідності та має три p-n переходи. В електроніці він знайшов досить обмежене застосування, ходячи його можна знайти в конструкціях енергозберігаючих ламп під цоколь E14 та E27, де він застосовується у схемах запуску. Крім того, він трапляється в пускорегулюючих апаратах ламп денного світла.

У схемах і технічної документації часто використовуються різні терміни і знаки, але не всі електрики-початківці знають їх значення. Пропонуємо обговорити, що таке силові тиристори для зварювання, їх принцип роботи, характеристики та маркування цих приладів.

Що таке тиристор та їх види

Багато хто бачив тиристори в гірлянді «Вогонь, що біжить», це найпростіший приклад описуваного пристрою і як воно працює. Кремнієвий випрямляч або тиристор дуже схожий на транзистор. Це багатошаровий напівпровідниковий пристрій, основним матеріалом якого є кремній, найчастіше у пластиковому корпусі. Через те, що його принцип роботи дуже схожий на ректифікаційний діод (випрямляючі прилади змінного струму або диністори), на схемах позначення часто таке ж – це вважається аналог випрямляча.

Фото – Cхема гірлянди вогонь, що біжить

Бувають:

ABB тиристори (GTO), що замикаються,
стандартні SEMIKRON,
потужні лавинні типу ТЛ-171,
оптронні (скажімо, ТО 142-12,5-600 або модуль МТОТО 80),
симетричні ТС-106-10,
низькочастотні МТТ,
симистор BTA 16-600B або ВТ для пральних машин,
частотні ТВЧ,
закордонні TPS 08,
TYN 208.

Але в цей час для високовольтних апаратів (печей, верстатів, іншої автоматики виробництва) використовують транзистори типу IGBT або IGCT.

Фото – Тиристор

Але, на відміну від діода, який є двошаровим (PN) тришарового транзистора (PNP, NPN), тиристор складається з чотирьох шарів (PNPN) і цей напівпровідниковий пристрій містить три p-n переходи. У такому разі діодні випрямлячі стають менш ефективними. Це добре демонструє схема управління тиристорами, а також будь-який довідник електриків (наприклад, у бібліотеці можна безкоштовно почитати книгу автора Замятін).

Тиристор – це односпрямований перетворювач змінного струму, тобто він проводить струм тільки в одному напрямку, але на відміну від діода, пристрій може бути зроблено для роботи в якості комутатора розімкнутого ланцюга або у вигляді діода ректифікаційного постійного електроструму. Іншими словами, напівпровідникові тиристори можуть працювати тільки в режимі комутації і не можуть бути використані як ампліфікаційні прилади. Ключ на тиристорі не здатний сам перейти у закрите положення.

Кремнієвий керований випрямляч є одним із кількох силових напівпровідникових приладів разом із симісторами, діодами змінного струму та одноперехідними транзисторами, які можуть дуже швидко перемикатися з одного режиму в інший. Такий тиристор називається швидкодіючим. Звісно, велику роль тут грає клас приладу.

Застосування тиристора

Призначення тиристорів може бути різним, наприклад, дуже популярний саморобний зварювальний інвертор на тиристорах, зарядний пристрій для автомобіля (тиристор в блоці живлення) і навіть генератор. Через те, що сам собою прилад може пропускати як низькочастотні, так і високочастотні навантаження, його також можна використовувати для трансформатора для зварювальних апаратів (на їх мосту використовуються саме такі деталі). Для контролю роботи деталі у такому разі необхідний регулятор напруги на тиристорі.

Фото – застосування Тиристора замість ЛАТРу

Не слід забувати і про тиристор запалювання для мотоциклів.

Опис конструкції та принцип дії

Тиристор складається з трьох частин: "Анод", "Катод" і "Вхід", що складається з трьох p-n переходів, які можуть перемикатися з положень "ВКЛ" і "ВИМК" на дуже високій швидкості. Але при цьому він також може бути переключений з позиції «ВКЛ» з різною тривалістю за часом, тобто протягом декількох напівперіодів, щоб доставити певну кількість енергії до навантаження. Робота тиристора можна краще пояснити, якщо припустити, що він складатиметься з двох транзисторів, пов'язаних один з одним, як пара комплементарних регенеративних перемикачів.

Найпростіші мікросхеми демонструють два транзистори, які суміщені таким чином, що струм колектора після команди «Пуск» надходить на NPN транзистора TR 2 канали безпосередньо в PNP-транзистора TR 1. У цей час струм з TR 1 надходить у канали основи TR 2 . Ці два взаємопов'язані транзистори розташовуються так, що база-емітер отримує струм від колектора-емітера іншого транзистора. Для цього потрібне паралельне розміщення.

Фото – Тиристор КУ221ІМ

Незважаючи на всі заходи безпеки, тиристор може мимоволі переходити з одного положення до іншого. Це відбувається через різкий стрибок струму, перепад температур та інших різних факторів. Тому перед тим, як купити тиристор КУ202Н, Т12225, Т160, Т1010, його потрібно не тільки перевірити тестером (продзвонити), а й ознайомитися з параметрами роботи.

Типові тиристорні ВАХ

Для початку обговорення цієї складної теми, перегляньте схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото – характеристика тиристора ВАХ

Відрізок між 0 і (Vo,IL) повністю відповідає прямому замиканню пристрою;
У ділянці Vво здійснюється положення «ВКЛ» тиристора;
Відрізок між зонами (Vво, IL) та (Vн,Iн) – це перехідне положення у включеному стані тиристора. Саме на цій ділянці відбувається так званий диністорний ефект;
У свою чергу точки (Vн, Iн) показують на графіку пряме відкриття приладу;
Точки 0 і Vbr – це ділянка із замиканням тиристора;
Після цього слідує відрізок Vbr - він позначає режим зворотного пробою.

Звичайно, сучасні високочастотні радіодеталі у схемі можуть впливати на вольт-амперні характеристики у незначній формі (охолоджувачі, резистори, реле). Також симетричні фототиристори, стабілітрони SMD, оптотиристори, тріодні, оптронні, оптоелектронні та інші модулі можуть мати інші ВАХ.

Фото – ВАХ тиристора

Крім того, звертаємо Вашу увагу, що у такому разі захист пристроїв здійснюється на вході навантаження.

Перевірка тиристора

Перед тим як купити прилад, потрібно знати, як перевірити тиристор мультиметром. Підключити вимірювальний прилад можна лише так званому тестеру. Схема, за якою можна зібрати такий пристрій, наведена нижче:

Фото – тестер тиристорів

Згідно з описом, до анода необхідно підвести напругу позитивного характеру, а до катода негативного. Дуже важливо використовувати величину, яка відповідає роздільній здатності тиристора. На кресленні показані резистори з номінальною напругою від 9 до 12 вольт, це означає, що напруга тестера трохи більша, ніж тиристора. Після того, як Ви зібрали пристрій, можна починати перевіряти випрямляч. Потрібно натиснути кнопку, яка подає імпульсні сигнали для включення.

Перевірка тиристора здійснюється дуже просто, на електрод, що управляє, кнопкою короткочасно подається сигнал на відкриття (позитивний щодо катода). Після цього якщо на тиристорі загорілися вогні, що втікають, то пристрій вважається неробочим, але потужні прилади не завжди відразу реагують після надходження навантаження.

Фото – схема тестера для тиристорів

Крім перевірки приладу, також рекомендується використовувати спеціальні контролери або блок керування тиристорами та симісторами ОВЕН БУСТ або інші марки, він працює приблизно так само, як і регулятор потужності на тиристорі. Головною відмінністю є ширший спектр напруг.

Відео: принцип роботи тиристора

Технічні характеристики

Розглянемо технічні параметри тиристора серії КВ 202е. У цій серії представлені вітчизняні малопотужні пристрої, основне застосування яких обмежується побутовими приладами: його використовують для електропечей, обігрівачів і т.д.

На кресленні нижче представлено цоколівку та основні деталі тиристора.

Фото – ку 202

Встановлена зворотна напруга у відкритому стані (макс) 100 В
Напруга у закритому положенні 100 В
Імпульс у відкритому положенні – 30 А
Повторюваний імпульс у відкритому положенні 10 А
Середня напруга<=1,5 В
Невідпирна напруга >=0,2
Встановлений струм у відкритому положенні<=4 мА
Струм зворотний<=4 мА
Відмикаючий струм постійного типу<=200 мА
Встановлена постійна напруга<=7 В
Час увімкнення<=10 мкс
Час вимкнення<=100 мкс

Увімкнення пристрою здійснюється протягом мікросекунд. Якщо Вам знадобиться заміна описаного приладу, проконсультуйтеся з продавцем-консультантом електромагазину - він зможе підібрати аналог за схемою.

Фото – тиристор ку202н

Ціна тиристора залежить від його марки та характеристик. Ми рекомендуємо купувати вітчизняні прилади – вони більш довговічні та відрізняються доступною вартістю. На стихійних ринках можна придбати якісний потужний перетворювач до сотні рублів.

Перед тим як розбиратися з темою «тиристор – принцип роботи», необхідно зрозуміти, що являє собою цей невеликий прилад. По суті це силовий ключ, тільки він завжди знаходиться у відкритому стані. Тому його часто називають не повністю керований ключ.

За своїм пристроєм тиристор нагадує звичайний транзистор або діод. Щоправда, є й суттєві відмінності. Наприклад, діод – напівпровідниковий двошаровий елемент на крем'яній основі (PN), транзистор – тришаровий (PNP або NPN), тиристор – чотиришаровий (PNPN). Тобто у нього три переходи p-n. Саме тому діодні випрямлячі перед тиристорними менш ефективними. Це добре видно на схемі керування тиристорами.

Де застосовуються тиристори

Область застосування тиристорів велика. Наприклад, з них можна зібрати інвертор для зварювання або автомобільний зарядний пристрій. Деякі умільці своїми руками збирають навіть генератори. Найважливіше, що тиристори можуть через себе пропускати струми високочастотні і низькочастотні. Тому, зібравши міст із цих приладів, можна зробити трансформатор і для зварювального апарату.

Конструкція та принцип дії

Складається тиристорний ключ із трьох частин:

Анод.
Катод.
Вхід.

Останній складається із трьох переходів p-n. При цьому перемикання переходів провадиться з дуже великою швидкістю. Взагалі принцип роботи тиристора можна пояснити краще, якщо розглянути схему зв'язки двох транзисторів, пов'язаних паралельно, як вимикачі комплементарно регенеративної дії.

Отже, найпростіша схема двох транзисторів, поєднаних так, щоб при пуску струму колектора надходив на NPN другого приладу через канали NPN першого. А в цей час струм проходить зворотний шлях через перший транзистор на другий. По суті, виходить досить проста зв'язка, де база-емітер одного з транзисторів, у нашому випадку другого, отримує струм від колектора-емітера іншого приладу, тобто першого.

Ланцюг постійного струму

У кола постійного струму тиристор працює за принципом подачі імпульсу позитивної полярності, звичайно, щодо катода. На тривалість переходу з одного стану в інший дуже впливає ряд показників. А саме:

Вид навантаження (індуктивний, активний та інше).
Швидкість наростання імпульсу та його амплітуда, мають на увазі струм навантаження.
Величина самого струмового навантаження.
Напруга в ланцюзі.
Температура самого пристрою.

Тут найважливіше, щоб у мережі, де встановлено даний прилад, не відбулося різке зростання напруги. У цьому випадку може відбутися мимовільне включення тиристора, а сигнал управління в цей час відсутній.

Ланцюг змінного струму

У цій мережі тиристорний ключ працює трохи інакше. Цей прилад дозволяє проводити кілька видів операцій. Наприклад:

Увімкнення та відключення ланцюга, в яке діє активне або активно-реактивне навантаження.
Можна змінювати значення навантаження, що діє, і її середньої величини за рахунок можливості змінювати (регулювати) подачу самого сигналу управління.

Але майте на увазі, що тиристорний ключ може пропускати сигнал лише в одному напрямку. Тому самі тиристори встановлюються у ланцюг, так би мовити, у зустрічно-паралельному включенні.

Управління тиристорами

У силових електронних апаратах найчастіше використовують або фазне, або широтно-импульсное управління тиристором.

У першому випадку регулювати струмове навантаження можна за рахунок зміни кутів α або θ. Це стосується примусового навантаження. Штучне навантаження можна регулювати тільки за допомогою керованого тиристора, який також називається замикається.

При ШІМ (широтно-імпульсної модуляції) під час Тоткр сигнал подається, а, отже, сам прилад знаходиться у відкритому стані, тобто струм подається з напругою Uн. У період часу Тзакр сигнал відсутній, а сам прилад перебуває в непровідному стані.

Тиристорні світлодіоди

Зазвичай тиристор та світлодіод в одному світильнику не встановлюються. Його місце замінює діод, який працює і на включення, і на відключення як звичайний ключ. Це пов'язано з різними причинами, де основна – це конструкція та принцип дії самого приладу, який завжди знаходиться у відкритому стані. Нині вчені винайшли так званий тиристорний світлодіод.

По-перше, тиристорний світлодіод у своєму складі крім кремнію має: галій, алюміній, індій, миш'як та сурму. По-друге, спектр випромінювання при n-переходах між матеріалами створює хвилю завдовжки 1,95 мкм. А це досить велика оптична потужність, якщо її порівнювати з діодним елементом, що виробляє світлові хвилі у тому самому діапазоні.

Що таке тиристор та їх види

Фото – Cхема гірлянди вогонь, що біжить

Бувають:

ABB тиристори (GTO), що замикаються,
стандартні SEMIKRON,
потужні лавинні типу ТЛ-171,
оптронні (скажімо, ТО 142-12,5-600 або модуль МТОТО 80),
симетричні ТС-106-10,
низькочастотні МТТ,
симистор BTA 16-600B або ВТ для пральних машин,
частотні ТВЧ,
закордонні TPS 08,
TYN 208.

Фото – Тиристор

Застосування тиристора

Фото – застосування Тиристора замість ЛАТРу

Не слід забувати і про тиристор запалювання для мотоциклів.

Опис конструкції та принцип дії

Фото – Тиристор КУ221ІМ

Типові тиристорні ВАХ

Для початку обговорення цієї складної теми, перегляньте схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото – характеристика тиристора ВАХ

Відрізок між 0 і (Vo,IL) повністю відповідає прямому замиканню пристрою;
У ділянці Vво здійснюється положення «ВКЛ» тиристора;
Відрізок між зонами (Vво, IL) та (Vн,Iн) – це перехідне положення у включеному стані тиристора. Саме на цій ділянці відбувається так званий диністорний ефект;
У свою чергу точки (Vн, Iн) показують на графіку пряме відкриття приладу;
Точки 0 і Vbr – це ділянка із замиканням тиристора;
Після цього слідує відрізок Vbr - він позначає режим зворотного пробою.

Фото – ВАХ тиристора

Крім того, звертаємо Вашу увагу, що у такому разі захист пристроїв здійснюється на вході навантаження.

Перевірка тиристора

Фото – тестер тиристорів

Фото – схема тестера для тиристорів

Відео: принцип роботи тиристора

Технічні характеристики

На кресленні нижче представлено цоколівку та основні деталі тиристора.

Фото – ку 202

Встановлена зворотна напруга у відкритому стані (макс) 100 В
Напруга у закритому положенні 100 В
Імпульс у відкритому положенні – 30 А
Повторюваний імпульс у відкритому положенні 10 А
Середня напруга<=1,5 В
Невідпирна напруга >=0,2
Встановлений струм у відкритому положенні<=4 мА
Струм зворотний<=4 мА
Відмикаючий струм постійного типу<=200 мА
Встановлена постійна напруга<=7 В
Час увімкнення<=10 мкс
Час вимкнення<=100 мкс

Фото – тиристор ку202н

Принцип дії тиристора

Тиристор є силовим електронним не повністю керованим ключем. Тому іноді в технічній літературі його називають одноопераційним тиристором, який може сигналом управління переводитися тільки в провідний стан, тобто включатись. Для його вимикання (при роботі на постійному струмі) необхідно вживати спеціальних заходів, що забезпечують спадання прямого струму до нуля.

Тиристорний ключ може проводити струм тільки в одному напрямку, а в закритому стані здатний витримати як пряму, так і зворотну напругу.

Тиристор має чотиришарову p-n-p-n-структуру з трьома висновками: анод (A), катод (C) та керуючий електрод (G), що відображено на рис. 1

Мал. 1. Звичайний тиристор: a) - умовно-графічне позначення; б) - вольтамперна характеристика.

На рис. 1 b представлено сімейство вихідних статичних ВАХ при різних значеннях струму управління iG. Гранична пряма напруга, яка витримується тиристором без його включення, має максимальні значення при iG = 0. При збільшенні струму iG пряма напруга, що витримується тиристором, знижується. Включеному стану тиристора відповідає гілка II, виключеному - гілка I, процесу включення - гілка III. Утримуючий струм або струм утримання дорівнює мінімально допустимому значенню прямого струму iA , при якому тиристор залишається у провідному стані. Цьому значенню відповідає мінімально можливе значення прямого падіння напруги на включеному тиристорі.

Гілка IV є залежність струму витоку від зворотної напруги. При перевищенні зворотної напруги значення UBO починається різке зростання зворотного струму, пов'язане з пробоєм тиристора. Характер пробою може відповідати незворотному процесу або лавинного пробою, властивого роботі напівпровідникового стабілітрона.

Тиристори є найбільш потужними електронними ключами, здатними комутувати ланцюги з напругою до 5 кВ та струмами до 5 кА при частоті трохи більше 1 кГц.

Конструктивне виконання тиристорів наведено на рис. 2.

Мал. 2. Конструкція корпусів тиристорів: а) – пігулкова; б) – штирьова

Тиристор в ланцюгу постійного струму

Включення звичайного тиристора здійснюється подачею імпульсу струму в ланцюг управління позитивної щодо катода полярності.На тривалість перехідного процесу при включенні значний вплив мають характер навантаження (активний, індуктивний та ін.), Амплітуда і швидкість наростання імпульсу струму управління iG температура напівпровідникової структури тиристора, прикладена напруга і струм навантаження. У ланцюзі, що містить тиристор, не повинно виникати неприпустимих значень швидкості наростання прямої напруги duAC/dt, при яких може статися мимовільне включення тиристора за відсутності сигналу управління iG і швидкості наростання diA/dt струму. У той же час крутість сигналу керування має бути високою.

Серед способів вимикання тиристорів прийнято розрізняти природне виключення (або природну комутацію) та примусове (або штучну комутацію). Природна комутація відбувається під час роботи тиристорів у ланцюгах змінного струму на момент спадання струму до нуля.

Способи примусової комутації дуже різноманітні. Найбільш характерні їх наступні: підключення попередньо зарядженого конденсатора З ключом S (рис 3, а); підключення LC-ланцюга із попередньо зарядженим конденсатором CK (рис 3 б); використання коливального характеру перехідного процесу ланцюга навантаження (рис 3, в).

Мал. 3. Способи штучної комутації тиристорів: а) – за допомогою зарядженого конденсатора С; б) – за допомогою коливального розряду LC-контуру; в) – рахунок коливального характеру навантаження

При комутації за схемою на рис. 3,а підключення комутуючого конденсатора зі зворотною полярністю, наприклад іншим допоміжним тиристором, викличе його розряд на провідний тиристор. Оскільки розрядний струм конденсатора спрямований зустрічно прямому струму тиристора, останній знижується до нуля і тиристор вимкнеться.

У схемі на рис. 3,б підключення LC-контуру викликає коливальний розряд конденсатора, що комутує Ск. При цьому спочатку розрядний струм протікає через тиристор зустрічно його прямому струму, коли вони стають рівними, тиристор вимикається. Далі струм LC-контуру переходить з тиристора VS в діод VD. Поки через діод VD протікає струм контуру, до тиристора VS буде додана зворотна напруга, що дорівнює падінню напруги на відкритому діоді.

У схемі на рис. 3, включення тиристора VS на комплексне RLC-навантаження викликає перехідний процес. При певних параметрах навантаження цей процес може мати коливальний характер із зміною полярності струму навантаження iн. У цьому випадку після вимкнення тиристора VS відбувається включення діода VD, який починає проводити струм протилежної полярності. Іноді цей спосіб комутації називається квазіприродним, оскільки він пов'язаний із зміною полярності струму навантаження.

Тиристор в ланцюгу змінного струму

При включенні тиристора в ланцюг змінного струму можливе здійснення наступних операцій:

Включення та відключення електричного ланцюга з активним та активно-реактивним навантаженням;

зміна середнього та діючого значень струму через навантаження за рахунок того, що є можливість регулювати момент подачі сигналу керування.

Так як тиристорний ключ здатний проводити електричний струм тільки в одному напрямку, то для використання тиристорів на змінному струмі застосовується їхнє зустрічно-паралельне включення (рис. 4,а).

Мал. 4. Зустрічно-паралельне включення тиристорів (а) та форма струму при активному навантаженні (б)

Середнє і змінюються рахунок зміни моменту подачі на тиристори VS1 і VS2 відкривають сигналів, тобто. рахунок зміни кута і (рис. 4,б). Значення цього кута для тиристорів VS1 та VS2 під час регулювання змінюється одночасно за допомогою системи керування. Кут називається кутом керування або кутом відмикання тиристора.

Найбільш широке застосування в силових електронних апаратах отримали фазове (рис. 4, а, б) та широтно-імпульсне керування тиристорами(Рис. 4, в).

Мал. 5. Вид напруги на навантаженні при: а) фазовому управлінні тиристором; б) - фазовому управлінні тиристором з примусовою комутацією; в) - широтно-імпульсному управлінні тиристором

При фазовому методі керування тиристором з примусовою комутацієюрегулювання струму навантаження можливе як за рахунок зміни кута? , Так і кута ? . Штучна комутація здійснюється за допомогою спеціальних вузлів або при використанні повністю керованих (замикаються) тиристорів.

При широтно-імпульсному управлінні (широтно-імпульсної модуляції – ШІМ)протягом часу Тоткр на тиристори поданий сигнал, що управляє, вони відкриті і до навантаження прикладено напругу Uн. Протягом часу Тзакр сигнал відсутня і тиристори знаходяться в непровідному стані. Чинне значення струму в навантаженні

де Iн.м. - Струм навантаження при Тзакр = 0.

Крива струму в навантаженні при фазовому керуванні тиристорами несинусоїдальна, що викликає спотворення форми напруги мережі живлення та порушення в роботі споживачів, чутливих до високочастотних перешкод – виникає так звана електромагнітна несумісність.

Тиристори, що замикаються

Тиристори є найбільш потужними електронними ключами, що використовуються для комутації високовольтних та сильноточних (сильнострумових) ланцюгів.Однак вони мають істотний недолік - неповну керованість, яка проявляється в тому, що для їх вимикання необхідно створити умови зниження прямого струму до нуля. Це у багатьох випадках обмежує та ускладнює використання тиристорів.

Для усунення цього недоліку розроблені тиристори, що замикаються сигналом керуючого електрода G. Такі тиристори називають замикаються (GTO - Gate turn-off thyristor) або двоопераційними.

Тиристори, що замикаються(ЗТ) мають чотиришарову р-п-р-п структуру, але в той же час мають ряд істотних конструктивних особливостей, що надають їм принципово відмінне від традиційних тиристорів - властивість повної керованості. Статична ВАХ замикаються тиристорів у прямому напрямку ідентична ВАХ звичайних тиристорів. Однак блокувати великі зворотні напруги тиристор, що замикається, зазвичай не здатний і часто з'єднується з зустрічно-паралельно включеним діодом. Крім того, для тиристорів, що замикаються, характерні значні падіння прямої напруги. Для вимикання тиристора, що замикається, необхідно подати в ланцюг керуючого електрода потужний імпульс негативного струму (приблизно 1:5 по відношенню до значення прямого струму, що вимикається), але короткої тривалості (10-100 мкс).

Тиристори, що замикаються, також мають нижчі значення граничних напруг і струмів (приблизно на 20-30 %) порівняно зі звичайними тиристорами.

Основні типи тиристорів

Крім тиристорів, що замикаються розроблено широку гаму тиристорів різних типів, що відрізняються швидкодією, процесами управління, напрямом струмів у провідному стані.і т.д. Серед них слід зазначити такі типи:

тиристор-діод, який еквівалентний тиристору із зустрічно-паралельно включеним діодом (рис. 6.12,a);

діодний тиристор (діністор), що переходить у провідний стан при перевищенні певного рівня напруги, прикладеного між А та С (рис. 6, b);

тиристор, що замикається(Рис. 6.12, c);

симетричний тиристор чи симистор, що еквівалентний двом зустрічно-паралельно включеним тиристорам (рис. 6.12, d);

швидкодіючий інверторний тиристор(Час вимикання 5-50 мкс);

тиристор з польовим управлінням з керуючого електродунаприклад, на основі комбінації МОП-транзистора з тиристором;

оптотиристор, керований світловим потоком.

Мал. 6. Умовно-графічне позначення тиристорів: a) – тиристор-діод; b) – діодний тиристор (диністор); c) - тиристор, що замикається; d) - Сімістор

Захист тиристорів

Тиристори є приладами, критичними до швидкостей наростання прямого струму diA/dt та прямої напруги duAC/dt. Тиристорам, як і діодам, властиве явище перебігу зворотного струму відновлення, різке спадання якого до нуля посилює можливість виникнення перенапруг з високим значенням duAC/dt. Такі перенапруги є наслідком різкого припинення струму індуктивних елементах схеми, включаючи монтажу. Тому захисту тиристорів зазвичай використовують різні схеми ЦФТП, які у динамічних режимах здійснюють захист від неприпустимих значень diA/dt і duAC/dt.

У більшості випадків внутрішній індуктивний опір джерел напруги, що входять до ланцюга включеного тиристора, виявляється достатнім, щоб не вводити додаткову індуктивність LS . Тому на практиці частіше виникає необхідність у ЦФТП, що знижують рівень та швидкість перенапруг при виключенні (рис. 7).

Мал. 7. Типова схема захисту тиристора

Для цієї мети зазвичай використовують RC-ланцюги, що підключаються паралельно тиристору. Існують різні схемотехнічні модифікації RC-ланцюгів та методики розрахунку їх параметрів для різних умов використання тиристорів.

Для тиристорів, що замикаються, застосовуються ланцюги формування траєкторії перемикання, аналогічних за схемотехнікою ЦФТП транзисторів.