Čo je tyristor a ako funguje?

Tyristory vo všeobecnosti tiež prepínajú zariadenia podobné tranzistorom. Ako sme už diskutovali, tranzistory sú malou elektronickou súčasťou, ktorá zmenila svet, dnes ich nájdeme v každom elektronickom zariadení, ako sú televízory, mobily, notebooky, kalkulačky, slúchadlá atď. Sú prispôsobivé a všestranné, ale to neznamená, že dajú sa použiť v každej aplikácii, môžeme ich použiť ako zosilňovacie a spínacie zariadenie, ale nedokážu zvládnuť vyšší prúd, tiež tranzistor vyžadoval nepretržitý spínací prúd. Takže na všetky tieto problémy a na prekonanie týchto problémov používame tyristory.

Všeobecne sa SCR a tyristor používajú zameniteľné, ale SCR je druh tyristora. Tyristor obsahuje mnoho typov prepínačov, niektoré z nich sú SCR (Silicon Controlled Rectifier), GTO (Gate Turn OFF) a IGBT (Insulated Gate Controlled Bipolar Transistor) atď. Ale SCR je najbežnejšie používané zariadenie, takže slovo Thyristor sa stáva synonymum pre SCR. Jednoducho, SCR je druh tyristora .

SCR alebo tyristor je štvorvrstvové trojstupňové polovodičové spínacie zariadenie. Má tri terminály anódu, katódu a hradlo. Tyristor je tiež jednosmerné zariadenie ako dióda, čo znamená, že preteká prúdom iba jedným smerom. Skladá sa z troch PN spojov v sérii, pretože je zo štyroch vrstiev. Terminál brány používaný na spustenie SCR poskytnutím malého napätia tomuto terminálu, ktorý sme tiež nazývali metóda spúšťania brány na zapnutie SCR.

Čím sa tyristor líši od MOSFET?

Tyristor a MOSFET sú elektrické spínače a používajú sa najčastejšie. Základný rozdiel medzi oboma z nich je v tom, že spínače MOSFET sú napäťovo riadené zariadenia a môžu prepínať iba jednosmerný prúd, zatiaľ čo tyristorové spínače sú prúdovo riadené zariadenia a môžu prepínať jednosmerný aj striedavý prúd.

Existuje niekoľko ďalších rozdielov medzi tyristorom a MOSFETom, ktoré sú uvedené nižšie v tabuľke:

Nehnuteľnosť	Tyristor	MOSFET
Thermal Uteč	Áno	Nie
Teplotná citlivosť	menej	vysoká
Typ	Vysokonapäťové vysokonapäťové zariadenie	Vysokonapäťové strednoprúdové zariadenie
Vypínanie	Je potrebný samostatný spínací obvod	Nevyžaduje sa
Zapínanie	Je potrebný jeden impulz	Nie je potrebné trvalé napájanie, okrem zapnutia a vypnutia
Rýchlosť spínania	nízka	vysoká
Odporová vstupná impedancia	nízka	vysoká
Ovládanie	Aktuálne riadené zariadenie	Napäťovo riadené zariadenie

Ako sa tyristor líši od tranzistora?

Tyristor aj tranzistor sú elektrické spínače, ale výkonová kapacita tyristorov je oveľa lepšia ako tranzistor. Kvôli vysokému hodnoteniu tyristora, udávaného v kilowattoch, zatiaľ čo výkon tranzistora sa pohybuje vo wattoch. Tyristor sa pri analýze považuje za uzavretý pár tranzistorov. Hlavný rozdiel medzi tranzistorom a tyristorom je v tom, že tranzistor potrebuje nepretržité spínané napájanie, aby zostal zapnutý, ale v prípade tyristora ho musíme spustiť iba raz a zostane zapnutý. Pre aplikácie, ako je poplachový obvod, ktoré sa musia spustiť raz a zostať navždy zapnuté, nemôžu používať tranzistor. Na prekonanie týchto problémov teda používame tyristor.

V tabuľke sú uvedené ďalšie rozdiely medzi tyristorom a tranzistorom:

Nehnuteľnosť	Tyristor	Tranzistor
Vrstva	Štyri vrstvy	Tri vrstvy
Terminály	Anóda, katóda a brána	Vysielač, zberateľ a základňa
Prevádzka nad napätím a prúdom	Vyššie	Nižší ako tyristor
Zapínanie	Na zapnutie je potrebný iba impulz brány	Požadovaný nepretržitý prísun riadiaceho prúdu
Interná strata napájania	Nižšie ako tranzistor	vyššie

VI Charakteristika tyristora alebo SCR

Ďalej je uvedený základný obvod na získanie charakteristík tyristora VI, anóda a katóda tyristora sú pripojené k hlavnému napájaniu cez záťaž. Hradlo a katóda tyristora sú napájané zo zdroja Es, ktorý sa používa na zabezpečenie hradlového prúdu z hradla na katódu.

Podľa charakteristického diagramu existujú tri základné režimy SCR: režim blokovania dozadu, režim blokovania dopredu a režim vedenia dopredu.

Režim blokovania spätného chodu:

V tomto režime je katóda pozitívna vzhľadom na anódu s otvoreným spínačom S. Križovatka J1 a J3 je skreslená opačne a J2 je skreslená dopredu. Keď reverzné napätie privedené na tyristor (malo by byť menšie ako V _BR), zariadenie ponúka vysokú impedanciu v opačnom smere. Preto bol tyristor v režime blokovania spätného chodu považovaný za otvorený spínač. V _BR je reverzné rozkladné napätie, pri ktorom dôjde k lavíne, ak napätie prekročí V _BR, môže dôjsť k poškodeniu tyristora.

Režim blokovania dopredu:

Keď je anóda pozitívna vzhľadom na katódu, s otvoreným hradlovým spínačom. Tyristor je údajne predpätý dopredu, križovatka J1 a J3 je predpätá dopredu a J2 je obrátene predpätý, ako vidíte na obrázku. V tomto režime preteká malý prúd, ktorý sa nazýva dopredný zvodový prúd, pretože dopredný zvodový prúd je malý a nie je dostatočný na spustenie SCR. Preto sa s SCR zaobchádza ako s otvoreným spínačom aj v režime blokovania dopredu.

Režim dopredného vedenia:

Keď sa dopredné napätie zvyšuje s obvodom hradla otvoreným, dôjde k lavíne na križovatke J2 a SCR sa prepne do režimu vedenia. SCR môžeme zapnúť kedykoľvek, keď dáme pozitívny hradlový impulz medzi hradlom a katódou alebo priamym prerušovacím napätím cez anódu a katódu tyristora.

Spúšťacie metódy SCR alebo tyristora

Existuje mnoho metód na spustenie SCR, ako napríklad:

• Spúšťanie dopredného napätia
• Spúšťanie brány
• spúšťanie dv / dt
• Spúšťanie teploty
• Spúšťanie svetla

Spúšťanie dopredného napätia:

Aplikáciou dopredného napätia medzi anódou a katódou, pri udržaní obvodu hradla otvoreného, ​​je spojenie J2 spätne predpäté. Vo výsledku nastáva tvorba depléčnej vrstvy na J2. Keď sa predné napätie zvyšuje, prichádza fáza, keď sa vyčerpávacia vrstva stratí a o J2 sa hovorí, že má lavínovú poruchu. Tyristor teda prichádza v stave vedenia. Napätie, pri ktorom sa lavína vyskytne, sa nazýva napätie pri pretrhnutí dopredu V _BO.

Spúšťanie brány:

Je to jeden z najbežnejších, spoľahlivých a efektívnych spôsobov zapnutia tyristora alebo SCR. Pri spúšťaní hradla sa na zapnutie SCR aplikuje kladné napätie medzi hradlom a katódou, ktoré vedie k vzniku hradlového prúdu a náboj sa vstrekuje do vnútornej vrstvy P a dôjde k prerušeniu prúdu. Čím vyšší je hradlový prúd, tým nižšie bude napätie prerušovača vpred.

Ako je znázornené na obrázku, v SCR sú tri križovatky. Použitím metódy spúšťania brány, keď je použitý hradlový impulz, dôjde k prerušeniu spojenia J2, spojenie J1 a J2 bude skreslené dopredu alebo dôjde k SCR v stave vedenia. Preto umožňuje prúd prúdiť cez anódu k katóde.

Podľa modelu s dvoma tranzistormi, keď je anóda pozitívna vzhľadom na katódu. Prúd nebude prúdiť cez anódu ku katóde, kým sa nespustí hradlový kolík. Keď prúd prúdi do hradla, zapne sa spodný tranzistor. Pri vedení spodného tranzistora zapína horný tranzistor. Toto je druh vnútornej pozitívnej spätnej väzby, takže jednorazovým poskytnutím impulzu na hradle zostal tyristor v stave ZAPNUTÉ. Keď obidva tranzistory zapnú prúd, začnú viesť cez anódu ku katóde. Tento stav je známy ako dopredné vedenie a takto tranzistor „zapadne“ alebo zostane trvale zapnutý. Pre vypnutie SCR ho nemôžete vypnúť iba odstránením prúdu hradla, v tomto stave sa tyristor osamostatní od prúdu hradla. Pre vypnutie teda musíte urobiť vypnutie obvodu.

Spúšťanie dv / dt:

V spoji s reverzným predpätím J2 získava charakteristiku ako kondenzátor kvôli prítomnosti náboja v spoji, čo znamená, že spojka J2 sa chová ako kapacita. Ak je dopredné napätie privedené náhle, vedie nabíjací prúd cez kapacitu spojenia Cj k zapnutiu SCR.

Nabíjací prúd i _C je daný;

i _C = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (kde Va je dopredné napätie sa objaví na spoji J2) i _C = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt), pretože kapacita spoja je takmer konštantná, dCj / dt je nula, potom i _C = Cj dVa / dt

Preto, ak je rýchlosť nárastu dopredného napätia dVa / dt vysoká, nabíjací prúd i _C by bol vyšší. Tu nabíjací prúd hrá úlohu hradlového prúdu pri zapínaní SCR, aj keď je hradlový signál nulový.

Spúšťanie teploty:

Keď je tyristor v režime blokovania dopredu, väčšina aplikovaného napätia sa zhromažďuje cez križovatku J2, toto napätie súvisí s určitým únikovým prúdom. Čo zvyšuje teplotu križovatky J2. Takže s nárastom teploty ubúdacia vrstva klesá a pri nejakej vysokej teplote (v rámci bezpečného limitu) sa vyčerpaná vrstva rozbije a SCR sa prepne do stavu ON.

Spúšťanie svetla:

Na spustenie SCR svetlom je vybranie (alebo dutina) vyrobené z vnútornej p-vrstvy, ako je to znázornené na obrázku nižšie. Lúč svetla zvláštnej vlnovej dĺžky je na ožarovanie smerovaný optickými vláknami. Pretože intenzita svetla presahuje určitú hodnotu, rozsvieti sa SCR. Tieto typy SCR sa nazývajú SCR aktivované svetlom (LASCR). Niekedy sa tieto SCR spúšťali pomocou kombinácie svetelného zdroja a hradlového signálu. Na ZAPNUTIE SCR je potrebný vysoký prúd brány a nižšia intenzita svetla.

LASCR alebo svetlo spúšťané SCR sa používajú v prenosovom systéme HVDC (High Voltage Direct Current).