Тиристори - це що таке? Принцип роботи та характеристики тиристорів

Тиристори - це силові електронні ключі,керовані в повному обсязі. Нерідко в технічних книгах можна побачити ще одну назву цього приладу - одноопераційних тиристор. Іншими словами, під впливом керуючого сигналу він переводиться в один стан - проводить. Якщо конкретизувати, то він включає ланцюг. Щоб вона вимикалася, необхідно створити спеціальні умови, які забезпечують падіння прямого струму в ланцюзі до нульового значення.

особливості тиристорів

Тиристорні ключі проводять електричний струмтільки в прямому напрямку, причому в закритому стані він витримує не тільки пряме, а й зворотна напруга. Структура тиристора чотиришарова, є три висновки:

Анод (позначається літерою А).
Катод (літерою С або К).
Керуючий електрод (У або G).

У тиристорів є ціле сімейство вольт-амперниххарактеристик, по ним можна судити про стан елемента. Тиристори - це дуже потужні електронні ключі, вони здатні проводити комутацію ланцюгів, в яких напруга може сягає 5000 вольт, а сила струму - 5000 ампер (при цьому частота не перевищує 1000 Гц).

Робота тиристора в ланцюгах постійного струму

Звичайний тиристор включається шляхом подачі струмовогоімпульсу на керуючий висновок. Причому він повинен бути позитивним (по відношенню до катода). Тривалість перехідного процесу залежить від характеру навантаження (індуктивна, активна), амплітуди і швидкості наростання в ланцюзі управління імпульсу струму, температури кристала напівпровідника, а також прикладеного струму і напруги на наявні в схемі тиристори. Характеристики схеми безпосередньо залежать від виду використовуваного напівпровідникового елемента.

У тій ланцюга, в якій знаходиться тиристор,неприпустимо виникнення великій швидкості наростання напруги. А саме такого значення, при якому відбувається мимовільне включення елемента (навіть якщо немає сигналу в ланцюзі управління). Але одночасно з цим у сигналу управління повинна бути дуже висока крутизна характеристики.

способи виключення

Можна виділити два типи комутації тиристорів:

Природна.
Примусова.

А тепер більш докладно про кожен вид. Природна виникає тоді, коли тиристор працює в колі змінного струму. Причому відбувається ця комутація тоді, коли струм падає до нульового значення. А ось здійснити примусову комутацію можна великою кількістю різних способів. Яке управління тиристором вибрати, вирішувати розробнику схеми, але варто поговорити про кожен тип окремо.

Найхарактернішим способом примусовоїкомутації є підключення конденсатора, який був заздалегідь заряджений за допомогою кнопки (ключа). LC-ланцюг включається в схему управління тиристором. Цей ланцюжок і містить заряджений повністю конденсатор. При перехідному процесі в навантажувальної ланцюга відбуваються коливання струму.

Способи примусової комутації

Існує ще кілька типів примусовоїкомутації. Нерідко застосовують схему, в якій використовується коммутирующий конденсатор, який має зворотну полярність. Наприклад, цей конденсатор може включатися в ланцюг за допомогою будь-якого допоміжного тиристора. При цьому відбудеться розряд на основний (робочий) тиристор. Це призведе до того, що у конденсатора струм, спрямований назустріч прямому струму основного тиристора, буде сприяти зниженню струму в ланцюзі аж до нуля. Отже, станеться вимикання тиристора. Це трапляється через те, що пристрій тиристора має свої особливості, характерні тільки для нього.

Існують також схеми, в яких підключаютьсяLC-ланцюжка. Вони розряджаються (причому з коливаннями). На самому початку струм розряду тече назустріч робочому, а після зрівнювання їх значень відбувається вимикання тиристора. Після з коливальної ланцюжка ток перетікає через тиристор в напівпровідниковий діод. При цьому, поки тече струм, до тиристору прикладається деяка напруга. Воно по модулю дорівнює падінню напруги на діоді.

Робота тиристора в ланцюгах змінного струму

Якщо тиристор включити в ланцюг змінного струму, можна здійснити такі операції:

Включити або відключити електричне коло з активно-резистивної або активним навантаженням.
Змінити середнє і діюче значення струму, який проходить через навантаження, завдяки можливості регулювати момент подачі сигналу управління.

У тиристорних ключів є одна особливість -вони проводять струм тільки в одному напрямку. Отже, якщо необхідно використовувати їх в ланцюгах змінного струму, доводиться застосовувати зустрічно-паралельне включення. Діючі та середні значення струму можуть змінюватися через те, що момент подачі сигналу на тиристори різний. При цьому потужність тиристора повинна відповідати мінімальним вимогам.

Фазовий метод управління

При фазовому методі управління з комутацієюпримусового типу відбувається регулювання навантаження завдяки зміні кутів між фазами. Штучну комутацію можна здійснити за допомогою спеціальних ланцюгів, або ж необхідно використовувати повністю керовані (замикаються) тиристори. На їх основі, як правило, виготовляють пристрій зарядний на тиристори, яке дозволяє регулювати силу струму в залежності від рівня зарядки акумуляторної батареї.

Широтно-імпульсна управління

Називають ще його ШІМ-модуляцією. Під час відкриття тиристорів подається сигнал управління. Переходи відкриті, а на навантаженні є деяка напруга. Під час закриття (протягом всього перехідного процесу) не подається сигнал управління, отже, тиристори не проводять струм. При здійсненні фазового управління струмовий крива не синусоїдальну характеристику, відбувається зміна форми сигналу напруги харчування. Отже, відбувається також порушення роботи споживачів, які чутливі до високочастотним перешкод (з'являється несумісність). Нескладну конструкцію має регулятор на тиристори, який без проблем дозволить змінити необхідну величину. І не потрібно застосовувати масивні ЛАТР.

тиристори замикаються

Тиристори - це дуже потужні електронні ключі,використовуються для комутації високих напруг і струмів. Але є у них один величезний недолік - управління неповне. А якщо конкретніше, то це проявляється тим, що для відключення тиристора потрібно створювати умови, при якому прямий струм буде знижуватися до нуля.

Саме ця особливість накладає деякіобмеження на використання тиристорів, а також ускладнює схеми на їх основі. Щоб позбутися від такого роду недоліків, були розроблені спеціальні конструкції тиристорів, які замикаються сигналом по одному електроду управління. Їх називають двухопераціоннимі, або замикаються, тиристорами.

Конструкція, яка замикається тиристора

Чотиришарова структура р-п-р-п у тиристорівмає свої особливості. Вони надають їм відзнаки від звичайних тиристорів. Мова зараз йде про повну керованості елемента. Вольт-амперна характеристика (статична) при прямому напрямку така ж, як і у простих тиристорів. Ось тільки прямий струм тиристор може пропускати куди більший за значенням. Але блокування великих зворотних напруг у замикаються тиристорів не передбачено. Тому необхідно поєднувати його зустрічно-паралельно з напівпровідниковим діодом.

Характерна особливість замикається тиристора -це значне падіння прямих напруг. Щоб провести відключення, слід здійснити подачу на керуючий висновок потужного імпульсу струму (негативного, в співвідношенні 1: 5 до прямому значенню струму). Але тільки тривалість імпульсу повинна бути якомога меншою - 10 ... 100 мкс. Замикаються тиристори мають більш низьким значенням граничного напруження і струму, ніж звичайні. Різниця становить приблизно 25-30%.

види тиристорів

Вище були розглянуті замикаються, але існуєще чимало типів напівпровідникових тиристорів, про які також варто згадати. У самих різних конструкціях (зарядні пристрої, перемикачі, регулятори потужності) використовуються певні типи тиристорів. Десь потрібно, щоб управління проводилося шляхом подачі потоку світла, значить, використовується оптотиристор. Його особливість полягає в тому, що в ланцюзі управління використовується кристал напівпровідника, чутливий до світла. Параметри тиристорів різні, у всіх свої особливості, характерні тільки для них. Тому потрібно хоча б у загальних рисах уявляти, які види цих напівпровідників існують і де вони можуть застосовуватися. Отже, ось весь список і основні особливості кожного типу:

Діод-тиристор. Еквівалент цього елемента - тиристор, до якого підключений зустрічно-паралельно напівпровідниковий діод.
Динистор (діодний тиристор). Він може переходити в стан повної провідності, якщо перевищується певний рівень напруги.
Симистор (симетричний тиристор). Його еквівалент - два тиристора, включених зустрічно-паралельно.
Тиристор інверторний швидкодіючий відрізняється високою швидкістю комутації (5 ... 50 мкс).
Тиристори з керуванням польовим транзистором. Часто можна зустріти конструкції на основі МОП-транзисторів.
Оптичні тиристори, які управляються потоками світла.

Здійснення захисту елемента

Тиристори - це прилади, які критичні дошвидкостям наростання прямого струму і прямого напруги. Для них, як і для напівпровідникових діодів, характерно таке явище, як протікання зворотних струмів відновлення, яке дуже швидко і різко падає до нульового значення, посилюючи цим ймовірність виникнення перенапруги. Це перенапруження є наслідком того, що різко припиняється струм у всіх елементах схеми, які мають індуктивність (навіть сверхмалі індуктивності, характерні для монтажу - дроти, доріжки плати). Для здійснення захисту необхідно використовувати різноманітні схеми, що дозволяють в динамічних режимах роботи захиститися від високих напруг і струмів.

Як правило, індуктивний опір джереланапруги, який входить в ланцюг працює тиристора, має таке значення, що його цілком достатньо для того, щоб в подальшому не включати в схему деяку додаткову індуктивність. З цієї причини в практиці частіше використовується ланцюжок формування траєкторії перемикання, яка значно знижує швидкість і рівень перенапруги в схемі при відключенні тиристора. Ємнісне-резистивні ланцюжка найбільш часто використовуються для цих цілей. Вони включаються з тиристором паралельно. Є досить багато видів схемотехнических модифікацій таких ланцюгів, а також методик їх розрахунків, параметрів для роботи тиристорів в різних режимах і умовах. А ось ланцюг формування траєкторії перемикання замикається тиристора буде така ж, як і у транзисторів.