A tirisztorok egyfajta félvezető eszköz. Nagy áramok szabályozására és kapcsolására szolgálnak. A tirisztor lehetővé teszi egy elektromos áramkör átkapcsolását, amikor vezérlőjelet kapnak rá. Emiatt tranzisztornak tűnik.

Általában egy tirisztornak három kivezetése van, amelyek közül az egyik vezérlő, a másik kettő pedig az áram áramlásának útvonalát képezi. Mint tudjuk, a tranzisztor a vezérlőáram nagyságával arányosan nyílik. Minél nagyobb, annál jobban kinyílik a tranzisztor, és fordítva. De tirisztorral minden másképp működik. Teljesen, hirtelen nyílik. És ami a legérdekesebb, hogy még vezérlőjel hiányában sem zár be.

Működési elv

Tekintsük egy tirisztor működését a következő egyszerű áramkör szerint.

A tirisztor anódjára egy izzót vagy LED-et, a K2 kapcsolón keresztül az áramforrás pozitív kapcsa csatlakozik. A tirisztor katódja a tápegység negatívhoz csatlakozik. Az áramkör bekapcsolása után a tirisztor feszültséget kap, de a LED nem világít.

Ha megnyomja a K1 gombot, az ellenálláson keresztül áram folyik a vezérlőelektródához, és a LED világítani kezd. Az ábrákon gyakran „G” betűvel jelölik, ami kaput jelent, vagy oroszul redőnyt (vezérlőterminál).

Az ellenállás korlátozza a vezérlőtüske áramát. Ennek a tirisztornak a minimális üzemi árama 1 mA, a megengedett legnagyobb áramerősség pedig 15 mA. Ezt figyelembe véve az áramkörünkben egy 1 kOhm ellenállású ellenállást választottunk.

Ha újra megnyomja a K1 gombot, ez nem befolyásolja a tirisztort, és nem történik semmi. A tirisztor zárt állapotba kapcsolásához ki kell kapcsolni a tápfeszültséget a K2 kapcsolóval. Ha újra bekapcsolják a tápfeszültséget, a tirisztor visszatér eredeti állapotába.

Ez a félvezető eszköz lényegében egy reteszelő elektronikus kulcs. A zárt állapotba való átmenet akkor is megtörténik, amikor az anód tápfeszültsége egy bizonyos minimumra, körülbelül 0,7 voltra csökken.

Az eszköz jellemzői

A bekapcsolt állapot a funkciónak köszönhetően rögzített belső eszköz tirisztor. Egy példadiagram így néz ki:

Általában két különböző felépítésű, egymással összekapcsolt tranzisztorként ábrázolják. Kísérletileg ellenőrizheti, hogyan működnek az ezen áramkör szerint csatlakoztatott tranzisztorok. Vannak azonban különbségek az áram-feszültség karakterisztikában. És azt is figyelembe kell venni, hogy az eszközöket eredetileg úgy tervezték, hogy ellenálljanak a nagy áramoknak és feszültségeknek. A legtöbb ilyen készülék testén van egy fém kimenet, amelyre egy radiátor rögzíthető a hőenergia elvezetésére.

A tirisztorok különféle esetekben készülnek. Az alacsony teljesítményű készülékek nem rendelkeznek hőelvezetéssel. A szokásos hazai tirisztorok így néznek ki. Masszív fém testtel rendelkeznek, és ellenállnak a nagy áramoknak.

A tirisztorok alapvető paraméterei

• Maximális megengedett előremenő áram .
• Ez a nyitott tirisztoráram maximális értéke. Erőteljes készülékeknél eléri a több száz ampert. .
• Maximális megengedhető fordított áram Előremenő feszültség
• . Ez a feszültségesés maximális áramerősségnél.
• Fordított feszültség .
• Ez az a legnagyobb megengedett feszültség a tirisztoron zárt állapotban, amelyen a tirisztor működhet anélkül, hogy befolyásolná a teljesítményét. Bekapcsolási feszültség
• . .
• Ez az anódra kapcsolt minimális feszültség. Itt azt a minimális feszültséget értjük, amelyen a tirisztor egyáltalán működhet. .

Minimális vezérlőelektróda áram

. Be kell kapcsolni a tirisztort.

Maximális megengedett vezérlőáram

Maximális megengedett teljesítmény disszipáció

• Dinamikus paraméter
• A tirisztor átmeneti ideje zárt állapotból nyitott állapotba

amikor jelzés érkezik.

• A tirisztorok típusai
• Az ellenőrzési módszer szerint a következőkre oszthatók:

Dióda tirisztorok vagy más módon dinisztorok. Ezeket egy nagyfeszültségű impulzus nyitja meg, amelyet a katódra és az anódra kapcsolnak.

• Trióda tirisztorok, vagy tirisztorok. Ezeket az elektróda vezérlőáram nyitja.
• A trióda tirisztorok viszont fel vannak osztva:

Katód vezérlés - a vezérlőáramot alkotó feszültség a vezérlőelektródára és a katódra kerül.

• Anódvezérlés – az elektródára és az anódra vezérlőfeszültség kerül.
• A tirisztor le van zárva:
• Nem szabványos fordított feszültségérték esetén - a gyártók nem határozzák meg ennek az értéknek az értékét. Az ilyen eszközöket olyan helyeken használják, ahol a fordított feszültség nincs kizárva.
• Triac – két irányba vezeti az áramot.

A triacok használatakor tudnia kell, hogy feltételesen szimmetrikusan működnek. A triac fő része akkor nyílik meg, ha a vezérlőelektródára pozitív feszültség kerül a katódhoz képest, és az anód tetszőleges polaritású lehet. De ha negatív feszültség érkezik az anódra, és pozitív feszültség érkezik a vezérlőelektródára, akkor a triac nem nyílik ki, és meghibásodhat.

Sebesség szerint osztva a feloldási (bekapcsolási) és a zárolási (ki) idővel.

A tirisztorok szétválasztása teljesítmény szerint

Amikor a tirisztor kapcsoló üzemmódban működik, a kapcsolt terhelés legnagyobb teljesítményét a tirisztor nyitott üzemmódban lévő feszültsége határozza meg a legnagyobb áramerősség és a legnagyobb teljesítménydisszipáció mellett.

A terhelés effektív árama nem lehet nagyobb, mint a legnagyobb teljesítménydisszipáció osztva a nyitott feszültséggel.

Egyszerű tirisztoros riasztó

A tirisztor alapján egyszerű riasztást készíthet, amely reagál a fényre, és egy piezo emitter segítségével hangot ad ki. A tirisztor vezérlőkapcsa egy fotoellenálláson és egy hangolóellenálláson keresztül kap áramot. A fotoellenállást érő fény csökkenti annak ellenállását. És a tirisztor vezérlőkimenete elkezd kapni egy nyitóáramot, amely elegendő a kinyitásához. Ezt követően a hangjelzés bekapcsol.

A vágóellenállást úgy tervezték, hogy beállítsa az eszköz érzékenységét, azaz a válaszküszöböt fénnyel besugárzáskor. A legérdekesebb dolog az, hogy a tirisztor még fény hiányában is nyitva marad, és a jelzés nem áll le.

Ha a fényérzékeny elemmel szemben fénysugarat szerel fel úgy, hogy az kissé az ablak alá világítson, akkor egy egyszerű füstérzékelőt kap. A fényforrás és a fényvevő közé kerülő füst szétszórja a fényt, ami riasztást vált ki. Ehhez a készülékhez ház szükséges, hogy a fényvevő ne kapjon fényt a naptól vagy mesterséges fényforrásoktól.

A tirisztort más módon is kinyithatja. Ehhez elegendő rövid ideig kis feszültséget kapcsolni a vezérlőkapocs és a katód közé.

Tirisztoros teljesítményszabályozó

Most nézzük meg a tirisztor rendeltetésszerű használatát. Tekintsük egy egyszerű tirisztoros teljesítményszabályozó áramkörét, amely 220 voltos váltakozó áramú hálózatról működik. Az áramkör egyszerű, és mindössze öt részből áll.

• VD félvezető dióda.
• Változó ellenállás R1.
• R2 fix ellenállás.
• C kondenzátor.
• Tirisztor VS.

Az ajánlott névleges értékeik a diagramon láthatók. Diódaként használhat KD209-et, KU103V tirisztort vagy erősebbet. Célszerű legalább 2 watt teljesítményű ellenállásokat, legalább 50 V feszültségű elektrolit kondenzátort használni.

Ez az áramkör a hálózati feszültségnek csak egy félciklusát szabályozza. Ha azt képzeljük, hogy a diódán kívül az összes elemet eltávolítottuk az áramkörből, akkor az csak a váltakozó áram felét engedi át, és csak a fele áramlik a terhelésre, például egy forrasztópáka vagy egy izzólámpa.

A tirisztor lehetővé teszi a dióda által levágott félciklus további, viszonylagosan átengedését. Az R1 változtatható ellenállás helyzetének megváltoztatásakor a kimeneti feszültség megváltozik.

A tirisztor vezérlőkapcsa a kondenzátor pozitív kivezetéséhez csatlakozik. Amikor a kondenzátor feszültsége a tirisztor bekapcsolási feszültségére nő, kinyílik, és áthalad a pozitív félciklus egy bizonyos részén. A változtatható ellenállás határozza meg a kondenzátor töltési sebességét. És minél gyorsabban töltődik, annál hamarabb nyit ki a tirisztor, és lesz ideje kihagyni a pozitív félciklus egy részét, mielőtt a polaritás megváltozik.

A negatív félhullám nem lép be a kondenzátorba, és a rajta lévő feszültség azonos polaritású, így nem ijesztő, hogy van polaritása. Az áramkör lehetővé teszi a teljesítmény 50-ről 100% -ra történő megváltoztatását. Ez pont megfelelő egy forrasztópáka számára.

A tirisztor egy irányba vezeti az áramot az anódról a katódra. De vannak olyan fajták, amelyek mindkét irányban átvezetik az áramot. Ezeket szimmetrikus tirisztoroknak vagy triacoknak nevezik. Az AC áramkörök terheléseinek szabályozására szolgálnak. Létezik nagy számban ezekre épülő teljesítményszabályozó áramkörök.

A tirisztor egy elektronikus, részben szabályozott teljesítménykapcsoló. Ez az eszköz egy vezérlőjel segítségével csak vezető állapotban lehet, azaz bekapcsolható. A kikapcsoláshoz speciális intézkedéseket kell tenni, amelyek biztosítják, hogy az előremenő áram nullára csökkenjen. A tirisztor működési elve egyirányú vezetés, ha zárt állapotban van, nem csak az előre, hanem a fordított feszültséget is elviseli.

A tirisztor tulajdonságai

A tirisztorok tulajdonságaik szerint a félvezető eszközök közé tartoznak. Félvezető lapkájuk olyan szomszédos rétegeket tartalmaz, amelyek rendelkeznek különféle típusok vezetőképesség. Így minden tirisztor egy négyrétegű p-p-p-p szerkezetű eszköz.

A feszültségforrás pozitív pólusa a p-struktúra szélső tartományához van kötve. ezért, ezt a területet anódnak hívják. Az n típusú ellentétes tartományt, ahol a negatív pólus kapcsolódik, katódnak nevezzük. A belső régióból a kimenet p-vezérlő elektródával történik.

A klasszikus tirisztormodell két különböző vezetőképességi fokúból áll. Ennek az áramkörnek megfelelően mindkét tranzisztor alapja és kollektora csatlakoztatva van. Ennek a kapcsolatnak az eredményeképpen minden tranzisztor alapját a másik tranzisztor kollektoráramával táplálják. Így egy pozitív visszacsatolású áramkört kapunk.

Ha nincs áram a vezérlőelektródában, akkor a tranzisztorok zárt helyzetben vannak. A terhelésen nem folyik áram, és a tirisztor zárva marad. Ha egy bizonyos szint feletti áramot táplálunk, a pozitív visszacsatolás. A folyamat lavinaszerűvé válik, ami után mindkét tranzisztor kinyílik. Végül a tirisztor nyitása után stabil állapotba kerül, még akkor is, ha az áramellátás megszakad.

A tirisztor működése állandó árammal

Figyelembe véve az elektronikus tirisztort, amelynek működési elve az egyirányú áram áramlásán alapul, meg kell jegyezni, hogy állandó árammal működik.

A hagyományos tirisztort áramimpulzussal kapcsolják be a vezérlőáramkörre. Ez a táplálás a pozitív polaritás oldaláról történik, a katóddal szemben.

Bekapcsoláskor a tranziens folyamat időtartamát a terhelés jellege, a vezérlőáram-impulzus növekedésének amplitúdója és sebessége határozza meg. Ezenkívül ez a folyamat függ a tirisztor belső szerkezetének hőmérsékletétől, a terhelési áramtól és az alkalmazott feszültségtől. Abban az áramkörben, ahol a tirisztor fel van szerelve, nem szabad megengedhetetlen mértékű feszültségnövekedést elérni, ami a spontán aktiválódáshoz vezethet.

Fordított zárolási mód

Rizs. 3. Tirisztor fordított blokkolási mód

Két fő tényező korlátozza a fordított és az előre bontás rendszerét:

1. A kimerült terület szúrása.

A fordított blokkoló üzemmódban a készülék anódjára feszültséget kapcsolunk, amely negatív a katódhoz képest; a J1 és J3 csomópontok fordított előfeszítésűek, a J2 csomópont pedig előre előfeszített (lásd a 3. ábrát). Ebben az esetben az alkalmazott feszültség nagy része a J1 vagy J3 csomópontok egyikén esik le (a különböző régiók adalékolási fokától függően). Legyen ez J1 átmenet. Az n1 réteg W n1 vastagságától függően a letörést lavinaszaporodás (a kimerülési tartomány vastagsága a lebontás során kisebb, mint W n1) vagy lyukasztás (a kimerülési réteg a teljes n1 régióra kiterjed, és a J1 csomópontok) okozza. és a J2 zárva van).

Közvetlen zárolási mód

Közvetlen blokkolással az anód feszültsége pozitív a katódhoz képest, és csak a J2 csomópont van fordított előfeszítésű. A J1 és J3 csomópontok előre torzítottak. A legtöbb alkalmazott feszültség a J2 csomópontnál esik. A J1 és J3 csomópontokon keresztül kisebbségi hordozókat injektálnak a J2 csomóponttal szomszédos tartományokba, amelyek csökkentik a J2 csomópont ellenállását, növelik az áthaladó áramot és csökkentik a feszültségesést rajta. Az előremenő feszültség növekedésével a tirisztoron áthaladó áram kezdetben lassan növekszik, ami megfelel az áram-feszültség karakterisztika 0-1 szakaszának. Ebben az üzemmódban a tirisztor lezártnak tekinthető, mivel a J2 csomópont ellenállása még mindig nagyon magas. Ahogy a tirisztoron áthaladó feszültség növekszik, a J2-n leeső feszültség aránya csökken, a J1 és J3 feszültsége pedig gyorsabban nő, ami további növeléseáramot a tirisztoron keresztül, és növeli a kisebbségi hordozók befecskendezését a J2 régióba. Egy bizonyos feszültségértéknél (tíz vagy száz volt nagyságrendű) ezt kapcsolási feszültségnek nevezzük. V BF(az áram-feszültség karakterisztika 1. pontja) a folyamat lavinaszerű jelleget kap, a tirisztor nagy vezetőképességű állapotba kerül (bekapcsol), és áram jön létre benne, amelyet a forrásfeszültség és az ellenállás határozza meg. a külső áramkörről.

Két tranzisztoros modell

Az eszköz jellemzőinek magyarázatára a közvetlen blokkoló módban két tranzisztoros modellt használnak. A tirisztort úgy tekinthetjük, mint pnp kapcsolat tranzisztor n-p-n tranzisztorral, mindegyik kollektora a másik alapjához csatlakozik, ahogy az ábra mutatja. 4 trióda tirisztorhoz. A központi csomópont a J1 csomópont által beinjektált lyukak és a J3 csomópont által beinjektált elektronok gyűjtőjeként működik. Az emitteráramok közötti kapcsolat Én E, gyűjtő én Cés bázisok I Bábrán látható az α 1 p-n-p tranzisztor statikus áramerősítése is. 4, ahol I Co a kollektor-bázis átmenet fordított telítési árama.

Rizs. 4. Trióda tirisztor kéttranzisztoros modellje, tranzisztorok bekötése és áramviszony pnp tranzisztorban.

Hasonló kapcsolatokat kaphatunk npn tranzisztor amikor az áramok iránya az ellenkezőjére változik. ábrából A 4. ábrából az következik, hogy az n-p-n tranzisztor kollektorárama egyben a p-n-p tranzisztor bázisárama is. Hasonlóan gyűjtő p-n-p áram tranzisztor és vezérlőáram I g az n-p-n tranzisztor alapjába áramlik. Ennek eredményeként, ha a zárt hurokban a teljes nyereség meghaladja az 1-et, lehetségessé válik a regenerációs folyamat.

Jelenlegi p-n-p bázisok tranzisztor egyenlő I B1= (1 - α 1) én A - Én Co1. Ez az áram az npn tranzisztor kollektorán is átfolyik. Egy n-p-n tranzisztor kollektorárama α 2 erősítéssel egyenlő I C2= α 2 én K + ICo2.

Egyenlítés I B1És I C2, kapunk (1 - α 1) én A - Én Co1= α 2 én K + ICo2. Mert én K = én A + I g, Azt

Rizs. 5. Energiasáv diagram forward bias módban: egyensúlyi állapot, előrefelé blokkoló mód és előre vezetési mód.

Ez az egyenlet az eszköz statikus jellemzőit írja le a feszültségtartományban egészen a meghibásodásig. Meghibásodás után a készülék p-i-n diódaként működik. Megjegyzendő, hogy az egyenlet jobb oldalának számlálójában minden tag kicsi, ezért az α 1 + α 2 tag< 1, ток én A kicsi (Maga az α1 és α2 együttható attól függ én Aés általában növekvő áramerősséggel nő) Ha α1 + α2 = 1, akkor a tört nevezője nullára megy, és közvetlen meghibásodás következik be (vagy a tirisztor bekapcsol). Meg kell jegyezni, hogy ha az anód és a katód közötti feszültség polaritása megfordul, akkor a J1 és J3 csomópontok fordított előfeszítésűek, a J2 pedig előre előfeszítettek lesznek. Ilyen körülmények között nem történik meghibásodás, mivel csak a központi csomópont működik emitterként, és a regenerációs folyamat lehetetlenné válik.

A kimerülési rétegek szélessége és az energiasáv diagramok egyensúlyi állapotban, direkt blokkolási és direkt vezetési módban a 2. ábrán láthatók. 5. Egyensúlyban az egyes átmenetek kimerülési tartományát és az érintkezési potenciált a szennyeződés eloszlási profilja határozza meg. Ha pozitív feszültséget kapcsolunk az anódra, a J2 csomópont fordított, míg a J1 és J3 átmenetek hajlamosak előre előfeszítettre. Az anód és a katód közötti feszültségesés megegyezik az átmenetek közötti feszültségesések algebrai összegével: V AK = V 1 + V 2 + V 3. A feszültség növekedésével az eszközön áthaladó áram növekszik, és ennek következtében az α1 és α2 növekszik. E folyamatok regeneratív jellege miatt a készülék végül nyitott állapotba kerül. A tirisztor bekapcsolása után a rajta átfolyó áramot korlátozni kell a külső terhelési ellenállással, különben a tirisztor meghibásodik, ha a feszültség elég magas. Bekapcsolt állapotban a J2 csomópont előrefelé van előfeszítve (5. ábra, c), és a feszültségesés V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) megközelítőleg egyenlő az egyik előrefeszített átmenet feszültségének és a telített tranzisztoron fellépő feszültség összegével.

Közvetlen vezetési mód

Amikor a tirisztor bekapcsolt állapotban van, mindhárom csomópont előre feszített. A p1 tartományból lyukakat, az n2 tartományból az elektronokat injektálják, és az n1-p2-n2 szerkezet a telített tranzisztorhoz hasonlóan viselkedik, a diódaérintkezőt eltávolítva az n1 tartományba. Ezért az eszköz egészében hasonló egy p-i-n (p + -i-n +) diódához...

A tirisztorok osztályozása

• dióda tirisztor (további név "dinistor") - egy tirisztor két kivezetéssel
  • Dióda tirisztor, nem fordított vezető
  • dióda tirisztor, ellenkező irányba vezet
  • Dióda szimmetrikus tirisztor (további név "diac")
• trióda tirisztor (további név "tirisztor") - egy tirisztor három kivezetéssel
  • trióda tirisztor, nem vezet az ellenkező irányba (további név "tirisztor")
  • trióda tirisztor, ellenkező irányba vezet (további név "tirisztor-dióda")
  • trióda szimmetrikus tirisztor (további név "triac", informális név "triac")
  • trióda tirisztor aszimmetrikus
  • kapcsolható tirisztor (más néven "trióda kapcsolható tirisztor")

A különbség a dinisztor és a trinistor között

Nincs alapvető különbség a dinisztor és a trinisztor között, azonban ha egy dinisztor nyitása akkor következik be, amikor az anód és a katód kapcsai között egy bizonyos feszültséget elérünk, az adott dinisztor típusától függően, akkor a trinistorban a nyitási feszültség speciálisan csökkenthető, ha meghatározott időtartamú és nagyságú áramimpulzust adunk a vezérlőelektródára, pozitív potenciálkülönbséggel az anód és a katód között, és a trinisztor kialakítása csak vezérlőelektróda jelenlétében tér el. Az SCR-ek a „tirisztorok” családjának leggyakoribb eszközei.

A különbség a trióda tirisztor és a kikapcsolt tirisztor között

A hagyományos tirisztorok zárt állapotába való átkapcsolás úgy történik, hogy a tirisztoron átmenő áramot az értékre csökkentik. én h, vagy a katód és az anód közötti feszültség polaritás megváltoztatásával.

A kapcsolható tirisztorok a hagyományos tirisztoroktól eltérően a vezérlőelektróda áramának hatására zárt állapotból nyitott állapotba és fordítva válthatnak át. A lekapcsolt tirisztor zárásához ellentétes polaritású áramot kell átvezetni a vezérlőelektródán, mint a nyitást okozó polaritás.

Triac

A triac (szimmetrikus tirisztor) egy félvezető eszköz, felépítése analóg két tirisztor egymás melletti összekapcsolásával. Mindkét irányban képes az elektromos áram átvezetésére.

A tirisztorok jellemzői

A modern tirisztorokat 1 mA és 10 kA közötti áramerősségre gyártják; több V-tól több kV-ig terjedő feszültségekhez; az előremenő áram növekedési sebessége bennük eléri a 10 9 A/s-ot, a feszültség - 10 9 V/s, a bekapcsolási idő néhány tizedtől több tíz mikroszekundumig, a kikapcsolási idő több egységtől több száz mikroszekundumig terjed; A hatásfok eléri a 99%-ot.

Alkalmazás

• Szabályozott egyenirányítók
• Átalakítók (inverterek)
• Teljesítményszabályozók (dimmerek)

Lásd még

• CDI (kondenzátorkisütéses gyújtás)

Megjegyzések

Irodalom

• GOST 15133-77.
• Kublanovszkij. Ya. S. Tirisztoros készülékek. - 2. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Rádió és Hírközlés, 1987. - 112 p.: ill. - (Tömegrádió Könyvtár. 1104. szám).

Linkek

• Tirisztorok: működési elv, kialakítás, típusok és beépítési módok
• Tirisztorok és triacok vezérlése mikrokontrolleren vagy digitális áramkörön keresztül
• Átalakító eszközök az áramellátó rendszerekben
• Rogacsev K.D. Modern tápkapcsolós tirisztorok.
• Importált tirisztorok hazai analógjai
• Tirisztorok és analógok jegyzékei, Tirisztorok cseréje, Zener diódák cseréje

Passzív szilárd állapot	Ellenállás Változó ellenállás Trimmer ellenállás Varisztor Kondenzátor Változó kondenzátor Trimmer kondenzátor Induktor Kvarc rezonátor· Biztosíték · Önvisszaállító biztosíték Transzformátor
Aktív szilárdtest	Dióda· LED · Fotodióda · Félvezető lézer · Schottky dióda· Zener dióda · Stabilizátor · Varicap · Varicond · Dióda híd · Lavina dióda · Alagút dióda · Gunn dióda Tranzisztor · Bipoláris tranzisztor · Mezőhatás tranzisztor · CMOS tranzisztor ·

A tirisztorokat széles körben használják félvezető eszközökben és konverterekben. A tirisztorokra különféle tápegységek, frekvenciaváltók, szabályozók, szinkronmotorok gerjesztői és sok más eszköz épült, ill. utóbbi időben ezeket tranzisztoros átalakítók váltják fel. A tirisztor fő feladata a terhelés bekapcsolása a vezérlőjel továbbításának pillanatában. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a tirisztorok és triacok vezérlését.

Meghatározás

A tirisztor (tirisztor) egy félvezető, félig vezérelt kapcsoló. A félig vezérelt azt jelenti, hogy a tirisztort csak akkor kapcsolja be, ha az áramkörben megszakad, vagy ha fordított feszültséget kapcsolnak rá.

Mint egy dióda, csak egy irányba vezeti az áramot. Vagyis ahhoz, hogy egy váltóáramú áramkörbe kerüljön két félhullám vezérlésére, két tirisztorra van szükség, mindegyikhez egy, bár nem mindig. Egy tirisztor 4 félvezető régióból áll (p-n-p-n).

Egy másik hasonló eszközt kétirányú tirisztornak neveznek. Fő különbsége az, hogy mindkét irányban képes áramot vezetni. Valójában két, egymással párhuzamosan kapcsolt tirisztorból áll.

Főbb jellemzők

Mint minden más elektronikus alkatrész, a tirisztorok is számos jellemzővel rendelkeznek:

Feszültségesés maximális anódáramnál (VT vagy Uoc).

Egyenfeszültség zárt állapotban (VD(RM) vagy Uзс).

Fordított feszültség (VR(PM) vagy Urev).

Az egyenáram (IT vagy Ipr) a legnagyobb áramerősség nyitott állapotban.

A maximális előremenő áramkapacitás (ITSM) a maximális bekapcsolt állapotáram.

A fordított áram (IR) egy bizonyos fordított feszültség melletti áram.

Egyenáram zárt állapotban egy bizonyos előremenő feszültség mellett (ID vagy Isc).

Állandó nyitási vezérlőfeszültség (VGT vagy UУ).

Vezérlőáram (IGT).

Az IGM elektróda maximális vezérlőárama.

Maximális megengedett teljesítmény disszipáció a vezérlőelektródán (PG vagy PU)

Működési elv

Ha feszültséget kapcsolunk a tirisztorra, az nem vezet áramot. Kétféleképpen lehet bekapcsolni - az anód és a katód között elegendő feszültséget kell alkalmazni a nyitáshoz, akkor működése nem különbözik a dinisztortól.

Egy másik módszer az, hogy rövid impulzust adunk a vezérlőelektródára. A tirisztor nyitóárama 70-160 mA tartományban van, bár a gyakorlatban ez az érték, valamint a tirisztorra kapcsolandó feszültség függ konkrét modellés a félvezető eszköz típusa, sőt a működési feltételek, például a környezeti hőmérséklet.

A vezérlőáramon kívül van egy olyan paraméter, mint a tartóáram - ez a minimális anódáram, amely a tirisztort nyitott állapotban tartja.

A tirisztor kinyitása után a vezérlőjel kikapcsolható, amíg egyenáram folyik rajta és feszültség van rákapcsolva. Vagyis a váltakozó áramkörben a tirisztor nyitva lesz abban a félhullámban, amelynek feszültsége a tirisztort előre előfeszíti. Amikor a feszültség nullára megy, az áramerősség is csökken. Ha az áramkörben az áram a tirisztor tartóáram alá esik, az bezár (kikapcsol).

A vezérlőfeszültség polaritásának meg kell egyeznie az anód és a katód közötti feszültség polaritásával, amelyet a fenti oszcillogramokon figyelhet meg.

A triac vezérlése hasonló, bár van néhány funkciója. A váltakozó áramú áramkörben lévő triac vezérléséhez két vezérlőfeszültség impulzus szükséges - a szinuszhullám minden félhullámához.

A szinuszos feszültség első félhullámában (feltételesen pozitív) vezérlő impulzus alkalmazása után a triakon átfolyó áram a második félhullám kezdetéig folyik, majd ezután bezár, mint egy hagyományos tirisztor. Ezt követően egy másik vezérlő impulzust kell alkalmaznia, hogy a negatív félhullámon megnyissa a triacot. Ezt jól szemléltetik a következő hullámformák.

A vezérlőfeszültség polaritásának meg kell egyeznie az anód és a katód között alkalmazott feszültség polaritásával. Emiatt problémák merülnek fel, ha a triacokat digitális logikai áramkörökkel vagy mikrokontroller kimenetekről vezérlik. De ez könnyen megoldható egy triac driver telepítésével, amiről később lesz szó.

Közös tirisztoros vagy triac vezérlőáramkörök

A leggyakoribb áramkör a triac vagy tirisztoros szabályozó.

Itt a tirisztor nyit, miután elegendő érték van a kondenzátoron a nyitáshoz. A nyitási nyomatékot potenciométerrel vagy változtatható ellenállással lehet beállítani. Minél nagyobb az ellenállása, annál lassabban töltődik a kondenzátor. Az R2 ellenállás korlátozza a vezérlőelektródán áthaladó áramot.

Ez az áramkör szabályozza mindkét félciklust, vagyis megkapod teljes beállítás teljesítmény közel 0%-ról majdnem 100%-ra. Ezt úgy érték el, hogy beépítettek egy szabályozót, így szabályozták az egyik félhullámot.

Az alábbiakban egy egyszerűsített áramkör látható, itt csak a periódus fele van szabályozva, a második félhullám változás nélkül halad át a VD1 diódán. A működési elv hasonló.

A diódahíd nélküli triac szabályozó lehetővé teszi két félhullám vezérlését.

Működési elve szerint szinte hasonló az előzőekhez, de triacra épül a segítségével, mindkét félhullám szabályozott. A különbség az, hogy itt a vezérlő impulzust egy kétirányú DB3 dinisztorral táplálják, miután a kondenzátort a kívánt feszültségre, általában 28-36 V-ra feltöltik. A töltési sebességet változtatható ellenállás vagy potenciométer is szabályozza. Ezt a rendszert a legtöbben hajtják végre.

Érdekes:

Az ilyen feszültségszabályozó áramköröket SIFU - impulzusos fázisvezérlő rendszernek nevezik.

A fenti ábrán egy lehetőség látható a triac mikrokontrollerrel történő vezérlésére a példa alapján. A triac meghajtó optozisztorból és LED-ből áll. Mivel a meghajtó kimeneti áramkörébe optozisztor van beépítve, a szükséges polaritású feszültség mindig a vezérlőelektródára kerül, de van néhány árnyalat.

A helyzet az, hogy a feszültség triac vagy tirisztor segítségével történő szabályozásához egy adott időpontban vezérlőjelet kell alkalmazni, hogy a fázisvágás a kívánt értékre kerüljön. Ha véletlenszerűen lő vezérlő impulzusokat, az áramkör természetesen működni fog, de a beállításokat nem lehet elérni, ezért meg kell határoznia azt a pillanatot, amikor a félhullám átlépi a nullát.

Mivel számunkra nem számít a félhullám polaritása az aktuális időpillanatban, elegendő egyszerűen nyomon követni az átmenet pillanatát a nullán keresztül. Az áramkör ilyen csomópontját nulla detektornak vagy nulldetektornak, az angol nyelvű forrásokban pedig „zero crossing detector circuit” vagy ZCD-nek nevezik. Egy ilyen áramkör egy tranzisztoros optocsatolón lévő nulla keresztezési detektorral rendelkező változata így néz ki:

Számos optodriver létezik a triacok vezérlésére, a tipikusak a MOC304x, MOC305x, MOC306X sorozat, amelyeket a Motorola és mások gyártanak. Ezenkívül ezek a meghajtók galvanikus leválasztást biztosítanak, amely megvédi a mikrokontrollert a félvezető kapcsoló meghibásodása esetén, ami nagyon lehetséges és valószínű. Ez a vezérlőáramkörökkel való munkavégzés biztonságát is növeli azáltal, hogy az áramkört teljesen felosztja „teljesítményre” és „működésre”.

Következtetés

Beszéltünk a tirisztorokról és triacokról, valamint ezek vezérléséről a „módosított” áramkörökben. Érdemes megjegyezni, hogy nem érintettük a tirisztorok kikapcsolásának témáját, ha érdekli ez a kérdés, írjon megjegyzéseket, és részletesebben megvizsgáljuk őket. Ezenkívül nem vették figyelembe a tirisztorok használatának és vezérlésének árnyalatait az induktív áramkörökben. Az "állandó" szabályozásához jobb a tranzisztorok használata, mivel ebben az esetben Ön dönti el, hogy a kulcs mikor nyílik és mikor zár, a vezérlőjelnek engedelmeskedve...

A tirisztorok szilárdtestek elektronikus eszközök nagy kapcsolási sebességgel. Ezekkel az eszközökkel mindenféle kis teljesítményű vezérlést lehet vezérelni elektronikus alkatrészek. Az alacsony teljesítményű elektronikával együtt azonban az erősáramú berendezéseket is sikeresen vezérlik tirisztorokkal. Tekintsük a klasszikus áramköröket a tirisztor csatlakoztatására a meglehetősen nagy terhelések szabályozására, például elektromos lámpák, villanymotorok, elektromos fűtőtestek stb.

A félvezető nyitott állapotba állítása úgy lehetséges, hogy az U vezérlőelektródára egy kis bekapcsolási áramimpulzust adunk.

Amikor a tirisztor terhelési áramot vezet előre, az A anódelektróda pozitív a K katódelektródához képest, a regeneratív befogás szempontjából.

Az Y elektród trigger impulzusának általában több mikroszekundum időtartamúnak kell lennie. Azonban minél hosszabb az impulzus, annál gyorsabban megy végbe a belső lavinatörés. Az átmenet nyitási ideje is megnő. De a maximális kapuáramot nem szabad túllépni.

1. séma: KN1, KN2 - nyomógombok rögzítés nélkül; L1 - terhelés izzólámpa formájában 100 W; R1, R2 - állandó ellenállások 470 Ohm és 1 kOhm

Ez egyszerű áramkör a be/ki kapcsoló az izzólámpa vezérlésére szolgál. Eközben az áramkör használható villanymotor, fűtőelem vagy bármilyen más terhelés kapcsolójaként, amelyet állandó feszültségű táplálásra terveztek.

Itt a tirisztor előre feszített átmeneti állapotú és módba van kapcsolva rövidzár normál esetben nyissa ki a KH1 gombot.

Ez a gomb az U vezérlőelektródát az R1 ellenálláson keresztül az áramforráshoz köti. Ha az R1 értéke túl magasra van állítva a tápfeszültséghez képest, a készülék nem fog működni.

Csak a KN1 gombot kell megnyomni, a tirisztor direkt vezető állapotba kapcsol, és ebben az állapotban marad a KN1 gomb további helyzetétől függetlenül. Ebben az esetben a terhelés áramkomponense nagyobb értéket mutat, mint a tirisztor szorítóárama.

A tirisztor használatának előnyei és hátrányai

E félvezetők kapcsolóként való használatának egyik fő előnye a nagyon nagy áramerősítés. A tirisztor egy olyan eszköz, amelyet valójában áram vezérel.

Az R2 katódellenállás általában az Y elektróda érzékenységének csökkentése és a feszültség-áram arány potenciáljának növelése érdekében kerül beépítésre, ami megakadályozza az eszköz hibás működését.

Amikor a tirisztor reteszelődik és „be” állapotban marad, ezt az állapotot csak a tápellátás megszakításával vagy az anódáram alacsonyabb tartási értékre csökkentésével lehet visszaállítani.

Ezért logikus, hogy az alaphelyzetben zárt KH2 gombot használjuk az áramkör kinyitásához, így a tirisztoron átfolyó áramot nullára csökkentjük, aminek következtében a készülék „ki” állapotba kerül.

A rendszernek azonban van egy hátránya is. A mechanikus alaphelyzetben zárt KH2 kapcsolónak elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy megfeleljen a teljes áramkör teljesítményének.

Elvileg egyszerűen ki lehetne cserélni a félvezetőt egy nagy teljesítményű mechanikus kapcsolóra. A tápellátási probléma megoldásának egyik módja a kommutátor párhuzamos csatlakoztatása a tirisztorral.

2. séma: KN1, KN2 - nyomógombok rögzítés nélkül; L1 - izzólámpa 100 W; R1, R2 - állandó ellenállások 470 Ohm és 1 kOhm

Az áramkör lezárása - egy normálisan nyitott kis teljesítményű kapcsoló párhuzamos bekapcsolása átmenet A-K, a következő hatást fejti ki:

• a KH2 aktiválása „rövidzárlatot” hoz létre az A és K elektródák között,
• A szorítóáram minimális értékre csökken,
• A készülék kikapcsolt állapotba kerül.

Tirisztor az AC áramkörben

Váltakozó áramú forráshoz csatlakoztatva a tirisztor kissé eltérően működik. Ennek oka a váltakozó feszültség polaritásának periodikus változása.

Ezért az áramellátási áramkörökben való alkalmazás váltakozó feszültség automatikusan fordított torzítású átmeneti állapotot eredményez. Azaz minden ciklus felében a készülék „kikapcsolt” állapotban lesz.

A váltakozó feszültségű változatnál a tirisztor kioldó áramköre hasonló az állandó feszültségű áramkörhöz. A különbség jelentéktelen - egy további KH2 kapcsoló hiánya és a D1 dióda hozzáadása.

A D1 diódának köszönhetően az U vezérlőelektródához képest meg van akadályozva a fordított előfeszítés.

A szinuszos hullámforma pozitív félciklusa alatt a készülék előre van feszítve, de a KN1 kapcsoló kikapcsolásakor a tirisztor nulla kapuáramot kap, és a készülék „kikapcsolva” marad.

A negatív félciklusban a készülék fordított előfeszítést kap, és „kikapcsolva” marad, függetlenül a KH1 kapcsoló állapotától.

3. séma: KN1 - reteszelő kapcsoló; D1 - bármilyen nagyfeszültségű dióda; R1, R2 - állandó ellenállások 180 ohm és 1 kOhm, L1 - izzólámpa 100 W

Ha a KH1 kapcsoló zárva van, minden pozitív félciklus elején a félvezető teljesen „kikapcsolva” marad.

De az Y elektródán elegendő pozitív indítófeszültség elérése (növekvő vezérlőáram) eredményeként a tirisztor „be” állapotba kapcsol.

A tartási állapot reteszelése stabil marad a pozitív félciklus alatt, és automatikusan visszaáll, amikor a pozitív félciklus véget ér. Nyilván, mert itt az anódáram az áramérték alá csökken.

A következő negatív félciklus alatt a készülék teljesen "kikapcsolt" lesz a következő pozitív félciklusig. Ezután a folyamat megismétlődik.

Kiderült, hogy a terhelés csak a fele az áramforrásból elérhető teljesítménynek. A tirisztor váltakozó áramként működik és csak pozitív félciklusok alatt vezet, amikor a csomópont előre van feszítve.

Félhullám vezérlés

A tirisztoros fázisvezérlés a váltakozó áramú teljesítményszabályozás leggyakoribb formája.

Az alábbiakban egy alapfázisvezérlő áramkör példája látható. Itt a tirisztor kapufeszültségét az R1C1 áramkör hozza létre a D1 trigger diódán keresztül.

A pozitív félciklus során, amikor a csomópont előre előfeszített, a C1 kondenzátor az R1 ellenálláson keresztül töltődik az áramkör tápfeszültségével.

Az Y vezérlőelektróda csak akkor aktiválódik, ha az „x” pont feszültségszintje a D1 diódát működésbe hozza. A C1 kondenzátor lemerül az U vezérlőelektródára, és a készüléket „be” állapotba állítja.

A ciklus pozitív felének időtartamát, amikor a vezetés megnyílik, az R1C1 lánc időállandója szabályozza, amelyet az R1 változó ellenállás határoz meg.

4. séma: KN1 - reteszelő kapcsoló; R1 - változó ellenállás 1 kOhm; C1 - kondenzátor 0,1 μF; D1 - bármilyen nagyfeszültségű dióda; L1 - izzólámpa 100 W; P - szinuszos vezetőképesség

Az R1 értékének növelése késlelteti a tirisztor vezérlőelektródára adott indítófeszültséget, ami viszont késést okoz a készülék vezetési idejében.

Ennek eredményeként a készülék által levezetett félciklus aránya 0-180º között állítható. Ez azt jelenti, hogy a terhelés (lámpa) által disszipált teljesítmény fele állítható.

Számos módja van a tirisztorok teljes hullámú vezérlésének. Például beépíthet egy félvezetőt egy diódahíd egyenirányító áramkörbe. Ez a módszer könnyen átalakítja a váltakozó komponenst egyirányú tirisztorárammá.

Elterjedtebb módszer azonban két, inverz párhuzamosan kapcsolt tirisztor alkalmazása.

A legpraktikusabb megközelítésnek egy triac használata tűnik. Ez a félvezető lehetővé teszi az átmenetet mindkét irányban, így a triac alkalmasabb AC kapcsolóáramkörökhöz.

A tirisztor teljes műszaki elrendezése