Reja: 1 Tiristorlarning ta'rifi, turlari

Tiristolar

Reja:
1 Tiristorlarning ta'rifi, turlari
2 U qanday ishlaydi
3 Tiristor parametrlari
4 Xulosa

Tiristor yarimo'tkazgichli qurilma bo'lib, u to'rt qatlamli tuzilishga asoslangan bo'lib, yopiq holatdan ochiq holatga o'tishi mumkin va aksincha. Tiristorlar ochiq-yopiq rejimda (boshqariladigan diod) elektr signallarini kalit nazorat qilish uchun mo'ljallangan.

Eng oddiy tiristor bu dinistor - to'rt qavatli tuzilma bo'lgan boshqarilmaydigan kommutatsiya diodasi. p-n-p-n yozing(1.1.2-rasm). Bu erda, boshqa turdagi tiristorlar singari, ekstremal n-p-n o'tish joylari emitent, o'rta p-n birikmasi esa kollektor deb ataladi. O'tishlar orasida joylashgan strukturaning ichki hududlari bazalar deb ataladi. Tashqi n-mintaqa bilan elektr aloqasini ta'minlovchi elektrodga katod, tashqi p-mintaqa bilan esa anod deyiladi.
Asimmetrik tiristorlar (dinistorlar, trinistorlar) dan farqli o'laroq, simmetrik tiristorlarda I-V xarakteristikaning teskari tarmog'i to'g'ridan-to'g'ri filial shakliga ega. Bunga ikkita bir xil to'rt qavatli konstruktsiyalarni orqa-orqaga ulash yoki to'rtta p-n birikmasi (triak) bilan besh qavatli tuzilmalardan foydalanish orqali erishiladi.
Guruch. 1.1.1 Diagrammalardagi belgilar: a) triak b) dinistor c) trinistor.
G uruch. 1.1.2 Dinistorning tuzilishi.


Guruch. 1.1.3 Trinistorning tuzilishi.
1.2 U qanday ishlaydi
Shaklda ko'rsatilgan sxema bo'yicha dinistorni yoqsangiz. 1.2.1, kollektor p-n birikmasi yopiq, emitent o'tish joylari ochiq. Ochiq ulanish qarshiliklari past, shuning uchun deyarli barcha quvvat manbai kuchlanishi yuqori qarshilik kollektor birikmasiga qo'llaniladi. Bunday holda, tiristor orqali kichik oqim o'tadi (1.2.3-rasmdagi 1-qism).
Guruch. 1.2.1. Nazorat qilinmagan tiristor (dinistor) sxemasiga kiritish sxemasi.
Guruch. 1.2.2. Boshqariladigan tiristor (trinistor) sxemasiga kiritish sxemasi.

Dinistorning volt-amper xarakteristikasi
Tiristorning volt-oqim xarakteristikasi.
Quvvat manbai kuchlanishi oshirilsa, tiristor oqimi bu kuchlanish Uon yoqish kuchlanishiga teng bo'lgan ma'lum bir kritik qiymatga yaqinlashguncha biroz oshadi. Dinistordagi Uon kuchlanishida kollektor birikmasi hududida zaryad tashuvchilarning ko'chki ko'payishi uchun sharoitlar yaratiladi. Kollektor birikmasining teskari elektr buzilishi sodir bo'ladi (1.2.3-rasmdagi 2-qism). Kollektor birikmasining n-hududida elektronlarning ortiqcha konsentratsiyasi, p-mintaqada esa teshiklarning ortiqcha konsentratsiyasi hosil bo'ladi. Ushbu kontsentratsiyalarning oshishi bilan dinistorning barcha o'tishlarining potentsial to'siqlari kamayadi. Emitent birikmalari orqali tashuvchilarning in'ektsiyasi kuchayadi. Jarayon ko'chkiga o'xshash xususiyatga ega va kollektor tutashuvining ochiq holatga o'tishi bilan birga keladi. Oqimning ortishi qurilmaning barcha maydonlarining qarshiligining pasayishi bilan bir vaqtda sodir bo'ladi. Shuning uchun qurilma orqali oqimning oshishi anod va katod o'rtasidagi kuchlanishning pasayishi bilan birga keladi. VACda ushbu bo'lim 3 raqami bilan ko'rsatilgan. Bu erda qurilma salbiy differentsial qarshilikka ega. Rezistordagi kuchlanish kuchayadi va dinistor o'zgaradi. Kollektor birikmasi ochiq holatga o'tgandan so'ng, I-V xarakteristikasi diodaning to'g'ridan-to'g'ri tarmog'iga mos keladigan shaklga ega (4-bo'lim). Kommutatsiya qilingandan so'ng, dinistordagi kuchlanish 1 V ga tushadi. Agar siz quvvat manbai kuchlanishini oshirishda davom etsangiz yoki R rezistorining qarshiligini kamaytirsangiz, u holda an'anaviy sxemada bo'lgani kabi, chiqish oqimining ortishi kuzatiladi. to'g'ridan-to'g'ri ishlaydigan diod. Quvvat manbai kuchlanishi pasayganda, kollektor birikmasining yuqori qarshiligi tiklanadi. Ushbu o'tishning qarshiligini tiklash vaqti o'nlab mikrosekundlar bo'lishi mumkin.
Tokning ko'chkiga o'xshash kuchayishi boshlanadigan kuchlanish Uon kollektor birikmasiga ulashgan qatlamlarning har qandayiga birlamchi bo'lmagan zaryad tashuvchilarni kiritish orqali kamaytirilishi mumkin. Qo'shimcha zaryad tashuvchilar tiristorga mustaqil nazorat kuchlanish manbasidan (Ucontrol) oziqlanadigan yordamchi elektrod orqali kiritiladi. Yordamchi nazorat elektrodiga ega tiristor triod yoki trinistor deb ataladi. Amalda, "tiristor" atamasi ishlatilganda, aynan shu element nazarda tutilgan. Bunday tiristorning o'tish davri shaklda ko'rsatilgan. 1.2.2. Tekshirish oqimining oshishi bilan U kuchlanishini kamaytirish imkoniyati CVC oilasi tomonidan ko'rsatilgan . Agar tiristorga qarama-qarshi polaritning besleme zo'riqishida qo'llanilsa, u holda emitent o'tish joylari yopiladi. Bunday holda, tiristorning CVC an'anaviy diodaning xarakteristikasining teskari tarmog'iga o'xshaydi. Juda yuqori teskari kuchlanishlarda tiristorning qaytarilmas buzilishi kuzatiladi.
Tiristorning ishlash printsipi
Tiristor to'liq boshqarilmaydigan quvvat elektron kalitidir. Shuning uchun, ba'zan texnik adabiyotlarda u faqat nazorat signali, ya'ni yoqish orqali o'tkazuvchi holatga o'tkazilishi mumkin bo'lgan bir operatsiyali tiristor deb ataladi. Uni o'chirish uchun (to'g'ridan-to'g'ri oqimda ishlayotganda) oldinga oqimning nolga tushishini ta'minlash uchun maxsus choralar ko'rish kerak. Tiristor kaliti oqimni faqat bitta yo'nalishda o'tkazishi mumkin va yopiq holatda u oldinga va teskari kuchlanishga bardosh bera oladi. Tiristor uchta terminali bo'lgan to'rt qavatli p-n-p-n tuzilishiga ega: anod (A), katod (C) va boshqaruv elektrodi (G), bu rasmda ko'rsatilgan. bitta


Guruch. 1. Oddiy tiristor: a) - an'anaviy grafik belgi; b) - oqim kuchlanishining xarakteristikasi.
Shaklda. 1b iG nazorat oqimining turli qiymatlari uchun chiqish statik I-V xarakteristikalari oilasini ko'rsatadi. Tiristorni yoqmasdan turib bardosh bera oladigan maksimal to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish iG = 0 da maksimal qiymatga ega. Joriy iG kuchayishi bilan tiristor bardosh bera oladigan to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish kamayadi. II novda tiristorning yoqilgan holatiga, I shox o'chirilgan holatga, III filial esa kommutatsiya jarayoniga mos keladi. Tutish oqimi yoki ushlab turish oqimi tiristor o'tkazuvchan holatda qoladigan minimal ruxsat etilgan to'g'ridan-to'g'ri oqim iA ga teng. Bu qiymat, shuningdek, kiritilgan tiristorda to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishining minimal mumkin bo'lgan qiymatiga mos keladi. IV novda - qochqin oqimining teskari kuchlanishga bog'liqligi. Teskari kuchlanish UBO qiymatidan oshib ketganda, tiristorning buzilishi bilan bog'liq bo'lgan teskari oqimning keskin o'sishi boshlanadi. Buzilishning tabiati qaytarib bo'lmaydigan jarayonga yoki yarimo'tkazgichli zener diyotining ishlashiga xos bo'lgan ko'chki parchalanish jarayoniga mos kelishi mumkin.
Tiristorlar eng kuchli hisoblanadi elektron kalitlar 5 kV gacha kuchlanishli va 1 kHz dan ortiq bo'lmagan chastotada 5 kA gacha bo'lgan oqimli kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin.
Tiristorlarning dizayni shaklda ko'rsatilgan. 2.

Guruch. 2. Tiristor korpuslarining konstruksiyasi: a) - planshet; b) - pin
DC pallasida tiristor
An'anaviy tiristorni kiritish musbat, katodga nisbatan, qutblilikni nazorat qilish pallasida oqim impulsini qo'llash orqali amalga oshiriladi. Yoqilganda o'tish davrining davomiyligi yukning tabiati (faol, induktiv va boshqalar), iG nazorat oqimining impulsining amplitudasi va ko'tarilish tezligi, tiristorning yarimo'tkazgich strukturasining harorati, qo'llaniladigan kuchlanish va yuk oqimi. Tiristorni o'z ichiga olgan zanjirda duAC/dt to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishning ko'tarilish tezligining qabul qilinishi mumkin bo'lmagan qiymatlari yuzaga kelmasligi kerak, bunda iG boshqaruv signali va oqim ko'tarilish tezligi diA / dt bo'lmaganida tiristorning o'z-o'zidan ishga tushishi mumkin. . Shu bilan birga, nazorat signalining qiyaligi yuqori bo'lishi kerak. Tiristorlarni o'chirish usullari orasida tabiiy o'chirish (yoki tabiiy almashtirish) va majburiy (yoki sun'iy o'tish) o'rtasida farqlash odatiy holdir. Tabiiy kommutatsiya oqim nolga tushadigan vaqtda AC davrlarida tiristorlarning ishlashi paytida sodir bo'ladi. Majburiy almashtirish usullari juda xilma-xildir. Ularning eng tipiklari quyidagilardir: oldindan zaryadlangan C kondansatkichning S kaliti bilan ulanishi; LC pallasini oldindan zaryadlangan CK kondansatörü bilan ulash yuk pallasida vaqtinchalik jarayonning tebranish xususiyatidan foydalanish .


Guruch. 3. Tiristorlarni sun'iy almashtirish usullari: a) - zaryadlangan C kondansatkich yordamida; b) - LC sxemasining tebranish razryadi orqali; c) - yukning tebranish xususiyatiga bog'liq
Shakldagi sxema bo'yicha o'tishda. 3 va teskari polariteli kommutatsiya kondensatorini ulash, masalan, boshqa yordamchi tiristor, uni o'tkazuvchi asosiy tiristorga tushirishga olib keladi. Kondensatorning tushirish oqimi tiristorning to'g'ridan-to'g'ri oqimiga qarama-qarshi yo'naltirilganligi sababli, ikkinchisi nolga tushadi va tiristor o'chadi. Shakldagi diagrammada. 3b, LC sxemasining ulanishi Sk kommutatorining tebranish zaryadini keltirib chiqaradi. Shu bilan birga, boshida tushirish oqimi tiristor orqali uning to'g'ridan-to'g'ri oqimiga qarama-qarshi o'tadi, ular tenglashganda, tiristor o'chadi. Bundan tashqari, LC davrining oqimi tiristor VS dan VD diodasiga o'tadi. O'chirish oqimi VD diodidan oqib o'tayotgan ekan, tiristor VS ga ochiq diyotdagi kuchlanishning pasayishiga teng teskari kuchlanish qo'llaniladi. Shakldagi diagrammada. 3, tiristor VS ni murakkab RLC yukiga o'tkazish vaqtinchalik holatga olib keladi. Muayyan yuk parametrlari bilan bu jarayon in yuk oqimining polaritesining o'zgarishi bilan tebranuvchi bo'lishi mumkin. Bunday holda, tiristor VS ni o'chirgandan so'ng, VD diodi yoqiladi, bu esa qarama-qarshi polaritning oqimini o'tkaza boshlaydi. Ba'zida bu almashtirish usuli kvazi-tabiiy deb ataladi, chunki u yuk oqimining polaritesining o'zgarishi bilan bog'liq.
AC pallasida tiristor
Tiristor o'zgaruvchan tok zanjiriga ulanganda quyidagi operatsiyalarni bajarish mumkin:

• 
  yoqish va o'chirish elektr zanjiri faol va faol-reaktiv yuk bilan;
  
• 
  nazorat signalining momentini sozlash mumkinligi sababli yuk orqali oqimning o'rtacha va samarali qiymatlarining o'zgarishi.
  

Tiristor kaliti o'tkazishga qodir bo'lgani uchun elektr toki faqat bitta yo'nalishda, keyin o'zgaruvchan tokda tiristorlardan foydalanish uchun ularning antiparallel ulanishi qo'llaniladi (4-rasm, a).

Guruch. 4. Tiristorlarni (a) va oqim shaklini faol yukda (b) orqadan orqaga almashtirish
O'rtacha va samarali oqim qiymatlari VS1 va VS2 tiristorlariga ochilish signallari qo'llaniladigan momentning o'zgarishi tufayli o'zgaradi, ya'ni. burchakni o'zgartirish orqali va. Regulyatsiya paytida VS1 va VS2 tiristorlari uchun bu burchakning qiymatlari boshqaruv tizimi yordamida bir vaqtning o'zida o'zgartiriladi. Burchakka boshqaruv burchagi yoki tiristorni yoqish burchagi deyiladi.
Ko'pchilik keng qo'llanilishi quvvatli elektron qurilmalarda faza va tiristorlarning impuls kengligi nazorati (4-rasm, c) olingan.

Guruch. 5. Yukdagi kuchlanish turi: a) - tiristorning fazali nazorati; b) - tiristorni majburiy almashtirish bilan fazali nazorat qilish; c) - tiristorning impuls kengligi nazorati
Majburiy almashtirish bilan tiristorni boshqarishning fazaviy usuli bilan yuk oqimini a burchagini va th burchagini o'zgartirish orqali sozlash mumkin. Sun'iy almashtirish maxsus tugunlar yordamida yoki to'liq boshqariladigan (qulflangan) tiristorlardan foydalanganda amalga oshiriladi. Impuls kengligi nazorati (impuls kengligi modulyatsiyasi - PWM) bilan tiristorlarga Tocr vaqti uchun nazorat signali qo'llaniladi, ular ochiq va yukga Un kuchlanish qo'llaniladi. Tclose vaqtida nazorat signali yo'q va tiristorlar o'tkazuvchan bo'lmagan holatda. Yukdagi oqimning samarali qiymati

qayerda In.m. - Tyopiq = 0 da yuk oqimi.
Tiristorlarning fazaviy nazorati paytida yukdagi oqim egri sinusoidal emas, bu tarmoq kuchlanishining to'lqin shaklining buzilishiga va yuqori chastotali shovqinlarga sezgir bo'lgan iste'molchilarning ishlashida buzilishlarga olib keladi - elektromagnit nomuvofiqlik deb ataladigan narsa yuzaga keladi.
Qulflanadigan tiristorlar
Tiristorlar yuqori kuchlanish va yuqori oqim (yuqori oqim) davrlarini almashtirish uchun ishlatiladigan eng kuchli elektron kalitlardir. Biroq, ular bor muhim kamchilik- to'liq bo'lmagan nazorat qilish qobiliyati, bu ularni o'chirish uchun to'g'ridan-to'g'ri oqimni nolga tushirish uchun sharoit yaratish zarurligida namoyon bo'ladi. Bu ko'p hollarda tiristorlardan foydalanishni cheklaydi va murakkablashtiradi.
Ushbu kamchilikni bartaraf etish uchun tiristorlar ishlab chiqilgan bo'lib, ular nazorat elektrodi bo'ylab signal bilan qoplangan G. Bunday tiristorlar eshikni o'chirish tiristorlari (GTO) yoki ikkita operatsiya deb ataladi. Qulflanadigan tiristorlar (KT) to'rt qavatli p-p-p-p tuzilishi, lekin ayni paytda muhim bir qator bor dizayn xususiyatlari, ularga an'anaviy tiristorlardan tubdan farq qilish - to'liq nazorat qilish xususiyati. Oldinga yo'nalishda eshikli tiristorlarning statik I-V xarakteristikasi an'anaviy tiristorlarning I-V xarakteristikasi bilan bir xil. Biroq, o'chirish tiristori odatda katta teskari kuchlanishlarni blokirovka qilishga qodir emas va ko'pincha orqa-orqa diyotga ulanadi. Bundan tashqari, qulflanadigan tiristorlar oldinga siljishning sezilarli darajada pasayishi bilan tavsiflanadi. Qulflanadigan tiristorni o'chirish uchun boshqaruv elektrod pallasiga kuchli salbiy oqim impulsini qo'llash kerak (to'g'ridan-to'g'ri o'chirish oqimining qiymatiga nisbatan taxminan 1: 5), lekin qisqa muddatli (10-100) ms).
Qulflanadigan tiristorlar an'anaviy tiristorlarga nisbatan pastroq chegara kuchlanish va oqimlarga ega (taxminan 20-30%).
Tiristorlarning asosiy turlari
Qulflanadigan tiristorlarga qo'shimcha ravishda, tezligi, boshqaruv jarayonlari, o'tkazuvchanlik holatidagi oqimlarning yo'nalishi va boshqalar bilan ajralib turadigan har xil turdagi tiristorlarning keng assortimenti ishlab chiqilgan. Ular orasida quyidagi turlarni ta'kidlash kerak:

• 
  tiristor-diod, bu orqaga qarab diodli tiristorga teng (6.12-rasm, a);
  
• 
  A va C o'rtasida ma'lum bir kuchlanish darajasi qo'llanilganda o'tkazuvchi holatga aylanadigan diodli tiristor (dinistor) (6-rasm, b);
  
• 
  qulflanadigan tiristor (6.12-rasm, v);
  
• 
  nosimmetrik tiristor yoki triak, bu ikkita orqa-orqa tiristorga teng (6.12-rasm, d);
  
• 
  yuqori tezlikli inverter tiristori (o'chirish vaqti 5-50 mks);
  
• 
  nazorat elektrodida dala nazorati bilan tiristor, masalan, tiristor bilan MOSFET kombinatsiyasiga asoslangan;
  
• 
  yorug'lik oqimi bilan boshqariladigan optotiristor.
  

Guruch. 6. Tiristorlarning an'anaviy grafik belgilari: a) - tiristor-diod; b) - diodli tiristor (dinistor); c) - qulflanadigan tiristor; d) - triak
Tiristor himoyasi
Tiristorlar to'g'ridan-to'g'ri oqim tezligi diA / dt va oldinga kuchlanish duAC / dt uchun muhim qurilmalardir. Tiristorlar, diodlar kabi, teskari tiklanish oqimining oqishi fenomeniga ega, uning nolga keskin tushishi yuqori duAC/dt haddan tashqari kuchlanish ehtimolini kuchaytiradi. Bunday haddan tashqari kuchlanish induktiv zanjir elementlarida, shu jumladan kichik simli indüktanslarda oqimning keskin to'xtashi natijasidir. Shuning uchun, tiristorlarni himoya qilish uchun odatda dinamik rejimlarda qabul qilinishi mumkin bo'lmagan diA / dt va duAC / dt qiymatlaridan himoya qiluvchi turli xil TFTC davrlari qo'llaniladi.
Ko'pgina hollarda, kiritilgan tiristorning sxemasiga kiritilgan kuchlanish manbalarining ichki induktiv qarshiligi qo'shimcha LS indüktansını kiritmaslik uchun etarli. Shuning uchun, amalda, o'chirish vaqtida haddan tashqari kuchlanish darajasini va tezligini kamaytiradigan CFTSga tez-tez ehtiyoj seziladi (7-rasm).

Guruch. 7. Tiristorni himoya qilishning odatiy sxemasi
Shu maqsadda, odatda, tristör bilan parallel ravishda ulangan RC davrlari ishlatiladi. RC davrlarining turli xil sxema modifikatsiyalari va ularning parametrlarini hisoblash usullari mavjud turli sharoitlar tiristorlardan foydalanish.
Qulflanadigan tiristorlar uchun CFTP tranzistorlariga o'xshash kommutatsiya traektoriyasini shakllantirish sxemalari qo'llaniladi. AC va pulsatsiyalanuvchi oqim davrlarida tiristorni boshqarish tizimi tarmoq bilan sinxronlashtirilgan cheksiz nazorat impulslaridan foydalanadi va noldan o'tadigan tarmoq kuchlanishiga nisbatan nazorat impulslarining old qismlarining fazaviy siljishini amalga oshiradi.
Maxsus qurilma tomonidan ishlab chiqarilgan nazorat pulsi nazorat elektrodining birlashmasiga - tiristorning katodiga beriladi, u bir-biriga ulanadi. elektr tarmog'i yukichiga.
Quvvatli elektr lehim dazmolining uchi uchun harorat sozlagichi misolida bunday tizimning ishlashini tahlil qilaylik. 100 vatt va 220 volt