غالبًا ما تُستخدم مصطلحات ورموز مختلفة في المخططات والوثائق الفنية، ولكن ليس كل الكهربائيين المبتدئين يعرفون معناها. نقترح مناقشة ماهية قوة الثايرستور للحام ومبادئ تشغيلها وخصائصها وعلاماتها.

ما هو الثايرستور وأنواعه

لقد رأى الكثيرون الثايرستور في إكليل "Running Fire"؛ وهذا هو أبسط مثال على الجهاز الموصوف وكيف يعمل. مقوم السيليكون أو الثايرستور يشبه إلى حد كبير الترانزستور. هذا جهاز أشباه الموصلات متعدد الطبقات، المادة الرئيسية منه هي السيليكون، في أغلب الأحيان في غلاف بلاستيكي. نظرًا لحقيقة أن مبدأ التشغيل الخاص به يشبه إلى حد كبير الصمام الثنائي المعدل (أجهزة مقوم التيار المتردد أو dinistors) ، فإن التعيين الموجود في المخططات غالبًا ما يكون هو نفسه - ويعتبر هذا نظيرًا للمقوم.

صور – تشغيل مخطط إكليل النار

هناك:

• ABB الثايرستور (GTO)
• سيميكرون قياسي,
• انهيار جليدي قوي من نوع TL-171،
• optocouplers (على سبيل المثال، TO 142-12.5-600 أو وحدة MTOTO 80)،
• متناظرة TS-106-10,
• MTTs منخفضة التردد,
• الترياك BTA 16-600B أو VT للغسالات،
• تردد TBC,
• أجنبي TPS 08,
• تاين 208.

ولكن في الوقت نفسه، يتم استخدام الترانزستورات من النوع IGBT أو IGCT للأجهزة ذات الجهد العالي (الأفران والأدوات الآلية وغيرها من الأتمتة الصناعية).

الصورة – الثايرستور

ولكن، على عكس الصمام الثنائي، وهو ترانزستور ثنائي الطبقة (PN، PNP، NPN)، يتكون الثايرستور من أربع طبقات (PNPN) ويحتوي جهاز أشباه الموصلات هذا على ثلاث وصلات p-n. في هذه الحالة، تصبح مقومات الصمام الثنائي أقل كفاءة. يتضح هذا جيدًا من خلال دائرة التحكم بالثايرستور، بالإضافة إلى أي كتاب مرجعي للكهربائيين (على سبيل المثال، في المكتبة يمكنك قراءة كتاب للمؤلف زامياتين مجانًا).

الثايرستور هو محول تيار متردد أحادي الاتجاه، مما يعني أنه يوصل التيار في اتجاه واحد فقط، ولكن على عكس الصمام الثنائي، يمكن جعل الجهاز يعمل كمفتاح دائرة مفتوحة أو كصمام ثنائي لتصحيح التيار المستمر. بمعنى آخر، يمكن للثايرستور شبه الموصل أن يعمل فقط في وضع التبديل ولا يمكن استخدامه كأجهزة تضخيم. المفتاح الموجود على الثايرستور غير قادر على الانتقال إلى الوضع المغلق من تلقاء نفسه.

يعد المقوم الذي يتم التحكم فيه بالسيليكون أحد أجهزة أشباه موصلات الطاقة العديدة، إلى جانب الترياك، وثنائيات التيار المتردد، والترانزستورات أحادية الوصلة، التي يمكنها التبديل من وضع إلى آخر بسرعة كبيرة. يسمى هذا الثايرستور بالسرعة العالية. وبطبيعة الحال، تلعب فئة الجهاز دورا كبيرا هنا.

تطبيق الثايرستور

يمكن أن يكون الغرض من الثايرستور مختلفًا تمامًا، على سبيل المثال، يحظى عاكس اللحام محلي الصنع باستخدام الثايرستور وشاحن السيارة (الثايرستور في مصدر الطاقة) وحتى المولد بشعبية كبيرة. نظرًا لحقيقة أن الجهاز نفسه يمكنه اجتياز أحمال منخفضة التردد وعالية التردد، فيمكن استخدامه أيضًا كمحول لآلات اللحام (يستخدم جسرهم هذه الأجزاء بالضبط). للتحكم في تشغيل الجزء في هذه الحالة، هناك حاجة إلى منظم الجهد على الثايرستور.

صورة - استخدام الثايرستور بدلاً من LATR

لا تنسى الثايرستور الإشعال للدراجات النارية.

وصف التصميم ومبدأ التشغيل

يتكون الثايرستور من ثلاثة أجزاء: "الأنود" و"الكاثود" و"الإدخال"، ويتكون من ثلاث وصلات p-n يمكنها التبديل بين وضعي "ON" و"OFF" بسرعة عالية جدًا. ولكن في الوقت نفسه، يمكن أيضًا تبديله من الوضع "ON" لفترات مختلفة، أي على مدار عدة أنصاف دورات، من أجل توصيل كمية معينة من الطاقة إلى الحمل. يمكن تفسير عمل الثايرستور بشكل أفضل بافتراض أنه سيتكون من ترانزستورين متصلين ببعضهما البعض، مثل زوج من مفاتيح التجديد التكميلية.

تُظهر أبسط الدوائر الدقيقة ترانزستورين يتم دمجهما بحيث يتدفق تيار المجمع بعد أمر "ابدأ" إلى قنوات ترانزستور NPN TR 2 مباشرة في ترانزستور PNP TR 1. في هذا الوقت ، التيار من TR 1 يتدفق في القنوات إلى قواعد TR 2. تم ترتيب هذين الترانزستورين المترابطين بحيث يستقبل الباعث الأساسي التيار من الباعث المجمع للترانزستور الآخر. وهذا يتطلب وضع مواز.

الصورة – الثايرستور KU221IM

على الرغم من جميع تدابير السلامة، قد يتحرك الثايرستور بشكل لا إرادي من موضع إلى آخر. يحدث هذا بسبب القفزة الحادة في التيار وتغيرات درجات الحرارة وعوامل مختلفة أخرى. لذلك، قبل أن تشتري الثايرستور KU202N، T122 25، T 160، T 10 10، لا تحتاج إلى التحقق منه باستخدام جهاز اختبار (حلقة) فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى التعرف على معلمات التشغيل.

خصائص الجهد الحالي الثايرستور النموذجي

لبدء مناقشة هذا الموضوع المعقد، انظر إلى الرسم البياني لخصائص الجهد الحالي للثايرستور:

الصورة - خصائص خاصية الجهد الحالي للثايرستور

1. الجزء بين 0 و (Vо,IL) يتوافق تمامًا مع القفل المباشر للجهاز؛
2. في قسم Vbo، يكون الثايرستور في وضع "ON"؛
3. الجزء بين المناطق (Vvo، IL) و (Vн، In) هو موضع الانتقال في حالة الثايرستور. في هذه المنطقة يحدث ما يسمى بتأثير الدينستور؛
4. بدورها، تظهر النقاط (Vн,In) على الرسم البياني الفتح المباشر للجهاز؛
5. النقطتان 0 وVbr هما القسم الذي يتم فيه إيقاف الثايرستور؛
6. ويتبع ذلك المقطع Vbr - وهو يشير إلى وضع الانهيار العكسي.

وبطبيعة الحال، يمكن للمكونات الراديوية الحديثة عالية التردد في الدائرة أن تؤثر بطريقة ضئيلة على خصائص الجهد الحالي (المبردات، والمقاومات، والمرحلات). أيضًا، قد يكون للثايرستور الضوئي المتناظر، وثنائيات زينر SMD، والثايرستور البصري، والصمام الثلاثي، والمقرنات الضوئية، والإلكترونيات الضوئية وغيرها من الوحدات خصائص مختلفة للجهد الحالي.

الصورة - خاصية الجهد الحالي للثايرستور

بالإضافة إلى ذلك، نلفت انتباهكم إلى حقيقة أنه في هذه الحالة، يتم تنفيذ حماية الجهاز عند مدخلات التحميل.

فحص الثايرستور

قبل أن تشتري جهازًا، عليك أن تعرف كيفية اختبار الثايرستور بمقياس متعدد. لا يمكن توصيل جهاز القياس إلا بما يسمى جهاز الاختبار. ويرد أدناه الرسم التخطيطي الذي يمكن من خلاله تجميع مثل هذا الجهاز:

الصورة – اختبار الثايرستور

وفقًا للوصف، يجب تطبيق جهد موجب على القطب الموجب، وجهد سلبي على الكاثود. من المهم جدًا استخدام قيمة تتوافق مع دقة الثايرستور. يُظهر الرسم مقاومات ذات جهد اسمي يتراوح من 9 إلى 12 فولت، مما يعني أن جهد الاختبار أعلى قليلاً من الثايرستور. بعد تجميع الجهاز، يمكنك البدء في فحص المقوم. تحتاج إلى الضغط على الزر الذي يرسل إشارات النبض لتشغيله.

يعد اختبار الثايرستور أمرًا بسيطًا للغاية؛ حيث يرسل زر لفترة وجيزة إشارة فتح (إيجابية بالنسبة للكاثود) إلى قطب التحكم. بعد ذلك، إذا أضاءت الأضواء الجارية على الثايرستور، يعتبر الجهاز معطلاً، لكن الأجهزة القوية لا تتفاعل دائمًا فور وصول الحمل.

الصورة - دائرة اختبار الثايرستور

بالإضافة إلى فحص الجهاز، يوصى أيضًا باستخدام وحدات تحكم خاصة أو وحدة تحكم للثايرستورات والترياكس أو OWEN BOOST أو علامات تجارية أخرى، فهي تعمل تقريبًا مثل منظم الطاقة على الثايرستور. والفرق الرئيسي هو نطاق أوسع من الفولتية.

فيديو: مبدأ تشغيل الثايرستور

تحديد

دعونا نفكر في المعلمات التقنية للثايرستور من سلسلة KU 202e. تقدم هذه السلسلة أجهزة منزلية منخفضة الطاقة، يقتصر استخدامها الرئيسي على الأجهزة المنزلية: فهي تستخدم لتشغيل الأفران الكهربائية والسخانات وما إلى ذلك.

يوضح الرسم أدناه الأجزاء الرئيسية والأجزاء الرئيسية للثايرستور.

صور – كو 202

1. ضبط الجهد العكسي على الحالة (الحد الأقصى) 100 فولت
2. الجهد المغلق 100 فولت
3. النبض في الوضع المفتوح – 30 أ
4. نبض متكرر في الوضع المفتوح 10 أ
5. الجهد المتوسط<=1,5 В
6. جهد عدم الفتح >=0.2 فولت
7. اضبط التيار في الوضع المفتوح<=4 мА
8. تيار عكسي<=4 мА
9. نوع ثابت فتح الحالي<=200 мА
10. ضبط الجهد المستمر<=7 В
11. في الوقت المحدد<=10 мкс
12. وقت الاغلاق<=100 мкс

يتم تشغيل الجهاز خلال ميكروثانية. إذا كنت بحاجة إلى استبدال الجهاز الموصوف، فاستشر مستشار المبيعات في متجر كهربائي - سيكون قادرا على اختيار التناظرية وفقا للمخطط.

الصورة – الثايرستور Ku202n

يعتمد سعر الثايرستور على علامته التجارية وخصائصه. نوصي بشراء الأجهزة المنزلية - فهي أكثر متانة وبأسعار معقولة. في الأسواق العفوية، يمكنك شراء محول قوي وعالي الجودة مقابل ما يصل إلى مائة روبل.

الثايرستور هو مكون إلكتروني مصنوع من مواد شبه موصلة، ويمكن أن يتكون من ثلاث وصلات p-n أو أكثر وله حالتين مستقرتين: مغلق (موصلية منخفضة)، ومفتوح (موصلية عالية).

هذه صيغة جافة، وهي مخصصة لأولئك الذين بدأوا للتو ماجستير الهندسة الكهربائيةاه، لا يقول شيئا على الاطلاق. دعونا نلقي نظرة على مبدأ تشغيل هذا المكون الإلكتروني للأشخاص العاديين، إذا جاز التعبير، للدمى، وأين يمكن استخدامه. في الأساس، إنه المعادل الإلكتروني للمفاتيح التي تستخدمها كل يوم.

هناك أنواع عديدة من هذه العناصر، مع خصائص مختلفة وتطبيقات مختلفة. خذ بعين الاعتبار الثايرستور العادي ذو العملية الواحدة.

تظهر طريقة التعيين في المخططات في الشكل 1.

العنصر الإلكتروني لديه الاستنتاجات التالية:

• الأنود محطة إيجابية.
• محطة الكاثود السلبية.
• قطب التحكم G.

مبدأ تشغيل الثايرستور

التطبيق الرئيسي لهذا النوع من العناصر هو إنشاء مفاتيح الثايرستور الكهربائية على أساسها لتبديل التيارات العالية وتنظيمها. يتم التشغيل عن طريق إشارة مرسلة إلى قطب التحكم. في هذه الحالة، لا يمكن التحكم في العنصر بشكل كامل، ولإغلاقه من الضروري استخدام تدابير إضافية تضمن انخفاض الجهد إلى الصفر.

إذا تحدثنا عن كيفية عمل الثايرستور بعبارات بسيطة، فعن طريق القياس مع الصمام الثنائي، يمكنه توصيل التيار في اتجاه واحد فقط، لذلك عند توصيله تحتاج مراقبة القطبية الصحيحة. عند تطبيق الجهد على الأنود والكاثود، سيظل هذا العنصر مغلقًا حتى يتم تطبيق الإشارة الكهربائية المقابلة على قطب التحكم. الآن، بغض النظر عن وجود أو عدم وجود إشارة التحكم، فلن تتغير حالتها وستبقى مفتوحة.

شروط إغلاق الثايرستور:

1. إزالة الإشارة من قطب التحكم؛
2. خفض الجهد عند الكاثود والأنود إلى الصفر.

بالنسبة لشبكات التيار المتناوب، لا يشكل استيفاء هذه الشروط أي صعوبات خاصة. يتغير الجهد الجيبي من قيمة سعة إلى أخرى، وينخفض ​​​​إلى قيمة صفر، وإذا لم تكن هناك إشارة تحكم في هذه اللحظة، فسيتم إغلاق الثايرستور.

في حالة استخدام الثايرستور في دوائر التيار المباشر، يتم استخدام عدد من الطرق للتخفيف القسري (إغلاق الثايرستور)، وأكثرها شيوعًا هو استخدام مكثف تم شحنه مسبقًا. يتم توصيل الدائرة ذات المكثف بدائرة التحكم الثايرستور. عند توصيل مكثف بالدائرة، سيحدث تفريغ للثايرستور، وسيتم توجيه تيار تفريغ المكثف عكس التيار الأمامي للثايرستور، مما سيؤدي إلى انخفاض التيار في الدائرة إلى الصفر و سوف يغلق الثايرستور.

قد تعتقد أن استخدام الثايرستور غير مبرر؛ أليس من الأسهل استخدام مفتاح عادي؟ الميزة الكبيرة للثايرستور هي أنه يسمح لك بتبديل التيارات الضخمة في دائرة الأنود والكاثود باستخدام إشارة تحكم ضئيلة يتم توفيرها لدائرة التحكم. في هذه الحالة، لا يحدث أي شرارة، وهو أمر مهم لموثوقية وسلامة الدائرة بأكملها.

مخطط الاتصال

قد تبدو دائرة التحكم مختلفة، ولكن في أبسط الحالات، فإن دائرة تبديل مفتاح الثايرستور لها الشكل الموضح في الشكل 2.

يتم توصيل المصباح الكهربائي بالأنود L، والمفتاح K2 يربط الطرف الموجب لمصدر الطاقة G. B. ويتم توصيل الكاثود بالطرف السالب لمصدر الطاقة.

بعد توفير الطاقة عن طريق المفتاح K2، سيتم تطبيق جهد البطارية على الأنود والكاثود، لكن الثايرستور يظل مغلقًا ولا يضيء الضوء. من أجل تشغيل المصباح، تحتاج إلى الضغط على الزر K1، وسيتم إرسال الإشارة من خلال المقاومة R إلى قطب التحكم، وسيغير مفتاح الثايرستور حالته لفتحه، وسوف يضيء المصباح. المقاومة تحد من التيار الموفر لقطب التحكم. الضغط على زر K1 مرة أخرى ليس له أي تأثير على حالة الدائرة.

لإغلاق المفتاح الإلكتروني، تحتاج إلى فصل الدائرة عن مصدر الطاقة باستخدام المفتاح K2. سيتم إيقاف تشغيل هذا النوع من المكونات الإلكترونية إذا انخفض جهد الإمداد عند الأنود إلى قيمة معينة، وهو ما يعتمد على خصائصه. هذه هي الطريقة التي يمكنك بها وصف كيفية عمل الثايرستور للدمى.

صفات

وتشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:

غالبًا ما تستخدم العناصر قيد النظر، بالإضافة إلى المفاتيح الإلكترونية، في منظمات الطاقة، والتي تسمح بتغيير الطاقة الموردة للحمل عن طريق تغيير القيم المتوسطة والفعالة للتيار المتردد. يتم تنظيم مقدار التيار عن طريق تغيير اللحظة التي يتم فيها إمداد الثايرستور بإشارة الفتح (عن طريق تغيير زاوية الفتح). زاوية الفتح (التنظيم) هي الوقت من بداية نصف الدورة إلى لحظة فتح الثايرستور.

أنواع بيانات المكونات الإلكترونية

هناك العديد من الأنواع المختلفة للثايرستور، ولكن الأكثر شيوعًا، بالإضافة إلى تلك التي ناقشناها أعلاه، هي التالية:

• عنصر الدينستور، الذي يحدث تبديله عند الوصول إلى قيمة معينة من الجهد المطبق بين الأنود والكاثود؛
• الترياك.
• جهاز optothyristor، يتم تبديله بواسطة إشارة ضوئية.

ترياكس

أود أن أتناول المزيد من التفاصيل حول triacs. كما ذكرنا سابقًا، يمكن للثايرستور توصيل التيار في اتجاه واحد فقط، وبالتالي، عند تثبيته في دائرة تيار متردد، تنظم هذه الدائرة نصف دورة من جهد التيار الكهربائي. لتنظيم كلتا الدورتين النصفيتين، من الضروري تثبيت ثايرستور آخر متتاليًا أو استخدام دوائر خاصة باستخدام الثنائيات القوية أو جسور الصمام الثنائي. كل هذا يعقد المخطط ويجعله مرهقًا وغير موثوق به.

في مثل هذه الحالات تم اختراع الترياك. دعونا نتحدث عنها وعن مبدأ تشغيل الدمى. الفرق الرئيسي بين الترياتكمن العناصر التي تمت مناقشتها أعلاه تكمن في القدرة على تمرير التيار في كلا الاتجاهين. في الأساس، هذان الثايرستوران لهما تحكم مشترك، متصلان من الخلف إلى الخلف (الشكل 3 أ).

يظهر الرمز الرسومي لهذا المكون الإلكتروني في الشكل. 3 V. تجدر الإشارة إلى أنه لن يكون من الصحيح تسمية أطراف الطاقة بالأنود والكاثود، حيث يمكن توصيل التيار في أي اتجاه، لذلك تم تعيينهما T1 و T2. تم تعيين قطب التحكم G. من أجل فتح الترياك، من الضروري تطبيق إشارة تحكم على الخرج المقابل. لا تختلف شروط انتقال الترياك من حالة إلى أخرى والعودة إلى شبكات التيار المتردد عن طرق التحكم التي تمت مناقشتها أعلاه.

يستخدم هذا النوع من المكونات الإلكترونية في قطاع التصنيع والأجهزة المنزلية والأدوات الكهربائية لتنظيم التيار بشكل مستمر. هذا هو التحكم في المحركات الكهربائية وعناصر التسخين وأجهزة الشحن.

في الختام، أود أن أقول إن كلا من الثايرستور والترياك، أثناء تبديل تيارات كبيرة، لهما أحجام متواضعة للغاية، في حين يتم إطلاق طاقة حرارية كبيرة على أجسامهما. ببساطة، تصبح ساخنة جدًا، لذا لحماية العناصر من الحرارة الزائدة والانهيار الحراري، فإنها تستخدم المشتت الحراري، وهو في أبسط الحالات عبارة عن مشعاع من الألومنيوم.

وضع القفل العكسي

أرز. 3. وضع الحجب العكسي للثايرستور

هناك عاملان رئيسيان يحدان من نظام الانهيار العكسي والانهيار الأمامي:

1. ثقب المنطقة المنضب.

في وضع الحظر العكسي، يتم تطبيق جهد على أنود الجهاز، سلبي بالنسبة للكاثود؛ الوصلتان J1 وJ3 متحيزتان عكسيًا، والوصلة J2 متحيزة للأمام (انظر الشكل 3). في هذه الحالة، ينخفض ​​معظم الجهد المطبق عند إحدى الوصلات J1 أو J3 (اعتمادًا على درجة التنشيط في المناطق المختلفة). فليكن هذا الانتقال J1. اعتمادًا على سمك W n1 لطبقة n1، يحدث الانهيار بسبب تكاثر الانهيار الجليدي (سمك منطقة الاستنفاد أثناء الانهيار أقل من W n1) أو الثقب (تنتشر طبقة الاستنفاد على كامل منطقة n1، والوصلات J1 وJ2 مغلقة).

وضع القفل المباشر

مع الحجب المباشر، يكون الجهد عند الأنود موجبًا بالنسبة للكاثود ويكون الوصلة J2 فقط متحيزة عكسيًا. التقاطعان J1 وJ3 متحيزان للأمام. يتم إسقاط معظم الجهد المطبق عند التقاطع J2. من خلال الوصلتين J1 و J3، يتم حقن ناقلات الأقلية في المناطق المجاورة للوصلة J2، مما يقلل من مقاومة الوصلة J2، ويزيد التيار من خلالها ويقلل انخفاض الجهد عبرها. مع زيادة الجهد الأمامي، يزداد التيار عبر الثايرستور ببطء في البداية، وهو ما يتوافق مع القسم 0-1 في خاصية الجهد الحالي. في هذا الوضع، يمكن اعتبار الثايرستور مقفلاً، لأن مقاومة الوصلة J2 لا تزال عالية جدًا. مع زيادة الجهد عبر الثايرستور، تقل نسبة الجهد عبر J2 وتزيد الفولتية عبر J1 وJ3 بشكل أسرع، مما يؤدي إلى زيادة التيار عبر الثايرستور وزيادة حقن حاملات الأقلية في منطقة J2. عند قيمة جهد معينة (في حدود عشرات أو مئات الفولتات)، يطلق عليها اسم جهد التبديل الخامس بف(النقطة 1 على خاصية الجهد الحالي)، تكتسب العملية طابعًا يشبه الانهيار الجليدي، ويدخل الثايرستور في حالة ذات موصلية عالية (يتم تشغيله)، ويتم إنشاء تيار فيه، يحدده مصدر الجهد والمقاومة من الدائرة الخارجية.

نموذج ثنائي الترانزستور

لشرح خصائص الجهاز في وضع الحجب المباشر، يتم استخدام نموذج ثنائي الترانزستور. يمكن اعتبار الثايرستور بمثابة وصلة ترانزستور pnp بترانزستور npn، مع توصيل مجمع كل منهما بقاعدة الآخر، كما هو موضح في الشكل. 4 للثايرستور الثلاثي. يعمل الوصل المركزي كمجمع للثقوب المحقونة بواسطة الوصلة J1 والإلكترونات المحقونة بواسطة الوصلة J3. العلاقة بين تيارات الباعث أي، جامع أنا جوالقواعد أنا بويظهر أيضًا كسب التيار الثابت للترانزستور α 1 p-n-p في الشكل. 4، حيث I Co هو تيار التشبع العكسي لوصلة قاعدة المجمع.

أرز. 4. نموذج ثنائي الترانزستور لثايرستور ثلاثي الصمام، توصيل الترانزستورات ونسبة التيار في ترانزستور pnp.

يمكن الحصول على علاقات مماثلة للترانزستور n-p-n عندما يتم عكس اتجاه التيارات. من الشكل. 4 ويترتب على ذلك أن تيار المجمع للترانزستور n-p-n هو في نفس الوقت التيار الأساسي للترانزستور p-n-p. وبالمثل، تيار المجمع للترانزستور p-n-p وتيار التحكم IGيتدفق إلى قاعدة الترانزستور n-p-n. ونتيجة لذلك، عندما يتجاوز إجمالي الكسب في الحلقة المغلقة 1، تصبح عملية التجدد ممكنة.

التيار الأساسي للترانزستور pnp هو أنا ب1= (1 - α 1) I ل - أنا Co1. يتدفق هذا التيار أيضًا عبر مجمع الترانزستور npn. تيار المجمع لترانزستور n-p-n مع كسب α 2 يساوي أنا C2= α2 أنا ك + ICO2.

معادلة أنا ب1و أنا C2فنحصل على (1 - α 1) I ل - أنا Co1= α2 أنا ك + ICO2. لأن أنا ك = I ل + IG، الذي - التي

أرز. 5. مخطط نطاق الطاقة في وضع التحيز الأمامي: حالة التوازن ووضع الحجب الأمامي ووضع التوصيل الأمامي.

تصف هذه المعادلة الخصائص الثابتة للجهاز في نطاق الجهد حتى الانهيار. بعد الانهيار، يعمل الجهاز كصمام ثنائي p-i-n. لاحظ أن جميع الحدود في بسط الجانب الأيمن من المعادلة صغيرة، وبالتالي فإن الحد α 1 + α 2< 1, ток I لصغير (يعتمد المعاملان α1 و α2 على I لوعادة ما تنمو مع زيادة التيار) إذا كان α1 + α2 = 1، فإن مقام الكسر يذهب إلى الصفر ويحدث انهيار مباشر (أو يتم تشغيل الثايرستور). تجدر الإشارة إلى أنه إذا تم عكس قطبية الجهد بين الأنود والكاثود، فإن الوصلات J1 وJ3 ستكون متحيزة عكسيًا، وJ2 متحيزة للأمام. في ظل هذه الظروف، لا يحدث الانهيار، حيث أن الوصلة المركزية فقط هي التي تعمل كباعث وتصبح عملية التجدد مستحيلة.

يظهر في الشكل 1 عرض طبقات الاستنفاد ومخططات نطاق الطاقة عند التوازن، في وضعي المنع المباشر والتوصيل المباشر. 5. في حالة التوازن، يتم تحديد منطقة النضوب لكل انتقال وإمكانية الاتصال من خلال ملف توزيع الشوائب. عندما يتم تطبيق جهد موجب على الأنود، فإن الوصلة J2 تميل إلى أن تكون متحيزة عكسيًا، بينما تميل الوصلات J1 و J3 إلى أن تكون متحيزة للأمام. انخفاض الجهد بين الأنود والكاثود يساوي المجموع الجبري لانخفاض الجهد عبر التحولات: الخامس أك = الخامس 1 + الخامس 2 + الخامس 3. ومع زيادة الجهد، يزداد التيار عبر الجهاز، وبالتالي يزيد α1 وα2. ونظرًا للطبيعة المتجددة لهذه العمليات، سيدخل الجهاز في النهاية إلى حالة مفتوحة. بمجرد تشغيل الثايرستور، يجب أن يكون التيار المتدفق عبره محدودًا بمقاومة الحمل الخارجي، وإلا فسوف يفشل الثايرستور إذا كان الجهد مرتفعًا بدرجة كافية. في حالة التشغيل، يكون الوصلة J2 متحيزة في الاتجاه الأمامي (الشكل 5، ج)، وانخفاض الجهد V AK = (V 1 - | الخامس 2| + V 3) يساوي تقريبًا مجموع الجهد عبر وصلة متحيزة للأمام والجهد عبر الترانزستور المشبع.

وضع التوصيل المباشر

عندما يكون الثايرستور في حالة التشغيل، تكون الوصلات الثلاثة جميعها منحازة للأمام. يتم حقن الثقوب من المنطقة p1، ويتم حقن الإلكترونات من المنطقة n2، ويتصرف هيكل n1-p2-n2 بشكل مشابه للترانزستور المشبع مع إزالة اتصال الصمام الثنائي إلى المنطقة n1. ولذلك فإن الجهاز ككل يشبه الدايود p-i-n (p + -i-n +)...

تصنيف الثايرستور

• الثايرستور الثنائي (الاسم الإضافي "دينيستور") - الثايرستور ذو محطتين
  • الثايرستور الثنائي، التوصيل غير العكسي
  • الثايرستور الثنائي، الذي يجري في الاتجاه المعاكس
  • الثايرستور الثنائي المتماثل (اسم إضافي "diac")
• الثايرستور الثلاثي (الاسم الإضافي "الثايرستور") - الثايرستور بثلاثة أطراف
  • الثايرستور ثلاثي الصمام، غير موصل في الاتجاه المعاكس (اسم إضافي "الثايرستور")
  • الثايرستور ثلاثي الصمام، موصل في الاتجاه المعاكس (اسم إضافي "ثنائي الثايرستور")
  • الثايرستور المتماثل للصمام الثلاثي (اسم إضافي "التيراك"، الاسم غير الرسمي "التيراك")
  • الثايرستور الثلاثي غير المتماثل
  • الثايرستور القابل للتحويل (اسم إضافي "الثايرستور القابل للتحويل بصمام ثلاثي")

الفرق بين الدينستور والترينستور

لا توجد فروق جوهرية بين الدينستور والتراينيستور، ومع ذلك، إذا حدث فتح الدينستور عند الوصول إلى جهد معين بين طرفي الأنود والكاثود، اعتمادًا على نوع دينستور معين، فإن جهد الفتح في ثلاثي الثينستور يمكن تقليله بشكل خاص عن طريق تطبيق نبضة تيار ذات مدة وحجم معينين على قطب التحكم الخاص به مع فرق جهد موجب بين الأنود والكاثود، ويختلف تصميم الترينستور فقط في وجود قطب تحكم. تعد أجهزة SCR هي الأجهزة الأكثر شيوعًا من عائلة "الثايرستور".

الفرق بين الثايرستور الصمام الثلاثي والثايرستور إيقاف التشغيل

يتم التبديل إلى الحالة المغلقة للثايرستور التقليدي إما عن طريق تقليل التيار عبر الثايرستور إلى القيمة أنا حأو عن طريق تغيير قطبية الجهد بين الكاثود والأنود.

الثايرستور القابل للتحويل، على عكس الثايرستور التقليدي، تحت تأثير تيار قطب التحكم، يمكن أن ينتقل من حالة مغلقة إلى حالة مفتوحة، والعكس صحيح. لإغلاق الثايرستور المغلق، من الضروري تمرير تيار ذو قطبية معاكسة من خلال قطب التحكم إلى القطبية التي تسببت في فتحه.

الترياك

التيرستورات (الثايرستور المتماثل) هو جهاز أشباه الموصلات، وهيكله مشابه للاتصال الخلفي لاثنين من الثايرستور. قادرة على تمرير التيار الكهربائي في كلا الاتجاهين.

خصائص الثايرستور

يتم تصنيع الثايرستور الحديث للتيارات من 1 مللي أمبير إلى 10 كيلو أمبير؛ للجهود من عدة فولت إلى عدة كيلو فولت؛ يصل معدل الزيادة في التيار الأمامي فيها إلى 10 9 أمبير / ثانية، والجهد - 10 9 فولت / ثانية، ويتراوح وقت التشغيل من عدة أعشار إلى عدة عشرات من الميكروثانية، ويتراوح وقت التوقف من عدة وحدات إلى عدة مئات من الميكروثانية؛ تصل الكفاءة إلى 99%.

طلب

• المعدلات التي تسيطر عليها
• المحولات (العاكسون)
• منظمات الطاقة (المخفتات)

أنظر أيضا

• CDI (اشتعال تفريغ المكثف)

ملحوظات

الأدب

• غوست 15133-77.
• كوبلانوفسكي. يا. أجهزة S. الثايرستور. - الطبعة الثانية، المنقحة. وإضافية - م: الإذاعة والاتصالات، 1987. - 112 ص: مريض. - (مكتبة الإذاعة الجماعية. العدد 1104).

روابط

• الثايرستور: مبدأ التشغيل والتصاميم والأنواع وطرق الإدماج
• التحكم في الثايرستور والترياك عن طريق متحكم دقيق أو دائرة رقمية
• أجهزة المحول في أنظمة إمدادات الطاقة
• روجاتشيف ك.د. الطاقة الحديثة تحولت الثايرستور.
• نظائرها المحلية من الثايرستور المستوردة
• أدلة على الثايرستور ونظائرها، استبدال الثايرستور، واستبدال الثنائيات زينر

الحالة الصلبة السلبية	المقاوم متغير المقاوم الانتهازي المقاوم مكثف مكثف متغير مكثف الانتهازي مكثف مغو مرنان الكوارتز· الصمامات · الصمامات إعادة الضبط الذاتيمحول
الحالة الصلبة النشطة	الصمام الثنائي· LED · الثنائي الضوئي · ليزر أشباه الموصلات · شوتكي الصمام الثنائي· زينر ديود · مثبت · فاريكاب · فاريكوند · جسر ديود · الصمام الثنائي الانهيار · ديود النفق · غان ديود الترانزستور · الترانزستور ثنائي القطب · حقل التأثير الترانزستور ·

الثايرستور. الجهاز والغرض.

الثايرستور عبارة عن جهاز شبه موصل ثلاثي الأقطاب يتم التحكم فيه بثلاثة ص – ن- التحولات التي لها حالتين مستقرتين من التوازن الكهربائي: مغلقة ومفتوحة.

يجمع الثايرستور بين وظائف المقوم والمفتاح ومكبر الصوت. غالبًا ما يستخدم كمنظم، خاصة عندما يتم تغذية الدائرة بالجهد المتردد. تكشف النقاط التالية الخصائص الرئيسية الثلاثة للثايرستور:

1 الثايرستور، مثل الصمام الثنائي، يوصل التيار في اتجاه واحد، ويعمل كمقوم؛

2 يتم تحويل الثايرستور من حالة إيقاف التشغيل إلى حالة التشغيل عند تطبيق إشارة على قطب التحكم، وبالتالي، مثل المفتاح، له حالتان مستقرتان.

3 إن تيار التحكم المطلوب لنقل الثايرستور من الحالة "المغلقة" إلى الحالة "المفتوحة" أقل بكثير (عدة مللي أمبير) مع تيار تشغيل يبلغ عدة أمبيرات وحتى عدة عشرات من الأمبيرات. وبالتالي، فإن الثايرستور له خصائص مضخم التيار؛

التصميم والأنواع الرئيسية للثايرستور

أرز. 1. دوائر الثايرستور: أ) أربع طبقات أساسية ص-ن-ن-ن-الهيكل ب) الثايرستور الثنائي ج) الثايرستور الثلاثي.

يظهر الرسم التخطيطي الأساسي لهيكل الثايرستور في الشكل. 1. إنه هيكل شبه موصل من أربع طبقات ص-ن-ن-ن، تحتوي على ثلاث سلاسل متصلة ص ن-الانتقال J1، J2، J3. الاتصال بالخارج ص- طبقة تسمى الأنود، إلى الخارج ن-طبقة - الكاثود. على العموم ص-ن-ن-ن- يمكن أن يحتوي الجهاز على ما يصل إلى قطبي تحكم (قواعد) متصلين بالطبقات الداخلية. من خلال تطبيق إشارة على قطب التحكم، يتم التحكم في الثايرستور (تتغير حالته). يسمى الجهاز الذي لا يحتوي على أقطاب التحكم ديود الثايرستورأو com.dinistor. يتم التحكم في هذه الأجهزة عن طريق الجهد المطبق بين الأقطاب الكهربائية الرئيسية. يسمى الجهاز الذي يحتوي على قطب تحكم واحد الثايرستور الصمام الثلاثيأو SCR(في بعض الأحيان مجرد الثايرستور، على الرغم من أن هذا ليس صحيحا تماما). اعتمادًا على طبقة أشباه الموصلات التي يتصل بها قطب التحكم، يمكن التحكم في SCRs بواسطة الأنود والكاثود. هذا الأخير هو الأكثر شيوعا.

الأجهزة الموصوفة أعلاه تأتي في نوعين: تلك التي تمرر التيار في اتجاه واحد (من الأنود إلى الكاثود) وتلك التي تمرر التيار في كلا الاتجاهين. في الحالة الأخيرة، يتم استدعاء الأجهزة المقابلة متماثل(نظرًا لأن خصائص الجهد الحالي متناظرة) وعادةً ما يكون لها هيكل أشباه الموصلات من خمس طبقات. SCR متماثلأيضا يسمى التيرستوراتأو التيرستورات(من التيرستورات الإنجليزية). تجدر الإشارة إلى أنه بدلا من دينوستورات متناظرة، غالبًا ما يتم استخدام نظائرها المتكاملة التي لها معلمات أفضل.

يتم تقسيم الثايرستور المزود بقطب تحكم إلى قابل للقفل وغير قابل للقفل. الثايرستور غير القابل للقفل، كما يوحي الاسم، لا يمكن تحويله إلى حالة إيقاف التشغيل باستخدام إشارة مطبقة على قطب التحكم. يتم إيقاف تشغيل مثل هذا الثايرستور عندما يصبح التيار المتدفق من خلاله أقل من تيار التثبيت. من الناحية العملية، يحدث هذا عادة في نهاية نصف موجة جهد التيار الكهربائي.

خاصية الجهد الحالي للثايرستور

أرز. 2. خاصية الجهد الحالي للثايرستور

يظهر في الشكل 2 خاصية الجهد الحالي النموذجي للثايرستور الذي يجري في اتجاه واحد (مع أو بدون أقطاب التحكم). وله عدة أقسام:

· بين النقطتين 0 و (Vо,IL) يوجد قسم يتوافق مع المقاومة العالية للجهاز - الحجب المباشر (الفرع السفلي).

· عند النقطة Vvo يتم تشغيل الثايرستور (النقطة التي يتحول عندها الدينستور إلى حالة التشغيل).

· بين النقاط (Vvo، IL) و (Vн،In) يوجد قسم ذو مقاومة تفاضلية سلبية - منطقة غير مستقرة للتحول إلى حالة التشغيل. عندما يتم تطبيق فرق الجهد بين الأنود والكاثود للثايرستور ذي القطبية المباشرة أكبر من Vno، يتم إلغاء قفل الثايرستور (تأثير الدينستور).

· المقطع من النقطة ذات الإحداثيات (Vн,In) وما فوق يتوافق مع الحالة المفتوحة (التوصيل المباشر)

· يوضح الرسم البياني خصائص الجهد الحالي مع تيارات التحكم المختلفة (التيارات الموجودة على قطب التحكم في الثايرستور) IG (IG=0; IG>0; IG>>0)، وكلما زاد التيار IG، انخفض الجهد Vbo يتحول الثايرستور إلى حالة التوصيل

· الخط المنقط يدل على ما يسمى. "تيار التشغيل التصحيحي" (IG>>0)، حيث ينتقل الثايرستور إلى حالة التوصيل عند الحد الأدنى من جهد الأنود والكاثود. من أجل إعادة الثايرستور مرة أخرى إلى حالة عدم التوصيل، من الضروري تقليل التيار في دائرة الأنود والكاثود تحت تيار تشغيل التصحيح.

· يصف القسم بين 0 وVbr وضع الحجب العكسي للجهاز.

تختلف خاصية الجهد الحالي للثايرستور المتماثل عن تلك الموضحة في الشكل. 2 حيث يكرر المنحنى الموجود في الربع الثالث من الرسم البياني الأقسام 0-3 بشكل متماثل بالنسبة إلى الأصل.

بناءً على نوع اللاخطية لخاصية الجهد الحالي، يتم تصنيف الثايرستور على أنه جهاز S.

محتوى:

يمكن وصف اكتشاف خصائص تحولات أشباه الموصلات بحق بأنه أحد أهم الاكتشافات في القرن العشرين. ونتيجة لذلك، ظهرت أجهزة أشباه الموصلات الأولى - الثنائيات والترانزستورات. وكذلك المخططات التي تستخدم فيها. إحدى هذه الدوائر هي توصيل ترانزستورات ثنائية القطب من نوعين متقابلين - ص-ن-صج ن-ن-ن. وتظهر هذه الدائرة أدناه في الصورة (ب). يوضح ما هو الثايرستور ومبدأ عمله. أنه يحتوي على ردود فعل إيجابية. ونتيجة لذلك، يزيد كل ترانزستور من خصائص تضخيم الترانزستور الآخر.

ما يعادل الترانزستور

في هذه الحالة، فإن أي تغيير في توصيل الترانزستورات في أي اتجاه يزداد مثل الانهيار الجليدي وينتهي في إحدى الحالات الحدودية. فهي إما مقفلة أو غير مقفلة. ويسمى هذا التأثير بالإثارة. ومع تطور الإلكترونيات الدقيقة، تم دمج كلا الترانزستورين في عام 1958 على نفس الركيزة، مما أدى إلى تعميم التحولات التي تحمل نفس الاسم. وكانت النتيجة جهازًا جديدًا لأشباه الموصلات يسمى الثايرستور. يعتمد مبدأ تشغيل الثايرستور على تفاعل اثنين من الترانزستورات. ونتيجة لدمج التحولات، فإنه يحتوي على نفس عدد أطراف الترانزستور (أ).

في الرسم البياني، قطب التحكم هو قاعدة هيكل الترانزستور ن-ن-ن. إن التيار الأساسي للترانزستور هو الذي يغير الموصلية بين المجمع والباعث. ولكن يمكن أيضًا إجراء التحكم على الأساس ص-ن-صالترانزستور. هذا هو جهاز الثايرستور. يتم تحديد اختيار قطب التحكم من خلال ميزاته، بما في ذلك المهام المنجزة. على سبيل المثال، بعضهم لا يستخدم أي إشارات تحكم على الإطلاق. لذلك، لماذا استخدام أقطاب التحكم...

دينيستور

هذه هي المهام التي يتم فيها استخدام أنواع ثنائية القطب من الثايرستور - الدينسترات. تحتوي على مقاومات متصلة بالباعث وقاعدة كل ترانزستور. مزيد من الرسم البياني هما R1 و R3. لكل جهاز إلكتروني هناك قيود على مقدار الجهد المطبق. لذلك، حتى قيمة معينة، تحافظ المقاومات المذكورة على كل ترانزستور في حالة القفل. ولكن مع زيادة أخرى في الجهد، تظهر تيارات التسرب من خلال تقاطعات المجمع والباعث.

يتم التقاطها من خلال ردود فعل إيجابية، ويتم فتح كلا الترانزستورات، أي الدينستور. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في التجربة، تظهر أدناه صورة تحتوي على رسم تخطيطي وقيم المكونات. يمكنك تجميعه والتحقق من خصائص عمله. دعونا ننتبه إلى المقاوم R2، والذي يختلف في اختيار القيمة المطلوبة. إنه يكمل تأثير التسرب وبالتالي جهد الزناد. وبالتالي، فإن الدينستور هو الثايرستور، ويتم تحديد مبدأ تشغيله من خلال حجم جهد الإمداد. إذا كانت كبيرة نسبيًا، فسيتم تشغيلها. وبطبيعة الحال، من المثير للاهتمام أيضًا معرفة كيفية إيقاف تشغيله.

صعوبة في إيقاف التشغيل

كما يقولون، كان إيقاف تشغيل الثايرستور أمرًا صعبًا. لهذا السبب، لفترة طويلة، كانت أنواع الثايرستور مقتصرة على الهيكلين المذكورين أعلاه فقط. وحتى منتصف التسعينات من القرن العشرين، تم استخدام هذين النوعين فقط من الثايرستور. الحقيقة هي أن إيقاف الثايرستور لا يمكن أن يحدث إلا عند إيقاف تشغيل أحد الترانزستورات. ولفترة معينة. يتم تحديده من خلال معدل اختفاء الرسوم المقابلة للانتقال المسور. الطريقة الأكثر موثوقية "لتثبيت" هذه الشحنات هي إيقاف التيار المتدفق عبر الثايرستور تمامًا.

معظمهم يعملون بهذه الطريقة. ليس على التيار المباشر، ولكن على التيار المصحح، المطابق للجهد دون ترشيح. يتغير من الصفر إلى قيمة السعة، ثم ينخفض ​​إلى الصفر مرة أخرى. وهكذا حسب تردد الجهد المتناوب الذي يتم تصحيحه. في لحظة معينة بين قيم الجهد صفر، يتم إرسال إشارة إلى قطب التحكم ويتم إلغاء قفل الثايرستور. وعندما يمر الجهد من خلال الصفر، فإنه يقفل مرة أخرى.

لإيقاف تشغيله بجهد وتيار ثابتين، حيث لا توجد قيمة صفرية، هناك حاجة إلى تحويلة تعمل لفترة معينة. وهو في أبسط صوره إما زر متصل بالأنود والكاثود، أو متصل على التوالي. إذا كان الجهاز مفتوحًا، فسيكون هناك جهد متبقي عليه. بالضغط على الزر يتم إعادة تعيينه إلى الصفر ويتوقف التيار من خلاله. ولكن إذا كان الزر لا يحتوي على جهاز خاص، وتم فتح جهات الاتصال الخاصة به، فسيتم تشغيل الثايرستور بالتأكيد مرة أخرى.

يجب أن يكون هذا الجهاز عبارة عن مكثف متصل بالتوازي مع الثايرستور. فهو يحد من معدل ارتفاع الجهد عبر الجهاز. هذه المعلمة هي الأكثر أسفًا عند استخدام أجهزة أشباه الموصلات هذه ، حيث يتم تقليل تردد التشغيل الذي يستطيع الثايرستور من خلاله تبديل الحمل ، وبالتالي الطاقة المحولة. تحدث هذه الظاهرة بسبب السعات الداخلية المميزة لكل طراز من نماذج أجهزة أشباه الموصلات هذه.

إن تصميم أي جهاز شبه موصل يشكل حتماً مجموعة من المكثفات. كلما زاد الجهد بشكل أسرع، زادت التيارات التي تشحنها. وعلاوة على ذلك، فإنها تحدث في جميع الأقطاب الكهربائية. إذا تجاوز هذا التيار في قطب التحكم قيمة عتبة معينة، فسيتم تشغيل الثايرستور. ولذلك، يتم إعطاء المعلمة dU/dt لجميع النماذج.

• يُطلق على إيقاف تشغيل الثايرستور نتيجة مرور جهد الإمداد بالصفر اسمًا طبيعيًا. تسمى خيارات إيقاف التشغيل المتبقية قسريًا أو اصطناعيًا.

مجموعة متنوعة من النماذج

تضيف خيارات التبديل هذه تعقيدًا لمفاتيح الثايرستور وتقلل من موثوقيتها. لكن تبين أن تطوير مجموعة الثايرستور كان مثمرًا للغاية.

في الوقت الحاضر، يتم إتقان الإنتاج الصناعي لعدد كبير من أنواع الثايرستور. نطاق تطبيقها لا يقتصر فقط على دوائر الطاقة القوية (التي يمكن قفلها و ديود الثايرستور، التيرستورات)، ولكن أيضًا دوائر التحكم (دينيستور، أوبتوثايرستور). يتم تصوير الثايرستور في الرسم البياني كما هو موضح أدناه.

من بينها نماذج تكون جهودها وتيارات تشغيلها هي الأعلى بين جميع أجهزة أشباه الموصلات. نظرًا لأن إمدادات الطاقة الصناعية لا يمكن تصورها بدون محولات، فإن دور الثايرستور في تطويرها الإضافي يعد أمرًا أساسيًا. توفر النماذج عالية التردد القابلة للقفل في العاكسات توليد الجهد المتردد. علاوة على ذلك، يمكن أن تصل قيمتها إلى 10 كيلو فولت بتردد 10 كيلو هرتز عند قوة تيار تبلغ 10 كيلو أمبير. يتم تقليل أبعاد المحولات عدة مرات.

يتم تشغيل وإيقاف الثايرستور القابل للتحويل فقط عن طريق التأثير على قطب التحكم بإشارات خاصة. تتوافق القطبية مع البنية المحددة لهذا الجهاز الإلكتروني. هذا هو أحد أبسط الأصناف، ويشار إليه باسم GTO. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الثايرستور الأكثر تعقيدًا مع هياكل التحكم المدمجة. تسمى هذه النماذج GCT وأيضا IGCT. استخدام الترانزستورات ذات التأثير الميداني في هذه الهياكل يصنف الثايرستور المنفصل كأجهزة من عائلة MCT.

لقد حاولنا أن نجعل مراجعتنا مفيدة ليس فقط لزوار موقعنا الذين يقرؤون جيدًا، ولكن أيضًا للدمى. الآن بعد أن أصبحنا على دراية بكيفية عمل الثايرستور، يمكننا وضع هذه المعرفة موضع التطبيق العملي. على سبيل المثال، في إصلاحات بسيطة للأجهزة الكهربائية المنزلية. الشيء الرئيسي هو أنه بينما تنجرف في عملك، لا تنس احتياطات السلامة!