Тиристор схема

Полупроводниковые диоды

Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А - анод, К - катод), это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод), это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено». Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр, то есть величину напряжения пробоя тиристора; Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U < Uпр), если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом. В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.Тиристор можно закрыть: - если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0; - если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд. - подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса. Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.Рассмотрим несколько практических примеров.Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов. В качестве динистора используем КН102А-Б. Работает генератор следующим образом. При нажатии кнопки Кн, через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи). Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт». При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор - С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется. Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2. При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом, не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н. Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (большее напряжения пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт, что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит. Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды. Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается. В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания. Отпускаем кнопку Кн. В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод - замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор. В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется». Загорается лампочка по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор - замкнутые контакты кнопки – минус батареи. В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго. В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн. Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн. При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается». Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208.

Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог.Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3.

Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые. Аналог тиристора имеет два управляющих входа. Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер - база транзистора Тр1). Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2). Аналог имеет: А – анод, К - катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод. Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А - анод и К - катод. Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд), будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2. А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4.

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1), вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5). Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт. Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора. Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания. Потом можно заменить его на постоянный резистор. Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке. Если ток в нагрузке превысит 1 ампер, сработает защита.

Стабилизатор состоит из: - управляющего элемента – стабилитрона КС510, который определяет напряжение выхода; - исполнительного элемента –транзисторов КТ817А, КТ808А, исполняющих роль регулятора напряжения; - в качестве датчика перегрузки используется резистор R4; - исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503.

На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1. Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510, величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт. Резистор R4, величиной 1,0 Ом, включен последовательно в цепь нагрузки. Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения. Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току. В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт., Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю. Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4. При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 - 2,0 вольта. Это есть напряжение перехода анод - катод открытого тиристора. Одновременно загорается светодиод Д1, сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 - 2,0 вольта. Что бы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн, сбросив блокировку защиты. На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт, а светодиод погаснет. Настройкой резистора R3, можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более. Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

domasniyelektromaster.ru

Как проверить тиристор? | Электрознайка. Домашний Электромастер.

data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"data-ad-slot="8788166382"> На своем блоге я поместил рассылку на бесплатные уроки на тему: «Тиристоры. Это очень непросто!».В этих уроках я, в популярной форме, постарался как можно проще изложить суть работы тиристора: как он устроен, как работает в цепи постоянного и переменного тока. Привел много действующих схем на тиристорах и динисторах.

В этом уроке, по просьбе подписчиков, привожу несколько примеров проверки тиристора на целостность.

Как же проверить тиристор?

Предварительная проверка тиристора проводится с помощью тестера-омметра или цифрового мультиметра.Переключатель цифрового мультиметра должен стоять в положении проверки диодов.С помощью омметра или мультиметра, проверяются переходы тиристора: управляющий электрод – катод и переход анод – катод.Сопротивление перехода тиристора, управляющий электрод – катод, должно быть в пределах 50 – 500 Ом.В каждом случае величина этого сопротивления должна быть примерно одинакова при прямом и обратном измерении. Чем больше величина этого сопротивления, тем чувствительнее тиристор.Другими словами, будет меньше величина тока управляющего электрода, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое состояние.У исправного тиристора величина сопротивления перехода анод – катод, при прямом и обратном измерении, должна быть очень большой, то есть имеет «бесконечную» величину.Положительный результат этой предварительной проверки, еще ни о чем не говорит.Если тиристор уже стоял где то в схеме, у него может быть «прогорел» переход анод — катод. Эту неисправность тиристора мультиметром не определишь.

Основную проверку тиристора нужно проводить, используя дополнительные источники питания. В этом случае полностью проверяется работа тиристора.Тиристор перейдет в открытое состояние в том случае, если через переход, катод – управляющий электрод, пройдет кратковременный импульс тока, достаточный для открытия тиристора.

Такой ток можно получить двумя способами:1. Использовать основной источник питания и резистор R, как на рисунке №1.2. Использовать дополнительный источник управляющего напряжения, как на рисунке №2.

Рассмотрим схему проверки тиристора на рисунке №1.Можно изготовить небольшую испытательную плату, на которой разместить провода, индикаторную лампочку и кнопки переключения.

Проведем проверку тиристора при питании схемы постоянным током.

В качестве нагрузочного сопротивления и наглядного индикатора работы тиристора, применим маломощную электрическую лампочку на соответствующее напряжение.Величина сопротивления резистора R выбирается из расчета, чтобы ток, протекающий через управляющий электрод – катод, был достаточным для включения тиристора.Ток управления тиристором пройдет по цепи: плюс (+) – замкнутая кнопка Кн1 – замкнутая кнопка Кн2 – резистор R – управляющий электрод – катод – минус (-).Ток управления тиристора для КУ202 по справочнику равен 0,1 ампера. В реальности, ток включения тиристора, где то 20 – 50 миллиампер и даже меньше. Возьмем 20 миллиампер, или 0,02 ампера.Основным источником питания может быть любой выпрямитель, аккумулятор или набор батареек.Напряжение может быть любым, от 5 до 25 вольт.Определим сопротивление резистора R.Возьмем для расчета источник питания U = 12 вольт.R = U : I = 12 В : 0,02 А = 600 Ом.Где: U – напряжение источника питания; I – ток в цепи управляющего электрода.

Величина резистора R будет равна 600 Ом.Если напряжение источника будет, например, 24 Вольта, то соответственно R = 1200 Ом.

Схема на рисунке №1 работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристор закрыт, электрическая лампочка не горит. Схема в таком состоянии может находиться сколько угодно долго. Нажмем кнопку Кн2 и отпустим. По цепи управляющего электрода пойдет импульс тока управления. Тиристор откроется. Лампочка будет гореть, даже если будет оборвана цепь управляющего электрода.Нажмем и отпустим кнопку Кн1. Цепь тока нагрузки, проходящего через тиристор, оборвется и тиристор закроется. Схема придет в исходное состояние.

Проверим работу тиристора в цепи переменного тока.

Вместо источника постоянного напряжения U включим переменное напряжение 12 вольт, от какого либо трансформатора (рисунок №2).

В исходном состоянии лампочка гореть не будет.Нажмем кнопку Кн2. При нажатой кнопке лампочка горит. При отжатой кнопке — тухнет.При этом лампочка горит «в пол – накала». Это происходит потому, что тиристор пропускает только положительную полуволну переменного напряжения.Если вместо тиристора будем проверять симистор, например КУ208, то лампочка будет гореть в полный накал. Симистор пропускает обе полуволны переменного напряжения.

Как проверить тиристор от отдельного источника управляющего напряжения?

Вернемся к первой схеме проверки тиристора, от источника постоянного напряжения, но несколько видоизменив ее.

Смотрим рисунок №3.

В этой схеме ток управляющего электрода подается от отдельного источника. В качестве него можно использовать плоскую батарейку. При кратковременном нажатии на кнопку Кн2, лампочка так же загорится, как и в случае на рисунке №1. Ток управляющего электрода должен быть не менее 15 – 20 миллиампер. Запирается тиристор, так же, нажатием кнопки Кн1. Так проверяются «не запираемые» тиристоры (КУ201, КУ202, КУ208 и др.).Запираемый тиристор, например КУ204, отпирается положительным полюсом на управляющем электроде и минусом на катоде. Запирается, отрицательным напряжением на управляющем электроде и положительном на катоде. Менять полюсовку управляющего напряжения можно с помощью переключателя П. Нужно обратить внимание на то, что «запирающий ток» тиристора, почти в два раза больше отпирающего. Если вдруг тиристор КУ204 не будет запираться, нужно уменьшить величину сопротивления резистора R до 50 Ом. data-ad-client="ca-pub-5076466341839286" data-ad-slot="8788166382">

domasniyelektromaster.ru

типы, характеристики, область применения / Школа электрика / Коллективный блог

Тиристор – это полупроводниковый прибор, который изготавливается на основе монокристаллического полупроводника, имеющего три (и более) p-n-перехода. Тиристор характеризуются наличием двух устойчивых состояний:

закрытый – полупроводник находится в состоянии низкой проводимости, ток практически не протекает
открытый – полупроводник в состоянии высокой проводимости, ток проходит через элемент фактически без ограничений

По сути, тиристор – электрический силовой управляемый ключ (правда, его управляемость не является стопроцентной). В технической литературе встречается и другое название – однооперационный тиристор, ведь управляющий сигнал может только перевести тиристор в открытое (рабочее) состояние. Чтобы выключить тиристор, необходимо принять особые меры, направленные на уменьшение прямого тока до минимума (нуля).

Структура тиристора – это последовательность четырех, соединенных последовательно, слоев p и, соответственно, n типа, образующих структуру р-n-р-n:

крайняя область, на которую поступает положительный (+) полюс питания – анод, р – типа
другая крайняя область, к которой прикладывается отрицательное (-) напряжение, катод, – >n типа
управляющий электрод (конструкционно может быть предусмотрено размещение до 2 электродов) присоединяется к внутренним слоям.

Вот так схематично выглядит принцип действия тиристора:

Для начала рассмотрим случай, при котором напряжение на управляющем электроде отсутствует, тиристор подключен по схеме динистора – напряжение прикладывается только к аноду (соответственно, +) и катоду (-).

В таком состоянии тиристор можно представить в следующем виде:

В этом состоянии коллекторный p-n-переход находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют малое сопротивление, поэтому фактически все напряжение, поступающее от источника питания, прикладывается к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через тиристор ток имеет незначительное значение.

На представленной вольт-амперной характеристике (ВАХ) это состояние соответствует участку 1.

При росте напряжения, поступающего от источника питания, до определенного момента ток тиристора растет незначительно. Но при приближении к некоторому критическому значению (обозначенного на графике Uвкл, общепринятое название – напряжение включения), в динисторе возникают условия, при котором в районе коллекторного перехода начинается увеличение носителей заряда, которое принимает лавинный характер. В результате в коллекторном переходе наступает обратимый электрический пробой (на графике – точка 2). В p-области коллекторного перехода возникает избыточная концентрация положительных зарядов (дырок), в n-области – концентрация электронов. Рост концентрации этих носителей приводит к снижению потенциального барьера на всех трех переходах динистора, через эмиттерные переходы резво увеличивается инжекция носителей. Процесс окончательно принимает лавинообразный характер, который приводит к переключению в открытое состояние коллекторного перехода. Одновременно происходит рост тока и падение сопротивления по всем областям прибора, как следствие – рост тока, проходящего через прибор, сопровождается падением напряжения между катодом и анодом (на графике – отрезок 3). На этом отрезке динистор имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. На резисторе растет напряжение и динистор переключается.

После того, как коллекторный переход оказывается открытым, ВАХ динистора принимает вид, полностью повторяющий ВАХ диода на прямой ветви (на графике – участок 4). После того, как динистор переключился, напряжение падает до 1 В. В дальнейшем увеличение значения напряжения или снижение сопротивления (резистор R) приведет к росту выходного тока – ситуация точно повторяет процессы, происходящие с диодом при его прямом включении. Если же напряжение уменьшить, то высокое сопротивление, характерное для коллекторного перехода, практически мгновенно (десятки микросекунд) восстанавливается, динистор закрывается, ток падает.

Напряжение включения (Uвкл), при котором происходит лавиноподобное нарастание тока, можно регулировать, внося в любой из слоев, которые прилегают к коллекторному переходу, неосновные носители заряда. Для этого используется дополнительный электрод – управляющий, запитываемый из независимого источника, который подает управляющее напряжение – Uупр. На рисунке четко просматривается зависимость – при росте Uупр напряжение включения уменьшается.

Параметры тиристоров

Для численного описания характеристик тиристора используются следующие параметры:

Uвкл (напряжение включения) – напряжение, при котором происходит переход тиристора в открытое состояние
Uo6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение – значение напряжения, при котором происходит электрический пробой. Для большинства тиристоров справедливо равенство Uo6p.max. = Uвкл
максимально допустимое значение тока
среднее значение тока за период
Unp - значение прямого падения напряжения при открытом тиристоре, колеблется в пределах 0,5 - 1В
обратный максимальный ток – ток, появляющийся при приложении обратного напряжения, за счет движения неосновных носителей
ток удержания – значение анодного тока, при котором происходит закрытие тиристора
максимальная мощность
время отключения – время, необходимое для закрывания тиристора
предельная скорость, с которой происходит нарастание анодного тока

Тиристоры: основные типы

Сегодня разработано большое количество тиристоров, отличающихся процессами управления, быстродействием, величиной и направлением током. При этом можно выделить наиболее востребованные типы тиристоров:

тиристор-диод – эквивалент тиристора, имеющего встречно-параллельное включение с диодом
динистор (диодный тиристор) – подробно рассмотрен выше, имеет всего два электрода, управляющий электрод отсутствует
запираемый тиристор
симистор (симметричный тиристор) – эквивалент двух встречно-параллельно подключенных тиристоров
инвесторный тиристор – отличается высоким быстродействием, время включения составляет от 5 до 50 мкс
фоторизистор – роль управляющего электрода выполняет фотоэлемент

Запираемые тиристоры

Запираемый тиристор имеет четырехслойную классическую >p->n->p->n структуру, но при этом имеют целый ряд конструктивных особенностей, позволяющих им получить принципиальное отличие от обычных тиристоров – полную управляемость. Благодаря воздействию тока от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут как переходить в открытое состояние из закрытого, так и в обратном направлении – из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод подается напряжение, обратное тому, которое вызвало открытие тиристора. Для выключения тиристора по цепи управляющего электрода подается мощный (рекомендуемое соотношение 1:5 по отношению к текущему значению прямого тока, проходящего через открытый тиристор), но короткий по длительности (от 10 до 100 мкс) импульс отрицательного тока. При использовании запираемых тиристоров стоит помнить, что их предельные значения (по току и напряжению) с среднем до 30% меньше, чем у обычных.

На практике запираемые тиристоры активно используются в роли электронных ключей в преобразовательной технике.

Симисторы

В отличие от четырехслойного тиристора, симистор (другое название – триак, происходящее от английской TRIAC, аббревиатуры от triode for alternating current) имеет пятислойную структуру.

Схема симистора

Благодаря такой структуре он имеет возможность пропускать ток в двух направлениях – как от катода к аноду, так и в противоположном направлении – от анода к катоду, а на управляющий электрод может подаваться управляющее напряжение разной полярности – как положительное, так и отрицательное. Благодаря этому вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид.

Как реле или электронный выключатель симистор имеет ряд преимуществ, если брать электромеханические аналоги: он значительно дешевле, полностью отсутствует механическая часть, искрение и подгорание контактов, большой срок службы. К недостаткам следует отнести необходимость обеспечить отвод тепла (симисторы чувствительны к нагреванию, поэтому требуют монтажа на радиаторе), не могут работать на высоких частотах – имеют значительную длительность переходных процессов. Кроме того, при монтаже симистора следует обязательно обеспечить его защиту от электрических шумов, наводок и помех, которые могут спровоцировать ложное срабатывание.

О том, что такое симистор и как он работает, детально объясняет следующее видео:

Особенности монтажа симисторов:

- при малых нагрузках или когда токи нагрузки представляют собой короткие импульсы (до 1 секунды), монтаж симисторов можно проводить без теплоотводящего радиатора. В прочих случаях – его наличие обязательно

- к теплоотводу триак может фиксироваться креплением зажимом (наиболее предпочтительный способ), креплением винтом или клепкой (не рекомендуется, может вызвать повреждение кристалла)

- для уменьшения вероятности несанкционированного срабатывания из-за шумовых наводок, длина проводника, подходящего к затвору, должна быть минимальна. Для подключения желательно использовать экранированный кабель или витую пару.

Фототиристоры

Фототиристор (другое название - оптотиристор) – специальный тиристор, особенностью которого является наличие в корпусе (при дискретном исполнении) фотоэлемента, выполняющего роль управляющего электрода.

При облучении световым потоком определенной мощности фотоэлемент переводит тиристор в открытое положение.

Данное видео наглядно знакомит с принципом работы фототиристора:

Применение тиристоров

В целом применение тиристоров можно разделить на 4 группы:

силовые ключи – переключатели переменного напряжения. Одним из определяющих моментов, влияющих на востребованность подобных схем, выступает низкая мощность, которая рассеивается тиристором в схемах переключения. В закрытом состоянии мощность практически не рассеивается из-за того, что ток практически равен нулю. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность незначительна благодаря небольшим значениям напряжения
пороговые устройства – в них задействовано основное свойство тиристора – открываться (пропускать ток) при достижении напряжением определенного значения. Эта группа схем особенно активно используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах
подключение постоянного тока – для прерывания, включения/выключения используются запирающие тиристоры. Правда, при этом схемы требуют определенной доработки – тиристоры в целом плохо работают в цепях с постоянным током. Но высокая надежность, способность работать с большими по значению токами и напряжениями полностью оправдывают некоторые неудобства
экспериментальные устройства – в них используется свойство тиристора иметь отрицательное сопротивление, пребывая в переходном режиме

Как проверить работоспособность тиристора или симистора:

ВложениеРазмер

tiristor-01.JPG	7.01 КБ
tiristor-02.JPG	8.89 КБ
tiristor-10.JPG	11.98 КБ

44kw.com

Каталог товаров