Тиристор - електронний компонент, виготовлений на основі напівпровідникових матеріалів, може складатися з трьох або більше pn-переходів і має два стійких стани: закрите (низька провідність), відкрите (висока провідність).
Це суха формулювання, яка для тих, хто тільки починає освоювати електротехнік у, абсолютно ні про що не говорить. Давайте розберемо принцип роботи цього електронного компонента для звичайних людей, так би мовити, для чайників, і де його можна застосувати. По суті, це електронний аналог вимикачів, якими ви кожен день пользуетес
Є багато типів цих елементів, що володіють різними характеристиками і мають різні сфери застосування. Розглянемо звичайний одноопераційних тиристор.
Спосіб позначення на схемах показаний на малюнку 1.
Електронний елемент має наступні висновки:
- анод - позитивний висновок;
- катод - негативний висновок;
- керуючий електрод G.
Принцип дії тиристора
Основне застосування цього типу елементів - це створення на їх основі силових тиристорних ключів для комутації великих струмів і їх регулювання. Включення виконується сигналом, переданим на керуючий електрод. При цьому елемент є не повністю керованим, і для його закриття необхідно застосування додаткових заходів, які забезпечать падіння величини напруги до нуля.
Якщо говорити, як працює тиристор простою мовою, то він, за аналогією з діодом, може проводити струм лише в одному напрямку, тому при його підключенні потрібно дотримуватися правильну полярність. При подачі напруги до анода і катода цей елемент буде залишатися закритим до моменту, коли на керуючий електрод буде поданий відповідний електричний сигнал. Тепер, незалежно від наявності або відсутності керуючого сигналу, він не змінить свого стану і залишиться відкритим.
Умови закриття тиристора:
- Зняти сигнал з керуючого електрода;
- Знизити до нуля напруга на катоді і аноді.
Для мереж змінного струму виконання цих умов не викликає особливих труднощів. Синусоїдальна напруга, змінюючись від одного амплітудного значення до іншого, знижується до нульової величини, і якщо в цей момент керуючого сигналу немає, то тиристор закриється.
У разі використання тиристорів в схемах постійного струму для примусової комутації (закриття тиристора) використовують ряд способів, найбільш поширеним є використання конденсатора, який був попередньо заряджений. Ланцюг з конденсатором підключається до схеми управління тиристором. При підключенні конденсатора в ланцюг відбудеться розряд на тиристор, струм розряду конденсатора буде направлений зустрічно прямому струму тиристора, що призведе до зменшення струму в ланцюзі до нульового значення і тиристор закриється.
Можна подумати, що застосування тиристорів невиправдано, чи не простіше використовувати звичайний ключ? Величезним плюсом тиристора є те, що він дозволяє комутувати величезні струми в ланцюзі анода-катода за допомогою мізерно малого сигналу, поданого в ланцюг управління. При цьому не виникає іскріння, що важливо для надійності та безпеки всієї схеми.
схема включення
Схема управління може виглядати по-різному, але в найпростішому випадку схема включення тиристорного ключа має вигляд, показаний на малюнку 2.
До анода приєднана лампочка L, а до неї вимикачем К2 підключається плюсова клема джерела живлення GB Катод з'єднується з мінусом харчування.
Після подачі живлення за допомогою вимикача К2 до анода і катода буде докладено напруга батареї, але тиристор залишається закритим, лампочка не світиться. Для того щоб включити лампу, необхідно натиснути на кнопку К1, сигнал через опір R буде поданий на керуючий електрод, тиристорний ключ змінить свій стан на відкрите, і лампочка загориться. Опір обмежує струм, що подається на керуючий електрод. Повторне натискання на кнопку К1 ніякого впливу на стан схеми не робить.
Для закриття електронного ключа потрібно відключити схему від джерела живлення за допомогою вимикача К2. Цей тип електронних компонентів закриється, і в разі зниження напруги харчування на аноді до певної величини, яка залежить від його характеристик. Ось так можна описати, як працює тиристор для чайників.
Характеристики
До основних характеристик можна віднести наступні:
Максимально допустимий прямий струм - найбільша можлива величина струму відкритого елемента;- Максимально допустимий зворотний струм - струм при максимальному зворотному напрузі;
- Пряме напруга - падіння величини напруги при максимальному струмі;
- Зворотна напруга - найбільша допустима величина напруги в закритому стані;
- Напруга включення - найменше напруження при якому зберігається працездатність електронного пристрою;
- Мінімальний і максимальний струм керуючого електрода;
- Максимально допустима розсіює потужність.
Розглянуті елементи, крім електронних ключів, часто застосовуються в регуляторах потужності, які дозволяють змінювати підводиться до навантаження потужність за рахунок зміни середнього і чинного значень змінного струму. Величина струму регулюється зміною моменту подачі на тиристор відкриває сигналу (за рахунок варіювання кута відкривання). Кутом відкриття (регулювання) називається час від початку напівперіоду до моменту відкриття тиристора.
Типи даних електронних компонентів
Існує чимало різних типів тиристорів, але найбільш поширені, крім тих що ми розглянули вище, такі:
- динистор - елемент, комутація якого відбувається при досягненні певного значення величини напруги, прикладеного між анодом і катодом;
- симистор;
- оптотиристор, комутація якого здійснюється світловим сигналом.
сімістори
Хотілося б більш детально зупинитися на сімісторов. Як говорилося раніше, тиристори можуть проводити струм лише в одному напрямку, тому при установці їх в колі змінного струму, така схема регулює один напівперіод мережевої напруги. Для регулювання обох напівперіодів необхідно встановити зустрічно-паралельно ще один тиристор або застосувати спеціальні схеми з використанням потужних діодів або діодних мостів. Все це ускладнює схему, робить її громіздкою і ненадійною.
Ось для таких випадків і був винайдений симистор. Поговоримо про нього і про принцип роботи для чайників. Головна відмінність сімісторов від розглянутих вище елементів полягає в здатності пропускати струм в обох напрямках. По суті, це два тиристора із загальним управлінням, підключені зустрічно-паралельно (рисунок. 3 А).
Умовне графічне позначення цього електронного компонента показано на Рис. 3 В. Слід зауважити, що називати силові висновки анодом і катодом буде не коректно, тому що струм може проводитися в будь-якому напрямку, тому їх позначають Т1 і Т2. Керуючий електрод позначається G. Для того щоб відкрити симистор, необхідно подати керуючий сигнал на відповідний висновок. Умови для переходу сімістора з одного стану в інший і назад в мережах змінного струму не відрізняються від способів управління, розглянутих вище.
Застосовується цей тип електронних компонентів у виробничій сфері, побутових пристроях і електроінструментах для плавного регулювання струму. Це управління електродвигунами, нагрівальними елементами, зарядні пристрої.
На завершення хотілося б сказати, що і тиристори і сімістори, коммутіруя значні струми, мають досить скромними розмірами, при цьому на їх корпусі виділяється значна теплова потужність. Простіше кажучи, вони сильно гріються, тому для захисту елементів від перегріву і теплового пробою використовують тепловідвід, який в найпростішому випадку являє собою алюмінієвий радіатор.