عمل وجهاز الثايرستور والتيرستورات
بالتأكيد يمكن أن يكون أي ثايرستور في حالتين مستقرتين - مغلقأو افتح
في الحالة المغلقة ، يكون في حالة الموصلية المنخفضة ولا يتدفق التيار تقريبًا ، في الحالة المفتوحة ، على العكس من ذلك ، سيكون أشباه الموصلات في حالة موصلية عالية ، ويمر التيار خلالها بدون مقاومة تقريبًا
يمكننا القول أن الثايرستور هو مفتاح يتم التحكم فيه بالطاقة الكهربائية. لكن في الواقع ، يمكن لإشارة التحكم أن تفتح فقط أشباه الموصلات. لقفله مرة أخرى ، يلزم استيفاء الشروط التي تهدف إلى تقليل التيار الأمامي إلى الصفر تقريبًا.
من الناحية الهيكلية ، الثايرستور عبارة عن سلسلة من أربع طبقات صو ناكتب تشكيل الهيكل ص-ن-ف-نومتصلة في سلسلة.
تسمى إحدى المناطق المتطرفة التي يتصل بها قطب الطاقة الموجب الأنود، ص - نوع
الآخر ، الذي يتصل به قطب الجهد السالب ، يسمى الكاثود، - نوع n
قطب التحكممتصلة بالطبقات الداخلية.
لفهم عمل الثايرستور ، ضع في اعتبارك عدة حالات ، الأولى: لا يتم تطبيق الجهد الكهربائي على قطب التحكم، يتم توصيل الثايرستور وفقًا لدائرة الدينيستور - يتم تزويد القطب الموجب بجهد موجب ، والجهد السالب للقطب السالب ، انظر الشكل.
في هذه الحالة ، يكون المجمع p-n-junction في الثايرستور في حالة مغلقة ، والباعث مفتوح. تتميز الوصلات المفتوحة بمقاومة منخفضة جدًا ، لذلك يتم تطبيق كل الجهد تقريبًا من مصدر الطاقة على تقاطع المجمع ، نظرًا للمقاومة العالية التي يتدفق فيها التيار عبر جهاز أشباه الموصلات منخفضًا جدًا.
على الرسم البياني CVC ، هذه الحالة ذات صلة بالمنطقة المميزة برقم 1 .
مع زيادة مستوى الجهد ، حتى نقطة معينة ، لا يزيد تيار الثايرستور تقريبًا. لكن الوصول إلى مستوى حرج مشروط - تشغيل الجهد يو على، تظهر العوامل في الدينيستور حيث تبدأ الزيادة الحادة في ناقلات الشحن المجاني في تقاطع المجمع ، والذي يرتدي على الفور تقريبًا طبيعة الانهيار الجليدي. نتيجة لذلك ، يحدث انهيار كهربائي قابل للانعكاس (النقطة 2 في الشكل الموضح). في ص- منطقة تقاطع المجمع ، تظهر منطقة زائدة من الشحنات الموجبة المتراكمة ، في ن-المنطقة ، على العكس من ذلك ، هناك تراكم للإلكترونات. تؤدي الزيادة في تركيز ناقلات الشحن المجاني إلى انخفاض في الحاجز المحتمل عند التقاطعات الثلاثة ، ويبدأ حقن حاملات الشحنة من خلال تقاطعات الباعث. تزداد شخصية الانهيار الجليدي أكثر ، وتؤدي إلى تبديل تقاطع المجمع في الحالة المفتوحة. في الوقت نفسه ، يزداد التيار في جميع مناطق أشباه الموصلات ، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد بين الكاثود والأنود ، كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه كقطعة مميزة بالرقم الثالث. في هذه المرحلة من الزمن ، يمتلك الدينيستور مقاومة تفاضلية سالبة. عن المقاومة ص نيرتفع الجهد ومفاتيح أشباه الموصلات.
بعد فتح تقاطع المجمع ، تصبح الخاصية I-V للديويستور هي نفسها الموجودة في الفرع المستقيم - القطعة رقم 4. بعد تبديل جهاز أشباه الموصلات ، ينخفض الجهد إلى مستوى واحد فولت. في المستقبل ، ستؤدي الزيادة في مستوى الجهد أو انخفاض المقاومة إلى زيادة تيار الخرج ، واحد إلى واحد ، وكذلك تشغيل الصمام الثنائي عند تشغيله مباشرة. إذا تم تقليل مستوى جهد الإمداد ، فستتم استعادة المقاومة العالية لتقاطع المجمع على الفور تقريبًا ، يغلق الدينيستور ، ينخفض التيار بشكل حاد.
تشغيل الجهد يو على، يمكن تعديله عن طريق إدخال أي من الطبقات الوسيطة ، بجانب تقاطع المجمع ، حاملات الشحنة الثانوية لذلك.
لهذا الغرض خاص قطب التحكم، مدعوم من مصدر إضافي ، يتبع منه جهد التحكم - يو التحكم. كما يتضح من الرسم البياني ، مع زيادة التحكم في U ، ينخفض جهد التشغيل.
الخصائص الرئيسية للثايرستوريو علىتشغيل الجهد - في ذلك ، يتحول الثايرستور إلى الحالة المفتوحة
Uo6p.max- جهد عكسي نابض متكرر يحدث خلاله انهيار كهربائي للموصل pn. بالنسبة للعديد من الثايرستور ، سيكون التعبير صحيحًا U o6p.max. = يو على
إيماكس- الحد الأقصى المسموح به للقيمة الحالية
أنا الأربعاء- متوسط القيمة الحالية للفترة يو ن ب- انخفاض الجهد المباشر مع الثايرستور المفتوح
Io6p.max- عكس التيار الأقصى الذي يبدأ في التدفق عند تطبيقه Uo6p.max، بسبب حركة ناقلات الشحن الصغيرة
أنا أحملالتيار المستمر - قيمة تيار الأنود الذي يتم فيه قفل الثايرستور
بماكس- أقصى قدر من تبديد الطاقة
ر قبالة- الوقت اللازم لإيقاف تشغيل الثايرستور
الثايرستور قابل للقفل- له أربع طبقات كلاسيكية ص-ن-ف-نهيكل ، ولكن في نفس الوقت لديها عدد من ميزات التصميم التي توفر وظائف مثل التحكم الكامل. بسبب هذا الإجراء من قطب التحكم ، يمكن للثايرستور القابل للقفل الانتقال ليس فقط إلى الحالة المفتوحة من الإغلاق ، ولكن أيضًا من الفتح إلى الإغلاق. للقيام بذلك ، يتم تطبيق جهد على قطب التحكم ، عكس ذلك الذي يفتحه الثايرستور سابقًا. لقفل الثايرستور على قطب التحكم ، يتبعه نبضة تيار سالب قوية ولكنها قصيرة المدة. عند استخدام الثايرستور القابل للقفل ، يجب أن نتذكر أن قيمها الحدية أقل بنسبة 30٪ من القيم التقليدية. في هندسة الدوائر ، يتم استخدام الثايرستور القابل للقفل بشكل نشط كمفاتيح إلكترونية في تقنية المحول والنبض.
على عكس أقاربهم المكونة من أربع طبقات - الثايرستور ، لديهم هيكل من خمس طبقات.
نظرًا لهيكل أشباه الموصلات هذا ، فإنهم قادرون على تمرير التيار في كلا الاتجاهين - من الكاثود إلى القطب الموجب ، ومن القطب الموجب إلى القطب السالب ، ويتم تطبيق الجهد لكلا القطبين على قطب التحكم. بسبب هذه الخاصية ، فإن خاصية الجهد الحالي للتيرستورات لها شكل متماثل في كلا محوري الإحداثيات. يمكنك التعرف على تشغيل التيرستورات من فيديو تعليمي على الرابط أدناه.
مبدأ تشغيل التيرستورات
إذا كان الثايرستور القياسي يحتوي على أنود وكاثود ، فلا يمكن وصف أقطاب التيرستورات بهذه الطريقة ، لأن كل قطب زاوية هو قطب موجب وكاثود في نفس الوقت. لذلك ، فإن التيرستورات قادر على تمرير التيار في كلا الاتجاهين. هذا هو السبب في أنها تعمل بشكل رائع في دوائر التيار المتردد.
دائرة بسيطة للغاية تشرح مبدأ التيرستورات هي منظم طاقة التيرستورات.
بعد تطبيق الجهد على أحد مخرجات التيرستورات ، يتم توفير جهد متناوب. يتم توفير جهد تحكم سلبي للقطب الذي يتحكم في جسر الصمام الثنائي. عندما يتم تجاوز عتبة التشغيل ، يتم إلغاء قفل التيرستورات ويتدفق التيار إلى الحمل المتصل. في الوقت الذي يتغير فيه قطبية الجهد عند إدخال التيرستورات ، يتم قفله. ثم يتم تكرار الخوارزمية.
كلما زاد مستوى جهد التحكم ، زادت سرعة حرائق التيرستورات وزادت مدة النبض عند الحمل. مع انخفاض مستوى جهد التحكم ، تنخفض أيضًا مدة النبضات على الحمل. عند إخراج منظم التيرستورات ، سيكون الجهد مسننًا مع مدة نبض قابلة للتعديل. وبالتالي ، من خلال ضبط جهد التحكم ، يمكننا تغيير سطوع المصباح المتوهج أو درجة حرارة طرف حديد اللحام المتصل كحمل.
لذلك يتم التحكم في التيرستورات بواسطة كل من الجهد الموجب والسالب. دعونا نسلط الضوء على إيجابيات وسلبيات.
الإيجابيات: التكلفة المنخفضة ، عمر الخدمة الطويل ، عدم وجود جهات اتصال ، ونتيجة لذلك ، لا يوجد شرارة أو ثرثرة.
السلبيات: حساسة جدًا للسخونة الزائدة وعادة ما يتم تركيبها على المبرد. لا يعمل على الترددات العالية ، حيث لا يوجد لديه الوقت للتبديل من الفتح إلى المغلق. يستجيب للتدخل الخارجي الذي يسبب إنذارات كاذبة.
وتجدر الإشارة أيضًا إلى ميزات تركيب التيرستورات في التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة.
في حالة الأحمال المنخفضة أو في حالة تدفق التيارات النبضية القصيرة ، يمكن إجراء تركيب التيرستورات بدون المشتت الحراري. في جميع الحالات الأخرى ، فإن وجودها مطلوب بشكل صارم.
يمكن تثبيت الثايرستور في المشتت الحراري بمشبك أو برغي
لتقليل احتمالية حدوث إنذارات خاطئة بسبب الضوضاء ، يجب تقليل طول الأسلاك إلى الحد الأدنى. يوصى باستخدام كبل محمي أو زوج مجدول للتوصيل.
أو البصريات هي أشباه موصلات متخصصة ، وتتمثل ميزة تصميمها في وجود خلية ضوئية ، وهي قطب تحكم.
نوع حديث وواعد من التيرستورات هو مُحدد البصر. بدلاً من إلكترود التحكم ، يوجد مصباح LED في الغلاف ويتم التحكم عن طريق تغيير جهد الإمداد على LED. عندما يضرب تدفق الضوء للطاقة الخلفية ، تقوم الخلية الكهروضوئية بتحويل الثايرستور إلى الوضع المفتوح. تتمثل الوظيفة الأساسية في opto-triac في وجود عزل كلفاني كامل بين دائرة التحكم ودائرة الطاقة. هذا يخلق ببساطة مستوى ممتاز وموثوقية التصميم.
مفاتيح التشغيل. واحدة من النقاط الرئيسية التي تؤثر على الطلب على مثل هذه الدوائر هي الطاقة المنخفضة التي يمكن أن يتبددها الثايرستور في تبديل الدوائر. في حالة القفل ، لا يتم استهلاك الطاقة عمليًا ، لأن التيار قريب من القيم الصفرية. وفي الحالة المفتوحة ، يكون تبديد الطاقة منخفضًا بسبب قيم الجهد المنخفض.
أجهزة العتبة- ينفذون الخاصية الرئيسية للثايرستور - تفتح عندما يصل الجهد إلى المستوى المطلوب. يستخدم هذا في أجهزة التحكم في طاقة الطور ومذبذبات الاسترخاء.
للانقطاع والتوقفتستخدم الثايرستور. صحيح ، في هذه الحالة ، تحتاج المخططات إلى بعض الصقل.
الأجهزة التجريبية- يستخدمون خاصية الثايرستور للحصول على مقاومة سلبية ، كونهم في وضع عابر
مبدأ التشغيل وخصائص الدينيستور ، الدوائر على الدينيستورات |
الدينيستور هو نوع من الصمام الثنائي أشباه الموصلات ينتمي إلى فئة الثايرستور. يتكون الدينيستور من أربع مناطق ذات موصلية مختلفة وله ثلاثة تقاطعات pn. في مجال الإلكترونيات ، وجد استخدامًا محدودًا إلى حد ما ، ويمكن العثور عليه في تصميمات المصابيح الموفرة للطاقة للقاعدة E14 و E27 ، حيث يتم استخدامه في دوائر بدء التشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يأتي عبر كوابح المصابيح الفلورية.