Работа и устройство на тиристор и триак

Абсолютно всеки тиристор може да бъде в две стабилни състояния - затворенили отворен

В затворено състояние той е в състояние на ниска проводимост и почти не тече ток, в отворено състояние, напротив, полупроводникът ще бъде в състояние на висока проводимост, токът преминава през него практически без съпротивление

Можем да кажем, че тиристорът е ключ с електрическо управление. Но всъщност контролният сигнал може да отвори само полупроводника. За да се заключи обратно, е необходимо да се изпълнят условията, насочени към намаляване на тока напред почти до нула.

Структурно тиристорът е последователност от четири слоя стри нтип, образуващ структурата п-н-п-ни свързани последователно.

Една от крайните области, към които е свързан положителният полюс на захранването, се нарича анод, p - тип
Другият, към който е свързан полюсът на отрицателното напрежение, се нарича катод, – тип n
Контролен електродсвързани с вътрешните слоеве.

За да разберете работата на тиристора, разгледайте няколко случая, първият: към управляващия електрод не се прилага напрежение, тиристорът е свързан според динисторната верига - към анода се подава положително напрежение, а към катода - отрицателно напрежение, вижте фигурата.

В този случай колекторният p-n-преход на тиристора е в затворено състояние, а емитерът е отворен. Отворените преходи имат много ниско съпротивление, така че почти цялото напрежение от захранването се прилага към колекторния преход, поради чието високо съпротивление токът, протичащ през полупроводниковото устройство, е много нисък.

На CVC графиката това състояние е подходящо за зоната, маркирана с число 1 .

С повишаване на нивото на напрежение до определена точка токът на тиристора почти не се увеличава. Но достигайки условно критично ниво - напрежение на включване U на, в динистора се появяват фактори, при които започва рязко увеличаване на свободните носители на заряд в колекторния преход, който почти веднага се износва лавинен характер. В резултат на това възниква обратим електрически срив (точка 2 на показаната фигура). AT стр- зоната на колекторния възел се появява излишна зона от натрупани положителни заряди, в н-област, напротив, има натрупване на електрони. Увеличаването на концентрацията на свободни носители на заряд води до падане на потенциалната бариера и на трите прехода и инжектирането на носители на заряд започва през емитерните преходи. Лавинният характер се увеличава още повече и води до превключване на колекторния възел в отворено състояние. В същото време токът се увеличава във всички области на полупроводника, което води до спад на напрежението между катода и анода, показан на графиката по-горе като сегмент, маркиран с числото три. В този момент динисторът има отрицателно диференциално съпротивление. На съпротива R nнапрежението се повишава и полупроводникът се превключва.

След отваряне на колекторния преход I–V характеристиката на динистора става същата като на правия клон - сегмент № 4. След превключване на полупроводниковото устройство напрежението пада до ниво от един волт. В бъдеще повишаването на нивото на напрежението или намаляването на съпротивлението ще доведе до увеличаване на изходния ток, едно към едно, както и работата на диода, когато е директно включен. Ако нивото на захранващото напрежение се намали, високото съпротивление на колекторния възел се възстановява почти мигновено, динисторът се затваря, токът рязко пада.

Включително напрежение U на, може да се регулира чрез въвеждане във всеки от междинните слоеве, до колекторния преход, второстепенни носители на заряд за него.

За целта е създаден специален контролен електрод, захранван от допълнителен източник, от който следва управляващото напрежение - U контрол. Както ясно се вижда от графиката, с увеличаване на U контрола напрежението на включване намалява.

Основни характеристики на тиристорите

U нанапрежение на включване - при него тиристорът преминава в отворено състояние
Uo6p.макс- импулсно повтарящо се обратно напрежение, по време на което възниква електрически пробив на p-n прехода. За много тиристори изразът ще бъде верен U o6p.max . = U включено
Imax- максимално допустимата стойност на тока
I Wed- средна стойност на тока за периода U np- директно падане на напрежението при отворен тиристор
Io6p.макс- обратен максимален ток, който започва да тече при прилагане Uo6p.макс, поради движението на второстепенни носители на заряд
аз държаток на задържане - стойността на анодния ток, при който тиристорът е заключен
Pmax- максимална мощност на разсейване
t изключено- време за изключване, необходимо за изключване на тиристора

Заключващи се тиристори- има класическа четирислойна п-н-п-нструктура, но в същото време има редица конструктивни характеристики, които осигуряват такава функционалност като пълна управляемост. Благодарение на това действие от управляващия електрод, заключващите се тиристори могат да преминат не само в отворено състояние от затворено, но и от отворено в затворено. За да направите това, към управляващия електрод се прилага напрежение, противоположно на това, което тиристорът отваря преди това. За блокиране на тиристора на управляващия електрод следва мощен, но кратък по продължителност импулс с отрицателен ток. При използване на заключващи се тиристори трябва да се помни, че техните гранични стойности са с 30% по-ниски от тези на конвенционалните. В схемотехниката заключващите се тиристори се използват активно като електронни превключватели в преобразувателна и импулсна технология.

За разлика от техните четирислойни роднини - тиристори, те имат петслойна структура.

Благодарение на тази полупроводникова структура те могат да пропускат ток в двете посоки - както от катода към анода, така и от анода към катода, като напрежението на двете полярности се прилага към управляващия електрод. Благодарение на това свойство характеристиката ток-напрежение на триака има симетрична форма в двете координатни оси. Можете да научите за работата на триака от видео урока на връзката по-долу.

Принципът на работа на триака

Ако стандартният тиристор има анод и катод, тогава триак електродите не могат да бъдат описани по този начин, тъй като всеки ъглов електрод е и анод, и катод едновременно. Следователно триакът може да пропуска ток и в двете посоки. Ето защо работи чудесно в AC вериги.

Много проста схема, обясняваща принципа на триак, е регулатор на мощността на триак.

След подаване на напрежение към един от изходите на триака се подава променливо напрежение. Към електрода, който управлява диодния мост, се подава отрицателно управляващо напрежение. Когато прагът на включване бъде превишен, триакът се отключва и токът преминава към свързания товар. В момента, когато полярността на напрежението се промени на входа на триака, той е заключен. След това алгоритъмът се повтаря.

Колкото по-високо е нивото на управляващото напрежение, толкова по-бързо се задейства триакът и продължителността на импулса при натоварване се увеличава. С намаляване на нивото на управляващото напрежение, продължителността на импулсите върху товара също намалява. На изхода на триак регулатора напрежението ще бъде трион с регулируема продължителност на импулса. По този начин, чрез регулиране на управляващото напрежение, можем да променим яркостта на крушка с нажежаема жичка или температурата на накрайника на поялника, свързан като товар.

Така триакът се управлява както от отрицателно, така и от положително напрежение. Нека подчертаем неговите плюсове и минуси.

Плюсове: ниска цена, дълъг експлоатационен живот, без контакти и в резултат на това без искри и бърборене.
Минуси: доста чувствителен към прегряване и обикновено се монтира на радиатор. Не работи при високи честоти, тъй като няма време да превключи от отворен към затворен. Реагира на външна намеса, която предизвиква фалшиви аларми.

Трябва да се спомене и за характеристиките на монтажа на триаци в съвременната електронна технология.

При ниски натоварвания или ако в него протичат къси импулсни токове, инсталирането на триаци може да се извърши без радиатор. Във всички останали случаи присъствието му е задължително.
Тиристорът може да бъде фиксиран към радиатора с монтажна скоба или винт
За да се намали възможността от фалшиви аларми поради шум, дължината на проводниците трябва да бъде сведена до минимум. Препоръчително е да използвате екраниран кабел или усукана двойка за свързване.

Или оптотиристорите са специализирани полупроводници, чиято конструктивна характеристика е наличието на фотоклетка, която е управляващ електрод.

Модерен и обещаващ тип триак е оптозимисторът. Вместо управляващ електрод в корпуса има светодиод и управлението се осъществява чрез промяна на захранващото напрежение на светодиода. Когато удари светлинен поток от обратна мощност, фотоклетката превключва тиристора в отворено положение. Най-основната функция на оптотриак е, че има пълна галванична изолация между управляващата верига и захранващата верига. Това създава просто отлично ниво и надеждност на дизайна.

Клавиши за захранване. Една от основните точки, засягащи търсенето на такива вериги, е ниската мощност, която тиристорът може да разсее в превключващите вериги. В заключено състояние мощността практически не се консумира, тъй като токът е близо до нулеви стойности. А в отворено състояние разсейването на мощността е ниско поради ниските стойности на напрежението.

Прагови устройства- те реализират основното свойство на тиристорите - да се отварят, когато напрежението достигне желаното ниво. Това се използва във фазовите контролери на мощността и релаксиращите осцилатори.

За прекъсване и включване-изключванесе използват тиристори. Вярно е, че в този случай схемите се нуждаят от известно усъвършенстване.

Експериментални устройства- използват свойството на тиристора да има отрицателно съпротивление, намирайки се в преходен режим

Принципът на работа и свойствата на динистора, схеми на динистори

Динисторът е вид полупроводников диод, принадлежащ към класа на тиристорите. Динисторът се състои от четири области с различна проводимост и има три p-n прехода. В електрониката той е намерил доста ограничено приложение, ходейки може да се намери в дизайна на енергоспестяващи лампи за основата E14 и E27, където се използва в схеми за стартиране. Освен това се среща в баласти на флуоресцентни лампи.