Praca i urządzenie tyrystora i triaka
Absolutnie każdy tyrystor może znajdować się w dwóch stabilnych stanach - Zamknięte lub otwarty
W stanie zamkniętym jest w stanie niskiej przewodności i prawie nie płynie prąd, w stanie otwartym natomiast półprzewodnik będzie w stanie wysokiej przewodności, prąd przepływa przez niego praktycznie bez oporu
Można powiedzieć, że tyrystor jest kluczem sterowanym energią elektryczną. Ale w rzeczywistości sygnał sterujący może tylko otworzyć półprzewodnik. Aby go zablokować, konieczne jest spełnienie warunków mających na celu zmniejszenie prądu przewodzenia prawie do zera.
Strukturalnie tyrystor jest sekwencją czterech warstw p oraz n typ tworzący strukturę p-n-p-n i połączone szeregowo.
Jednym z ekstremalnych obszarów, do którego podłączony jest dodatni biegun mocy, jest anoda, p - typ
Drugi, do którego podłączony jest biegun ujemny, nazywa się katoda, – n typ
Elektroda kontrolna połączone z warstwami wewnętrznymi.
Aby zrozumieć działanie tyrystora, rozważ kilka przypadków, pierwszy: napięcie nie jest podawane na elektrodę kontrolną, tyrystor jest podłączony zgodnie z obwodem dinstora - do anody dostarczane jest napięcie dodatnie, a do katody napięcie ujemne, patrz rysunek.
W tym przypadku kolektor p-n-złącze tyrystora jest w stanie zamkniętym, a emiter jest otwarty. Otwarte złącza mają bardzo niską rezystancję, więc prawie całe napięcie z zasilacza jest doprowadzane do złącza kolektora, dzięki dużej rezystancji, której prąd płynący przez urządzenie półprzewodnikowe jest bardzo niski.
Na wykresie CVC ten stan dotyczy obszaru oznaczonego liczbą 1 .
Wraz ze wzrostem poziomu napięcia do pewnego momentu prąd tyrystora prawie nie wzrasta. Ale osiągnięcie warunkowego poziomu krytycznego - napięcie włączania U wł. w dinistorze pojawiają się czynniki, przy których rozpoczyna się gwałtowny wzrost nośników ładunków swobodnych w złączu kolektora, które prawie natychmiast się zużywa lawinowy charakter. W rezultacie następuje odwracalna awaria elektryczna (punkt 2 na pokazanym rysunku). W p- obszar złącza kolektora, pojawia się strefa nadmiaru nagromadzonych ładunków dodatnich, w n-region, przeciwnie, występuje nagromadzenie elektronów. Wzrost stężenia nośników ładunków swobodnych prowadzi do spadku bariery potencjału na wszystkich trzech złączach, a wstrzykiwanie nośników ładunku rozpoczyna się przez złącza emiterowe. Charakter lawinowy wzrasta jeszcze bardziej i prowadzi do przełączania złącza kolektora w stanie otwartym. Jednocześnie prąd wzrasta we wszystkich obszarach półprzewodnika, powodując spadek napięcia między katodą a anodą, pokazany na powyższym wykresie jako odcinek oznaczony cyfrą trzy. W tym momencie dinstor ma ujemną rezystancję różnicową. O oporze R n wzrosty napięcia i przełączniki półprzewodnikowe.
Po otwarciu złącza kolektora charakterystyka I–V dinistora staje się taka sama jak na odgałęzieniu prostym - odcinek nr 4. Po przełączeniu urządzenia półprzewodnikowego napięcie spada do poziomu jednego wolta. W przyszłości wzrost poziomu napięcia lub spadek rezystancji doprowadzi do wzrostu prądu wyjściowego jeden do jednego, a także działania diody przy bezpośrednim włączeniu. Jeśli poziom napięcia zasilania zostanie obniżony, wysoka rezystancja złącza kolektora zostanie przywrócona niemal natychmiast, dinistor zamyka się, prąd gwałtownie spada.
Napięcie włączenia U wł., można regulować, wprowadzając do którejkolwiek z warstw pośrednich, obok złącza kolektora, dla niej drobne nośniki ładunku.
W tym celu specjalny elektroda kontrolna, zasilany z dodatkowego źródła, z którego wynika napięcie sterujące - U kontroli. Jak wyraźnie widać na wykresie, wraz ze wzrostem regulacji U spada napięcie załączenia.
Główne cechy tyrystorówU wł. napięcie włączenia - w nim tyrystor przechodzi w stan otwarty
Uo6p.maks.- pulsujące powtarzalne napięcie wsteczne, podczas którego następuje przebicie elektryczne złącza p-n. Dla wielu tyrystorów wyrażenie będzie prawdziwe U o6p.maks. = U wł.
Imax- maksymalna dopuszczalna wartość prądu
ja śr- średnia wartość prądu za okres U np- bezpośredni spadek napięcia przy otwartym tyrystorze
Io6p.maks.- odwrócony maksymalny prąd zaczyna płynąć po zastosowaniu Uo6p.maks., ze względu na ruch drobnych nośników ładunku
trzymam prąd podtrzymania - wartość prądu anodowego, przy którym tyrystor jest zablokowany
Pmax- maksymalne rozpraszanie mocy
t off- czas wyłączenia wymagany do wyłączenia tyrystora
Zamykane tyrystory- posiada klasyczny czterowarstwowy p-n-p-n struktury, ale jednocześnie posiada szereg cech konstrukcyjnych, które zapewniają taką funkcjonalność jak pełna sterowalność. Dzięki temu działaniu elektrody sterującej, blokowane tyrystory mogą przechodzić nie tylko do stanu otwartego z zamkniętego, ale także z otwartego do zamkniętego. Aby to zrobić, do elektrody sterującej przykładane jest napięcie, przeciwne do tego, które wcześniej otwierał tyrystor. Aby zablokować tyrystor na elektrodzie sterującej, następuje silny, ale krótkotrwały ujemny impuls prądu. Stosując blokowane tyrystory należy pamiętać, że ich wartości graniczne są o 30% niższe niż w przypadku konwencjonalnych. W inżynierii obwodów blokowane tyrystory są aktywnie wykorzystywane jako przełączniki elektroniczne w technologii przekształtnikowej i impulsowej.
W przeciwieństwie do swoich czterowarstwowych krewnych - tyrystorów, mają pięciowarstwową strukturę.
Dzięki tej półprzewodnikowej budowie są w stanie przepuszczać prąd w obu kierunkach - zarówno od katody do anody, jak i od anody do katody, a do elektrody sterującej przykładane jest napięcie o obu biegunowościach. Dzięki tej właściwości charakterystyka prądowo-napięciowa triaka ma postać symetryczną w obu osiach współrzędnych. Możesz dowiedzieć się o działaniu triaka z samouczka wideo pod poniższym linkiem.
Zasada działania triaka
Jeżeli standardowy tyrystor ma anodę i katodę, to nie można w ten sposób opisać elektrod triakowych, ponieważ każda elektroda narożna jest jednocześnie anodą i katodą. Dlatego triak jest w stanie przepuszczać prąd w obu kierunkach. Dlatego świetnie sprawdza się w obwodach prądu przemiennego.
Bardzo prostym układem wyjaśniającym zasadę działania triaka jest regulator mocy triaka.
Po podaniu napięcia na jedno z wyjść triaka podawane jest napięcie przemienne. Do elektrody sterującej mostkiem diodowym dostarczane jest ujemne napięcie sterujące. Po przekroczeniu progu włączenia triak zostaje odblokowany i prąd płynie do podłączonego obciążenia. W momencie zmiany polaryzacji napięcia na wejściu triaka zostaje on zablokowany. Następnie algorytm się powtarza.
Im wyższy poziom napięcia sterującego, tym szybciej wyzwalany jest triak, a czas trwania impulsu na obciążeniu wzrasta. Wraz ze spadkiem poziomu napięcia sterującego zmniejsza się również czas trwania impulsów na obciążeniu. Na wyjściu regulatora triakowego napięcie będzie piłokształtne z regulowanym czasem trwania impulsu. W ten sposób, regulując napięcie sterujące, możemy zmienić jasność żarówki lub temperaturę grota lutownicy podłączonej jako obciążenie.
Tak więc triak jest sterowany zarówno napięciem ujemnym, jak i dodatnim. Podkreślmy jego zalety i wady.
Plusy: niski koszt, długa żywotność, brak styków, a co za tym idzie brak iskrzenia i trzaskania.
Minusy: dość wrażliwy na przegrzanie i zwykle montowany na grzejniku. Nie działa przy wysokich częstotliwościach, ponieważ nie ma czasu na przełączenie z otwartego na zamknięte. Reaguje na zakłócenia zewnętrzne, które powodują fałszywe alarmy.
Należy również wspomnieć o cechach montażu triaków w nowoczesnej technice elektronicznej.
Przy niskich obciążeniach lub jeśli płyną w nim krótkie impulsy prądowe, instalację triaków można przeprowadzić bez radiatora. We wszystkich innych przypadkach jego obecność jest bezwzględnie wymagana.
Tyrystor można przymocować do radiatora za pomocą klipsa montażowego lub śruby
Aby zmniejszyć możliwość fałszywych alarmów spowodowanych hałasem, długość przewodów powinna być ograniczona do minimum. Do połączenia zaleca się użycie kabla ekranowanego lub skrętki.
Lub tyrystory to wyspecjalizowane półprzewodniki, których cechą konstrukcyjną jest obecność fotokomórki, która jest elektrodą kontrolną.
Nowoczesnym i obiecującym typem triaka jest optosimistor. Zamiast elektrody sterującej w obudowie znajduje się dioda LED, a sterowanie odbywa się poprzez zmianę napięcia zasilania na diodzie. Kiedy uderzy strumień świetlny mocy wstecznej, fotokomórka przełącza tyrystor do pozycji otwartej. Najbardziej podstawową funkcją optotriaka jest całkowita izolacja galwaniczna między obwodem sterowania a obwodem mocy. Stwarza to po prostu doskonały poziom i niezawodność projektu.
Klawisze zasilania. Jednym z głównych punktów wpływających na zapotrzebowanie na takie obwody jest niska moc, jaką tyrystor może rozpraszać w obwodach przełączających. W stanie zablokowanym moc praktycznie nie jest zużywana, ponieważ prąd jest zbliżony do wartości zerowych. A w stanie otwartym rozpraszanie mocy jest niskie ze względu na niskie wartości napięcia.
Urządzenia progowe- realizują główną właściwość tyrystorów - otwierają się, gdy napięcie osiągnie pożądany poziom. Jest to wykorzystywane w fazowych regulatorach mocy i oscylatorach relaksacyjnych.
Do przerywania i włączania stosowane są tyrystory. To prawda, że w tym przypadku schematy wymagają dopracowania.
Urządzenia eksperymentalne- wykorzystują właściwość tyrystora, aby mieć ujemną rezystancję, będąc w trybie przejściowym;
Zasada działania i właściwości dinistora, obwody na dinistorach |
Dinistor to rodzaj diody półprzewodnikowej należącej do klasy tyrystorów. Dinistor składa się z czterech obszarów o różnej przewodności i ma trzy złącza p-n. W elektronice znalazł dość ograniczone zastosowanie, chodząc można go znaleźć w konstrukcjach lamp energooszczędnych do podstawy E14 i E27, gdzie jest stosowany w obwodach rozruchowych. Ponadto spotyka się go w statecznikach lamp fluorescencyjnych.