Що таке тиристор і як він працює

Щоб зрозуміти як працює схема, необхідно знати дію і призначення кожного з елементів. У цій статті розглянемо принцип роботи тиристора, різні види і режими роботи, характеристики і види. Постараємося пояснити все максимально доступно, щоб було зрозуміло навіть для початківців. 

Що таке тиристор, його пристрій і позначення на схемі

Тиристор – напівпровідниковий елемент, який має тільки два стани: «відкрито» (струм проходить) і «закрито» (струму немає). Причому обидва стану стійкі, тобто перехід відбувається тільки за певних умов. Саме перемикання відбувається дуже швидко, хоч і не миттєво.

Так виглядають тиристори

За способом дії його можна порівняти з перемикачем або ключем. Ось тільки переключається тиристор за допомогою напруги, а відключається зникненням струму або зняттям навантаження. Так що принцип роботи тиристора зрозуміти нескладно. Можна представляти його як ключ з електронним управлінням. Так, та не зовсім.

Тиристор, як правило, має три виходи. Один керуючий і два, через які протікає струм. Можна спробувати коротко описати принцип роботи. При подачі напруги на керуючий вихід, комутується ланцюг через анод-колектор. Тобто, його можна порівняти з транзистором. Тільки з тією різницею, що у транзистора величина пропускається струму залежить від поданого на керуючий висновок напруги. А тиристор або повністю відкритий, або повністю закритий.

Зовнішній вигляд

Зовнішній вигляд тиристора залежить від дати його виробництва. Елементи часів Радянського Союзу – металеві, у вигляді “літаючої тарілки” з трьома висновками. Два висновки – катод і керуючий електрод – знаходяться на «дні» або «кришці» (це з якого боку дивитися). Причому електрод управління менше за розмірами. Анод може перебувати з протилежного боку від катода, або стирчати убік з-під шайби, яка є на корпусі.

Два види тиристорів – сучасні і радянські, позначення на схемах

Сучасні тиристори виглядають по-іншому. Це невеликий пластиковий прямокутник з металевою пластиною зверху і трьома висновками-ніжками знизу. У сучасному варіанті є одна незручність: треба дивитися в описі який з висновків анод, де катод і керуючий електрод. Як правило, перший – анод, потім катод і крайній правий – це електрод. Але це як правило, тобто, не завжди.

Принцип роботи

За принципом дії, тиристор можна ще порівняти з діодом. Пропускати струм він буде в одному напрямку – від анода до катода, але відбуватися це буде тільки в стані «відкрито». На схемах тиристор схожий на діод. Також є анод і катод, але є ще додатковий елемент – керуючий електрод. Ясна річ, є відмінності і в вихідній напрузі (якщо порівнювати з діодом).

Принцип роботи тиристора в пристроях змінної напруги: на виході є тільки верхня частина синусоїди

У схемах змінної напруги тиристор буде пропускати тільки одну півхвилю – верхню. Коли приходить нижня полуволна, він скидається в стан «закрито».

Принцип роботи тиристора простими словами

Розглянемо принцип роботи тиристора. Стартове стан елемента – закрита. «Сигналом» до переходу в стан «відкрито» є поява напруги між анодом і керуючим виводом. Повернути тиристор в стан «закрито» можна двома способами:

  • зняти навантаження;
  • зменшити струм нижче струму утримання (одна з технічних характеристик).

У схемах з змінною напругою, як правило, скидається тиристор за другим варіантом. Змінний струм у побутовій мережі має синусоїдальну форму, коли його значення наближається до нуля і відбувається скидання. У схемах, які живляться від джерел постійного струму, треба або примусово прибирати харчування, або знімати навантаження.

Після зняття відмикає напруги, тиристор залишається у відкритому стані (лампочка горить)

Тобто, працює тиристор в схемах з постійним і змінним напругою по-різному. У схемі постійної напруги, після короткочасного появи напруги між анодом і керуючим виводом, елемент переходить в стан «відкрито». Далі може бути два варіанти розвитку подій:

  • Стан «відкрито» тримається навіть після того, як напруга анод-вихід управління пропало. Таке можливо якщо напруга, подане на анод-керуючий висновок, вище ніж неотпірающее напруга (ці дані є в технічних характеристиках). Припиняється проходження струму через тиристор, фактично тільки розривом ланцюга або вимиканням джерела живлення. Причому виключення / обрив ланцюга можуть бути дуже короткочасними. Після відновлення ланцюга, струм не тече до тих пір, поки на анод-керуючий висновок знову не подадуть напругу.
  • Після зняття напруги (воно менше ніж відмикає) тиристор відразу переходить в стан «закрито».

Так що в схемах постійного струму є два варіанти використання тиристора – з утриманням відкритого стану і без. Але частіше застосовують по першому типу – коли він залишається відкритим.

Якщо говорити про внутрішній устрій, то це три переходу P-N-P-N

Принцип роботи тиристора в схемах змінної напруги відрізняється. Там повернення в замкнений стан відбувається «автоматично» – при падінні сили струму нижче порога утримання. Якщо напруга на анод-катод подавати постійно, на виході тиристора отримуємо імпульси струму, які йдуть з певною частотою. Саме так побудовані імпульсні блоки живлення. За допомогою тиристора вони перетворять синусоїду в імпульси.

Перевірка працездатності

Перевірити тиристор можна або за допомогою мультиметра, або створивши простеньку перевірочну схему. Якщо при прозвонке мати перед очима технічні характеристики, можна заодно перевірити опір переходів.

Один з видів: силовий Т122-25

прозвонка мультиметром

Для початку розберемо прозвонку мультиметром. Переводимо прилад в режим прозвонки.

На цифрові мультиметри є режим прозвонки, який дозволяє перевіряти напівпровідникові прилади

Далі по черзі торкаємося щупами до парам висновків:

  • При підключенні щупів до анода і катода, прилад повинен показувати обрив – «1» або «OL» в залежності від мультиметра. Якщо відображаються інші показники хоч в одному напрямку, тиристор пробитий.
  • Між анодом і керуючим електродом (висновком) має бути невеликий опір в одному з напрямків. В протилежному – обрив. Якщо в обох напрямках або обрив, або невеликий опір – елемент пошкоджений.

    Перевірка тиристора за допомогою мультиметра. На лівому малюнку на табло відображається «1», тобто опір між анодом і катодом занадто велика і прилад не може його зафіксувати. На правому малюнку опір невелике, так як подано пряме напруга зсуву між анодом і керуючим електродом

Зверніть увагу, що величина опору у різних серій різна – на це не варто звертати особливої ​​уваги. Якщо хочете перевірити і опір переходів, подивіться в технічних характеристиках.

Схема перевірки працездатності тиристора мультиметром

На малюнку представлені схеми випробувань. Крайній праворуч малюнок – вдосконалений варіант з кнопкою, яку встановлюють між катодом і керуючим виводом. Для того щоб мультиметр зафіксував протікає по ланцюгу струм, короткочасно натискаємо на кнопку.

За допомогою лампочки і джерела постійного струму (батарейка теж піде)

Якщо мультиметра немає, можна перевірити тиристор за допомогою лампочки і джерела живлення. Підійде навіть звичайна батарейка або будь-який інший джерело постійної напруги. Ось тільки напруга повинна бути достатньою для того, щоб засвітити лампочку. Буде потрібно ще опір або звичайний шматок дроту. З цих елементів збирається проста схема:

Схема перевірки тиристора за допомогою лампочки і джерела живлення

  • Плюс від джерела живлення подаємо на анод.
  • До катода підключаємо лампочку, другий її висновок підключаємо до мінуса джерела живлення. Лампочка не горить, так як термістор замкнений.
  • На короткий час (за допомогою шматка дроту або опору) з’єднуємо анод і керуючий висновок.
  • Лампочка загоряється і продовжує горіти, хоча перемичка прибрана. Термістор залишається у відкритому стані.
  • Якщо викрутити лампочку або вимкнути джерело живлення, то лампочка, природно, згасне.
  • Якщо відновити ланцюг / харчування, вона не загориться.

Заодно з перевіркою, ця схема дозволяє зрозуміти принцип роботи тиристора. Адже картинка виходить дуже наочною і зрозумілою.

Види тиристорів і їх особливі властивості

Напівпровідникові технології все ще розробляються і удосконалюються. За кілька десятиліть з’явилися нові різновиди тиристорів, які мають деякі відмінності.

  • Діністори або діодні тиристори. Відрізняються тим, що мають тільки два висновки. Відкриваються подачею на анод і катод високої напруги у вигляді імпульсу. Називають ще «некеровані тиристори».
  • Тріністори або тріодних тиристори. У них є керуючий електрод, але керуючий імпульс може подаватися:
    • На керуючий вихід і катод. Назва – з управлінням катодом.
    • На керуючий електрод і анод. Відповідно – управління анодом.

Тиристори можуть управлятися як з анода, так і з катода

Є також різні види тиристорів за способом замикання. В одному випадку досить зменшення анодного струму нижче рівня струму утримання. В іншому випадку – подається замикаюча напруга на керуючий електрод.

за провідності

Ми говорили, що проводять тиристори струм тільки в одному напрямку. Зворотною провідності немає. Такі елементи називають обернено-непровідні, але існують не тільки такі. Є й інші варіанти:

  • Мають невисоку зворотна напруга, називаються назад-які проводять.
  • З ненормованої зворотного провідністю. Ставлять в схемах, де зворотна напруга виникнути не може.
  • Сімістори. Симетричні тиристори. Проводять струм в обох напрямках.

Розрізняють в основному, за типом провідності і способу управління

Тиристори можуть працювати в режимі ключа. Тобто при надходженні імпульсу управління подавати струм на навантаження. Навантаження, в цьому випадку, розраховується виходячи з напруги в відкритому вигляді. Треба також враховувати найбільшу рассеиваемую потужність. Ось в цьому випадку краще вибирати металеві моделі у вигляді «літаючої тарілки». До них зручно прилаштовувати радіатор – для більш швидкого охолодження.

Класифікація за особливим режимам роботи

Ще можна виділити наступні підвиди тиристорів:

  • Замикаються і незапіраемие. Принцип роботи тиристора незапіраемого трохи інший. Він знаходиться у відкритому стані коли плюс прикладений до анода, мінус – на катоді. Переходить в закрите стані при зміні полярності.
  • Швидкодіючі. Мають малий час переходу з одного стану в інший.
  • Імпульсні. Дуже швидко переходить з одного стану в інше, використовується в схемах з імпульсними режимами роботи.

Основне призначення – включення і виключення потужного навантаження за допомогою малопотужних керуючих сигналів

Основна область використання тиристорів – в якості електронного ключа, службовця для замикання і розмикання електричного кола. Загалом багато звичних пристроїв побудовані на тиристорах. Наприклад, гірлянда з біжать вогнями, випрямлячі, імпульсні джерела струму, випрямлячі і багато інших.

Характеристики та їх значення

Деякі тиристори можуть комутувати дуже великі струми, в цьому випадку їх називають силовими тиристорами. Вони виготовляються в металевому корпусі – для кращого відведення тепла. Невеликі моделі з пластиковим корпусом – це зазвичай малопотужні варіанти, які використовують в малоточних схемах. Але, завжди є винятки. Так що для кожної конкретної мети підбирають опцію. Підбирають, ясна річ, за параметрами. Ось основні:

  • Максимальний прямий струм. Значення струму, який може протікати через анод-катод. У потужних моделей він може досягати сотень Ампер.
  • Максимально допустимий зворотний струм. Вказується не для всіх видів, тільки у зворотньо-які проводять.
  • Пряме напруга. Це максимально допустимий падіння напруги в відкритому стані при проходженні максимального струму.
  • Напруга включення. Мінімальний рівень сигналу, що управляє, при якому тиристор спрацює.

    приклад характеристик

  • Утримує струм. Якщо струм, що протікає через анод-катод нижче за це значення, пристрій переходить в замкнений стан.
  • Мінімальний струм керуючого сигналу. При подачі струму нижче за це значення, елемент не відкриється.
  • Максимальний струм управління. Якщо перевищити цей параметр, p-n перехід вийде з ладу.
  • Потужність, що розсіюється. Визначає величину підключається навантаження.

Є ще динамічний параметр – час переходу із закритого у відкрите стан. У деяких схемах це важливо. Може ще вказуватися тип швидкодії: за часом відмикання або за часом замикання.

Ссылка на основную публикацию