Тиристоры

Тиристоры — это обширный класс полупроводниковых приборов, используемых для электронного переключения. Они являются полупроводниковыми устройствами с двумя устойчивыми состояниями, имеющие три или более переходов. Тиристоры охвачены внутренней положительной обратной связью, позволяющей получить увеличение амплитуды выходного сигнала путем подачи части выходного напряжения на вход.

Тиристоры широко используются для регулирования мощностью постоянного и переменного тока. Они используются для включения и выключения мощности, подаваемой в нагрузку, а также для регулирования величиной этой мощности, например для управления освещенностью или скоростью вращения двигателя.

Кремниевые управляемые вентили являются хорошо известным типом тиристоров и обычно называются КУВ.

Они имеют три вывода (анод, катод и управляющий электрод) и используются, главным образом, как переключатели. КУВ по существу являются выпрямителями, так как они управляют током только в одном направлении. Преимущество КУВ перед мощными транзисторами в том, что они могут управлять большими токами во внешней цепи с помощью небольшого управляющего сигнала. КУВ пропускает ток после прекращения действия управляющего сигнала. Если величина тока падает до нуля, КУВ закрывается, и необходимо подать новый управляющий сигнал для возвращения его в открытое состояние. Мощному транзистору требуется для управления током такой же величины управляющий сигнал в десять раз больший, чем необходим КУВ.

КУВ — это твердотельное устройство, изготовленное из кремния диффузионным или диффузионно-сплавным методом и состоящее из четырех полупроводниковых слоев п-типа и р-типа, расположенных поочередно. Четыре слоя прилегают друг к другу, образуя три р-п-перехода. Выводы подсоединены только к трем слоям и образуют анод, катод и управляющий электрод.

Упрощенная схема КУВ

На рисунке

Эквивалентная схема КУВ.

показаны четыре слоя, разделенные на два трехслойных устройства. Это транзисторы типа р-n-р и n-р-n, соединенные между собой так, чтобы образовать пару с положительной обратной связью. Cхематическое изображение этих транзисторов: анод должен иметь положительный потенциал по отношению к катоду, а управляющий электрод — оставаться свободным, п-р-п транзистор не пропускает ток, поскольку на его эмиттер- ный переход не подано напряжение прямого смещения (обеспечиваемое коллектором р-п-р транзистора или управляющим сигналом). А поскольку п-р-п транзистор не пропускает ток, р-п-р транзистор также заперт (так как коллектор п-р-п транзистора обеспечивает смещение на базе р-п-р транзистора). При этих условиях ток не течет от катода к аноду.

Схематическое представление эквивалентной схемы КУВ.

Если на управляющий электрод подать положительное напряжение по отношению к катоду, эмиттерный переход п-р-п транзистора будет смещен в прямом направлении, и п-р-п транзистор откроется, потечет ток базы р-п-р транзистора и откроет его. Коллекторный ток р-п-р транзистора является током базы п-р-п транзистора. Оба транзистора будут поддерживать друг друга в проводящем состоянии, позволяя току течь непрерывно от катода к аноду. Процесс будет происходить даже в том случае, если управляющее напряжение приложено на короткий момент времени. Кратковременная подача управляющего напряжения переключает цепь в проводящее состояние, и она продолжает работать при отключенном управляющем напряжении. Ток анода ограничен только внешней цепью. Для переключения КУВ в непроводящее состояние необходимо уменьшить напряжение анод-катод до нуля. Это обеспечит запирание обоих транзисторов, и они останутся запертыми до тех пор, пока опять не будет подано управляющее напряжение.

КУВ включается положительным управляющим напряжением и выключается уменьшением напряжения анод- катод до нуля. Когда КУВ включен и проводит ток от катода к аноду, его проводимость в прямом направлении достаточно велика. Если изменить полярность напряжения катод-анод, через цепь, проводимость которой резко уменьшится, будет течь только маленький ток утечки.

Схематическое обозначение КУВ

Cхематическое обозначение КУВ. Оно представляет собой обозначение диода, к которому подсоединен управляющий электрод. Выводы обычно обозначаются буквами К (катод), А (анод) и У (управляющий электрод). 

Правильно смещенный КУВ

Правильно смещенный КУВ

Переключатель используется для подачи и снятия управляющего напряжения. Резистор RG используется для ограничения тока управляющего электрода. Напряжение между анодом и катодом обеспечивается источником переменного напряжения. Последовательно включенный резистор (Rl) используется для ограничения тока анод-катод во включенном состоянии. Без резистора RL через КУВ может течь слишком большой ток, способный повредить его.

КУВ используются, главным образом, для управления подачей мощности постоянного и переменного тока на различные типы нагрузок, а также в качестве переключателей для включения и выключения цепей. Они также могут быть использованы для плавной регулировки мощности, подаваемой на нагрузку. При использовании КУВ, малый ток управляющего электрода может управлять большим током нагрузки.

Когда КУВ используется в цепи постоянного тока, не существует простого метода его выключения без снятия напряжения с нагрузки. Эту проблему можно решить путем подсоединения выключателя параллельно КУВ. Когда переключатель S2 включен, он закорачивает КУВ. Это уменьшает напряжение между анодом и катодом до нуля, прямой ток падает, и КУВ выключается.

Выключение питания в цепи постоянного тока

Когда КУВ используется в цепи переменного тока, он проводит ток только в течение половины каждого периода переменного тока, когда потенциал анода положителен по отношению к катоду. Когда управляющий ток приложен к электроду постоянно, КУВ проводит постоянно. Если управляющий ток электрода отсутствует в течение половины периода, КУВ выключается и остается выключенным до тех пор, пока на управляющий электрод ток не будет подан снова. Необходимо отметить, что при этом на нагрузку подается только половина мощности. КУВ можно ис-

пользовать для управления током в течение обоих полупериодов каждого цикла, если выпрямить переменный управляющий ток перед подачей на КУВ.

Однополупериодная цепь управления

Простая однополупериодная регулирующая цепь. Цепь обеспечивает фазовый сдвиг напряжения, подаваемого на анод, на угол от нуля до 90 градусов. Диод D1блокирует подачу на управляющий электрод напряжения обратной полярности в течение отрицательного полупериода напряжения, приложенного к аноду

Рейтинг: 0 / Голосов: 2