Paano Gumagana ang Thyristors (SCR) - Tutorial

Karaniwan ang isang SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​na kilala rin sa pangalang Thyristor ay gumagana tulad ng isang transistor.

Ano ang Paninindigan ng SCR

Nakuha ng aparato ang pangalan nito (SCR) dahil sa multi layered semiconductor na panloob na istraktura na tumutukoy sa salitang 'silicon' sa simula ng pangalan nito.

Ang pangalawang bahagi ng pangalang 'Kinokontrol' ay tumutukoy sa terminal ng gate ng aparato, na pinalitan ng isang panlabas na signal upang makontrol ang pag-aktibo ng aparato, at samakatuwid ang salitang 'Kontrolado'.

At ang term na 'Rectifier' ay nangangahulugan ng pag-aari ng pagwawasto ng SCR kapag ang gate nito ay napalitaw at pinapayagan na dumaloy ang kuryente sa kanyang anode papunta sa mga terminal ng cathode, maaaring ito ay kapareho ng pagwawasto na may isang diode ng rectifier.

Nilinaw ng paliwanag sa itaas kung paano gumagana ang aparato tulad ng isang 'Silicon Controlled Rectifier'.

Kahit na ang isang SCR ay nagtutuwid tulad ng isang diode, at ginagaya ang isang transistor dahil sa tampok na pag-trigger nito na may isang panlabas na signal, ang isang panloob na pagsasaayos ng SCR ay binubuo ng isang apat na layer na pag-aayos ng semiconductor (PNPN) na binubuo ng 3 serye ng PN junction, hindi katulad ng isang diode na may isang 2-layer (PN) o isang transistor na may kasamang isang tatlong layer (PNP / NPN) na pagsasaayos ng semiconductor.

Maaari kang mag-refer sa sumusunod na imahe para sa pag-unawa sa panloob na layout ng ipinaliwanag na mga semiconductor junction, at kung paano gumagana ang Thyristors (SCR).

Ang isa pang pag-aari ng SCR na malinaw na tumutugma sa isang diode ay ang mga unidirectional na katangian na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy lamang sa isang direksyon sa pamamagitan nito, at hadlangan mula sa kabilang panig habang naka-ON ito, na sinabing ang mga SCR ay may isa pang dalubhasang kalikasan na nagpapahintulot sa kanila na mapatakbo bilang isang bukas na switch habang nasa nakabukas na mode na OFF.

Ang dalawang matinding mode na paglipat na ito sa SCRs ay naghihigpit sa mga aparatong ito mula sa mga amplifying signal at hindi ito maaaring gamitin tulad ng transistors para sa pag-amplfying ng isang pulsating signal.

Ang mga siper na kinokontrol ng silikon o ang mga SCR tulad ng Triacs, Diacs, oUJT's na lahat ay may pag-aari ng gumaganap tulad ng mabilis na paglipat ng solidong AC switch habang kinokontrol ang isang naibigay na potensyal o kasalukuyang AC.

Kaya para sa mga inhinyero at libangan ang mga aparatong ito ay naging isang mahusay na pagpipilian ng solidong paglipat ng estado pagdating sa pag-aayos ng mga aparatong lumilipat ng AC tulad ng mga lamp, motor, dimmer switch na may maximum na kahusayan.

Ang isang SCR ay isang 3 terminal semiconductor aparato na kung saan ay itinalaga bilang Anode, Cathode at ang Gate, na kung saan ay panloob na ginawa sa 3 P-N junction, pagkakaroon ng pag-aari upang lumipat sa isang napakataas na bilis.

Sa gayon ang aparato ay maaaring ilipat sa anumang ninanais na rate at diskretong itakda ang ON / OFF na mga panahon, para sa pagpapatupad ng isang partikular na average na switch ON o i-switch ang oras ng OFF sa isang pagkarga.

Sa teknikal na paraan, ang layout ng isang SCR o isang thyristor ay maaaring maunawaan sa pamamagitan ng paghahambing nito sa isang pares ng mga transistors (BJT) na konektado sa likod sa likod na pagkakasunud-sunod, upang mabuo tulad ng isang pantulong na nagbabagong pares ng mga switch, tulad ng ipinakita sa sumusunod na imahe :

Ang Thyristors Dalawang Transistor Analogy

Ipinapakita ng dalawang transistor na katumbas na circuit na ang kasalukuyang kolektor ng NPN transistor TR2 feed direkta sa base ng PNP transistor TR1, habang ang kasalukuyang kolektor ng TR1 ay kumakain sa base ng TR2.

Ang dalawang magkakaugnay na transistor na ito ay umaasa sa bawat isa para sa pagpapadaloy habang ang bawat transistor ay nakakakuha ng kasalukuyang base-emitter na kasalukuyang mula sa kasalukuyang kolektor-emitter ng iba pa. Kaya hanggang sa ang isa sa mga transistors ay bibigyan ng ilang kasalukuyang kasalukuyang walang maaaring mangyari kahit na mayroong isang boltahe ng Anode-to-Cathode na naroroon.

Ang pagtulad sa topograpiyang SCR na may dalawang pagsasama sa transistor ay nagsisiwalat ng pagbuo na nasa isang paraan tulad ng kasalukuyang kolektor ng NPN transistor na nagbibigay ng diretso sa base ng PNP transistor TR1, habang ang kasalukuyang kolektor ng TR1 ay kumokonekta sa supply sa base ng TR2.

Ang simulate na dalawang pagsasaayos ng transistor ay tila magkakabit at umakma sa bawat iba pang pagpapadaloy sa pamamagitan ng pagtanggap ng base drive mula sa kasalukuyang tagadala ng kolektor ng iba pa, ginagawang napakahalaga ng boltahe ng gate at tinitiyak na ang ipinakitang pagsasaayos ay hindi maaaring magsagawa hanggang ang isang potensyal na gate ay mailalapat, kahit na sa pagkakaroon ng anode sa katod na potensyal ay maaaring maging paulit-ulit.

Sa isang sitwasyon kung kailan ang anode lead ng aparato ay mas negatibo kaysa sa cathode nito, pinapayagan ang N-P junction na manatiling bias, ngunit tinitiyak ang panlabas na P-N junction na baligtarin tulad na kumilos ito tulad ng isang karaniwang diode ng rectifier.

Ang pag-aari na ito ng isang SCR ay nagbibigay-daan sa ito upang harangan ang isang pabalik na kasalukuyang daloy, hanggang sa isang makabuluhang mataas na lakas ng boltahe na maaaring lampas sa tuka nito na mga detalye ay naipataw sa nabanggit na mga lead, na pinipilit ang SCR na magsagawa kahit na wala ang isang gate drive .

Ang nasa itaas ay tumutukoy sa isang kritikal na katangian ng mga thyristor na maaaring maging sanhi ng pag-trigger ng aparato nang hindi kanais-nais sa pamamagitan ng isang pabalik na boltahe na mataas na boltahe at / o isang mataas na temperatura, o isang mabilis na lalong dv / dt boltahe na lumilipas.

Ngayon ipagpalagay na sa isang sitwasyon kung saan nakakaranas ng mas positibong karanasan ang terminal ng Anode hinggil sa lead ng cathode, nakakatulong ito sa panlabas na P-N junction na maging bias na pasulong, bagaman ang gitnang kantong P-N ay patuloy na mananatiling baligtarin. Dahil dito sinisiguro nito na ang kasalukuyang pasulong ay na-block din.

Samakatuwid kung sakaling ang isang positibong senyas na sapilitan sa kabuuan ng NPN transistor TR2 ay nagreresulta sa pagdaan ng kasalukuyang kolektor patungo sa base f TR1, na kung saan ay pinipilit ang kasalukuyang kolektor na pumasa patungo sa transistor ng TR1 ng PNP na nagpapalakas ng base drive ng TR2 at ng napalakas ang proseso.

Pinapayagan ng kundisyon sa itaas ang dalawang mga transistor upang mapagbuti ang kanilang pagpapadaloy hanggang sa punto ng saturation dahil sa kanilang ipinakita na regenerative na feedback loop ng loop na pinapanatili ang sitwasyon na magkakabit at naka-latched.

Kaya't sa sandaling ma-trigger ang SCR, pinapayagan nitong dumaloy ang isang kasalukuyang mula sa anode patungo sa katod na may kaunting paglaban lamang sa unahan na papasok sa daanan, na tinitiyak ang isang mahusay na pagpapadaloy at pagpapatakbo ng aparato ..

Kapag napailalim sa isang AC, maaaring harangan ng SCR ang parehong mga pag-ikot ng AC hanggang ang SCR ay inaalok na may isang nag-uudyok na boltahe sa kanyang gate at katod, na agad na pinapayagan ang positibong kalahating ikot ng AC na dumaan sa mga lead ng anode cathode, at nagsisimula ang aparato sa paggaya ng isang karaniwang diode ng tagatuwid, ngunit hangga't mananatili lamang na nakabukas ang gatilyo ng gate, binabasag ng pagpapadaloy ang sandali na natanggal ang gatilyo ng gate.

Ang ipinatutupad na boltahe-kasalukuyang o I-V na mga katangian ng kurba para sa pag-aktibo ng isang silikon na kinokontrol na tagapagtama ay maaaring masaksihan sa sumusunod na imahe:

Mga Curve ng Katangian ng Thyristor I-V

Gayunpaman Para sa isang pag-input ng DC, sa sandaling ang thyristor ay na-trigger ON, dahil sa ipinaliwanag na regenerative conduction ay sumasailalim ito ng isang latching na aksyon na tulad ng anode sa cathode conduction na humahawak at patuloy na isinasagawa kahit na ang gatilyo ng gate ay tinanggal.

Kaya para sa isang kuryente sa DC ang gate ay tuluyang nawawala ang impluwensya nito sa sandaling ang unang nag-trigger na pulso ay inilapat sa buong gate ng aparato na tinitiyak ang isang naka-lat na kasalukuyang mula sa anode nito sa katod. Maaari itong masira sa pamamagitan ng pansamantalang pagsira ng kasalukuyang anode / cathode kasalukuyang mapagkukunan habang ang gate ay ganap na hindi aktibo.

Hindi gagana ang SCR tulad ng BJTs

Ang SCR ay hindi idinisenyo upang maging perpektong analogue tulad ng mga katapat na transistor, at samakatuwid ay hindi magagawa upang magsagawa sa ilang intermedyang aktibong rehiyon para sa isang karga na maaaring nasa isang lugar sa pagitan ng kumpletong pagpapadaloy at makipagkumpitensya sa switch OFF.

Ito ay totoo rin dahil ang gatilyo gatilyo ay walang impluwensya sa kung magkano ang anode sa katod ay maaaring gawin upang magsagawa o mabusog, sa gayon kahit na isang maliit na pansamantalang pulso ng gate ay sapat upang i-ugoy ang anode sa condode ng katod sa isang buong switch ON.

Ang tampok sa itaas ay nagbibigay-daan sa isang SCR na maihambing at isinasaalang-alang tulad ng isang Bistable Latch na nagtataglay ng dalawang matatag na estado, alinman sa isang kumpletong ON o isang kumpletong OFF. Ito ay sanhi dahil sa dalawang espesyal na katangian ng SCR bilang tugon sa isang AC o isang DC input na ipinaliwanag sa mga seksyon sa itaas.

Paano Magamit ang Gate ng isang SCR upang Makontrol ang Paglipat nito

Tulad ng napag-usapan dati, sa sandaling ang isang SCR ay napalitaw sa isang input ng DC at ang anode cathode nito ay naka-latched, maaari itong ma-unlock o ma-OFF na alinman sa pamamagitan ng pansamantalang pag-aalis ng mapagkukunan ng supply ng anode (anode kasalukuyang Ia) nang buo, o sa pamamagitan ng pagbawas ng pareho sa ilan makabuluhang mababang antas sa ibaba ng tinukoy na kasalukuyang humahawak ng aparato o ang 'minimum na kasalukuyang may hawak na' Ih.

Ito ay nagpapahiwatig na ang Anode sa Cathode pinakamaliit na kasalukuyang hawak ay dapat na mabawasan hanggang sa ang thyristors panloob na P-N latching bond ay maibalik ang pagkilos ng natural na pag-block.

Samakatuwid ito rin ay nangangahulugan na upang makagawa ng isang SCR gumana o magsagawa sa isang gatilyo gatilyo kinakailangan na ang anode sa cathode load kasalukuyang ay higit sa tinukoy na 'minimum na kasalukuyang hawak na' Ih, kung hindi man ay maaaring mabigo ang SCR na ipatupad ang pag-uugali ng load, samakatuwid kung ang IL ang kasalukuyang karga, dapat itong maging IL> IH.

Gayunpaman tulad ng tinalakay na sa mga nakaraang seksyon, kapag ang isang AC ay ginagamit sa buong SCR Anode. Ang mga pin ng Codeode, tinitiyak na ang SCR ay hindi pinapayagan na maisagawa ang epekto ng pagdikit kapag ang gate drive ay tinanggal.

Ito ay sapagkat ang signal ng AC ay ON at NAKA-OFF sa loob ng zero crossing line nito na pinapanatili ang SCR anode sa kasalukuyang katod upang patayin sa bawat 180 degree shift ng positibong kalahating ikot ng AC waveform.

Ang kababalaghang ito ay tinatawag na 'natural commutation' at nagpapataw ng isang mahalagang tampok sa isang SCR conduction. Taliwas sa mga ito sa mga supply ng DC ang tampok na ito ay nagiging hindi mahalaga sa mga SCR.

Ngunit dahil ang isang SCR ay idinisenyo upang kumilos tulad ng isang rectifier diode tumutugon ito nang epektibo lamang sa positibong kalahating siklo ng isang AC at mananatiling baligtad na bias at ganap na hindi tumutugon sa iba pang kalahating ikot ng AC kahit na may pagkakaroon ng isang signal ng gate.

Ito ay nagpapahiwatig na sa pagkakaroon ng isang gatilyo gatilyo, ang SCR ay nagsasagawa sa kabuuan ng anode nito sa katod lamang para sa kani-kanilang positibong AC kalahating siklo at mananatiling naka-mute para sa iba pang kalahating siklo.

Dahil sa ipinaliwanag sa itaas na tampok na pagdidikit at pati na rin ang pag-cut ng habang kalahating ikot ng isang AC form, ang SCR ay maaaring mabisang magamit para sa pagpuputol ng mga yugto ng AC cycle na ang load ay maaaring mailipat sa anumang ninanais (naaayos) na mas mababang antas ng kuryente .

Kilala rin bilang control ng phase, ang tampok na ito ay maaaring ipatupad sa pamamagitan ng isang panlabas na nag-time na signal na inilapat sa buong gate ng SCR. Ang senyas na ito ay nagpasiya pagkatapos kung magkano ang pagkaantala ng SCR ay maaaring fired kapag ang AC phase ay nagsimula ang positibong kalahating ikot.

Kaya pinapayagan lamang nito ang bahaging ng AC wave na mailipat na kung saan ay ipinapasa matapos ang gatilyo ng gate..ito ang kontrol sa phase ay kabilang sa mga pangunahing tampok ng isang thyristor na kinokontrol ng silicon.

Kung paano gumagana ang thyristors (SCR) sa pag-kontrol sa phase ay maaaring maunawaan sa pamamagitan ng pagtingin sa mga imahe sa ibaba.

Ipinapakita ng unang diagram ang isang SCR na ang gate ay permanenteng na-trigger, tulad ng makikita sa unang diagram na pinapayagan ang kumpletong positibong porma ng alon na simulan mula simula hanggang matapos, na mula sa kabuuan ng gitnang zero na tumatawid na linya.

Pagkontrol sa Phase ng Thyristor

Sa simula ng bawat positibong kalahating ikot ng SCR ay 'OFF'. Sa induction ng boltahe ng gate ay pinapagana ang SCR sa pagpapadaloy at pinapayagan itong ganap na nai-lat 'ON' sa buong positibong kalahating siklo. Kapag ang thyristor ay nakabukas sa simula ng kalahating ikot (θ = 0o), ang nakakonektang pagkarga (isang ilawan o anumang katulad) ay 'ON' para sa buong positibong ikot ng AC waveform (kalahating alon na naayos na AC ) sa isang mataas na average na boltahe ng 0.318 x Vp.

Tulad ng pagpapasimula ng switch ng ON gate ay itataas kasama ang kalahating ikot (θ = 0o hanggang 90o), ang nakakonektang lampara ay nasisindi para sa isang mas maliit na oras at ang boltahe na net na dinala sa ilawan ay gayundin na hindi gaanong bumabagsak ng tindi nito.

Sa dakong huli madali itong pagsamantalahan ng isang silikon na kinokontrol ng tagapagpatuwid bilang isang ilaw na dimmer ng AC at sa maraming iba't ibang mga karagdagang application ng kuryente ng AC halimbawa: AC control na bilis ng motor, mga aparato sa pagkontrol ng init at mga circuit ng power regulator, at iba pa.

Hanggang ngayon nasaksihan namin na ang isang thyristor ay panimula isang kalahating alon na aparato na makakapagpasa ng kasalukuyang nasa positibong kalahati lamang ng siklo tuwing positibo ang Anode at pinipigilan ang kasalukuyang daloy tulad ng isang diode sa mga kaso kung saan negatibo ang Anode , kahit na ang kasalukuyang gate ay mananatiling aktibo.

Gayunpaman maaari kang makahanap ng iba pang mga pagkakaiba-iba ng mga katulad na produktong semiconductor upang pumili mula sa kung saan nagmula sa pamagat ng 'Thyristor' na idinisenyo upang mapatakbo sa parehong direksyon ng kalahating siklo, mga unit ng buong alon, o maaaring ilipat 'OFF' ng signal ng Gate .

Ang ganitong uri ng mga produkto ay nagsasama ng 'Gate Turn-OFF Thyristors' (GTO), 'Static Induction Thyristors' (SITH), 'MOS Controlled Thyristors' (MCT), 'Silicon Controlled Switch' (SCS), 'Triode Thyristors' (TRIAC) at 'Light Triggered Thyristors' (LASCR) upang makilala ang ilan, kasama ang napakaraming mga aparatong ito na naa-access sa maraming iba't ibang boltahe at kasalukuyang mga rating na ginagawang nakakainteres sila na magamit sa mga layunin sa napakataas na antas ng kuryente.

Pangkalahatang-ideya sa Paggawa ng Thyristor

Ang Silicon Controlled Rectifiers na kilala sa pangkalahatan bilang Thyristors ay mga three-junction PNPN semiconductor aparato na maaaring maituring na dalawang magkakaugnay na transistor na maaari mong gamitin sa paglipat ng mains na nagpapatakbo ng mabibigat na mga karga sa kuryente.

Ang mga ito ay nailalarawan upang ma-latched- 'ON' ng isang solong pulso ng positibong kasalukuyang inilapat sa kanilang Gate lead at maaaring magpatuloy na maging 'ON' na walang hanggan hanggang sa ang kasalukuyang Anode hanggang sa Cathode ay nabawasan sa ibaba ng kanilang tinukoy na minimum na panukalang paghugot o baligtad.

Mga Static na Katangian ng isang Thyristor

Ang mga thyristors ay kagamitan na semiconductor na naka-configure upang gumana lamang sa switching function. Ang mga thyristor ay kasalukuyang kinokontrol na mga produkto, ang isang maliit na kasalukuyang Gate ay magagawang kontrolin ang isang mas malaking kasalukuyang Anode. Pinapagana ang kasalukuyang minsan lamang pasulong na kampi at nagpapalitaw ng kasalukuyang inilapat sa Gate.

Ang thyristor ay nagpapatakbo ng katulad sa isang rectifyier diode tuwing nangyayari itong naisasaaktibo ng 'ON'. Ang kasalukuyang anode ay dapat na higit pa sa pagpapanatili ng kasalukuyang halaga upang mapanatili ang pagpapadaloy. Pinipigilan ang kasalukuyang daanan kung sakaling baligtarin ang bias, anuman ang inilagay o hindi ang Gate kasalukuyang.

Sa sandaling naka-ON ', naka-latched na' ON 'na gumaganap hindi alintana kung ang isang kasalukuyang gate ay inilalapat ngunit kung sakali ang kasalukuyang Anode ay nasa itaas ng kasalukuyang pagdumi.

Ang mga thyristor ay mabilis na switch na maaari mong gamitin upang mapalitan ang mga electromekanical relay sa isang bilang ng mga circuit dahil wala silang anumang mga bahagi na nag-vibrate, walang contact arcing o may mga problema sa pagkasira o dumi.

Ngunit bilang karagdagan sa simpleng paglipat ng malalaking alon na 'ON' at 'OFF', maaaring magawa ang mga thyristor upang pamahalaan ang halaga ng RMS ng isang kasalukuyang AC load nang hindi natatanggal ang isang malaking halaga ng lakas. Ang isang mahusay na halimbawa ng kontrol ng kuryente ng thyristor ay ang kontrol ng pag-iilaw ng elektrisidad, mga pampainit at bilis ng motor.

Sa susunod na tutorial titingnan namin ang ilang pangunahing Mga Circuit at aplikasyon ng Thyristor gamit ang parehong mga supply ng AC at DC.