Тиристоры: принцип работы, проверка и характеристики

Что такое тиристор и их виды

Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это простейший пример описанного устройства и принцип его работы. Кремниевый или тиристорный выпрямитель очень похож на транзистор. Это многослойный полупроводниковый прибор, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. В связи с тем, что его принцип работы очень похож на выпрямительный диод (выпрямители переменного тока или динисторы), обозначение на схемах часто совпадает — это считается аналогом выпрямителя.

Фото — Контур горящей гирлянды

Есть:

• Межсетевые тиристоры ABB (GTO),
• сЕМИКРОН стандарт,
• мощная лавинная типа ТЛ-171,
• оптопары (скажем, модуль ТО 142-12.5-600 или МТОТО 80),
• симметричный ТС-106-10,
• низкочастотный mTT,
• симистор BTA 16-600B или VT для стиральных машин,
• частота ТВЧ,
• зарубежный ТПС 08,
• ТЫН 208.

Но в то же время транзисторы IGBT или IGCT используются для высоковольтных устройств (печи, станки, другая автоматизация производства.

Фото — Тиристор

Но, в отличие от диода, который представляет собой двухслойный (PN) трехслойный (PNP, NPN) транзистор, тиристор состоит из четырех слоев (PNPN), и это полупроводниковое устройство содержит три pn перехода. В этом случае диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристором, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно прочитать книгу автора Замятина).

Тиристор представляет собой односторонний преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но, в отличие от диода, устройство может работать как переключатель разомкнутой цепи или выпрямительный диод постоянного тока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме переключения и не могут использоваться в качестве усилительных устройств. Ключ на тиристоре не может самостоятельно перейти в замкнутое положение.

Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводников, наряду с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться между режимами. Такой тиристор называется быстродействующим тиристором. Конечно, здесь немаловажную роль играет класс устройства.

Применение тиристора

Назначение тиристоров может быть самым разным, например, очень популярны самодельный тиристорный сварочный инвертор, автомобильное зарядное устройство (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Благодаря тому, что само устройство способно преодолевать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (именно эти детали используются на их мосту). Для контроля работы детали в этом случае понадобится регулятор напряжения на тиристоре.

Фото — использование тиристора вместо LATR

Не забудьте про тиристор зажигания мотоцикла.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анода», «Катода» и «Входа», состоящих из трех pn-переходов, переключаемых из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но в то же время его также можно переключать из положения «ВКЛ» с разной длительностью во времени, то есть в течение нескольких полупериодов, для подачи определенного количества энергии на нагрузку. Работу тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, соединенных вместе как пара дополнительных регенеративных ключей.

В простейших микросхемах показаны два транзистора, которые объединены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» идет по каналам NPN-транзистора TR 2 напрямую на PNP-транзистор TR 1. В этот момент ток от TR 1 i входит в каналы на базе TR 2. Эти два взаимосвязанных транзистора расположены так, что база-эмиттер принимает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Это требует параллельного размещения.

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непреднамеренно перемещаться из одного положения в другое. Это связано с большим скачком тока, перепадами температур и другими различными факторами. Поэтому перед покупкой тиристора КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10 необходимо не только проверить его тестером (звонком), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типовые характеристики I — V тиристора

Чтобы начать обсуждение этой сложной темы, взгляните на диаграмму ВАХ тиристора:

Фото — характеристика тиристора I — характеристика V

1. Участок между 0 и (Vвo, IL) полностью соответствует прямой блокировке устройства;
2. В секции Vvo выполняется положение тиристора «ON;
3. Отрезок между зонами (Vbo, IL) и (Vn, In) представляет собой переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этой области возникает так называемый динисторный эффект;
4. В свою очередь, точки (Vì, Iì) показывают прямое открытие устройства на графике;
5. Точки 0 и Vbr — секция тушения тиристоров;
6. Далее следует сегмент Vbr, обозначающий режим обратного распространения.

Конечно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на характеристики текущего напряжения в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Кроме того, симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптоэлектронные, оптоэлектронные и другие модули могут иметь разные ВАХ.

Фото — тиристор ВАХ

Кроме того, обращаем ваше внимание на то, что в этом случае устройства защищены при входе в нагрузку.

Как проверить тиристор: 3 доступные методики для новичков

Я продемонстрирую принцип этой технологии на примере силового тиристора КУ202Н по одной простой причине: это было удобно, когда я писал статью, и я мог раздавать друзьям все более мощные модели для их самоделок…

Электрические методы
элементы управления будут показаны на его примере. Для этого я публикую важные особенности, которые необходимо учитывать при работе. Они делятся на две группы:

1. предел;
2. номинальный.

Параметры первой категории относятся к кратковременному импульсному режиму. Нам все равно: только номиналы могут обеспечить долгую работу.

Обрати внимание на:

1. Максимально допустимое напряжение — 400 В;
2. Постоянный ток в открытом и закрытом состоянии — 10 А;
3. Ток удержания — 200 мА;
4. Расцепитель постоянного тока — 100 мА.

Эти данные для других полупроводниковых устройств можно найти в технических руководствах и на многочисленных сайтах в Интернете.

Самый первый метод проверки: стрелочным тестером или цифровым мультиметром

Оценка состояния здоровья прибора КУ202Н Ц4324 в 3 этапа

У меня до сих пор есть такой редкий измерительный инструмент от старого работающего электрика. Он сохранился благодаря знаку качества и постоянной тщательности при измерениях.

Шаг 1. Установка режима и измерение закрытого состояния перехода

Средним переключателем выставляю режим измерения сопротивления, кнопкой — предел «килоом». Положительный вывод цепи — это сажа на аноде, а отрицательный вывод соединен с катодом.

Для наглядности я пометил их на фото ярко-красными «+» и «-» прямо на крокодиловой изоляции.

Стрелка измерения показывает очень высокое сопротивление. То же самое будет и при обратной полярности клемм. Вы можете контролировать.

Шаг 2. Открытие тиристора

Касаясь рукой, подключаю вывод управляющего электрода к корпусу (аноду) полупроводника.

Стрелка резко отклоняется к началу шкалы в сторону меньшего сопротивления. Значение приблизительно 0,15k указывает на открытие np-перехода.

Шаг n. 3. Проверка состояния открыта при снятии контрольного сигнала

Вытаскиваю кабель из полупроводникового корпуса и наблюдаю за показаниями стрелки.

Он не изменился: переходный период сохранил свою позицию открытой. Полезно.

Проверка состояния КУ202Н цифровым мультиметром

Принципиальных отличий в анализе тиристорных устройств нет. Технология такая же. Я показываю это на фотографиях на примере своего карманного мультиметра Mestek MT-102.

Для первого шага я поставил его в режим тестирования полупроводников и соединил устройство с крокодилами.

Дисплей показывает, что соединение закрыто: сопротивление высокое.

Затем подключаю выход управляющего электрода к аноду. Полупроводник открылся.

Если перемычка была сломана, показания на дисплее не изменились.

Доступный для всех способ проверки током от батарейки и обычной лампочкой

Этот метод популярен, но сначала он требует от вас рассмотрения технических характеристик тестируемого устройства и выходных значений нагрузки, создаваемой лампой.

Для силовых транзисторов это не критично, но в маломощных изделиях нерасчетный ток может повредить структуру электронных компонентов.

Демонстрация техники будет проводиться на примере самого дешевого китайского фонарика на светодиодах и обычной лампочки. Принципиальных отличий при использовании батарейки АА или ААА нет.

На всякий случай измерил ток лампочки мультиметром.

Получил результат 183 миллиампера, что для нашего случая вполне нормально.

Я сейчас использую этот аккумулятор для тестирования. Я отдаю больше на анод и меньше на катод тестируемого полупроводника через лампочку.

Нет свечения. Это означает, что сопротивление тестируемой цепи большое, все переходы замкнуты.

Замыкаю контрольный электрод на корпусе прибора — анод.

Загорается лампочка: устройство открылось.

Запуск тиристора в работу может быть осуществлен путем подачи положительного напряжения от пальцевой батареи на ее анод, а отрицательное сначала необходимо подключить к управляющему электроду.

это то, что рекомендуют справочники, но я предпочитаю первое. Это легче.

Теперь открываю созданное соединение. Колокольчик не перестает светиться: по цепи анод-катод продолжает течь ток.

Полупроводник остается в разомкнутом состоянии, ремонтопригоден.

Как можно проверить тиристор на электронной плате без выпаивания со схемы: советы бывалых

Работа, как всегда, должна выполняться без напряжения. Делается это не только из соображений безопасности, но и для надежности результата.

Следующим шагом будет удаление управляющего электрода из схемы. Вы можете отключить его контакт паяльником или вырезать след ножом.

Проведу эксперимент на том же КУ202Н без оплаты. Для проверки требуются 2 отдельных устройства:

1. омметр;
2. милливольтметр постоянного тока.

Их можно заменить двумя мультиметрами или тестерами, которые я показываю на следующих фотографиях. Перевожу свой тестер Ц4324 в режим измерения постоянного напряжения на пределе = 1,2В. Подключаю к аноду и катоду.

Я установил Mestek MT-102 в режим омметра и с помощью зажимов-крокодилов прикрепил его к полупроводниковым клеммам, чтобы чем больше он ударял по управляющему электроду, тем меньше ударялся по аноду.

Стрелка тестера отклонилась вправо, показав менее одного вольт. Это измерение можно использовать для оценки состояния полупроводникового перехода.

Каждый из трех методов испытаний основан на принципах тиристоров. Он учитывает протекание в них токов через переходы полупроводников. При их выполнении важно оценить четыре последовательных шага: Нормальное состояние закрыто перед получением команды Открыто по команде Удерживать открытым при отключении управляющего сигнала Закрыто при сбое питания

Для более наглядного представления этих процессов я специально записал видео. Смотрите здесь.

Однако я рассматривал только КУ202Н, как достаточно распространенную модель, хотя она уже снята с производства. Трудно показать всем остальным в одной статье. И их очень много.

Классификационные признаки

По способу управления выделяют следующие типы тиристоров:

Диодные (динисторы)

Они активируются импульсом высокого напряжения, приложенным к аноду и катоду. В конструкции 2 электрода, без контрольного.

Триодные (тринисторы)

Они делятся на две группы. В первом управляющее напряжение подается на катод и управляющий электрод, во втором — на анод и управляющий электрод.

Симисторы

Они выполняют функции двух параллельно включенных тиристоров.

Оптотиристоры

Их работа происходит под действием светового потока. Функцию управляющего электрода выполняет фотоэлемент.

По обратной проводимости тиристоры делятся на:

• обратная проводимость;
• спина непроводящая;
• с нестандартным значением обратного напряжения;
• токи, проходящие в двух направлениях.

Режим обратного запирания тиристора

При повторном включении тиристора крайние переходы (P1 и P3) смещаются в обратном направлении, а средний — в прямом (P2). Тиристор остается закрытым до тех пор, пока не произойдет тепловой разрыв.

Тиристор. Описание, принцип работы, свойства и характеристики.

Популярные отечественные и зарубежные тиристоры. Справочные данные. Простейшие схемы тиристорных регуляторов.
Тиристор — это довольно архаичное полупроводниковое устройство, которое ранее широко использовалось в качестве переключателя мощности для управления мощной нагрузкой. И хотя этот элемент в настоящее время уступает место симисторам (в цепях переменного тока) и силовым транзисторным ключам (в цепях постоянного тока), кривая совокупного интереса радиолюбителей к устройствам на основе тиристоров все еще находится на достаточно высоком уровне. Присоединяемся к процессу получения знаний о характеристиках, принципах работы и способах управления тиристорами и нас.
Таким образом, тиристор представляет собой трехконтактный полупроводниковый прибор с тремя (иногда четырьмя) pn-переходами и двумя устойчивыми состояниями: — состояние с низкой проводимостью (закрытое состояние); — состояние высокой проводимости (открытое состояние).

Рисунок 1

На рис. 1 показаны тиристорное устройство и эквивалентная двухтранзисторная модель, позволяющая пояснить работу устройства в режиме прямой блокировки. Добавляем в кучу вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую простейший способ управления тиристорами, подачу постоянного тока на управляющий электрод устройства с величиной, необходимой для его включения (рис.2).

Рис. 2

1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод тиристора отключен (S1 в цепи разомкнут, Iy на ВАХ равен 0). Нет тока через нагрузку (участок III на ВАХ), тиристор замкнут и для его открытия необходимо увеличить напряжение на аноде тиристора так, чтобы произошел лавинный пробой pn переходов цепи полупроводник. Оговоримся — исправить этот процесс мы не сможем, потому что значение этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает пиковое значение сетевого напряжения. Однако при достижении этого уровня напряжения (точка II на ВАХ) тиристор разблокируется, падение напряжения между анодом и катодом падает до нескольких вольт, нагрузка подключается к сети — режим работы пуск открытого тиристора (участок I ВАХ). Чтобы закрыть тиристор, необходимо уменьшить ток, протекающий через нагрузку (или напряжение на аноде), ниже тока удержания. Кроме того, это анодное напряжение должно быть в несколько раз ниже напряжения отпускания.

2. Для уменьшения значения напряжения включения тиристора следует замкнуть S1 и, следовательно, на управляющий электрод подать ток, задаваемый величиной переменного резистора R1. Чем выше ток I, тем ниже анодное напряжение, которое тиристор переходит в состояние проводимости. А при определенном значении тока управляющего электрода, называемом током выпрямления (не показано на ВАХ), на характеристике больше не будет выпуклости, и ВАХ тиристора будет напоминать ВАХ характеристика диода. Как и в прошлом, чтобы закрыть тиристор, необходимо уменьшить ток, протекающий через нагрузку (или напряжение на аноде), ниже тока удержания.

Обратная часть ВАХ (участок IV) соответствует режиму обратной синхронизации полупроводника и обычно не используется. Тиристор остается закрытым до тех пор, пока не произойдет тепловой разрыв.

Итак, мы решили. Чтобы открыть тиристор, подайте на управляющий электрод устройства постоянный ток с величиной, необходимой для его включения; чтобы закрыть, уменьшите ток, протекающий через нагрузку (или напряжение на аноде), ниже значения тока удержания. Те, что в нашем случае показаны на рис.2 — тиристор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент, когда анодное напряжение превышает определенное значение, зависящее от значения R1, и закрывается на каждом полупериоде выпрямленного сетевое напряжение, когда его уровень приближается к нулю.

Описанный способ управления тиристором путем подачи постоянного тока на управляющий электрод прост, но имеет существенный недостаток — требуется достаточно большой ток (и, соответственно, мощность) управляющего сигнала (по паспорту — 200 мА) для КУ202). Фактические значения тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора при комнатной температуре, обычно в несколько раз ниже значений, указанных в паспортных характеристиках (20-40 мА для КУ202). Однако в большинстве случаев для управления тиристорами по-прежнему используется импульсный метод или метод, при котором открытый тиристор отклоняет схему управления, предотвращая ненужное рассеивание мощности на ее элементах.

Рассмотрим аналогичный метод на примерах. На рис. 3 представлена ​​простейшая схема классического тиристорного регулятора мощности.

Рис. 3

Диодный мост Br1 преобразует биполярное сетевое напряжение в двойную униполярную частоту, что позволяет регулировать напряжение на нагрузке в течение обоих полупериодов сетевого напряжения. В качестве управляющего напряжения здесь используется часть анодного напряжения тиристора, которое через резисторы R1 и R2 подается на управляющий электрод полупроводника. Резистор R2 изменяет момент открытия тиристора VS1 и, следовательно, среднее значение напряжения на нагрузке. Чем меньше значение R2, тем больше тока будет подаваться на управляющий электрод, тем быстрее откроется тиристор. При R2 = 0 — мощность в нагрузке максимальная (верхняя диаграмма). При повороте ручки потенциометра R2 его сопротивление увеличивается, ток на управляющем электроде уменьшается, поэтому тиристор откроется не в начале полуволны, а через некоторое время, когда ток достигнет необходимого уровня. Кроме того, при увеличении сопротивления R2 управляющий сигнал получает дополнительную задержку из-за действия фазосдвигающей RC-цепи, образованной R1, R2 и C1, что, в свою очередь, позволяет еще больше расширить диапазон регулирования мощности.

Если нагрузка такова, что она должна питаться биполярным переменным напряжением, схема может быть преобразована без какого-либо увеличения сложности.

Рис. 4

Все так же, только с другой стороны.

Как мы уже упоминали, рассматриваемые устройства являются наиболее простыми и не лишены недостатков. Их основные недостатки — слабая помехоустойчивость, сильная зависимость напряжения на нагрузке от температуры и необходимость индивидуального подбора резисторов для каждого экземпляра тиристора. Также из-за малого входного сопротивления тиристора на управляющем входе работа фазосдвинутой RC-цепи оказывается очень неэффективной, что, в свою очередь, приводит к недостаточно широкому диапазону регулирования мощности. Намного лучше работают схемы, в которых формирование управляющих импульсов происходит по отдельным схемам, выполненным на транзисторах, цифровых или специализированных микросхемах. Однако, поскольку у всего есть свои плюсы и минусы, преимуществом улучшений является усложнение конструкции и необходимость использования отдельного источника питания.

Поскольку тиристоры в цепях постоянного тока давно и без сожаления уступили место мощным транзисторам, специально предназначенным для работы в ключевом режиме, нет оснований рассматривать их в этом контексте. Но основные особенности отечественных и зарубежных тиристоров не будут лишними в сокровищнице знаний любознательного радиолюбителя. Тиристоры, максимальное прямое напряжение которых не достигает пикового значения сетевого напряжения (300 В.

А на следующей странице мы рассмотрим принцип работы, свойства и характеристики симметричных триодных тиристоров — симисторов.

U обр максимум, В	Ipr max, А	Вскрытие открытое, V	Я отп, но	Уй отп, В
КУ108В, Ж	1000	500	150 (имп)	—
КУ108М, Н, С, Т	800	400	150 (имп)	—
КУ108Ф, Ц	800	300	150 (имп)	—
КУ109А, В	700	50	1
КУ109Б	750	50	1
KU109G	600	50	1
KU110A	300	10	0,3	0,3… 0,6
КУ111А	400	100	0,3	—
КУ113В	300	100	0,3	—
КУ201К, Л	300	300	2
KU202K	300	—	10
КУ202Л	300	300	10
КУ202М	400	—	10
КУ202Н	400	400	10
KU208G	400	400	5
KU210A	600	600	ветры	—
КУ210Б	500	500	ветры	—
КУ210В	400	400	ветры	—
КУ211А, Б	800	800	10	КУ211В, Г	700	700	10	КУ211Д, Ми	600	600	10	КУ211Ж, и	500	500	10	KU215A	1000	1000	5	—	КУ215Б	800	800	5	—	КУ215В	600	600	5	—	KU218A	2000 г	2000 г	ветры	—	КУ218Б	1000	2000 г	ветры	—	КУ218В	1800	1800	ветры	—	KU218G	900	1800	ветры	—	KU218D	1600	1600	ветры	—	KU218E	800	1600	ветры	—	КУ218Ж	1400	1400	ветры	—	KU218I	700	1400	ветры	—	KU219A	1200	1200	ветры	—	KU219B	1000	1000	ветры	—	КУ219В	800	800	ветры	—	КУ220А-В	1000	1000	4	—	—	КУ220Г, Д	800	800	4	—	—
КУ221А, В	700	50	3,2
КУ221Б	750	50	3,2
KU221G	600	50	3,2
KU221D	500	50	3,2
КУ222А, В	2000 г	—	400 (имп)	—
КУ222Б, Г	1600	—	400 (имп)	—
КУ222Д, Ми	1200	—	10	—
KU224A	400	50	150 (имп)
KU228D	300	—	10	—	—	—
KU228E	300	300	10	—	—	—
КУ228Ж	400	—	10	—	—	—
KU228I	400	400	10	—	—	—
КУ239А, ДА	400	—	250 (имп)	—
КУ240А-В	400	—	100 (имп)	—	0,5… 2,2

Вид	U пр Макс, В	U обр максимум, В	Ipr max, А	Вскрытие открытое, V	Я отп, но	Уй отп, В
2N687	300	300	25
2N688	400	400	25
2N689	500	500	25
2N690	600	600	25
2N691	700	700	25
2N692	800	800	25
2N5204	600	600	25
2N5205	800	800	25
2N5206	1000	1000	25
2N5207	1200	1200	25
2N6403	400	400	10	—
2N6404	600	600	10	—
2N6405	800	800	10	—
2N6507	400	400	16	—
2N6508	600	600	16	—
2N6509	800	800	16	—
BT145-800R	800	800	25	—	—
BT148-400R	400	400	4	—	—
BT148-500R	500	500	4	—	—
BT148-600R	600	600	4	—	—
BT148-600R	600	600	4	—	—
BT149D	400	400	0,8	—	—
BT149G	600	600	0,8	—	—
BT150-500R	500	500	4	—	—
BT150-600R	600	600	4	—	—
BT151-500R	500	500	12	—	—
BT151-650R	650	650	12	—	—
BT151-800R	800	800	девять	—	—
BT152-400R	400	400	ветры	—	—
BT152-600R	600	600	ветры	—	—
BT152-800R	800	800	ветры	—	—
BT168E	500	500	0,8	—	—
BT168G	600	600	0,8	—	—
BT169D	400	400	0,8	—	—
BT169G	600	600	0,8	—	—
BT258-500R	500	500	восемь	—	—
BT258-600R	600	600	восемь	—	—
BT258-800R	800	800	восемь	—	—
BT300S-600R	600	600	восемь	—	—

Маркировка радиодетали

По системе ГОСТ 10862-72 для обозначения тиристора используется буквенно-цифровой код, состоящий из четырех знаков. Первый элемент кода указывает тип материала, из которого изготовлено устройство. Например, G — германий, K — кремний, A — арсенид галлия. Вторая обозначает принадлежность устройства: H-динистор, U-симистор. Третий элемент характеризует функциональность, емкость и номер партии.

Так, числа от 101 до 199 обозначают маломощные диодные и неблокируемые тиристоры, а диапазон от 401 до 499 — блокируемые тиристоры средней мощности. Последняя буква указывает на тип устройства.

Но после 1989 г была принята новая система обозначений. Поэтому тиристоры, выпускаемые с начала 1989 г., уже имели маркировку по ГОСТ 20859.1.89. Это обозначение основано на многозначном коде, состоящем из следующих элементов:

1. Сначала идет буква, обозначающая тип устройства. Например, ТО — оптотиристор, ТЗ — запираемый тиристор и так далее.
2. На втором — буква, определяющая тип схемы, в которой может работать тиристор (H — высокочастотный, B — высокоскоростной, I — импульсный).
3. Третья цифра указывает на серийный номер.
4. Четвертый символ — характеризует габариты корпуса устройства.
5. Пятое — дизайн.
6. Шестой — допустимый ток.
7. Седьмой — полярность. Следовательно, буква X означает, что катод подключен к корпусу.
8. Восьмое: класс устройства, соответствующий разности потенциалов импульса для замкнутого состояния.
9. Последующие числа образуют комбинацию параметров классификации.

На схемах и в литературе тиристор обозначается латинскими буквами VS. Графически он изображен в виде диода, то есть равностороннего треугольника с вертикальной полосой на вершине. Через центр основания и вверху проходит линия, символизирующая электрическую цепь. Но в отличие от диода у тиристора есть дополнительная прямая линия с обратной стороны треугольника, указывающая на управляющий электрод (Y).

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Исходное состояние элемента закрыто. «Сигналом» перехода в «открытое» состояние является появление напряжения между анодом и управляющим выходом. Вернуть тиристор в «закрытое состояние» можно двумя способами:

• снять груз;
• уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В цепях переменного тока тиристор, как правило, сбрасывают по второму варианту. Переменный ток в домашней сети является синусоидальным, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В цепях с питанием от источников постоянного тока необходимо принудительно отключать питание или снимать нагрузку.

После снятия напряжения отпускания тиристор остается открытым (горит лампочка)

То есть тиристор по-разному работает в цепях переменного и постоянного напряжения. В цепи постоянного напряжения после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом элемент переходит в «разомкнутое» состояние. Также возможны два варианта развития событий:

• «Открытое» состояние сохраняется даже после исчезновения выходного напряжения управляющего анода. Это возможно, если напряжение, подаваемое на клемму управления анодом, выше, чем напряжение без отключения (эти данные указаны в технических характеристиках). Фактически, ток через тиристор прерывается только размыканием цепи или отключением источника питания. Также отключение / прерывание цепи может быть кратковременным. После сброса схемы ток не течет до тех пор, пока на клемму управления анодом не будет снова подано питание.
• После снятия напряжения (оно ниже напряжения отпускания) тиристор сразу переходит в «закрытое» состояние».

Итак, в цепях постоянного тока есть два варианта использования тиристора: с защелкой и без. Но чаще их используют по первому типу, когда он остается открытым.

Если говорить о внутренней структуре, то это три перехода PNPN

Принцип работы тиристора в цепях переменного напряжения иной. Там возврат в заблокированное состояние происходит «автоматически» — когда ток падает ниже порога удержания. Если на анод-катод постоянно подается напряжение, то на выходе тиристора мы получаем импульсы тока, идущие с определенной частотой. Так устроены импульсные блоки питания. С помощью тиристора они преобразуют синусоидальную волну в импульсы.

Конкретные способы тиристорного управления

• Амплитуда .

Он представляет собой подачу положительного напряжения переменной величины на Ue. Открытие тиристора происходит при напряжении, достаточном для прорыва управляющего спая выпрямительного тока (Isp.). Изменяя напряжение на UE, появляется возможность изменять время открытия тиристора.

Главный недостаток этого метода — сильное влияние температурного фактора. Кроме того, для каждого типа тиристора потребуется резистор разного типа. Этот момент не добавляет простоты использования. Кроме того, время открытия тиристора можно корректировать только до тех пор, пока длится первая половина положительного полупериода сети.

• Фаза.

Он заключается в изменении фазы Ucont (по отношению к напряжению на аноде). В этом случае используется фазовращающий мост. Основным недостатком является малая крутизна Uконт, поэтому стабилизировать момент открытия тиристора можно только на короткое время.

• Фазовый импульс .

Предназначен для преодоления недостатков фазового метода. Для этого на Ue подается импульс напряжения с крутым фронтом. Этот подход в настоящее время является наиболее распространенным.

Проверка тиристора

Перед покупкой прибора нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Счетчик можно подключить только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ​​ниже:

Фото — тиристорный тестер

Согласно описанию, на анод должно подаваться положительное напряжение, а на катод — отрицательное. Очень важно использовать значение, соответствующее разрешающей способности тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, а это значит, что напряжение тестера немного выше, чем у тиристора. После сборки устройства можно приступать к проверке выпрямителя. Для включения необходимо нажать кнопку.

Управление тиристором очень простое, сигнал открытия (положительный по отношению к катоду) кратковременно отправляется на управляющий электрод через кнопку. Впоследствии, если на тиристоре включаются ходовые огни, устройство считается неработающим, но мощные устройства не всегда срабатывают сразу после прихода нагрузки.

Фото — схема тиристорного тестера

В дополнение к управлению устройством также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления для тиристора и симистора OVEN BUST или других марок, он работает почти так же, как регулятор мощности на тиристоре. Основное отличие — более широкий диапазон напряжений.

Видео — принцип работы тиристоров

Тиристор в электрической схеме: что это за полупроводник

Если использовать научные термины, то можно увидеть, что конструкция этого сложного электронного устройства включает монокристалл полупроводника с тремя или более pn переходами.

Их заставляют изменять его проводимость до двух критических состояний, когда:

1. он открыт, и через него проходит электрический ток.
2. Полностью закрыто.

Для подключения к электросети он снабжен, как правило, тремя, двумя или четырьмя выводами от многослойных p-n контактных площадок.

Я не буду продолжать эту тему научным языком, потому что новички ничего не поймут, и мне сложно простыми словами объяснить, как носители заряда (дырки и электроны) перемещаются по этой структуре в каждом конкретном случае.

Да и никому это сейчас не нужно, кроме студентов, которые стремятся сдать экзамен, и рабочих, которые конструируют, разрабатывают новые устройства.

Домашнему электрику нужно лишь понимать принцип работы конечного устройства, чтобы иметь возможность проверить его работоспособность и правильно использовать в повседневной жизни.

Поэтому показываю конечный результат — как выглядит вольт-амперная характеристика тиристора при его работе.

На нем выделены две области рабочего состояния с приложением прямого и обратного напряжения, образующие пять режимов, нарисованных на рисунке. Не будем углубляться в теорию и сделаем для себя краткие выводы:

1. в начальной фазе области прямой поляризации полупроводник замыкается, затем открывается и остается открытым;
2. при повторном подключении к источнику напряжения изначально не пропускает ток, но при достижении критического состояния прорывается.

Как же выглядит и обозначается тиристор на электрических схемах

Современная промышленность использует большое количество этих уникальных полупроводников. Они доступны в различных корпусах с разной мощностью передачи и переключения.

Я придаю вид лишь небольшой части из них, выполненной в металлическом корпусе, предназначенной для работы в силовых цепях с большими токами.

А еще есть конструкции, выполненные в пластиковом корпусе, что позволяет переключать токи меньшей величины. Они используются в цепях управления различных бытовых устройств.

Внешне тиристор похож на диод.

Только в большинстве случаев он имеет дополнительный выход для подключения к внешней цепи — управляющий электрод. Обозначение на схеме также более-менее такое же.

Изменение влияет только на небольшую доработку катодного вывода — небольшую ломаную линию. Все это хорошо видно в сравнении.

Внешний вид диодов и тиристоров, а также их обозначения на схемах не похожи неслучайно. Хотя конструктивно они немного отличаются, работают по общему принципу — пропускают электрический ток только в одном направлении.

Я исследую этот вопрос дальше.

Как просто понять принципы работы и научные термины этого сложного полупроводника: 2 мневмонических правила

Заповедь No. 1 для новичка

Представьте, что вы плывете на большом плоту по широкой реке. Мы можем двигаться только по течению, а не против него. Поток воды движется за счет разницы высот (потенциалов) с разными уровнями потенциальной энергии.

Таким образом, ток в диоде может течь только в одном направлении — от анода к катоду. Другое движение электронов блокирует переход полупроводника. Других средств регулирования здесь нет.

Все это полностью соответствует работе тиристора, но с небольшими дополнениями: диод открывается сразу при подаче напряжения непосредственно на его выводы.

Тиристор в этом случае закрыт, ток не проводит. Он действует как замок, блокирующий реку. Наш плот просто остановится перед возникшим препятствием. Чтобы возобновить движение, он должен открыть ворота водного барьера.

Все это делается по команде, когда через управляющий электрод подается импульс тока определенного направления, например, на анод (при соответствующем управлении).

Только в этом случае закрытый полупроводниковый переход открывается и сохраняет свое состояние все время, пока не будет подано прямое входное напряжение.

Если импульс тока пропадает, это не влияет на работу полупроводникового перехода: он остается открытым. Для замыкания тиристора необходимо: в любой момент прервать цепь питания или вывести источник напряжения из эксплуатации или надежно обвести анод с катодом.

Вот такое простое правило мнемоники, основанное на сравнении гидравлических и электрических процессов, которое упрощает работу с этим сложным электронным изделием.

Завет №2: особенности использования тиристоров в цепях постоянного и переменного тока

Внутреннее сопротивление полупроводниковых переходов в открытом состоянии довольно мало. Ток, протекающий через него, определяется законом Ома и при постоянном напряжении не меняется по величине.

Схема управления тиристором в этом случае не позволяет регулировать его силу. Это должно регулироваться другими способами.

Импульс тока, подаваемый через управляющую команду, регулируется до безопасного значения подключенным токоограничивающим резистором R.

Это сделано для исключения пробоя полупроводникового слоя, участвующего в прохождении управляющего сигнала.

Как тиристор работает в электрической цепи переменного тока

Другие перспективы создают переменные схемы и, в частности, источники синусоидального напряжения. Их сигнал не имеет строго постоянного значения, а имеет синусоидальную форму, которая меняется со временем.

Здесь каждый период колебания состоит из двух полупериодов:

1. положительный;
2. отрицательный.

У них есть свои отметки на графике: «плюс» и «минус». На самом деле, когда вы меняете полупериод, направление тока меняется в прямо противоположном направлении.

Когда синусоида достигает нулевой амплитуды, ток через полупроводниковый переход прекращается, отключается. Для возобновления процесса необходимо подать импульс на управляющий электрод в следующем положительном полупериоде.

Все это происходит автоматически. При этом смещение положения открывающего импульса во времени (в системе угловых измерений — по фазе) позволяет регулировать силу тока, изменяя момент открытия перехода.

Включение второго тиристора с соответствующей полярностью в нижней полуволне позволяет регулировать его величину. Таким образом, мы получаем не чистую синусоиду, а небольшой отрезок времени (до момента срабатывания управляющего импульса).

на нижнем графике выходного тока при открытии двух тиристоров в моменты времени показаны 3 варианта такого сигнала:

1. полуволна увеличивается;
2. по ширине;
3. и во время спада.

Этот прерывистый, а не чисто синусоидальный ток подается на наши электроинструменты: дрели, ударные дрели, шлифовальные машины и другие устройства с тиристорным или симисторным управлением.

В общем, ничего плохого в таком изменении формы сигнала нет — все производители провели массу экспериментов и запустили эту схему в работу.

Нам нужно четко все это понимать, потому что при ремонте или настройке с помощью осциллографа такие сигналы напряжения необходимо наносить на графики в контрольных точках электрической схемы.

Выпрямители с регулированием тока — второй принцип работы

Цепи зарядных устройств, стартеров и сварочных аппаратов постоянного тока работают от выпрямленного напряжения. В этом случае выпрямительное устройство типичного диодного моста часто заменяется однофазным трансформатором преобразования сигнала с двумя диодами или тиристорами.

это обычно называется двухполупериодным выпрямлением.

Здесь в каждой выходной полуобмотке силового трансформатора установлен тиристор, обрабатывающий его полуволны.

Выпрямление достигается схемой соединения полуобмоток с общей точкой и выбором направления соединения схемы «анод-катод» каждого полупроводникового прибора.

Окончательная форма выпрямленного и модифицированного сигнала следующая.

Опять же, для сравнения с предыдущим принципом, я показываю формы сигналов в трех вариантах для инициирования импульса управления фазовым сдвигом. Здесь можно увидеть, что отрицательный полупериод изменился, и работа схемы управления не изменилась.

Правило no 3: различия в управлении транзисторами и тиристорами

Как-то со мной случилось так, что сначала мне практически пришлось осваивать электронные схемы, работающие на транзисторах, а уже потом — группы тиристоров.

Поэтому сначала я понял и вспомнил, что выходной сигнал на транзисторе можно изменить за счет величины разности потенциалов на его базе, то есть от напряжения.

Друзья объяснили, что тиристорная цепь, как правило, открывается током, протекающим через управляющий электрод.

Стоит запомнить небольшое дополнение к вышеперечисленному материалу для начинающих. И чтобы понять разницу между силой электрического тока и величиной реального напряжения, я написал две отдельные статьи.

Тиристоры в цепи переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор работает несколько иначе. Это связано с периодическим изменением полярности переменного напряжения.

Следовательно, использование в цепи с питанием от переменного тока автоматически приведет к обратному смещению перехода. То есть половину каждого цикла устройство будет находиться в состоянии «выключено».

Для версии переменного тока схема активации тиристора аналогична источнику питания постоянного тока. Разница несущественная — нет дополнительного переключателя КН2 и добавления диода D1.

Благодаря диоду D1 предотвращается обратное смещение относительно затвора Y. Устройство смещается прямо вперед с положительным полупериодом синусоидального сигнала. Однако, когда переключатель KN1 выключен, на тиристор подается нулевой ток затвора, и устройство остается «выключенным».

В отрицательном полупериоде устройство получает обратное смещение и также остается «выключенным», независимо от состояния переключателя KH1.

YZ140EAA

Схема 3: КН1 — мгновенный выключатель; D1 — любой диод на высокое напряжение; R1, R2 — резисторы постоянные 180 Ом и 1 кОм, L1 — лампа накаливания 100 Вт

Если переключатель KH1 замкнут, в начале каждого положительного полупериода полупроводник будет оставаться полностью «выключенным». Но в результате достижения достаточного положительного триггерного напряжения (увеличения управляющего тока) на Y-электроде тиристор перейдет в состояние «включено».

Блокировка состояния удержания остается стабильной в течение положительного полупериода и автоматически сбрасывается в конце положительного полупериода. Очевидный момент, учитывая падение анодного тока ниже текущего значения.

Во время следующего отрицательного полупериода устройство полностью «выключено» до следующего положительного полупериода. Затем процесс повторяется снова.

Таким образом, нагрузка получает только половину мощности, доступной от источника питания. Тиристор действует как выпрямительный диод и проводит переменный ток только во время положительных полупериодов, когда переход находится под прямым смещением.

Тиристоры и управление половинной волной

Тиристорное регулирование фазы — наиболее распространенная форма регулирования мощности переменного тока. Пример базовой схемы управления фазой показан ниже. Здесь напряжение затвора тиристора генерируется цепочкой R1C1 через активирующий диод D1.

Во время положительного полупериода, когда переход смещен в прямом направлении, конденсатор C1 заряжается через резистор R1 напряжением питания схемы. Затвор Y активируется только тогда, когда уровень напряжения в точке «x» размыкает диод D1.

Конденсатор С1 разряжается на управляющем электроде Y, переводя прибор в состояние «включено». Продолжительность положительной половины цикла, когда проводимость открывается, контролируется постоянной времени цепи R1C1, установленной переменным резистором R1.

ZP300A

Схема 4: КН1 — выключатель мгновенный; R1 — переменный резистор 1 кОм; С1 — конденсатор 0,1 мкФ; D1 — любой диод на высокое напряжение; L1 — лампа накаливания 100 Вт; P — синусоида проводимости

Увеличение значения R1 приводит к задержке триггерного напряжения, приложенного к электроду затвора тиристора, что, в свою очередь, вызывает задержку проводимости устройства.

Следовательно, часть полупериода, которую проводит устройство, можно регулировать в диапазоне 0–180º. Это означает, что половина мощности, рассеиваемой нагрузкой (лампой), регулируется.

Есть много способов добиться полного управления тиристорами по длине волны. Например, можно включить полупроводник в схему диодного моста выпрямителя. С помощью этого метода легко преобразовать переменную составляющую в односторонний ток тиристора.

Однако наиболее распространенным методом считается использование двух тиристоров, соединенных обратно параллельно. Наиболее практичным подходом является использование одиночного симистора. Этот полупроводник допускает переход в обоих направлениях, что делает симисторы более подходящими для схем переключения переменного тока.