для чего применяются тиристоры
Что такое тиристор и как он работает
Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.
Что такое тиристор, его устройство и обозначение на схеме
Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.
Так выглядят тиристоры
По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.
Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.
Внешний вид
Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.
Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах
Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.
Принцип работы
По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).
Принцип работы тиристора в устройствах переменного напряжения: на выходе есть только верхняя часть синусоиды
В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».
Принцип работы тиристора простыми словами
Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:
В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.
После снятия отпирающего напряжения, тиристор остается в открытом состоянии (лампочка горит)
То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:
Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.
Если говорить о внутреннем устройстве, то это три перехода P-N-P-N
Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.
Проверка работоспособности
Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.
Один из видов: силовой Т122-25
Прозвонка мультиметром
Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.
На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы
Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:
Проверка тиристора при помощи мультиметра. На левом рисунке на табло отображается «1», т.е. сопротивление между анодом и катодом слишком велико и прибор не может его зафиксировать. На правом рисунке сопротивление небольшое, так как подано прямое напряжение смещения между анодом и управляющим электродом
Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.
Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром
На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.
При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)
Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:
Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания
Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.
Виды тиристоров и их особые свойства
Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.
Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода
Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.
По проводимости
Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:
Различают в основном, по типу проводимости и способу управления
Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.
Классификация по особым режимам работы
Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:
Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов
Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.
Характеристики и их значение
Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:
Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.
Как работают мощные силовые тиристоры
В схемах и технической документации часто используются различные термины и знаки, но не все начинающие электрики знают их значение. Предлагаем обсудить, что такое силовые тиристоры для сварки, их принцип работы, характеристики и маркировка этих приборов.
Что такое тиристор и их виды
Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это самый простой пример описываемого устройства и как оно работает. Кремниевый выпрямитель или тиристор очень похож на транзистор. Это многослойное полупроводниковое устройство, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. Из-за того, что его принцип работы очень схож с ректификационным диодом (выпрямительные приборы переменного тока или динисторы), на схемах обозначение часто такое же — это считается аналог выпрямителя.
Фото — Cхема гирлянды бегущий огонь
Бывают:
Но в это же время для высоковольтных аппаратов (печей, станков, прочей автоматики производства) используют транзисторы типа IGBT или IGCT.
Фото — Тиристор
Но, в отличие от диода, который является двухслойным (PN) трехслойного транзистора (PNP, NPN), тиристор состоит из четырех слоев (PNPN) и этот полупроводниковый прибор содержит три p-n перехода. В таком случае, диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристорами, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно почитать книгу автора Замятин).
Тиристор – это однонаправленный преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но в отличие от диода, устройство может быть сделано для работы в качестве коммутатора разомкнутой цепи или в виде ректификационного диода постоянного электротока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме коммутации и не могут быть использованы как приборы амплификации. Ключ на тиристоре не способен сам перейти в закрытое положение.
Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводниковых приборов вместе с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться из одного режима в другой. Такой тиристор называется быстродействующим. Конечно, большую роль здесь играет класс прибора.
Применение тиристора
Назначение тиристоров может быть самое различное, например, очень популярен самодельный сварочный инвертор на тиристорах, зарядное устройство для автомобиля (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Из-за того, что сам по себе прибор может пропускать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (на их мосте используются именно такие детали). Для контроля работы детали в таком случае необходим регулятор напряжения на тиристоре.
Фото — применение Тиристора вместо ЛАТРа
Не стоит забывать и про тиристор зажигания для мотоциклов.
Описание конструкции и принцип действия
Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.
Фото — Тиристор КУ221ИМ
Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.
Типичные тиристорные ВАХ
Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:
Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.
Фото — ВАХ тиристора
Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.
Проверка тиристора
Перед тем, как купить прибор, нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Подключить измерительный прибор можно только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ниже:
Фото — тестер тиристоров
Согласно описанию, к аноду необходимо подвести напряжение положительного характера, а к катоду – отрицательного. Очень важно использовать величину, которая соответствует разрешению тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, это значит, что напряжение тестера немного больше, чем тиристора. После того, как Вы собрали прибор, можно начинать проверять выпрямитель. Нужно нажать на кнопку, которая подает импульсные сигналы для включения.
Проверка тиристора осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). После этого если на тиристоре загорелись бегущие огни, то устройство считается нерабочим, но мощные приборы не всегда сразу реагируют после поступления нагрузки.
Фото — схема тестера для тиристоров
Помимо проверки прибора, также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ или прочие марки, он работает примерно также, как и регулятор мощности на тиристоре. Главным отличием является более широкий спектр напряжений.
Видео: принцип работы тиристора
Технические характеристики
Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.
На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.
Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.
Тиристор
Содержание
Принцип действия тиристора
Тиристор имеет два силовых электрода, пропускающих рабочий ток (катод и анод) и могут иметь управляющий электрод. Тиристор может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Эти состояния обладают существенно различным сопротивлением между силовыми электродами. В закрытом состоянии сопротивление велико и ток через тиристор не идёт. Открывается тиристор при достижении между силовыми электодами напряжения открывания или током на управляющем электроде. В открытом состоянии сопротивление тиристора резко падает и он проводит ток. Закрытие тиристора происходит при отключении тока или смене его знака.
Разновидности тиристоров
Тиристоры неуправляемые: а) общее обозначение, б) с обратной проводимостью; управляемые: в) общее обозначение, г) у правлением по аноду, д) с управлением по катоду, е) отключаемый, ж) с обратной проводимостью, з) с двумя управляющими электродами; и) фототиристор; к) оптотиристор; симметричные: л) неуправляемый, м) управляемый.
Функционально тиристоры различаются на обладающие односторонней и двусторонней проводимостью, и также имеющие управляющий электрод и не имеющие его.
Тиристоры с односторонней проводимостью в обратном направлении всегда закрыты. В соответствии с направлением, к котором тиристор может пропускать ток, силовые электроды именуются катодом и анодом (отрицательный и положительный электроды соответственно). Симметричные тиристоры (симисторы) могут управлять током в обоих направлениях.
Полупроводниковые тиристоры: устройство, принцип работы, классификация, основные параметры, применение
Полупроводниковые тиристоры: устройство, принцип работы, классификация, основные параметры, применение
Полупроводниковые тиристоры
Тиристором называется полупроводниковый радиокомпонент, основная функция которого состоит в управлении электрическим током высокой мощности при получении маломощного управляющего сигнала. По принципу действия тиристор чрезвычайно похож на транзистор – тот тоже управляет напряжением, приложенным к коллектору и эмиттеру с помощью сигнала, подаваемого на базу.
Однако на деле тиристор работает, как диод. Он может находиться только в двух рабочих состояниях – открыт и закрыт. В первом случае управляемый тиристором ток без искажений проходит через него в сторону потребителей. Во втором – подача мощности прекращается. То есть тиристор, по сути, представляет собой электрический ключ, и это свойство данного радиокомпонента с успехом используется в схемах коммутации электросигналов.
Конечно, существуют и другие элементы, которые могут использоваться в качестве ключей. Например, те же транзисторы успешно исполняют эту функцию в цифровых схемах. Однако преимущество тиристоров на фоне всех других полупроводниковых радиокомпонентов состоит в быстродействии. Это обусловлено структурой данного элемента.
Устройство и виды тиристоров
Этот радиокомпонент состоит из 2-х последовательно расположенных p-n-переходов. Таким образом, внешние электроды тиристора интегрированы в p- и n-зоны и являются соответственно анодом и катодом. Внутренние p- и n-слои используются для управления, и с ними интегрируются управляющие выводы. В большинстве случаев управляющий электрод присоединяется к p-участку (тиристоры с управлением по катоду).
Благодаря данной структуре физические процессы насыщения и обеднения полупроводниковых слоёв протекают быстрее, и открытие, как и закрытие тиристора происходит лавинообразно – в течение наносекунд. Этим определяется отличное быстродействие тиристора. По этому параметру тиристор сильно опережает транзистор, уступая только интегральным микросхемам, да и то не всегда. Например, в высокочастотной технике микросхемы зачастую использовать не удаётся, и производители СВЧ-техники обращаются к старым добрым тиристорам.
1. Тринисторы
2. Динисторы
3. Симисторы
4. Фототиристоры
Параметры тиристора
Технические характеристики тиристора необходимо учитывать при выборе элемента для конкретной схемы. В базовый перечень ключевых параметров радиокомпонента входят следующие.
Применение тиристоров
Функциональные свойства тиристора, определяемые его устройством, используются для создания устройств, с помощью которых автоматизируется большое количество различных процессов. Этот элемент находит активное применение в разнообразных системах жизнеобеспечения, а также в промышленности.
Например, с использованием этих элементов создаются импульсные генераторы, используемые в цепях преобразования постоянного электротока в токи промышленной частоты. Тиристоры применяются в оборудовании, используемом в электроэнергетике и на транспорте – в системах управления асинхронными двигателями. Тиристорные ключи находят применение в управлении промышленными автоматами, в том числе, станками с числовым программным управлением.
Изрядное быстродействие тиристоров делает их предпочтительными для эксплуатации тиристорных приборов в телекоммуникационной аппаратуре, сигнальных системах, устройствах контроля доступа и прочей подобной технике.
Что касается форм-факторов и габаритов, то сегодня выпускается обширная номенклатура этих изделий. В продаже встречаются как миниатюрные радиокомпоненты размерами в несколько миллиметров, так и достаточно крупные образцы массой несколько сот граммов. Элементы комплектуются разными типами выводов. Малогабаритные тиристоры оснащаются планарными электродами. В конструкцию мощных компонентов входят стержневые выводы с резьбой под гайку. Обилие форм-факторов и габаритов позволяет без труда подобрать нужные тиристоры для решения той или иной конструкторской задачи.