Hvordan Thyristors (SCR) fungerer - Vejledning

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





Dybest set fungerer en SCR (Silicon Controlled Rectifier), som også er kendt under navnet Thyristor, som en transistor.

Hvad SCR står for

Enheden får sit navn (SCR) på grund af dens interne struktur med flere lag halvleder, der refererer til 'silicium' ordet i begyndelsen af ​​navnet.



Den anden del af navnet 'Kontrolleret' henviser til enhedens portterminal, der skiftes med et eksternt signal for at kontrollere enhedens aktivering og dermed ordet 'Kontrolleret'.

Og udtrykket 'ensretter' betegner SCR's udbedringsegenskab, når dets port udløses, og strøm får lov til at strømme over sin anode til katodeterminaler, dette kan ligne opretningen med en ensretterdiode.



Ovenstående forklaring gør det klart, hvordan enheden fungerer som en 'Silicon Controlled Rectifier'.

Selvom en SCR udbedres som en diode og efterligner en transistor på grund af dens udløsende funktion med et eksternt signal, består en SCR intern konfiguration af et firelags halvlederarrangement (PNPN), der består af 3 seriens PN-kryds, i modsætning til en diode, der har en 2-lags (PN) eller en transistor, der inkluderer en trelags (PNP / NPN) halvlederkonfiguration.

Du kan henvise til følgende billede for at forstå det interne layout af de forklarede halvlederkryds og hvordan Thyristors (SCR) fungerer.

En anden SCR-egenskab, der tydeligt matcher med en diode, er dens envejsegenskaber, som kun tillader strøm at strømme i en retning gennem den og blokere fra den anden side, mens den er tændt, når det er sagt, at SCR'er har en anden specialitet, der gør det muligt at betjene dem som en åben kontakt i slukket tilstand.

Disse to ekstreme skifttilstande i SCR'er begrænser disse enheder fra at forstærke signaler, og disse kan ikke bruges som transistorer til forstærkning af et pulserende signal.

De siliciumstyrede ensrettere eller SCR'erne ligesom Triacs, Diacs eller UJT's, som alle har egenskaben til at fungere som hurtigt skiftende solid state AC-switches, mens de regulerer et givet AC-potentiale eller strøm.

Så for ingeniører og hobbyister bliver disse enheder en fremragende solid state switch-indstilling, når det kommer til at regulere vekselstrømsomskifterenheder såsom lamper, motorer, lysdæmpere med maksimal effektivitet.

En SCR er en 3-terminal halvlederindretning, der er tildelt som Anode, Katode og Porten, som igen er internt lavet med 3 P-N-kryds, der har egenskaben til at skifte ved en meget høj hastighed.

Enheden kan således tændes med en hvilken som helst ønsket hastighed og diskret indstille ON / OFF-perioder til implementering af en bestemt gennemsnitlig tænding eller slukningstid for en belastning.

Teknisk set kan layoutet af en SCR eller en tyristor forstås ved at sammenligne det med et par transistorer (BJT) forbundet i rækkefølgen tilbage til tilbage for at danne som et supplerende regenerativt par af switche, som vist i det følgende billede :

Thyristors to transistoranalogi

De to transistorækvivalente kredsløb viser, at kollektorstrømmen for NPN-transistoren TR2 føder direkte ind i bunden af ​​PNP-transistoren TR1, mens kollektorstrømmen for TR1 føder ind i bunden af ​​TR2.

Disse to indbyrdes forbundne transistorer er afhængige af hinanden til ledning, da hver transistor får sin base-emitterstrøm fra den andens kollektor-emitterstrøm. Så indtil en af ​​transistorer får en eller anden basestrøm, kan der ikke ske noget, selvom der er en anode-til-katodespænding.

Simulering af SCR-topologien med en to-transistorintegration afslører, at formationen er på en sådan måde, at NPN-transistorens kollektorstrøm forsynes lige til bunden af ​​PNP-transistoren TR1, mens kollektorstrømmen for TR1 forbinder forsyningen med base af TR2.

Den simulerede to-transistorkonfiguration ser ud til at låse hinanden sammen og komplementere hinandens ledning ved at modtage basedrevet fra kollektors emitterstrøm fra den anden, hvilket gør portens spænding meget afgørende og sikrer, at den viste konfiguration aldrig kan lede, før der anvendes et portpotentiale, selv i nærværelse af anoden til katodepotentialet kan være vedvarende.

I en situation, hvor enhedens anodeledning er mere negativ end dens katode, tillader det, at NP-krydset forbliver forspændt, men sikrer, at de ydre P-N-kryds forspændes, så det fungerer som en standard ensretterdiode.

Denne egenskab ved en SCR gør det muligt at blokere for en omvendt strømflow, indtil en væsentlig høj spændingsstørrelse, der kan være uden for dens næbspecifikationer, påføres over de nævnte ledninger, hvilket tvinger SCR til at lede selv i fravær af et gate-drev .

Ovenstående henviser til kritiske egenskaber ved tyristorer, som kan få enheden til at blive udløst uønsket gennem en omvendt højspændingsspids og / eller en høj temperatur eller en hurtigt i stigende grad dv / dt spændingstransient.

Antag nu, at i en situation, hvor Anode-terminalen oplever mere positiv med hensyn til dens katodeføring, hjælper dette det ydre P-N-kryds til at blive fremadspændt, selvom det centrale NP-kryds fortsat forbliver omvendt forspændt. Dette sikrer derfor, at fremadstrømmen også blokeres.

Derfor, hvis et positivt signal induceret over basen af ​​NPN-transistoren TR2 resulterer i passage af kollektorstrømmen mod basen f TR1, som i trun tvinger kollektorstrømmen til at passere mod PNP-transistoren TR1, hvilket øger basedrevet på TR2 og processen bliver forstærket.

Ovennævnte tilstand tillader de to transistorer at forbedre deres ledning indtil mætningspunktet på grund af deres viste regenerative konfigurationsfeedback-loop, der holder situationen sammenlåst og låst.

Så snart SCR udløses, tillader det en strøm at strømme fra sin anode til katode med kun en minimal fremadrettet modstand på omkring, der kommer i stien, hvilket sikrer en effektiv ledning og drift af enheden ..

Når den udsættes for en vekselstrøm, kan SCR blokere begge cykler af vekselstrømmen, indtil SCR tilbydes med en udløsende spænding over sin port og katode, hvilket øjeblikkeligt tillader den positive halve cyklus af vekselstrømmen at passere over anodekatodeledningerne, og enheden begynder at efterligne en standard ensretterdiode, men kun så længe portudløseren forbliver tændt, bryder ledningen i det øjeblik gateudløseren fjernes.

De tvungne spændings- eller IV-karakteristikkurver til aktivering af en siliciumstyret ensretter kan ses i følgende billede:

Thyristor IV karakteristiske kurver

For en jævnstrømsindgang gennemgår den, så snart thyristoren er aktiveret, på grund af den forklarede regenerative ledning en låsefunktion, således at anoden til katodeledningen holder fast og fortsætter med at lede, selvom portudløseren fjernes.

For en jævnstrømseffekt mister porten således fuldstændig sin indflydelse, når den første udløsende impuls påføres over enhedens port, hvilket sikrer en spærret strøm fra dens anode til katode. Det kan brydes ved kortvarigt at bryde anode / katodestrømkilden, mens porten er helt inaktiv.

SCR kan ikke fungere som BJT'er

SCR er ikke designet til at være perfekt analoge som transistormodparterne og kan derfor ikke bringes til at lede i et mellemliggende aktivt område for en belastning, der kan være et sted mellem fuldstændig ledning og konkurrencesluk.

Dette er også sandt, fordi portudløseren ikke har nogen indflydelse på, hvor meget anoden til katoden kan bringes til at lede eller mætte, og selv en lille kortvarig portimpuls er således nok til at svinge anoden til katodeledningen til en fuld tænding.

Ovenstående funktion gør det muligt at sammenligne og betragte en SCR som en Bistable Latch, der besidder de to stabile tilstande, enten en komplet ON eller en fuld OFF. Dette skyldes de to specielle egenskaber ved SCR som reaktion på en AC- eller DC-indgang som forklaret i ovenstående afsnit.

Sådan bruges porten til en SCR til at styre dens skift

Som diskuteret tidligere, når en SCR er udløst med en DC-indgang, og dens anodekatode er selvlåst, kan denne låses op eller slukkes enten ved kortvarigt at fjerne anodeforsyningskilden (anodestrøm Ia) fuldstændigt eller ved at reducere den samme til nogle markant lavt niveau under den specificerede holdestrøm for enheden eller 'minimum holdestrøm' Ih.

Dette indebærer, at den minimale holdestrøm for anode til katode skal reduceres, indtil tyristorenes interne P-N-låsebinding er i stand til at gendanne sin naturlige blokeringsfunktion til handling.

Derfor betyder dette også, at for at få en SCR til at fungere eller udføre med en portudløser, er det bydende nødvendigt, at anoden til katodebelastningsstrømmen er over den specificerede 'minimale holdestrøm' Ih, ellers kan SCR muligvis ikke implementere belastningsledningen, derfor hvis IL er belastningsstrømmen, skal dette være som IL> IH.

Som allerede diskuteret i de foregående afsnit, når en vekselstrøm anvendes på tværs af SCR-anoden. Katodestifter, sikrer det, at SCR ikke får lov til at udføre låsningseffekten, når gate-drevet fjernes.

Dette skyldes, at vekselstrømssignalet tænder og slukker inden for dets nulkrydsningslinje, som holder SCR-anoden til katodestrøm for at slukke ved hver 180 graders forskydning af den positive halvcyklus af vekselstrømsformen.

Dette fænomen betegnes som 'naturlig pendling' og pålægger en afgørende funktion for en SCR-ledning. I modsætning til dette med DC-forsyninger bliver denne funktion uvæsentlig med SCR'er.

Men da en SCR er designet til at opføre sig som en ensretterdiode, reagerer den kun effektivt på de positive halvcykler af en vekselstrøm og forbliver omvendt forudindtaget og svarer ikke helt til den anden halvdel af vekselstrømmen, selv i nærvær af et gate-signal.

Dette indebærer, at SCR i nærværelse af en portudløser kun overfører sin anode til katoden i de respektive positive vekselstrømshalvcykler og forbliver dæmpet i de andre halvcykler.

På grund af den ovennævnte forklarede låsefunktion og også afskæringen under den anden halvcyklus af en vekselstrømsbølgeform, kan SCR effektivt bruges til at skære fase vekselstrømscyklusser, således at belastningen kan skiftes ved ethvert ønsket (justerbart) lavere effektniveau .

Også kendt som fasestyring, kan denne funktion implementeres gennem et eksternt tidsbestemt signal, der påføres over SCR-porten. Dette signal bestemmer efter hvor meget forsinkelse SCR'en kan affyres, når AC-fasen er begyndt med sin positive halve cyklus.

Så dette tillader kun at skifte den del af vekselstrømsbølgen, der passeres efter portudløseren .. denne fasestyring er blandt hovedfunktionerne i en siliciumstyret tyristor.

Hvordan thyristorer (SCR) fungerer i fasekontrol kan forstås ved at se på nedenstående billeder.

Det første diagram viser en SCR, hvis gate permanent udløses, som det kan ses i det første diagram, dette gør det muligt for den komplette positive bølgeform at blive igangsat fra start til slut, det fra tværs over den centrale nulkrydsningslinje.

Thyristor fasekontrol

I starten af ​​hver positive halvcyklus er SCR “OFF”. Ved induktion af gate spænding aktiverer SCR i ledning og gør det muligt at blive helt låst 'ON' gennem den positive halve cyklus. Når tyristoren er tændt i starten af ​​halvcyklussen (θ = 0o), vil den tilsluttede belastning (en lampe eller lignende) være 'ON' for hele den positive cyklus af AC-bølgeformen (halvbølge-ensrettet AC ) ved en forhøjet gennemsnitlig spænding på 0,318 x Vp.

Når initialiseringen af ​​portkontakten TIL hæves langs halvcyklussen (θ = 0o til 90o), tændes den tilsluttede lampe i en kortere periode, og netspændingen, der bringes til lampen, ligeledes proportionalt mindre, hvorved dens intensitet falder.

Efterfølgende er det let at udnytte en siliciumstyret ensretter som en lysdæmper til vekselstrøm og i mange forskellige ekstra vekselstrømsapplikationer for eksempel: AC-motorhastighedsregulering, varmestyringsenheder og effektregulatorer osv.

Indtil nu har vi været vidne til, at en tyristor i grunden er en halvbølgeenhed, der kun kan passere strøm i den positive halvdel af cyklussen, når anoden er positiv og forhindrer strømmen ligesom en diode i tilfælde, hvor anoden er negativ. , selvom portstrømmen forbliver aktiv.

Ikke desto mindre kan du finde mange flere varianter af lignende halvlederprodukter at vælge imellem, der stammer fra titlen 'Thyristor' designet til at fungere i begge retninger af halvcyklerne, fuldbølgeenhederne eller kunne blive slået 'OFF' ved hjælp af Gate-signalet. .

Denne type produkter indeholder 'Gate Turn-OFF Thyristors' (GTO), 'Statisk induktionstyristorer' (SITH), 'MOS-kontrollerede tyristorer' (MCT), 'Silicium-kontrolleret switch' (SCS), 'Triode-tyristorer' (TRIAC) og “Light Triggered Thyristors” (LASCR) for at identificere nogle få, med så mange af disse enheder tilgængelige i mange forskellige spændings- og strømværdier, hvilket gør dem interessante at blive brugt til formål med meget høje effektniveauer.

Thyristor Arbejdsoversigt

Siliciumstyrede ensrettere, der almindeligvis kaldes Thyristors, er PNPN-halvledere med tre forbindelser, der kan betragtes som to indbyrdes forbundne transistorer, som du kan bruge til at skifte strøm, der drives af tunge elektriske belastninger.

De er kendetegnet ved at være låst - 'ON' af en enkelt impuls af positiv strøm, der påføres deres Gate-bly og kan fortsætte med at være 'ON' uendeligt, indtil anoden til katodestrømmen er reduceret til under deres specificerede mindste låsemåling eller vendt.

Statiske egenskaber ved en thyristor

Thyristorer er halvlederudstyr, der er konfigureret til kun at fungere i skiftefunktionen. Thyristor er strømstyrede produkter, en lille portstrøm er i stand til at styre en mere betydelig anodestrøm. Aktiverer kun strøm én gang fremadspændt og udløsende strøm anvendt på porten.

Thyristoren fungerer på samme måde som en ensretterdiode, når den tilfældigvis aktiveres 'ON'. Anodestrøm skal være mere end at opretholde strømværdien for at bevare ledning. Hæmmer strømpassagen i tilfælde af omvendt forspænding, uanset om portstrøm er sat på eller ej.

Så snart den er slået “TIL”, bliver den låst “TIL”, uanset om der anvendes en portstrøm, men kun hvis Anode-strømmen er over låsestrømmen.

Thyristorer er hurtige afbrydere, som du kan bruge til at erstatte elektromekaniske relæer i et antal kredsløb, da de simpelthen ikke har vibrerende dele, ingen kontaktbuer eller har problemer med forringelse eller snavs.

Men ud over blot at skifte væsentlige strømme 'TIL' og 'FRA', kan tyristorer opnås for at styre RMS-værdien for en vekselstrømsbelastningsstrøm uden at sprede en betydelig mængde strøm. Et glimrende eksempel på tyristorstyring er styring af elektrisk belysning, varmelegemer og motorhastighed.

I den næste vejledning vil vi se på nogle grundlæggende Thyristor kredsløb og applikationer ved hjælp af både vekselstrøms- og jævnstrømsforsyning.




Forrige: Solar Insect Killer Circuit til beskyttelse af afgrøder på gårde Næste: Automatisk badeværelse / toiletindikator Circuit