Qué tan potentes funcionan los tiristores de potencia. Tiristor para tontos: diagrama de conexión y métodos de control.

Buenas noches habr. Hablemos de un dispositivo como un tiristor. Un tiristor es un dispositivo semiconductor biestable que tiene tres o más uniones rectificadoras que interactúan. En términos de funcionalidad, se pueden comparar con llaves electrónicas. Pero el tiristor tiene una característica: no puede entrar en estado cerrado, a diferencia de una llave normal. Por lo tanto, generalmente se puede encontrar bajo el nombre: clave no completamente administrada.

La figura muestra una vista típica de un tiristor. Consta de cuatro tipos alternos de conductividad eléctrica de regiones semiconductoras y tiene tres terminales: ánodo, cátodo y electrodo de control.
El ánodo está en contacto con la capa p exterior, el cátodo está en contacto con la capa n exterior.
Puede refrescar su memoria sobre la unión p-n.

Clasificación

Dependiendo del número de pines se puede derivar una clasificación de tiristores. En esencia, todo es muy simple: un tiristor con dos terminales se llama dinistor (en consecuencia, solo tiene un ánodo y un cátodo). Los tiristores con tres y cuatro terminales se llaman triodo o tetrodo. También existen tiristores con un gran número de zonas semiconductoras alternas. Uno de los más interesantes es un tiristor simétrico (triac), que se enciende con cualquier polaridad de voltaje.

Principio de funcionamiento

Normalmente, un tiristor se representa como dos transistores conectados entre sí, cada uno de los cuales funciona en modo activo.

En relación con este patrón, las regiones exteriores se pueden llamar emisores y la unión central se puede llamar colector.
Para entender cómo funciona un tiristor, debes observar la característica corriente-voltaje.


Se aplica un pequeño voltaje positivo al ánodo del tiristor. Las uniones del emisor están conectadas en dirección directa y las uniones del colector en dirección inversa. (Básicamente, toda la tensión recaerá en él). La sección de cero a uno en la característica corriente-voltaje será aproximadamente similar a la rama inversa de la característica del diodo. Este modo puede denominarse modo de estado cerrado del tiristor.
A medida que aumenta el voltaje del ánodo, se inyectan portadores mayoritarios en la región de la base, acumulando así electrones y huecos, lo que equivale a la diferencia de potencial en la unión del colector. A medida que aumenta la corriente a través del tiristor, el voltaje en la unión del colector comenzará a disminuir. Y cuando disminuye a un cierto valor, nuestro tiristor entrará en un estado de resistencia diferencial negativa (sección 1-2 en la figura).
Después de esto, las tres transiciones se desplazarán hacia adelante, transfiriendo así el tiristor al estado abierto (sección 2-3 en la figura).
El tiristor permanecerá en estado abierto mientras la unión del colector esté polarizada en dirección directa. Si se reduce la corriente del tiristor, como resultado de la recombinación, el número de portadores de desequilibrio en las regiones de la base disminuirá y la unión del colector se polarizará en la dirección opuesta y el tiristor pasará al estado apagado.
Cuando el tiristor se enciende al revés, la característica corriente-voltaje será similar a la de dos diodos conectados en serie. La tensión inversa estará limitada en este caso por la tensión de ruptura.

Parámetros generales de tiristores.

1. voltaje de encendido- este es el voltaje mínimo del ánodo al cual el tiristor entra en estado encendido.
2. voltaje directo es la caída de voltaje directo a la corriente máxima del ánodo.
3. voltaje inverso- este es el voltaje máximo permitido en el tiristor en estado cerrado.
4. Corriente directa máxima permitida- esta es la corriente máxima en estado abierto.
5. corriente inversa- corriente a máxima tensión inversa.
6. Corriente máxima de control del electrodo
7. Tiempo de retardo de encendido/apagado
8. Disipación de potencia máxima permitida

Conclusión

Por lo tanto, hay una retroalimentación de corriente positiva en el tiristor: un aumento de corriente a través de una unión de emisor conduce a un aumento de corriente a través de otra unión de emisor.
Un tiristor no es un interruptor de control completo. Es decir, habiendo cambiado a un estado abierto, permanece en él incluso si deja de enviar una señal a la transición de control, si se suministra una corriente superior a un cierto valor, es decir, la corriente de mantenimiento.

En los diagramas y la documentación técnica se utilizan a menudo varios términos y símbolos, pero no todos los electricistas novatos conocen su significado. Proponemos discutir qué son los tiristores de potencia para soldadura, sus principios de funcionamiento, características y marcas de estos dispositivos.

¿Qué es un tiristor y sus tipos?

Muchos han visto tiristores en la guirnalda "Running Fire"; este es el ejemplo más simple del dispositivo descrito y cómo funciona. Un rectificador o tiristor de silicio es muy similar a un transistor. Se trata de un dispositivo semiconductor multicapa cuyo material principal es el silicio, normalmente en una carcasa de plástico. Debido al hecho de que su principio de funcionamiento es muy similar al de un diodo rectificador (dispositivos rectificadores de CA o dinistores), la designación en los diagramas suele ser la misma: esto se considera un análogo de un rectificador.

Foto – Diagrama de guirnalda de fuego corriendo

Hay:

• Tiristores de apagado ABB (GTO),
• estándar SEMIKRON,
• potente avalancha tipo TL-171,
• optoacopladores (digamos, módulo TO 142-12.5-600 o MTOTO 80),
• TS-106-10 simétrico,
• MTT de baja frecuencia,
• triac BTA 16-600B o VT para lavadoras,
• frecuencia TBC,
• TPS extranjero 08,
• TYN 208.

Pero al mismo tiempo, los transistores de tipo IGBT o IGCT se utilizan para dispositivos de alto voltaje (hornos, máquinas herramienta y otros tipos de automatización industrial).

Foto – Tiristor

Pero, a diferencia de un diodo, que es un transistor de dos capas (PN) (PNP, NPN), un tiristor consta de cuatro capas (PNPN) y este dispositivo semiconductor contiene tres uniones p-n. En este caso, los rectificadores de diodos se vuelven menos eficientes. Esto lo demuestra claramente el circuito de control de tiristores, así como cualquier libro de referencia para electricistas (por ejemplo, en la biblioteca puede leer un libro del autor Zamyatin de forma gratuita).

Un tiristor es un convertidor de CA unidireccional, lo que significa que conduce corriente en una sola dirección, pero a diferencia de un diodo, el dispositivo puede funcionar como un interruptor de circuito abierto o como un diodo rectificador de CC. En otras palabras, los tiristores semiconductores sólo pueden funcionar en modo de conmutación y no pueden utilizarse como dispositivos de amplificación. La llave del tiristor no es capaz de moverse por sí sola a la posición cerrada.

El rectificador controlado por silicio es uno de varios dispositivos semiconductores de potencia, junto con triacs, diodos de CA y transistores uniunión, que pueden cambiar de un modo a otro muy rápidamente. Un tiristor de este tipo se llama de alta velocidad. Por supuesto, la clase del dispositivo juega aquí un papel importante.

Aplicación de tiristor

El propósito de los tiristores puede ser muy diferente, por ejemplo, un inversor de soldadura casero que utiliza tiristores, un cargador para un automóvil (tiristor en la fuente de alimentación) e incluso un generador son muy populares. Debido a que el dispositivo en sí puede soportar cargas tanto de baja como de alta frecuencia, también se puede utilizar como transformador para máquinas de soldar (su puente utiliza exactamente estas piezas). Para controlar el funcionamiento de la pieza en este caso, se necesita un regulador de voltaje en el tiristor.

Foto: usando tiristor en lugar de LATR

No te olvides del tiristor de encendido para motos.

Descripción del diseño y principio de funcionamiento.

El tiristor consta de tres partes: "Ánodo", "Cátodo" y "Entrada", que consta de tres uniones p-n que pueden cambiar entre las posiciones "ON" y "OFF" a muy alta velocidad. Pero al mismo tiempo, también se puede cambiar desde la posición "ON" durante diferentes duraciones, es decir, durante varios semiciclos, para entregar una cierta cantidad de energía a la carga. El funcionamiento de un tiristor se puede explicar mejor suponiendo que constará de dos transistores conectados entre sí, como un par de interruptores regenerativos complementarios.

Los microcircuitos más simples muestran dos transistores, que se combinan de tal manera que la corriente del colector, después del comando "Inicio", fluye hacia el transistor NPN TR 2 canales directamente al transistor PNP TR 1. En este momento, la corriente de TR 1 fluye hacia los canales hacia las bases de TR 2. Estos dos transistores interconectados están dispuestos de manera que el emisor base recibe corriente del emisor-colector del otro transistor. Esto requiere una colocación paralela.

Foto – Tiristor KU221IM

A pesar de todas las medidas de seguridad, el tiristor puede moverse involuntariamente de una posición a otra. Esto ocurre debido a un fuerte salto en la corriente, cambios de temperatura y otros factores diversos. Por lo tanto, antes de comprar un tiristor KU202N, T122 25, T 160, T 10 10, no solo debe verificarlo con un probador (anillo), sino también familiarizarse con los parámetros de funcionamiento.

Características típicas de corriente-voltaje del tiristor

Para comenzar a discutir este complejo tema, mire el diagrama de las características corriente-voltaje de un tiristor:

Foto - características de la característica corriente-voltaje del tiristor.

1. El segmento entre 0 y (V®,IL) corresponde completamente al bloqueo directo del dispositivo;
2. En la sección Vvo, el tiristor está en la posición “ON”;
3. El segmento entre las zonas (Vvo, IL) y (Vн,In) es la posición de transición en el estado encendido del tiristor. Es en esta zona donde se produce el llamado efecto dinistor;
4. A su vez, los puntos (Vн,In) muestran en el gráfico la apertura directa del dispositivo;
5. Los puntos 0 y Vbr son la sección donde se apaga el tiristor;
6. A esto le sigue el segmento Vbr, que indica el modo de avería inversa.

Naturalmente, los componentes de radio de alta frecuencia modernos en un circuito pueden afectar las características de corriente-voltaje de forma insignificante (refrigeradores, resistencias, relés). Además, los fototiristores simétricos, diodos Zener SMD, optotiristores, triodos, optoacopladores, módulos optoelectrónicos y otros pueden tener diferentes características de corriente-voltaje.

Foto - característica corriente-voltaje de un tiristor

Además, llamamos su atención sobre el hecho de que en este caso la protección del dispositivo se realiza en la entrada de carga.

Comprobación de tiristores

Antes de comprar un dispositivo, necesita saber cómo probar un tiristor con un multímetro. El dispositivo de medición sólo se puede conectar a un llamado tester. A continuación se presenta el diagrama mediante el cual se puede ensamblar dicho dispositivo:

Foto – probador de tiristores

Según la descripción, es necesario aplicar un voltaje positivo al ánodo y un voltaje negativo al cátodo. Es muy importante utilizar un valor que coincida con la resolución del tiristor. El dibujo muestra resistencias con un voltaje nominal de 9 a 12 voltios, lo que significa que el voltaje del probador es ligeramente mayor que el del tiristor. Una vez que haya ensamblado el dispositivo, puede comenzar a verificar el rectificador. Debes presionar el botón que envía señales de pulso para encenderlo.

Probar el tiristor es muy sencillo; un botón envía brevemente una señal de apertura (positiva respecto al cátodo) al electrodo de control. Después de eso, si se encienden las luces de marcha del tiristor, el dispositivo se considera inoperativo, pero los dispositivos potentes no siempre reaccionan inmediatamente después de que llega la carga.

Foto - circuito de prueba para tiristores.

Además de verificar el dispositivo, también se recomienda utilizar controladores especiales o una unidad de control para tiristores y triacs OWEN BOOST u otras marcas; funciona aproximadamente de la misma manera que un regulador de potencia en un tiristor; La principal diferencia es una gama más amplia de voltajes.

Video: principio de funcionamiento de un tiristor.

Presupuesto

Consideremos los parámetros técnicos del tiristor de la serie KU 202e. Esta serie presenta dispositivos domésticos de bajo consumo, cuyo uso principal se limita a los electrodomésticos: se utiliza para operar hornos eléctricos, calentadores, etc.

El siguiente dibujo muestra la distribución de pines y las partes principales del tiristor.

Foto – ku 202

1. Establecer voltaje de estado activado inverso (máx.) 100 V
2. Tensión cerrada 100 V
3. Pulso en posición abierta – 30 A
4. Impulso repetido en posición abierta 10 A
5. media tensión<=1,5 В
6. Tensión de no desbloqueo >=0,2 V
7. Establecer corriente en posición abierta<=4 мА
8. corriente inversa<=4 мА
9. Corriente de desbloqueo de tipo constante<=200 мА
10. Establecer voltaje constante<=7 В
11. A tiempo<=10 мкс
12. tiempo de apagado<=100 мкс

El dispositivo se enciende en microsegundos. Si necesita reemplazar el dispositivo descrito, consulte con un asesor de ventas en una tienda de electricidad; él podrá seleccionar un análogo de acuerdo con el diagrama.

Foto – tiristor Ku202n

El precio de un tiristor depende de su marca y características. Recomendamos comprar dispositivos domésticos, son más duraderos y asequibles. En los mercados espontáneos se puede comprar un convertidor potente y de alta calidad por hasta cien rublos.

Tiristor. Dispositivo, propósito.

Un tiristor es un dispositivo semiconductor controlado de tres electrodos con tres p-n-transiciones, que tienen dos estados estables de equilibrio eléctrico: cerrado y abierto.

El tiristor combina las funciones de rectificador, interruptor y amplificador. A menudo se utiliza como regulador, principalmente cuando el circuito se alimenta con tensión alterna. Los siguientes puntos revelan las tres propiedades principales de un tiristor:

1 Un tiristor, como un diodo, conduce la corriente en una dirección y actúa como rectificador;

2 El tiristor cambia del estado apagado al estado encendido cuando se aplica una señal al electrodo de control y, por lo tanto, como un interruptor, tiene dos estados estables.

3 la corriente de control necesaria para transferir el tiristor del estado "cerrado" al estado "abierto" es significativamente menor (varios miliamperios) con una corriente de funcionamiento de varios amperios e incluso varias decenas de amperios. En consecuencia, el tiristor tiene las propiedades de un amplificador de corriente;

Diseño y principales tipos de tiristores.

Arroz. 1. Circuitos de tiristores: a) Básico de cuatro capas. pnpn-estructura b) Tiristor de diodo c) Tiristor de triodo.

El diagrama básico de la estructura del tiristor se muestra en la Fig. 1. Es una estructura semiconductora de cuatro capas. pnpn, que contiene tres conectados en serie pn-transición J1, J2, J3. Contacto externo pag-La capa se llama ánodo, hacia el exterior. norte-capa - cátodo. En general pnpn-el dispositivo puede tener hasta dos electrodos de control (bases) conectados a las capas internas. Al aplicar una señal al electrodo de control, se controla el tiristor (su estado cambia). Un dispositivo sin electrodos de control se llama tiristor de diodo o dinistor. Estos dispositivos se controlan mediante el voltaje aplicado entre los electrodos principales. Un dispositivo con un electrodo de control se llama tiristor triodo o RCS(a veces solo un tiristor, aunque esto no es del todo correcto). Dependiendo de a qué capa del semiconductor esté conectado el electrodo de control, los SCR pueden controlarse por ánodo y cátodo. Estos últimos son los más comunes.

Los dispositivos descritos anteriormente son de dos variedades: los que hacen pasar la corriente en una dirección (del ánodo al cátodo) y los que hacen pasar la corriente en ambas direcciones. En este último caso, los dispositivos correspondientes se denominan simétrico(ya que sus características corriente-voltaje son simétricas) y suelen tener una estructura semiconductora de cinco capas. SCR simétrico también llamado triac o triac(del inglés triac). Cabe señalar que en lugar de dinistores simétricos, a menudo se utilizan sus análogos integrales, que tienen mejores parámetros.

Los tiristores con electrodo de control se dividen en bloqueables y no bloqueables. Los tiristores sin enclavamiento, como su nombre indica, no se pueden apagar mediante una señal aplicada al electrodo de control. Estos tiristores se apagan cuando la corriente que fluye a través de ellos es menor que la corriente de mantenimiento. En la práctica, esto suele ocurrir al final de la media onda de la tensión de red.

Característica corriente-voltaje de un tiristor.

Arroz. 2. Característica corriente-voltaje del tiristor.

En la Fig. 2 se muestra una característica típica de corriente-voltaje de un tiristor que conduce en una dirección (con o sin electrodos de control). Tiene varias secciones:

· Entre los puntos 0 y (V®,IL) hay un tramo correspondiente a la alta resistencia del dispositivo - bloqueo directo (rama inferior).

· En el punto Vvo el tiristor se enciende (el punto en el que el dinistor cambia al estado encendido).

· Entre los puntos (Vvo, IL) y (Vн,In) hay una sección con resistencia diferencial negativa, una región inestable de conmutación al estado encendido. Cuando se aplica una diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo de un tiristor de polaridad directa mayor que Vno, el tiristor se desbloquea (efecto dinistor).

· La sección desde el punto con coordenadas (Vн,In) y superiores corresponde al estado abierto (conducción directa)

· El gráfico muestra las características corriente-voltaje con diferentes corrientes de control (corrientes en el electrodo de control del tiristor) IG (IG=0; IG>0; IG>>0), y cuanto mayor es la corriente IG, menor es el voltaje Vbo el tiristor cambia a un estado conductor

· La línea de puntos indica el llamado. “corriente de encendido de rectificación” (IG>>0), en la que el tiristor pasa a un estado conductor con un voltaje mínimo ánodo-cátodo. Para devolver el tiristor a un estado no conductor, es necesario reducir la corriente en el circuito ánodo-cátodo por debajo de la corriente de encendido de la rectificación.

· La sección entre 0 y Vbr describe el modo de bloqueo inverso del dispositivo.

La característica corriente-voltaje de los tiristores simétricos difiere de la que se muestra en la figura. 2 porque la curva en el tercer cuarto del gráfico repite las secciones 0-3 simétricamente con respecto al origen.

Según el tipo de no linealidad de la característica corriente-tensión, el tiristor se clasifica como un dispositivo S.

♦ Como ya hemos descubierto, un tiristor es un dispositivo semiconductor que tiene las propiedades de una válvula eléctrica. Tiristor con dos terminales. (A - ánodo, K - cátodo) , este es un dinistor. Tiristor con tres terminales. (A – ánodo, K – cátodo, Ue – electrodo de control) , esto es un tiristor, o en la vida cotidiana simplemente se le llama tiristor.

♦ Usando el electrodo de control (bajo ciertas condiciones), puede cambiar el estado eléctrico del tiristor, es decir, transferirlo del estado "apagado" al estado "encendido".
El tiristor se abre si el voltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo excede el valor U = arriba, es decir, la magnitud del voltaje de ruptura del tiristor;
El tiristor se puede abrir a un voltaje inferior a arriba entre ánodo y cátodo (Ud.< Uпр) , si aplica un pulso de voltaje de polaridad positiva entre el electrodo de control y el cátodo.

♦ El tiristor puede permanecer en estado abierto tanto tiempo como se desee, siempre y cuando se le aplique la tensión de alimentación.
El tiristor se puede cerrar:

• - si reduce el voltaje entre el ánodo y el cátodo hasta U = 0;
• - si reduce la corriente del ánodo del tiristor a un valor menor que la corriente de mantenimiento DIU.
• — aplicando una tensión de bloqueo al electrodo de control (sólo para tiristores de apagado).

El tiristor también puede permanecer en estado cerrado durante cualquier período de tiempo hasta que llegue el impulso de activación.
Los tiristores y dinistores funcionan tanto en circuitos de corriente continua como alterna.

Funcionamiento de dinistor y tiristor en circuitos de CC.

Veamos algunos ejemplos prácticos.
El primer ejemplo del uso de un dinistor es generador de sonido de relajación .

Lo usamos como dinistor. KN102A-B.

♦ El generador funciona de la siguiente manera.
Cuando se presiona el botón kn, a través de resistencias R1 y R2 El condensador se carga gradualmente. CON(+ baterías – contactos cerrados del botón Kn – resistencias – condensador C – menos baterías).
En paralelo al condensador se conecta una cadena de una cápsula telefónica y un dinistor. No fluye corriente a través de la cápsula del teléfono ni del dinistor, ya que el dinistor todavía está "bloqueado".
♦ Cuando el condensador alcanza el voltaje en el que se rompe el dinistor, un pulso de corriente de descarga del condensador pasa a través de la bobina de la cápsula telefónica (C – bobina telefónica – dinistor – C). Se escucha un clic desde el teléfono, el condensador se descarga. A continuación, el condensador C se carga nuevamente y el proceso se repite.
La frecuencia de repetición de los clics depende de la capacitancia del condensador y del valor de resistencia de las resistencias. R1 y R2.
♦ Con los valores nominales de voltaje, resistencia y capacitor indicados en el diagrama, la frecuencia de la señal de sonido usando la resistencia R2 se puede cambiar dentro de 500 – 5000 hercios. La cápsula telefónica debe usarse con una bobina de baja impedancia. 50 – 100 ohmios, no más, por ejemplo una cápsula telefónica TK-67-N.
La cápsula del teléfono debe estar conectada con la polaridad correcta, de lo contrario no funcionará. En la cápsula hay una designación + (más) y – (menos).

♦ Este esquema (Figura 1) tiene un inconveniente. Debido a la gran variedad de parámetros dinistor KN102(diferente tensión de ruptura), en algunos casos, será necesario aumentar la tensión de alimentación a 35 – 45 voltios, lo cual no siempre es posible y conveniente.

En la Fig. 2 se muestra un dispositivo de control ensamblado en un tiristor para encender y apagar la carga usando un botón.

El dispositivo funciona de la siguiente manera.
♦ En el estado inicial, el tiristor está cerrado y la luz no se enciende.
Presione el botón Kn para 1 – 2 segundos. Los contactos del botón se abren, el circuito del cátodo del tiristor está roto.

En este momento el condensador CON cargado desde una fuente de energía a través de una resistencia R1. El voltaje a través del capacitor alcanza Ud. fuente de alimentación.
Suelta el botón kn.
En este momento, el condensador se descarga a través del circuito: resistencia R2 - electrodo de control del tiristor - cátodo - contactos cerrados del botón Kn - condensador.
La corriente fluirá en el circuito del electrodo de control, tiristor. "se abrirá".
La luz se enciende y a lo largo del circuito: más baterías - carga en forma de bombilla - tiristor - contactos cerrados del botón - menos baterías.
El circuito permanecerá en este estado durante el tiempo que se desee. .
En este estado, el condensador está descargado: resistencia R2, electrodo de control de transición - cátodo de tiristor, contactos del botón Kn.
♦ Para apagar la bombilla, presione brevemente el botón kn. En este caso, se interrumpe el circuito principal de alimentación de la bombilla. tiristor "cierra". Cuando los contactos del botón están cerrados, el tiristor permanecerá en estado cerrado, ya que el electrodo de control del tiristor Uynp = 0(el condensador está descargado).

He probado y trabajado de manera confiable varios tiristores en este circuito: KU101, T122, KU201, KU202, KU208 .

♦ Como ya se mencionó, el dinistor y el tiristor tienen sus propios transistor analógico .

El circuito analógico de tiristores consta de dos transistores y se muestra en la figura 3.
Transistor Tr 1 tiene p-n-p conductividad, transistor Tr 2 tiene n-p-n conductividad. Los transistores pueden ser de germanio o silicio.

El análogo del tiristor tiene dos entradas de control.
Primera entrada: A – Ue1(emisor - base del transistor Tr1).
Segunda entrada: K – Ue2(emisor - base del transistor Tr2).

El análogo tiene: A - ánodo, K - cátodo, Ue1 - el primer electrodo de control, Ue2 - el segundo electrodo de control.

Si no se utilizan electrodos de control, entonces será un dinistor, con electrodos A - ánodo y K - cátodo .

♦ Se debe seleccionar un par de transistores, para un análogo de un tiristor, de la misma potencia con una corriente y un voltaje superiores a los necesarios para el funcionamiento del dispositivo. Parámetros analógicos del tiristor (tensión de ruptura Unp, corriente de mantenimiento Iyд) , dependerá de las propiedades de los transistores utilizados.

♦ Para una operación analógica más estable, se agregan resistencias al circuito. R1 y R2. Y usando una resistencia R3 El voltaje de ruptura se puede ajustar. arriba y manteniendo la corriente Iyd análogo de un dinistor: un tiristor. Se muestra un diagrama de dicho análogo. en la figura 4.

Si en el circuito generador de frecuencia de audio. (Figura 1), en lugar de un dinistor KN102 enciende el análogo dinistor, obtienes un dispositivo con diferentes propiedades (Figura 5) .

La tensión de alimentación de dicho circuito será de 5 a 15 voltios. Cambiar los valores de resistencia R3 y R5 Puede cambiar el tono del sonido y el voltaje de funcionamiento del generador.

resistencia variable R3 El voltaje de ruptura del análogo se selecciona para el voltaje de suministro utilizado.

Luego puedes reemplazarlo con una resistencia constante.

Transistores Tr1 y Tr2: KT502 y KT503; KT814 y KT815 o cualquier otro.

♦ Interesante circuito estabilizador de voltaje con protección contra cortocircuitos de carga (Figura 6).

Si la corriente de carga excede 1 amperio, la protección funcionará.

El estabilizador consta de:

• - elemento de control - diodo zener KS510, que determina el voltaje de salida;
• - transistores de actuador KT817A, KT808A, actuando como regulador de voltaje;
• - se utiliza una resistencia como sensor de sobrecarga R4;
• — el mecanismo de protección del actuador utiliza un análogo de un dinistor, en transistores KT502 y KT503.

♦ En la entrada del estabilizador hay un condensador a modo de filtro. C1. Resistor R1 se establece la corriente de estabilización del diodo zener KS510, tamaño 5 – 10 mA. El voltaje a través del diodo zener debe ser 10 voltios.
Resistor R5 establece el modo inicial de estabilización del voltaje de salida.

Resistor R4 = 1,0 ohmios, está conectado en serie al circuito de carga. Cuanto mayor es la corriente de carga, más voltaje proporcional a la corriente se libera a través de él.

En el estado inicial, cuando la carga en la salida del estabilizador es pequeña o está apagada, el análogo del tiristor está cerrado. El voltaje de 10 voltios que se le aplica (del diodo Zener) no es suficiente para provocar una avería. En este momento la caída de voltaje a través de la resistencia R4 casi igual a cero.
Si aumenta gradualmente la corriente de carga, la caída de voltaje a través de la resistencia aumentará R4. A un cierto voltaje en R4, el análogo del tiristor se abre paso y el voltaje se establece entre el punto Punto1 y un cable común igual a 1,5 - 2,0 voltios.
Este es el voltaje de la transición ánodo-cátodo de un análogo abierto de un tiristor.

Al mismo tiempo se enciende el LED D1, señalando una emergencia. El voltaje en la salida del estabilizador, en este momento, será igual a 1,5 - 2,0 voltios.
Para restaurar el funcionamiento normal del estabilizador, debe apagar la carga y presionar el botón kn, restableciendo el bloqueo de seguridad.
Volverá a haber voltaje en la salida del estabilizador. 9 voltios y el LED se apagará.
Configurando la resistencia R3, puede seleccionar la corriente de operación de protección desde 1 amperio o más . Transistores T1 y T2 Se puede instalar en un radiador sin aislamiento. El radiador en sí debe estar aislado de la carcasa.

Modo de bloqueo inverso

Arroz. 3. Modo de bloqueo inverso de tiristor

Dos factores principales limitan el régimen de avería inversa y avería directa:

1. Punción de la zona empobrecida.

En el modo de bloqueo inverso, se aplica un voltaje al ánodo del dispositivo, negativo con respecto al cátodo; las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa y la unión J2 tiene polarización directa (ver Fig. 3). En este caso, la mayor parte de la tensión aplicada cae en una de las uniones J1 o J3 (según el grado de dopaje de las distintas regiones). Sea esta la transición J1. Dependiendo del espesor W n1 de la capa n1, la ruptura se produce por multiplicación de avalancha (el espesor de la región de agotamiento durante la ruptura es menor que W n1) o punción (la capa de agotamiento se extiende por toda la región n1 y las uniones J1 y J2 están cerrados).

Modo de bloqueo directo

Con el bloqueo directo, el voltaje en el ánodo es positivo con respecto al cátodo y sólo la unión J2 tiene polarización inversa. Las uniones J1 y J3 están polarizadas en directa. La mayor parte del voltaje aplicado cae en el cruce J2. A través de las uniones J1 y J3, se inyectan portadores minoritarios en las regiones adyacentes al empalme J2, que reducen la resistencia del empalme J2, aumentan la corriente a través de él y reducen la caída de voltaje a través de él. A medida que aumenta el voltaje directo, la corriente a través del tiristor inicialmente aumenta lentamente, lo que corresponde a la sección 0-1 de la característica corriente-voltaje. En este modo, el tiristor puede considerarse bloqueado, ya que la resistencia del empalme J2 sigue siendo muy alta. A medida que aumenta el voltaje a través del tiristor, la proporción de voltaje a través de J2 disminuye y los voltajes a través de J1 y J3 aumentan más rápido, lo que hace que la corriente a través del tiristor aumente aún más y aumente la inyección de portadores minoritarios en la región de J2. A un cierto valor de voltaje (del orden de decenas o cientos de voltios), se llama voltaje de conmutación. V BF(punto 1 sobre la característica corriente-voltaje), el proceso adquiere un carácter de avalancha, el tiristor entra en un estado de alta conductividad (se enciende) y se establece una corriente en él, determinada por el voltaje de la fuente y la resistencia. del circuito externo.

Modelo de dos transistores

Para explicar las características del dispositivo en modo de bloqueo directo, se utiliza un modelo de dos transistores. Un tiristor puede considerarse como una conexión de un transistor pnp a un transistor npn, con el colector de cada uno conectado a la base del otro, como se muestra en la figura. 4 para tiristor triodo. La unión central actúa como un colector de huecos inyectados por la unión J1 y electrones inyectados por la unión J3. Relación entre corrientes de emisor ES DECIR, coleccionista yo c y bases Yo B y la ganancia de corriente estática α 1 p-n-p del transistor también se muestra en la Fig. 4, donde I Co es la corriente de saturación inversa de la unión colector-base.

Arroz. 4. Modelo de dos transistores de un tiristor triodo, conexión de transistores y relación de corriente en un transistor pnp.

Se pueden obtener relaciones similares para un transistor npn cuando se invierte la dirección de las corrientes. De la Fig. 4 se deduce que la corriente del colector del transistor n-p-n es al mismo tiempo la corriente de base del transistor p-n-p. De manera similar, la corriente del colector del transistor p-n-p y la corriente de control yo fluye hacia la base del transistor n-p-n. Como resultado, cuando la ganancia total en el circuito cerrado excede 1, es posible un proceso regenerativo.

La corriente de base del transistor pnp es Yo B1= (1 - α 1) yo un - yo co1. Esta corriente también fluye a través del colector del transistor npn. La corriente del colector de un transistor n-p-n con ganancia α 2 es igual a Yo C2= α2 yo k + ICo2.

equiparando Yo B1 Y Yo C2, obtenemos (1 - α 1) yo un - yo co1= α2 yo k + ICo2. Porque yo k = yo un + yo, Eso

Arroz. 5. Diagrama de bandas de energía en modo de polarización directa: estado de equilibrio, modo de bloqueo directo y modo de conducción directa.

Esta ecuación describe las características estáticas del dispositivo en el rango de voltaje hasta la ruptura. Después de una avería, el dispositivo funciona como un diodo pin. Tenga en cuenta que todos los términos en el numerador del lado derecho de la ecuación son pequeños, por lo tanto, mientras que el término α 1 + α 2< 1, ток yo un pequeño (Los coeficientes α1 y α2 dependen de yo un y generalmente crece al aumentar la corriente) Si α1 + α2 = 1, entonces el denominador de la fracción llega a cero y se produce una ruptura directa (o se enciende el tiristor). Cabe señalar que si se invierte la polaridad del voltaje entre el ánodo y el cátodo, las uniones J1 y J3 tendrán polarización inversa y J2 polarización directa. En tales condiciones, no se produce una avería, ya que sólo la unión central actúa como emisor y el proceso de regeneración se vuelve imposible.

El ancho de las capas de agotamiento y los diagramas de bandas de energía en equilibrio, en los modos de bloqueo directo y conducción directa se muestran en la Fig. 5. En equilibrio, la región de agotamiento de cada transición y el potencial de contacto están determinados por el perfil de distribución de impurezas. Cuando se aplica un voltaje positivo al ánodo, la unión J2 tiende a tener polarización inversa, mientras que las uniones J1 y J3 tienden a tener polarización directa. La caída de voltaje entre el ánodo y el cátodo es igual a la suma algebraica de las caídas de voltaje en las transiciones: V AK = V 1 + v 2 + V 3. A medida que aumenta el voltaje, aumenta la corriente a través del dispositivo y, por lo tanto, aumentan α1 y α2. Debido a la naturaleza regenerativa de estos procesos, el dispositivo eventualmente pasará a un estado abierto. Una vez que se enciende el tiristor, la corriente que fluye a través de él debe estar limitada por la resistencia de carga externa; de lo contrario, el tiristor fallará si el voltaje es lo suficientemente alto. En el estado encendido, la unión J2 está polarizada en dirección directa (Fig. 5, c) y la caída de voltaje V AK = (V 1 - | v 2| + V 3) es aproximadamente igual a la suma del voltaje en una unión polarizada directa y el voltaje en el transistor saturado.

Modo de conducción directa

Cuando el tiristor está en estado encendido, las tres uniones están polarizadas en directa. Se inyectan huecos desde la región p1 y electrones desde la región n2, y la estructura n1-p2-n2 se comporta de manera similar a un transistor saturado con el contacto del diodo eliminado en la región n1. Por lo tanto, el dispositivo en su conjunto es similar a un diodo p-i-n (p + -i-n +)...

Clasificación de tiristores.

• tiristor de diodo (nombre adicional "dinistor") - un tiristor con dos terminales
  • Tiristor de diodo, conducción no inversa
  • tiristor de diodo, conduciendo en la dirección opuesta
  • Tiristor simétrico de diodo (nombre adicional "diac")
• tiristor triodo (nombre adicional "tiristor") - un tiristor con tres terminales
  • tiristor triodo, que no conduce en la dirección opuesta (nombre adicional "tiristor")
  • tiristor triodo que conduce en la dirección opuesta (nombre adicional "tiristor-diodo")
  • tiristor simétrico triodo (nombre adicional "triac", nombre informal "triac")
  • tiristor triodo asimétrico
  • tiristor conmutable (nombre adicional "tiristor conmutable triodo")

La diferencia entre un dinistor y un trinistor.

No existen diferencias fundamentales entre un dinistor y un trinistor, sin embargo, si la apertura de un dinistor se produce cuando se alcanza un cierto voltaje entre los terminales del ánodo y el cátodo, dependiendo del tipo de este dinistor, entonces en un trinistor el voltaje de apertura se puede reducir especialmente aplicando un pulso de corriente de cierta duración y magnitud a su electrodo de control con una diferencia de potencial positiva entre el ánodo y el cátodo, y el diseño del trinistor difiere solo en presencia de un electrodo de control. Los SCR son los dispositivos más comunes de la familia de los "tiristores".

La diferencia entre un tiristor triodo y un tiristor de apagado

El cambio al estado cerrado de los tiristores convencionales se realiza reduciendo la corriente a través del tiristor al valor yo, o cambiando la polaridad del voltaje entre el cátodo y el ánodo.

Los tiristores conmutables, a diferencia de los tiristores convencionales, bajo la influencia de la corriente del electrodo de control pueden pasar de un estado cerrado a uno abierto y viceversa. Para cerrar un tiristor de apagado, es necesario hacer pasar a través del electrodo de control una corriente de polaridad opuesta a la polaridad que provocó su apertura.

triac

Un triac (tiristor simétrico) es un dispositivo semiconductor, su estructura es análoga a la conexión espalda con espalda de dos tiristores. Capaz de pasar corriente eléctrica en ambas direcciones.

Características de los tiristores.

Los tiristores modernos se fabrican para corrientes de 1 mA a 10 kA; para tensiones desde varios V hasta varios kV; la tasa de aumento de la corriente directa en ellos alcanza 10 9 A/s, el voltaje - 10 9 V/s, el tiempo de encendido varía de varias décimas a varias decenas de microsegundos, el tiempo de apagado varía de algunas unidades a varios cientos de microsegundos; La eficiencia alcanza el 99%.

Solicitud

• Rectificadores controlados
• Convertidores (inversores)
• Reguladores de potencia (atenuadores)

Ver también

• CDI (encendido por descarga de condensador)

Notas

Literatura

• GOST 15133-77.
• Kublanovsky. Ya. S. Dispositivos de tiristores. - 2ª ed., revisada. y adicional - M.: Radio y Comunicaciones, 1987. - 112 p.: ill. - (Biblioteca de radio masiva. Número 1104).

Campo de golf

• Tiristores: principio de funcionamiento, diseños, tipos y métodos de inclusión.
• Control de tiristores y triacs mediante microcontrolador o circuito digital
• Dispositivos convertidores en sistemas de suministro de energía.
• Rogachev K.D. Tiristores conmutados de potencia modernos.
• Análogos nacionales de tiristores importados.
• Directorios sobre tiristores y análogos, Reemplazo de tiristores, reemplazo de diodos Zener.

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