¿En qué consiste un tiristor? Tiristores: ¿qué son? Principio de funcionamiento y características de los tiristores. Diseño y tipos de dispositivos semiconductores.

Un tiristor es un componente electrónico fabricado a partir de materiales semiconductores, puede constar de tres o más uniones p-n y tiene dos estados estables: cerrado (baja conductividad), abierto (alta conductividad).

Esta es una formulación seca, que es para aquellos que recién están comenzando. maestro ingenieria electrica eh, no dice absolutamente nada. Veamos el principio de funcionamiento de este componente electrónico para gente común, por así decirlo, para tontos, y dónde se puede aplicar. Básicamente, es el equivalente electrónico de los interruptores que utiliza todos los días.

Hay muchos tipos de estos elementos que tienen diferentes caracteristicas y tener diversas áreas de aplicación. Considere un tiristor ordinario de operación única.

El método de designación en los diagramas se muestra en la Figura 1.

El elemento electrónico tiene las siguientes conclusiones:

• terminal positivo del ánodo;
• terminal negativo del cátodo;
• electrodo de control g.

El principio de funcionamiento de un tiristor.

La principal aplicación de este tipo de elementos es la creación a partir de ellos de interruptores de tiristores de potencia para conmutar altas corrientes y regularlas. El encendido se realiza mediante una señal transmitida al electrodo de control. En este caso, el elemento no es totalmente manejable, y para cerrarlo es necesario utilizar medidas adicionales, lo que asegurará que el voltaje caiga a cero.

Si hablamos de cómo funciona un tiristor en lenguaje sencillo, entonces, por analogía con un diodo, puede conducir corriente solo en una dirección, por lo que al conectarlo es necesario observar la polaridad correcta. Cuando se aplica voltaje al ánodo y cátodo, este elemento permanecerá cerrado hasta que se produzca el correspondiente señal electrica. Ahora, independientemente de la presencia o ausencia de una señal de control, no cambiará de estado y permanecerá abierto.

Términos cierre del tiristor:

1. Retire la señal del electrodo de control;
2. Reduzca el voltaje en el cátodo y el ánodo a cero.

Para redes C.A. El cumplimiento de estas condiciones no causa ninguna dificultad particular. Tensión sinusoidal, que varía de uno valor de amplitud a otro, disminuye a cero, y si en este momento no hay señal de control, entonces el tiristor se cerrará.

En el caso de utilizar tiristores en circuitos de corriente continua, se utilizan varios métodos para la conmutación forzada (cerrando el tiristor), el más común es el uso de un condensador que ha sido precargado. El circuito con el condensador está conectado al circuito de control de tiristores. Cuando se conecta un capacitor al circuito, se producirá una descarga en el tiristor, la corriente de descarga del capacitor se dirigirá en la dirección opuesta. corriente continua tiristor, lo que provocará una disminución de la corriente en el circuito a cero y el tiristor se cerrará.

Se podría pensar que el uso de tiristores no está justificado; ¿no es más fácil utilizar un interruptor normal? Una gran ventaja La característica de un tiristor es que permite conmutar grandes corrientes en el circuito ánodo-cátodo con la ayuda de una señal de control insignificante suministrada al circuito de control. En este caso no se producen chispas, lo cual es importante para la fiabilidad y seguridad de todo el circuito.

Diagrama de conexión

El circuito de control puede verse diferente, pero en el caso más simple, el circuito para encender un interruptor de tiristor tiene la forma que se muestra en la Figura 2.

Una bombilla está unida al ánodo. L, y el interruptor K2 conecta el terminal positivo de la fuente de alimentación G. B. El cátodo está conectado al terminal negativo de la fuente de alimentación.

Después de que el interruptor K2 suministra energía, se aplicará voltaje de la batería al ánodo y al cátodo, pero el tiristor permanece cerrado y la luz no se enciende. Para encender la lámpara, debe presionar el botón K1, la señal a través de la resistencia R se enviará al electrodo de control, el interruptor del tiristor cambiará su estado para abrirse y la lámpara se encenderá. La resistencia limita la corriente suministrada al electrodo de control. Pulsar de nuevo el botón K1 no tiene ningún efecto sobre el estado del circuito.

Para cerrar la llave electrónica, debe desconectar el circuito de la fuente de alimentación mediante el interruptor K2. este tipo componentes electronicos se cerrará, y si el voltaje de suministro en el ánodo disminuye a un cierto valor, que depende de sus características. Así es como puedes describir cómo funciona un tiristor para tontos.

Características

Las principales características incluyen las siguientes:

Los elementos en cuestión, excepto llaves electronicas, se utilizan a menudo en reguladores de potencia, que le permiten cambiar la potencia suministrada a la carga cambiando el promedio y valores actuales C.A. El valor actual se regula cambiando el momento en el que se suministra la señal de apertura al tiristor (variando el ángulo de apertura). El ángulo de apertura (regulación) es el tiempo desde el comienzo del semiciclo hasta el momento en que se abre el tiristor.

Tipos de datos de componentes electrónicos

Hay bastantes varios tipos tiristores, pero los más comunes, además de los que comentamos anteriormente, son los siguientes:

• elemento dinistor, cuya conmutación se produce al alcanzar cierto valor la magnitud del voltaje aplicado entre el ánodo y el cátodo;
• triac;
• un optotiristor, cuya conmutación se realiza mediante una señal luminosa.

Triacs

Me gustaría detenerme más en los triacs. Como se mencionó anteriormente, los tiristores solo pueden conducir corriente en una dirección, por lo que cuando se instalan en un circuito de corriente alterna, dicho circuito regula un medio ciclo. tensión de red. Para regular ambos semiciclos, es necesario instalar otro tiristor consecutivo o utilizar circuitos especiales que utilicen diodos potentes o puentes de diodos. Todo esto complica el esquema, haciéndolo engorroso y poco confiable.

Para estos casos se inventó el triac. Hablemos de esto y del principio de funcionamiento para tontos. La principal diferencia entre triacs. De los elementos comentados anteriormente radica en la capacidad de pasar corriente en ambas direcciones. Básicamente, se trata de dos tiristores con gerencia general, conectados espalda con espalda (Figura 3 A).

Condicional designación gráfica Este componente electrónico se muestra en la Fig. 3 V. Cabe señalar que no será correcto llamar a los terminales de potencia ánodo y cátodo, ya que la corriente puede conducirse en cualquier dirección, por lo que se denominan T1 y T2. El electrodo de control se denomina G. Para abrir el triac, es necesario aplicar una señal de control a la salida correspondiente. Las condiciones para la transición de un triac de un estado a otro y viceversa en las redes de CA no difieren de los métodos de control discutidos anteriormente.

Este tipo de componentes electrónicos se utiliza en el campo de la fabricación, dispositivos domésticos y herramientas eléctricas para una regulación suave de la corriente. Este es el control de motores eléctricos, elementos calefactores, cargadores.

En conclusión, me gustaría decir que tanto los tiristores como los triacs, al conmutar corrientes significativas, tienen unas dimensiones muy modestas, mientras que en su carrocería se genera una importante potencia térmica. En pocas palabras, se calientan mucho, por lo que para proteger los elementos del sobrecalentamiento y la degradación térmica, utilizan un disipador de calor, que en el caso más simple es radiador de aluminio.

Contenido:

El descubrimiento de las propiedades de las transiciones de semiconductores puede considerarse, con razón, uno de los más importantes del siglo XX. Como resultado, aparecieron los primeros dispositivos semiconductores: diodos y transistores. Así como los esquemas en los que se utilizan. Uno de esos circuitos es la conexión de dos transistores bipolares de tipos opuestos: pnp do npn. Este circuito se muestra a continuación en la imagen (b). Ilustra qué es un tiristor y el principio de su funcionamiento. Contiene comentarios positivos. Como resultado, cada transistor aumenta las propiedades de amplificación del otro transistor.

Equivalente de transistores

En este caso, cualquier cambio en la conductividad de los transistores en cualquier dirección aumenta como una avalancha y termina en uno de los estados límite. Están bloqueados o desbloqueados. Este efecto se llama desencadenante. Y a medida que se desarrolló la microelectrónica, ambos transistores se combinaron en 1958 en el mismo sustrato, generalizando las transiciones del mismo nombre. El resultado fue un nuevo dispositivo semiconductor llamado tiristor. El principio de funcionamiento de un tiristor se basa en la interacción de dos transistores. Como resultado de combinar transiciones, tiene el mismo número de pines que el transistor (a).

En el diagrama, el electrodo de control es la base de la estructura del transistor. npn. Es la corriente de base del transistor la que cambia la conductividad entre su colector y emisor. Pero el control también puede realizarse sobre la base pnp transistor. Este es el dispositivo de un tiristor. La elección del electrodo de control está determinada por sus características, incluidas las tareas realizadas. Por ejemplo, algunos de ellos no utilizan ninguna señal de control. Entonces, ¿por qué utilizar electrodos de control?...

Dinistor

Estas son tareas en las que se utilizan variedades de tiristores de dos electrodos (dinistores). Contienen resistencias conectadas al emisor y a la base de cada transistor. Más adelante en el diagrama, estos son R1 y R3. Para todos dispositivo electrónico Existen restricciones sobre la magnitud del voltaje aplicado. Por tanto, hasta cierto valor, las resistencias mencionadas mantienen cada uno de los transistores en estado bloqueado. Pero con un aumento adicional de voltaje, aparecen corrientes de fuga a través de las uniones colector-emisor.

Son captados por positivo. comentario, y ambos transistores, es decir, el dinistor, están desbloqueados. Para aquellos que quieran experimentar, a continuación se muestra una imagen con un diagrama y valores de los componentes. Puedes montarlo y comprobar sus propiedades de funcionamiento. Prestemos atención a la resistencia R2, que se diferencia en la selección del valor deseado. Complementa el efecto de fuga y, por tanto, la tensión de disparo. En consecuencia, un dinistor es un tiristor, cuyo principio de funcionamiento está determinado por la magnitud de la tensión de alimentación. Si es relativamente grande, se encenderá. Por supuesto, también es interesante saber cómo apagarlo.

dificultad para apagar

Apagar los tiristores fue, como dicen, difícil. Por esta razón es bastante mucho tiempo Los tipos de tiristores se limitaron solo a las dos estructuras mencionadas anteriormente. Hasta mediados de los años noventa del siglo XX sólo se utilizaban estos dos tipos de tiristores. El hecho es que apagar el tiristor solo puede ocurrir cuando uno de los transistores está apagado. y en cierto tiempo. Está determinada por la tasa de desaparición de cargas correspondientes a la transición cerrada. Mayoría manera confiable"Clave" estas cargas: corte completamente la corriente que fluye a través del tiristor.

La mayoría de ellos funcionan de esta manera. no en corriente continua, pero sobre uno rectificado, correspondiente a la tensión sin filtrar. Cambia de cero al valor de amplitud y luego disminuye nuevamente a cero. Y así sucesivamente, según la frecuencia. voltaje CA, que se endereza. En un momento dado entre valores cero voltaje, se envía una señal al electrodo de control y el tiristor se desbloquea. Y cuando el voltaje pasa por cero, se bloquea nuevamente.

Para apagarlo voltaje constante y una corriente en la que no hay valor cero, se necesita una derivación que funcione durante un tiempo determinado. En su forma más simple, es un botón conectado al ánodo y al cátodo, o conectado en serie. Si el dispositivo está desbloqueado, hay tensión residual en él. Al presionar el botón se restablece a cero y la corriente a través de él se detiene. Pero si el botón no contiene un dispositivo especial y sus contactos se abren, el tiristor seguramente se encenderá nuevamente.

Este dispositivo debe ser un condensador conectado en paralelo con el tiristor. Limita la tasa de aumento de voltaje en el dispositivo. Esta opción es el mayor arrepentimiento al usar estos dispositivos semiconductores, porque disminuye frecuencia de funcionamiento, con el que el tiristor es capaz de conmutar la carga y, en consecuencia, la potencia conmutada. Este fenómeno se produce debido a las capacitancias internas características de cada uno de los modelos de estos dispositivos semiconductores.

El diseño de cualquier dispositivo semiconductor forma inevitablemente un grupo de condensadores. Cuanto más rápido aumenta el voltaje, mayores son las corrientes que los cargan. Además, se encuentran en todos los electrodos. Si dicha corriente en el electrodo de control excede un cierto valor umbral, el tiristor se activará. Por tanto, el parámetro dU/dt se proporciona para todos los modelos.

• El apagado del tiristor, como resultado del paso de la tensión de alimentación por cero, se denomina natural. El resto de opciones de apagado se denominan forzadas o artificiales.

Variedad de gama de modelos.

Estas opciones de conmutación añaden complejidad a los interruptores de tiristores y reducen su confiabilidad. Pero el desarrollo de la variedad tiristor resultó muy fructífero.

Actualmente se ha dominado producción industrial gran número tipos de tiristores. El ámbito de su aplicación no son solo circuitos de potencia potentes (en los que se pueden bloquear y diodo-tiristor, triac), pero también circuitos de control (dinistor, optotiristor). El tiristor en el diagrama se muestra como se muestra a continuación.

Entre ellos se encuentran modelos cuyas tensiones y corrientes de funcionamiento son las más altas entre todos los dispositivos semiconductores. Dado que el suministro de energía industrial es impensable sin transformadores, el papel de los tiristores en su mayor desarrollo es fundamental. Los modelos bloqueables de alta frecuencia en inversores proporcionan la generación de voltaje alterno. Además, su valor puede alcanzar los 10 kV con una frecuencia de 10 kilohercios y una intensidad de corriente de 10 kA. Las dimensiones de los transformadores se reducen varias veces.

El tiristor conmutable se enciende y apaga únicamente influyendo en el electrodo de control con señales especiales. La polaridad corresponde a la estructura específica de este dispositivo electrónico. Esta es una de las variedades más simples, conocida como GTO. Además, se utilizan tiristores de apagado más complejos con estructuras de control integradas. Estos modelos se denominan GCT y también IGCT. Uso en estas estructuras. transistores de efecto de campo clasifica los tiristores de apagado como dispositivos de la familia MCT.

Intentamos que nuestra reseña fuera informativa no solo para los visitantes leídos de nuestro sitio, sino también para los principiantes. Ahora que estamos familiarizados con el funcionamiento de un tiristor, podemos utilizar este conocimiento para uso práctico. Por ejemplo, en reparaciones sencillas. electrodomésticos. Lo principal es que mientras te dejas llevar por tu trabajo, ¡no te olvides de las precauciones de seguridad!

En diagramas y documentación técnica A menudo se utilizan varios términos y signos, pero no todos los electricistas novatos conocen su significado. Te invitamos a discutir qué es tiristores de potencia para soldar, su principio de funcionamiento, características y marcado 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 el más diferente, por ejemplo, hecho en casa. inversor de soldadura en tiristores, cargador para un automóvil (tiristor en la fuente de alimentación) e incluso un generador. Debido al hecho de que el dispositivo en sí puede pasar cargas tanto de baja como de alta frecuencia, también se puede utilizar como transformador para máquinas de soldar(Su puente usa exactamente estas partes). 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 pn, que se puede cambiar desde las posiciones ON y OFF a posiciones muy alta velocidad. Pero al mismo tiempo, también se puede cambiar desde la posición "ON" con diferentes duraciones en el tiempo, es decir, durante varios semiciclos, para proporcionar una cierta cantidad energía para cargar. 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" se suministra a Transistor NPN Canales TR 2 directamente al transistor PNP TR 1. En este momento, la corriente de TR 1 fluye hacia los canales en 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. Conectar metro Solo puedes acudir al llamado probador. 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 tensión nominal De 9 a 12 voltios, esto 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. Necesitas presionar el botón que da señales de pulso para encender.

Probar el tiristor es muy sencillo; un botón envía brevemente una señal de apertura (positiva respecto al cátodo) al electrodo de control. Después de esto, si las luces de marcha del tiristor se encienden, entonces el dispositivo se considera inoperativo, pero dispositivos potentes No siempre reaccione inmediatamente después de que llegue 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 más amplia gama estrés.

Video: principio de funcionamiento de un tiristor.

Presupuesto

consideremos parámetros técnicos Serie de tiristores KU 202e. Esta serie presenta dispositivos domésticos de bajo consumo, cuyo uso principal es limitado. 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 sin 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.

1.1 Definición, tipos de tiristores

1.2 Principio de funcionamiento

1.3 Parámetros del tiristor

Capítulo 2. Aplicación de tiristores en reguladores de potencia.

2.1 Información general sobre varios reguladores

2.2 El proceso de control de voltaje mediante un tiristor.

2.3 Rectificador de tiristores controlado

Capítulo 3. Desarrollo práctico de reguladores de potencia basados ​​en tiristores.

3.1 Regulador de voltaje en el tiristor KU201K

3.2 Potente rectificador controlado mediante tiristores

Conclusión

Literatura

Introducción

Este artículo examina varias variantes de dispositivos que utilizan elementos tiristores como reguladores de voltaje y rectificadores. Se dan descripciones teóricas y prácticas del principio de funcionamiento de tiristores y dispositivos, así como diagramas de estos dispositivos.

Un rectificador controlado basado en tiristores, elementos con una alta ganancia de potencia, permite obtener grandes corrientes en la carga con poca energía gastada en el circuito de control de tiristores.

Este artículo analiza dos opciones para dichos rectificadores, que proporcionan una corriente de carga máxima de hasta 6 A con un límite de regulación de voltaje de 0 a 15 V y de 0,5 a 15 V, y un dispositivo para ajustar el voltaje en cargas activas e inductivas alimentadas. desde la red voltaje CA 127 y 220 V con límites de ajuste desde 0 hasta el voltaje nominal de la red.

Capítulo 1. El concepto de tiristor. Tipos de tiristores. Principio de funcionamiento

1.1 Definición, tipos de tiristores

Un tiristor es un dispositivo semiconductor basado en una estructura de cuatro capas que puede pasar de un estado cerrado a un estado abierto y viceversa. Los tiristores están diseñados para el control clave de señales eléctricas en modo abierto - cerrado (diodo controlado).

El tiristor más simple es un dinistor, un diodo de conmutación no controlado, que es una estructura de cuatro capas del tipo p-n-p-n (Fig. 1.1.2). Aquí, como ocurre con otros tipos de tiristores, las uniones n-p-n exteriores se denominan emisor y la unión p-n media se llama colector. Las áreas internas de la estructura que se encuentran entre las transiciones se denominan bases. El electrodo que proporciona conexión eléctrica con la región n exterior se llama cátodo y con la región p exterior se llama ánodo.

A diferencia de los tiristores asimétricos (dinistores, trinistores), en los tiristores simétricos la rama inversa de la característica corriente-tensión tiene la forma de una rama directa. Esto se logra mediante la conexión espalda con espalda de dos estructuras idénticas de cuatro capas o el uso de estructuras de cinco capas con cuatro uniones p-n (triacs).

Arroz. 1.1.1 Designaciones en los diagramas: a) triac b) dinistor c) trinistor.

Arroz. 1.1.2 Estructura del dinistor.

Arroz. 1.1.3 Estructura del SCR.

1.2 Principio de funcionamiento

Cuando el dinistor se enciende de acuerdo con el diagrama que se muestra en la Fig. 1.2.1, la unión p-n del colector está cerrada y las uniones del emisor están abiertas. La resistencia de las uniones abiertas es baja, por lo que casi todo el voltaje de la fuente de alimentación se aplica a la unión del colector, que tiene una alta resistencia. En este caso, una pequeña corriente fluye a través del tiristor (sección 1 en la Fig. 1.2.3).

Arroz. 1.2.1. Esquema para conectar un tiristor (dinistor) no controlado al circuito.

Arroz. 1.2.2. Esquema para conectar un tiristor controlado (tiristor) al circuito.

Fig.1.2.3. Característica corriente-voltaje del dinistor.

Fig.1.2.4. Característica corriente-tensión de un tiristor.

Si aumenta el voltaje de la fuente de alimentación, la corriente del tiristor aumenta ligeramente hasta que este voltaje se acerca a un cierto valor crítico igual al voltaje de encendido Uon. Cuando el voltaje Uon en el dinistor, se crean las condiciones para la multiplicación en avalancha de los portadores de carga en la región de la unión del colector. Se produce una avería eléctrica reversible de la unión del colector (sección 2 en la Fig. 1.2.3). Se forma una concentración excesiva de electrones en la región n de la unión del colector y una concentración excesiva de huecos en la región p. A medida que aumentan estas concentraciones, disminuyen las barreras potenciales de todas las transiciones de dinistores. Aumenta la inyección de portadores a través de las uniones emisoras. El proceso es similar a una avalancha y va acompañado de un cambio de la transición del colector al estado abierto. La corriente aumenta simultáneamente con una disminución en la resistencia de todas las áreas del dispositivo. Por lo tanto, un aumento de la corriente a través del dispositivo va acompañado de una disminución del voltaje entre el ánodo y el cátodo. En la característica corriente-voltaje, esta sección se indica con el número 3. Aquí el dispositivo tiene una resistencia diferencial negativa. El voltaje a través de la resistencia aumenta y el dinistor conmuta.

Después de la transición de la unión del colector al estado abierto, la característica corriente-voltaje tiene la forma correspondiente a la rama directa del diodo (sección 4). Después de la conmutación, el voltaje en el dinistor cae a 1 V. Si continúa aumentando el voltaje de la fuente de alimentación o disminuyendo la resistencia de la resistencia R, se observará un aumento en la corriente de salida, como en un circuito convencional con un diodo cuando se conecta directamente.

Cuando el voltaje de la fuente de alimentación disminuye, se restablece la alta resistencia de la unión del colector. El tiempo de recuperación de la resistencia de esta unión puede ser de decenas de microsegundos.

El voltaje Uon al que comienza un aumento de corriente similar a una avalancha se puede reducir introduciendo portadores de carga no mayoritarios en cualquiera de las capas adyacentes a la unión del colector. Se introducen portadores de carga adicionales en el tiristor mediante un electrodo auxiliar alimentado desde una fuente independiente de voltaje de control (Ucontrol). Un tiristor con un electrodo de control auxiliar se llama triodo o trinistor. En la práctica, cuando se utiliza el término “tiristor”, se hace referencia precisamente al elemento. El diagrama de conexión de dicho tiristor se muestra en la Fig. 1.2.2. La posibilidad de reducir el voltaje U al aumentar la corriente de control se muestra en la familia de características corriente-voltaje (Fig. 1.2.4).

Si se aplica una tensión de alimentación de polaridad opuesta al tiristor (Fig. 1.2.4), las uniones del emisor se cerrarán. En este caso, la característica corriente-voltaje del tiristor se asemeja a la rama inversa de la característica de un diodo convencional. A tensiones inversas muy altas, se observa una rotura irreversible del tiristor.

Los tiristores son un tipo de dispositivo semiconductor. Están diseñados para regular y conmutar corrientes elevadas. Un tiristor le permite cambiar un circuito eléctrico cuando se le aplica una señal de control. Esto lo hace parecer un transistor.

Normalmente, un tiristor tiene tres terminales, uno de los cuales es de control y los otros dos forman un camino para el flujo de corriente. Como sabemos, el transistor se abre en proporción a la magnitud de la corriente de control. Cuanto más grande es, más se abre el transistor y viceversa. Pero con un tiristor todo funciona de manera diferente. Se abre completamente, de repente. Y lo más interesante es que no se cierra ni siquiera en ausencia de una señal de control.

Principio de funcionamiento

Consideremos el funcionamiento de un tiristor según el siguiente circuito sencillo.

Se conecta una bombilla o LED al ánodo del tiristor y el terminal positivo de la fuente de alimentación se conecta a él a través del interruptor K2. El cátodo del tiristor está conectado al negativo de la fuente de alimentación. Después de encender el circuito, se aplica voltaje al tiristor, pero el LED no se enciende.

Si presiona el botón K1, la corriente fluye a través de la resistencia hasta el electrodo de control y el LED comienza a iluminarse. A menudo, en los diagramas se designa con la letra "G", que significa puerta, o en ruso, persiana (terminal de control).

La resistencia limita la corriente del pin de control. La corriente de funcionamiento mínima de este tiristor considerado es de 1 mA y la corriente máxima permitida es de 15 mA. Teniendo esto en cuenta, en nuestro circuito se seleccionó una resistencia con una resistencia de 1 kOhm.

Si presiona nuevamente el botón K1, esto no afectará al tiristor y no sucederá nada. Para cambiar el tiristor al estado cerrado, debe apagar la alimentación usando el interruptor K2. Si se aplica energía nuevamente, el tiristor volverá a su estado original.

Este dispositivo semiconductor es esencialmente una llave electrónica de bloqueo. La transición al estado cerrado también se produce cuando la tensión de alimentación en el ánodo disminuye hasta un mínimo determinado, aproximadamente 0,7 voltios.

Características del dispositivo

El estado encendido se detecta debido a la estructura interna del tiristor. Un diagrama de ejemplo se ve así:

Suele representarse como dos transistores de diferente estructura conectados entre sí. Puede probar experimentalmente cómo funcionan los transistores conectados según este circuito. Sin embargo, existen diferencias en las características corriente-voltaje. Y también hay que tener en cuenta que los dispositivos fueron diseñados inicialmente para soportar altas corrientes y voltajes. En el cuerpo de la mayoría de estos dispositivos hay una salida de metal a la que se puede conectar un radiador para disipar la energía térmica.

Los tiristores se fabrican en varios casos. Los dispositivos de bajo consumo no tienen disipación de calor. Los tiristores domésticos comunes se ven así. Tienen un cuerpo metálico macizo y pueden soportar corrientes elevadas.

Parámetros básicos de tiristores.

• Corriente directa máxima permitida .
• Este es el valor máximo de la corriente del tiristor abierto. Para dispositivos potentes alcanza los cientos de amperios. .
• Corriente inversa máxima permitida voltaje directo
• . Esta es la caída de voltaje a la corriente máxima.
• voltaje inverso .
• Este es el voltaje máximo permitido en el tiristor en el estado cerrado al que el tiristor puede operar sin afectar su rendimiento. voltaje de encendido
• . .
• Este es el voltaje mínimo aplicado al ánodo. Esto se refiere al voltaje mínimo al que el tiristor puede funcionar. .

Corriente mínima del electrodo de control

. Es necesario encender el tiristor.

Corriente de control máxima permitida

Disipación de potencia máxima permitida

Parámetro dinámico

• Tiempo de transición del tiristor del estado cerrado al estado abierto
• cuando llega una señal.

Tipos de tiristores

• Hay varios tipos de tiristores. Consideremos su clasificación.
• Según el método de control se dividen en:

Tiristores de diodo o, en caso contrario, dinistores. Se abren mediante un pulso de alto voltaje que se aplica al cátodo y al ánodo.

• Tiristores triodo o tiristores. Se abren mediante la corriente de control del electrodo.
• Los tiristores triodo, a su vez, se dividen:

Control del cátodo: el voltaje que forma la corriente de control se suministra al electrodo de control y al cátodo.

• Control del ánodo: se aplica voltaje de control al electrodo y al ánodo.
• El tiristor está bloqueado:
• Con un valor de voltaje inverso no estandarizado, los fabricantes no determinan el valor de este valor. Estos dispositivos se utilizan en lugares donde se excluye la tensión inversa.
• Triac: pasa corrientes en dos direcciones.

Cuando utilice triacs, debe saber que funcionan de forma condicionalmente simétrica. La parte principal de los triacs se abre cuando se aplica un voltaje positivo al electrodo de control en comparación con el cátodo, y el ánodo puede tener cualquier polaridad. Pero si llega un voltaje negativo al ánodo y un voltaje positivo al electrodo de control, entonces los triacs no se abren y pueden fallar.

Por velocidad dividido por el tiempo de desbloqueo (encendido) y el tiempo de bloqueo (apagado).

Separación de tiristores por potencia.

Cuando el tiristor funciona en modo de conmutación, la potencia más alta de la carga conmutada está determinada por el voltaje en el tiristor en modo abierto con la corriente más alta y la disipación de potencia más alta.

La corriente efectiva en la carga no debe ser mayor que la máxima disipación de potencia dividida por el voltaje abierto.

Alarma simple basada en tiristores

A partir de un tiristor, se puede crear una alarma sencilla que responderá a la luz y producirá un sonido mediante un emisor piezoeléctrico. El terminal de control del tiristor recibe corriente a través de un fotorresistor y una resistencia de sintonización. La luz que incide sobre el fotorresistor reduce su resistencia. Y la salida de control del tiristor comienza a recibir una corriente de desbloqueo suficiente para abrirlo. Después de esto, se activa el pitido.

La resistencia de recorte está diseñada para ajustar la sensibilidad del dispositivo, es decir, el umbral de respuesta cuando se irradia con luz. Lo más interesante es que incluso en ausencia de luz, el tiristor sigue abierto y la señalización no cesa.

Si instala un haz de luz frente al elemento fotosensible de modo que brille ligeramente debajo de la ventana, obtendrá un sencillo sensor de humo. El humo que se interponga entre la fuente de luz y el receptor de luz dispersará la luz, lo que activará la alarma. Este dispositivo requiere una carcasa para que el receptor de luz no reciba luz del sol o de fuentes de luz artificiales.

Puedes abrir el tiristor de otra forma. Para ello, basta con aplicar brevemente una pequeña tensión entre el terminal de control y el cátodo.

Regulador de potencia de tiristores

Ahora veamos cómo usar un tiristor para el propósito previsto. Consideremos el circuito de un regulador de potencia de tiristor simple que funcionará desde una red de corriente alterna de 220 voltios. El circuito es simple y contiene sólo cinco partes.

• Diodo semiconductor VD.
• Resistencia variable R1.
• Resistencia fija R2.
• Condensador c.
• Tiristor VS.

Sus valores nominales recomendados se muestran en el diagrama. Como diodo, puede utilizar KD209, tiristor KU103V o más potente. Es recomendable utilizar resistencias con una potencia de al menos 2 vatios, un condensador electrolítico con una tensión de al menos 50 voltios.

Este circuito regula sólo un medio ciclo de la tensión de red. Si imaginamos que hemos eliminado todos los elementos del circuito excepto el diodo, entonces solo pasará media onda de corriente alterna y solo la mitad de la potencia fluirá hacia la carga, por ejemplo, un soldador o una lámpara incandescente. .

El tiristor le permite pasar a través de partes adicionales, relativamente hablando, del medio ciclo cortado por el diodo. Al cambiar la posición de la resistencia variable R1, el voltaje de salida cambiará.

El terminal de control del tiristor está conectado al terminal positivo del condensador. Cuando el voltaje a través del capacitor aumenta hasta el voltaje de encendido del tiristor, se abre y pasa una cierta parte del semiciclo positivo. La resistencia variable determinará la velocidad de carga del condensador. Y cuanto más rápido se cargue, antes se abrirá el tiristor y tendrá tiempo de saltarse parte del semiciclo positivo antes de que cambie la polaridad.

La media onda negativa no ingresa al capacitor y el voltaje a través de él tiene la misma polaridad, por lo que no da miedo que tenga polaridad. El circuito le permite cambiar la potencia del 50 al 100%. Esto es perfecto para un soldador.

Un tiristor hace pasar corriente en una dirección desde el ánodo al cátodo. Pero hay variedades que pasan la corriente en ambas direcciones. Se llaman tiristores simétricos o triacs. Se utilizan para controlar cargas en circuitos de CA. Existe una gran cantidad de circuitos reguladores de potencia basados ​​​​en ellos.