Тиристори и триаци

Тиристори

Многослойните управляеми диоди се наричат тиристори. Те са полупроводникови елементи и имат нелинейна волт-амперна характеристика с две стабилни състояния – с ниска и висока проводимост. Тиристорите са основни елементи в силнотоковата електротехника. Използват се като заместител на различни контактори и релета в пускови схеми, регулатори, токоизправители, инвертори, автоматични устройства и др. Това е така, защото при тях липсват комутиращи части и това обуславя по-голямата им бързина и по-дълъг живот. Наименованието тиристори идва от комбинацията на названията на два елемента: тиратрон и транзистор.

Тиристорите могат да бъдат маломощни, със средна мощност и мощни. Мощните тиристори се използват като електронни ключове за превключване на напрежения от порядъка на 500 до 1000 волта и токове в диапазона 50 до 500 ампера. Използва се качеството на тиристора да превключва много високи токове в анодната верига чрез много ниска мощност на управляващия сигнал. Така тиристорът превключва бързо и надеждно вериги с високи напрежения и токове. Основните параметри на всички тиристори са: ток в права посока, управляващ ток, максимално обратно напрежение и управляващо напрежение. Тиристорът се отпушва с положителен входен ток, само ако анодното му напрежение е положително. Когато анодното напрежение е отрицателно, тиристорът остава запушен. Отпушеният тиристор има еднопосочна, а не двупосочна проводимост, точно като диод.

Разгледайте тиристорите предлагани от Викиват

Устройство на тиристора

Тиристорът има 4 полупроводникови области P1-N1-P2-N2 и три прехода. Крайните преходи се наричат емитерни а средния – колекторен. Електродът свързан към областта P1 се нарича анод, а свързания към N2 областта – катод. Управляващият електрод е свързан към P2 областта. Областите N1 и P2 се наричат бази, а крайните преходи P1 и N2 се наричат емитери. Материалът от който се правят най-често тиристорите е силиций Si, а технологията е сплавна, дифузна или планарна.

Разгледайте тиристорите предлагани от Викиват

Начин на работа на тиристора

При подаване на напрежение между анода и катода, през преходите P1 – N1 и P2 – N2 свързани в права посока, протича ток на утечка от обратно свързания преход N1 – P2. Ако увеличим напрежението, токът на утечка също нараства и задейства транзисторен ефект през слоя P2.

Поради голямата разнообразие от тиристорни конструкции, се използват различни видове корпуси. Така например мощните тиристори се херметизират в метални корпуси с винт и металокерамични дискови корпуси. Полупроводниковата структура не се запоява към основата, а се притиска с пружини и по този начин се осъществява механично електрическия контакт с външните изводи. По този начин се постига висока надеждност, защото се компенсират линейните разширения в различните материали. Охлаждането на тиристора се осъществява чрез изкуствена и естествена конвекция. Често към тиристора се монтира оребрен алуминиев или меден радиатор, който да отвежда топлината. При най-мощните тиристори се прибягва и до водно охлаждане.

Има тиристори с един управляващ електрод. Те се наричат триелектродни тиристори, тринистор или само тиристор. Има и тиристори без управляващ електрод, който се нарича диоден тиристор или динистор, но той не е намерил широко приложение.

Триак

Симисторът (симетричен триоден тиристор) или триак (англ. triac — triode for alternating current) е полупроводников елемент, разновидност на тиристора и се използва за комутация във вериги за променлив ток. В електрониката често се разглежда като управляем ключ. За разлика от тиристора, който има анод и катод, при триака, основните (силовите) изводи не е коректно да се наричат анод и катод, защото в процеса на работа те разменят местата си (анода става катод и обратно).

Разгледайте симисторите предлагани от Викиват

Особености на симистора

Характерно за симистора е, че при отпушено състояние, той има проводимост и в двете посоки. Друга характерна негова особеност е, че за поддържането на отпушеното му състояние не е необходимо да се подава непрекъснато сигнал на управляващия електрод (за разлика от транзистора). Триакът остава отворен, докато протичащия през основните му изводи ток е по-голям от определена величина, наречена ток на удържане. Симисторът е изобретен от Валентин Василенко на 22 юни 1963г. Симисторът има петслойна полупроводникова структура, т.е. 5 PN-прехода.

Опростено симисторът може да се представи като два триодни тиристора (тринистора), включени паралелно противоположно, но управлението на симистора се отличава от управлението на два тринистора включени противоположно паралелно. Волт-амперната характеристика на симистора е симетрична спряма началото на координатната система.

Разгледайте симисторите предлагани от Викиват

Начин на работа на симистора

За отключването на триак на неговия управляващ електрод се подава напрежение по отношение на неговия условен катод. Полярността на подаваното напрежение или трябва да е отрицателна или трябва да съвпада с полярността на условния анод. Поради тази причина се използва такъв метод на управление на триака, при който сигнала на управляващия електрод се подава към условния анод чрез токоограничителен резистор и изключвател. Често е удобно да се управлява  симистора, като се задава определена сила на тока на управляващия електрод, достатъчна за отпушване на симистора.

Разгледайте симисторите предлагани от Викиват

Особености на симистора

При използването на симистора има известни ограничения. Едно от тях е свързано с индуктивни товари. Ограничението касае скоростта на изменение на напрежението dU/dt между основните електроди на симистора и скоростта на изменение на работния ток di/dt. Ускорението на изменението на напрежението, както и големината на това напрежение, може да доведе до нежелано отпушване на триака. Ускорението на нарастването на тока между основните електроди, както и големината на този ток, може да доведе до изгарянето на симистора. Съществуват и други параметри, които ограничават използването на симистора в съответствие с пределно-допустимите режими на експлоатация. Към тези параметри се отнасят:

Опасността от увеличението на скоростта на нарастване на тока се състои в следното. Благодарение на дълбоката положителна обратна връзка, преминаването на симистора в отпушено състояние се осъществява лавинообразно. Независимо от това процеса на отпушване все пак трае няколко микросекунди. През това време към симистора са приложени едновременно голям ток и голямо напрежение. Затова мигновената мощност на триака по време на отпушване може да достигне много голяма величина. Това е съпроводено с отделяне на топлинна енергия, която не успява за толкова кратък период да се разсее и може да доведе до прегряване и повреждане на кристала.

Защита на триака

Един от начините да се защити триака от вълната на напрежението при работа с индуктивен товар е включването на варистор. Варисторът се включва паралелно на основните изводи на симистора. За защита от ускоряването на изменението на напрежението се използва RC верига включена аналогично. Защитата на триака от превишение на скоростта на нарастването на тока  зависи от вътрешното съпротивление и индуктивността на захранващия източник и товара. Ако триака работи с капацитивен товар е нужно до са постави във електрическата верига неголяма индуктивност.

Двупосочността на симисторите ги прави широкоприложими. Намират приложение в безконтактните регулатори за променлив ток, за контрол на нискомощни индуктивни товари, димируеми осветителни тела и пр.

Exit mobile version