Недавно мы рассматривали динисторы, которые ещё называются неуправляемые тиристоры. Теперь же обсудим управляемые полупроводниковые ключи. Впрочем, основная часть этой категории тиристоров лишь квазиуправляемые.
К тому же все они ещё не являются твердотельными реле, хотя многие их функции они могут успешно выполнять.
С помощью тиристоров, также симметричных тиристоров (симисторов), можно включать нагрузку в любую фазу полупериода выпрямленного (не сглаженного) или переменного напряжения. Оно при этом достигает десятки или сотни, а то и тысячи, вольт. А нагрузкой может быть: как сигнальная лампочка накаливания, так и обмотка электродвигателя, например, троллейбуса. Желательно, чтобы нагрузка была пассивной, иначе от малого тока тиристор выключится. Впрочем, давайте рассмотрим их свойства по порядку.
Устройство и типы тиристоров
Тиристоры устроены почти также, как и динисторы: имеют 4 полупроводниковых слоя, образуя 3 p-n-перехода. Отличием является наличие отвода с зоны второго слоя полупроводника, который является управляющим электродом. Как мы уже рассматривали динисторы, для их включения необходимо пробить электрически повышенным напряжением обратно включенный диод. Таким же образом можно включить и тиристор, вот только значение потенциала потребуется выше рабочего, так что данный метод включения почти не применяется.
Если же на отвод со второго слоя (управляющий электрод) подать положительное напряжение, выше значения включения для данного экземпляра, относительно вывода первого слоя (обычно это анод) и ток управления будет достаточным, то обратно включенный «диод» откроется. В этом случае прибор перейдёт во включенное состояние. Теперь наличие потенциала и тока в цепи управления не обязательно для поддержания тиристора в состоянии низкого сопротивления всех переходов. Вернее, включенный прибор уже не выключится, пока сила тока через его силовую цепь не упадёт до критически малого значения.
- Аналогов тиристоров, построенных на транзисторах, не существует. Возможны лишь похожие по функционалу схематические решения, но их топология будет кардинально отличаться. Также добиться оптимальных характеристик такой заменой невозможно. Полноценно заменить тиристор, работающий, например, под напряжением в сотни вольт, транзисторами, теоретически возможно. Но реализовать такое на практике будет дорого, громоздко и неэкономично. Именно поэтому были разработан отдельный тип полупроводниковых компонентов — тиристоры.
Классифицируются тиристоры по параметрам, основной из которых — мощность нагрузки силовой цепи. Также делятся эти 4-слойные полупроводниковые приборы со структурой p-n-p-n на:
· Однооперационные — не запираемые, подачей положительного импульса на управляющий электрод относительно анода можно только включить силовую цепь. Чтобы закрыть тиристор нужно снизить почти до 0 напряжение силовой цепи или ток нагрузки;
· Симметричные или симисторы — открываются импульсом отрицательной полярности для разных по полярности полупериодов, относительно первого электрода. Либо импульс должен совпадать с полярностью первого электрода. А это значит — быть «+» в момент положительного полупериода и «—» при отрицательном полупериоде.
· Двухоперационные или запираемые — положительным током через управляющий электрод относительно анода включается, а отрицательным — выключается силовая цепь.
Последние более сложные в изготовлении, поэтому стоят дороже.
Принцип работы тиристоров
Так как тиристоры применяются, преимущественно, в топологии сетевого напряжения, то запираемые их типы в таких схемах использовать нецелесообразно. Они применяются лишь в топологии с постоянным напряжением питания. А квазиуправляемые приборы легко выключаются отсутствием напряжения в силовой цепи, которое наступает в конце полупериода сетевого напряжения, т.е в момент перехода через 0.
Включение нагрузки не запираемыми тиристорами осуществляется кратковременной подачей напряжения в нужный момент (или постоянным включением) на управляющий электрод положительного потенциала относительно анода. При этом ток управления должен превысить установленное значение, иначе прибор не включится. Сделать это можно:
· Непосредственно электронным каскадом;
· Оптопарой;
· Трансформатором;
· Кнопочным включателем и др.
Для построения модулей на современных электронных компонентах можно использовать схемы из старых топологий. Естественно, резисторы и транзисторные ключи обвязки будут отличаться. Чтобы оптимально подобрать номиналы сопротивлений и модели радиодеталей нужно проработать схему компьютерной программой эмулятором.