Что такое тиристор, как он работает, виды тиристоров и описание основных характеристик

Для управления электрическими схемами необходимы мощные элементы коммутации. Эти элементы должны отключать участки схем, включать их, производить переключения. Часто в качестве коммутационных устройств используют тиристоры.

Для чего нужен тиристор, его устройство и принцип работы

Тиристором называется полупроводниковый прибор, имеющий два состояния:

Состоит этот полупроводниковый прибор из 4 слоев (областей) полупроводника (в большинстве случаев – кремния) с различной проводимостью и имеет структуру p-n-p-n.

Такой тиристор называется динистором (диодный тиристор). Подобно диоду он имеет два вывода и отпирается напряжением определенного уровня, приложенным в прямом направлении к аноду и катоду.

Более распространен триодный тиристор – тринистор. Он имеет ту же структуру, но с дополнительным выводом – управляющим электродом (УЭ). Все операции с тринистором производятся посредством УЭ.

Также существуют тиристоры с двумя управляющими электродами, но они получили меньшее распространение.

Вольт-амперная характеристика

Принцип действия тиристора наглядно демонстрирует его ВАХ. Она, как и характеристика обычного диода, расположена в I и III квадрантах и состоит из положительной и отрицательной ветвей. Отрицательная ветвь также подобна диодной и содержит участок, при котором прибор заперт — от нуля до Uпробоя. При достижении порогового напряжения происходит лавинный пробой.

Положительная ветвь требует внимательного рассмотрения. Если приложить к тиристору прямое напряжение и начать его увеличивать, то ток будет расти медленно – сопротивление закрытого полупроводникового прибора высоко. Это красный участок графика. При достижении определенного уровня тиристор скачкообразно открывается, его сопротивление уменьшается, падение напряжения также уменьшается, ток растет – синий участок. Этот участок характеризуются отрицательным сопротивлением, но прибор ведет себя здесь неустойчиво, с выраженной тенденцией перехода в открытое состояние.

Далее тиристор выходит в режим обычного диода – зеленая ветвь графика. Так работает диодный тиристор, а способность открываться при достижении определенного уровня называется динисторным эффектом.

Этот свойство также присуще трехэлектродному тиристору, но он используется в таком режиме крайне редко. Более того, при разработке схем этой зоны ВАХ избегают. У тринистора есть управляющий электрод, и включение практически всегда производится с его помощью. Если подать на УЭ ток, то тиристор откроется раньше достижения порогового напряжения (красный пунктир на ВАХ). Чем больше ток, тем раньше отпирание. Если ток достигнет определенного уровня (Iуэ>0), то тиристор откроется при любом напряжении анод-катод и будет вести себя подобно обычному диоду, пока не создадутся условия для выключения.

Важно! Включить тринистор подачей тока на УЭ возможно только при приложенном прямом напряжении между катодом и анодом.

Выключить тиристор (диодный или триодный) сложнее. Для этого требуется, чтобы ток через прибор снизился до определенного уровня (почти до нуля). В цепях переменного тока тиристор может быть переведен в закрытое состояние после снятия управляющего воздействия естественным путем – при ближайшем переходе напряжения через ноль. На самом деле, запирание происходит раньше — когда при снижении напряжения ток снизится до порогового значения. Это зависит от величины нагрузки. В цепях постоянного тока приходится принимать более сложные решения. Например, запирать тиристор можно с помощью конденсатора, заряженного напряжением обратной полярности. При включении коммутационного устройства, он разряжается навстречу прямому току и компенсирует его до нуля.

Также существуют другие способы создания встречного тока, но их устройство еще сложнее. Например, использование колебательных контуров и т.п. Все это усложняет использование тринисторов и динисторов, поэтому относительно недавно были созданы управляемые тиристоры (их также называют двухоперационными). Их отличие в том, что отпирание и запирание осуществляется посредством воздействия на управляющий электрод. Это резко расширяет возможности применения данных полупроводниковых приборов.

Основные характеристики тиристоров

Так как тиристоры в открытом состоянии ведут себя подобно диодам, часть технических характеристик аналогична обычным приборам с p-n переходом:

Но имеются и специфические параметры:

Превышение двух последних параметром могут вызвать ложные срабатывания приборов. Также для тиристоров характерны и другие параметры, определяющие, например, частотные свойства устройства. Найти их можно в соответствующих справочниках.

Виды тиристоров, их отличия и схемы подключения

На основе двух рассмотренных типов производятся ещё несколько разновидностей тиристоров. Каждый из них имеет свою сферу использования.

Динисторы

Динистор включается в схему подобно обычному диоду последовательно с нагрузкой. Питание может быть постоянным или переменным.

В цепи переменного напряжения также работают симметричные динисторы (двунаправленные динисторы, диаки), представляющие собой два обычных прибора, включенных встречно. Они открываются от любой полуволны синусоидального напряжения. Вольт-амперная характеристика диака симметрична – обратная ветвь также расположена в III квадранте и зеркально повторяет прямую.

Тринисторы

Самый распространенный тип в данной категории полупроводниковых приборов. В профессиональной среде триодные тиристоры называют просто тиристорами, хотя принципиально это неверно. Включается в схему тринистор также подобно обычному диоду (в цепь постоянного или переменного напряжения). Отпирание происходит при подаче на УЭ положительного напряжения (совпадающего по знаку с напряжением анода при прямом включении). У двухоперационных приборов запирание осуществляется подачей на УЭ тока противоположного направления.

Симисторы

Наряду с симметричными динисторами, существуют и симметричные тринисторы (симисторы, триаки). Они представляют собой два тринистора с общим управлением, включенные встречно-параллельно и размещенные в одном корпусе. При необходимости триак можно заменить двумя отдельными приборами, подключив их по соответствующей схеме.

ВАХ симистора также симметрична относительно нуля.

Оптотиристоры

Существуют приборы, схожие по строению и принципу действия с обычными тиристорами, но отпирание которых происходит посредством света, падающего на открытую тиристорную структуру. Если в одном корпусе объединить такой ключ и светодиод, управляемый внешним источником сигнала, то получится устройство, называемое оптотиристором (тиристорным оптроном).

Оптотиристор имеет четыре вывода. Его силовой элемент включается последовательно с нагрузкой, на выводы светодиода подается управляющий сигнал.

Где применяются тиристоры

Каждый полупроводниковый прибор предназначен для решения определенных задач:

  1. Сфера применения динисторов невелика. Они используются в качестве формирователей импульсов для отпирания тринисторов посредством УЭ и в составе пускорегулирующей арматуры для люминесцентных ламп. Также этот прибор применяется в любительских разработках в схемах с нестандартным применением.
  2. Триодные тиристоры широко применяются в качестве электронных ключей для коммутации нагрузок, в схемах фазового регулирования напряжения. Раньше были широко распространены в инверторах (для преобразования постоянного напряжения в переменное), в частотных преобразователях (для регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей) и в схемах плавного пуска. Сейчас активно вытесняются из этой сферы мощными полевыми и IGBT-транзисторами.
  3. Симисторы применяются в качестве коммутационных элементов в цепях переменного тока. Ими удобно заменять обычные механические реле:

К минусам такого применения можно отнести проблему с высоким выделением тепла под нагрузкой.

  1. Оптотиристоры используются в качестве коммутационных ключей в цепях переменного или постоянного тока в схемах, где нужна гальваническая развязка между управляющим сигналом и силовой цепью.

Тиристоры помогают решить задачи бесконтактной коммутации нагрузок или участков схем. Успех принесет умелое использование преимуществ электронных приборов и обход имеющихся недостатков.

Что такое симистор и как с его помощью управлять нагрузкой

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Что такое полупроводниковый диод, виды диодов и график вольт-амперной характеристики

Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Что такое варистор, основные технические параметры, для чего используется

Описание, технические характеристики и аналоги выпрямительных диодов серии 1N4001-1N4007

Тиристоры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.

Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.

Принцип действия

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров
Читайте также:  Очередные простые и красивые узоры крючком
Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

По способу управления разделяют на:
Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:
Запирание тиристора производится:
По обратной проводимости тиристоры делятся:

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.

Тиристоры: принцип работы, назначение, характеристики, проверка работоспособности

Тиристор представляет собой вид полупроводниковых приборов, предназначенный для однонаправленного преобразования тока (т.е. ток пропускается только в одну сторону).

Этот преобразователь имеет два устойчивых состояния: закрытое (состояние низкой проводимости) и открытое (состояние высокой проводимости). Назначение тиристора – выполнение функции электроключа, особенность которого – невозможность самостоятельного переключения в закрытое состояние. Прибор выполняет функции коммутатора разомкнутой цепи и ректификационного диода в сетях постоянного тока. Основным материалом при производстве этого полупроводникового устройства является кремний. Корпус изготавливается из полимерных материалов или металла – для моделей, работающих с большими токами.

Устройство тиристора и области применения

В состав прибора входят 3 электрода:

В отличие от двухслойного диода, тиристор состоит из 4-х слоев – p-n-p-n. Оба устройства пропускают ток в одну сторону. На большинстве старых моделей его направление обозначается треугольником. Внешнее напряжение подается знаком «-» на катодный электрод (область с электропроводностью n-типа), «+» – на анодный электрод (область с электропроводностью p-типа).

Тиристоры применяют в сварочных инверторах, блоках питания зарядного устройства для автомобиля, в генераторах, для устройства простой сигнализации, реагирующей на свет.

Принцип работы тиристоров

В специализированной литературе тиристор называется «однооперационным» и относится к группе не полностью управляемых радиодеталей. Он переходит в активное состояние при получении импульса определенной полярности от объекта управления. На скорость активации и последующее функционирование оказывают влияние:

Переключение из одного состояния в другое осуществляется с помощью управляющих сигналов. Для полного отключения тиристора требуется выполнить дополнительные действия. Выключение осуществляется несколькими способами:

При эксплуатации возможны незапланированные переключения из одного положения в другое, которые провоцируются перепадами характеристик электроэнергии и температуры.

Классификационные признаки

По способу управления различают следующие виды тиристоров:

Диодные (динисторы)

Активируются импульсом высокого напряжения, подаваемым на анод и катод. В конструкции присутствуют 2 электрода, без управляющего.

Триодные (тринисторы)

Разделяются на две группы. В первой управляющее напряжение поступает катод и электрод управления, во второй – на анод и управляющий электрод.

Симисторы

Выполняют функции двух включенных параллельно тиристоров.

Оптотиристоры

Их функционирование осуществляется под действием светового потока. Функцию управляющего электрода выполняет фотоэлемент.

По обратной проводимости тиристоры разделяются на:

Основные характеристики тиристоров, на которые стоит обратить внимание при покупке

Проверка тиристора на исправность

Прибор можно проверить несколькими способами, один из них – использование специального самодельного тестера, собираемого по представленной ниже схеме:

Такая схема предназначена для работы при напряжении 9-12 В. Для других значений напряжения питания производят перерасчет величин R1-R3.

Заключение

Тиристор – не полностью управляющий ключ. Если есть ток удержания, то перейдя в открытое состояние, тиристор остается в нем, даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход.

Была ли статья полезна?

Комментарии

Оптовая продажа электронных компонентов и радиодеталей с доставкой по всей России

Устройство, принцип действия и ВАХ тиристора.

Тиристоры.

Электропреобразовательный п/п-вый прибор с тремя или более рn-переходами, ВАХ которого имеет участок отрицательного сопротивления, называют тиристором. При включении тиристора в цепь переменного тока он открывается, пропуская ток в нагрузку лишь тогда, когда значение положительного напряжения достигает определенного уровня, или при подаче отпирающего напряжения на специальный управляющий электрод, поэтому его называют управляемый диод.

По числу внешних электродов тиристоры подразделяют на двухэлектродные — динисторы и трехэлектродные — тринисторы. Те и другие имеют четырехслойную структуру полупроводника с электропроводностями разного типа. Крайние слои являются анодом и катодом, а третий электрод у триодных тиристоров служит управляющим электродом.

Четырехслойная структура тиристора типа р-п-р-п показана на рис. 2.24, а. Крайние слои p1, n2,к которым подведены металлические контакты А и К, называют анодом и катодом. Средние слои n1, р2 представляют собой базовые области. База р2 имеет металлический контакт, называемый управляющим электродом УЭ. Он подключен к внешнему источнику управляющего напряжения Еу. ВАХ тиристора приведена на рис, 2.24, б.

Если ток в цепи управляющего электрода равен нулю Iут = 0, а между анодом и катодом приложено небольшое постоянное напряжение указанной на рис. 2.24, а полярности, меньшее напряжения Uпр.зкр.max.T., то переходы П1 и П2 сместятся в прямом направлении, а переход П2 — в обратном. При этом большая часть напряжения будет воспринята обратно смещенным переходом П2.

С повышением внешнего напряжения ток Iа незначительно растет , так как увеличивается смещение переходов П1 и П3 в прямом направлении.

Когда внешнее напряжение Ua станет равным Uпр.зкр.max.T. происходит электрический пробой перехода П3, что приводитк снижению напряжения U2 обратносмещенного перехода П2, а следовательно, к уменьшению напряжения на тиристоре, так как Uа=U1 + U2 + U3., величина тока через тиристор при этом увеличивается.Это означает, что прямая ветвь ВАХ имеет участок отрицательного сопротивления (участок ab на рис. 2.24, б), на котором рост тока обусловлен уменьшением напряжения.

Читайте также:  Потолочные светодиодные светильники для дома: суть гармоничного освещения

Рабочим участком ВАХ является участок cd. При этом падение напряжения между анодом и катодом тиристора невелико, так как все переходы смещены в прямом направлении.

Для выключения тиристора необходимо уменьшить прямой ток Iа до значения, не превышающего значения тока удержания Iудт (точка с на рис. 2.24, б), или подать на тиристор напряжение обратной полярности. При этом переходы П1 и П3 смещаютсяв обратном направлении, а переход П2 остается прямо смещенным. ВАХ получится такой же, как и для обычного диода при его обратном включении (участок оа).

Напряжение включения Uпр.зкр.max.T. можно уменьшить, если в цепь какой-либо из баз, примыкающих к переходу П2, ввести от внешнего источника Еудополнительное число носителей заряда за счет тока управления IуТ. Регулируя значение тока управления, можно изменять уровень напряжения включения тиристора. (рис. 2.24, б).

Основные параметры тиристора, определяемые из его ВАХ:

максимально допустимый ток Iоткр.max.T в открытом состоянии тиристора, при котором обеспечивается заданная надежность;

максимально допустимое обратное напряжение тиристора Uобр.max.Tпри котором обеспечивается заданная надежность, оно примерно в два раза меньше пробивного;

максимально допустимое постоянное прямое напряжение Uпр.зкр.max.Tпри котором тиристор находится в закрытом состоянии;

ток включения Iвкл.Т;

удерживающий ток тиристора Iудт — минимальный ток, который поддерживает тиристор в открытом состоянии .

Тиристоры применяют в управляемых выпрямителях, инверторах, преобра-зователях частоты .

|следующая лекция ==>
Специальные системы нефтеналивных судов|

Дата добавления: 2015-12-11 ; просмотров: 1641 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Тиристоры. Вольт-амперная характеристика

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или болееp-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

· Между точками 0 и (Vвo,IL) находится участок, соответствующий высокомусопротивлению прибора — прямое запирание (нижняя ветвь).

· В точке Vво происходит включение тиристора (точка переключения динистора во включённое состояние).

· Между точками (Vво, IL) и (Vн,Iн) находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением-неустойчивая область переключения во включённое состояние. При подаче разности потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности больше Vно происходит отпирание тиристора (динисторный эффект).

· Участок от точки с координатами (Vн,Iн) и выше соответствует открытому состоянию (прямой проводимости)

· На графике показаны ВАХ с разными токами управления (токами на управляющем электроде тиристора) IG (IG=0; IG>0; IG>>0), причём чем больше ток IG, тем при меньшем напряжении Vbo происходит переключение тиристора в проводящее состояние

· Пунктиром обозначен т. н. «ток включения спрямления» (IG>>0), при котором тиристор переходит в проводящее состояние при минимальном напряжении анод-катод. Для того, чтобы перевести тиристор обратно в непроводящее состояние необходимо снизить ток в цепи анод-катод ниже тока включения спрямления.

· Участок между 0 и Vbr описывает режим обратного запирания прибора.

· Участок далее Vbr — режим обратного пробоя.

Схемы включения тиристоров

В данной схеме включения тиристора, тиристор переходит в открытое состояние когда напряжение на входе 1 оптопары достигает 1,8-2,5В силой тока 5-7мА. Небольшой недостаток включения тиристора через диодный мост – это потери напряжения на нем, порядка 20В. Свечение лампы по данной схеме будет чуть тускнее нежели при прямом включении.

На рисунке 2 показана схема включения тиристора через транзистор. Управляющий ток проходящий через резистор R2 невелик и составляет не более 30мА. Условие выбора транзистора должно быть следующим, что бы максимальное напряжение коллектор эмитер было не менее 300В.

Тиристоры

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (напримертринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Схемы вкл. тиристоров

3 с помощью оптопары 4 по аноду

Свето фотодиоды

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Светодио́д — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода. Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.

База – слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.

Эмиттером – слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектором – слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.

При включении транзистора в режиме усиления, эмиттерный переход получается открытым, а переход коллектора закрыт. Это получается путем подключения источников питания.

Поскольку эмиттерный переход открыт, то через него будет проходить эмиттерный ток, возникающий из-за перехода дырок из базы в эмиттер, а так же электронов из эмиттера в базу. Таки образом, ток эмиттера содержит две составляющие – дырочную и электронную. Коэффициент инжекции определяет эффективность эмиттера. Инжекцией зарядов именуют перенос носителей зарядов из зоны, где они были основными в зону, где они делаются неосновными.

В базе электроны рекомбинируют, а их концентрация в базе восполняется от плюса источника ЕЭ. В результате этого в электрической цепи базы будет течь довольно слабый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под разгоняющим воздействием поля запертого коллекторного перехода, как неосновные носители, будут перемещаться в коллектор, создавая коллекторный ток. Перенос носителей зарядов из зоны, где они были неосновными, в зону, где они становятся основными, именуется экстракцией электрических зарядов.

Как работают мощные силовые тиристоры

В схемах и технической документации часто используются различные термины и знаки, но не все начинающие электрики знают их значение. Предлагаем обсудить, что такое силовые тиристоры для сварки, их принцип работы, характеристики и маркировка этих приборов.

Что такое тиристор и их виды

Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это самый простой пример описываемого устройства и как оно работает. Кремниевый выпрямитель или тиристор очень похож на транзистор. Это многослойное полупроводниковое устройство, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. Из-за того, что его принцип работы очень схож с ректификационным диодом (выпрямительные приборы переменного тока или динисторы), на схемах обозначение часто такое же — это считается аналог выпрямителя.

Фото — Cхема гирлянды бегущий огонь

Бывают:

Но в это же время для высоковольтных аппаратов (печей, станков, прочей автоматики производства) используют транзисторы типа IGBT или IGCT.

Фото — Тиристор

Но, в отличие от диода, который является двухслойным (PN) трехслойного транзистора (PNP, NPN), тиристор состоит из четырех слоев (PNPN) и этот полупроводниковый прибор содержит три p-n перехода. В таком случае, диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристорами, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно почитать книгу автора Замятин).

Тиристор – это однонаправленный преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но в отличие от диода, устройство может быть сделано для работы в качестве коммутатора разомкнутой цепи или в виде ректификационного диода постоянного электротока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме коммутации и не могут быть использованы как приборы амплификации. Ключ на тиристоре не способен сам перейти в закрытое положение.

Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводниковых приборов вместе с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться из одного режима в другой. Такой тиристор называется быстродействующим. Конечно, большую роль здесь играет класс прибора.

Применение тиристора

Назначение тиристоров может быть самое различное, например, очень популярен самодельный сварочный инвертор на тиристорах, зарядное устройство для автомобиля (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Из-за того, что сам по себе прибор может пропускать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (на их мосте используются именно такие детали). Для контроля работы детали в таком случае необходим регулятор напряжения на тиристоре.

Фото — применение Тиристора вместо ЛАТРа

Не стоит забывать и про тиристор зажигания для мотоциклов.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.

Самые простые микросхемы демонстрируют два транзистора, которые совмещены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» поступает на NPN транзистора TR 2 каналы непосредственно в PNP-транзистора TR 1. В это время ток с TR 1 поступает в каналы в основания TR 2 . Эти два взаимосвязанных транзистора располагаются так, что база-эмиттер получает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Для этого нужно параллельное размещение.

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото — характеристика тиристора ВАХ

  1. Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
  2. В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
  3. Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
  4. В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
  5. Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
  6. После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.
Читайте также:  Поверка электросчетчика: срок поверки и межповерочный интервал

Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.

Фото — ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Проверка тиристора

Перед тем, как купить прибор, нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Подключить измерительный прибор можно только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ниже:

Фото — тестер тиристоров

Согласно описанию, к аноду необходимо подвести напряжение положительного характера, а к катоду – отрицательного. Очень важно использовать величину, которая соответствует разрешению тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, это значит, что напряжение тестера немного больше, чем тиристора. После того, как Вы собрали прибор, можно начинать проверять выпрямитель. Нужно нажать на кнопку, которая подает импульсные сигналы для включения.

Проверка тиристора осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). После этого если на тиристоре загорелись бегущие огни, то устройство считается нерабочим, но мощные приборы не всегда сразу реагируют после поступления нагрузки.

Фото — схема тестера для тиристоров

Помимо проверки прибора, также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ или прочие марки, он работает примерно также, как и регулятор мощности на тиристоре. Главным отличием является более широкий спектр напряжений.

Видео: принцип работы тиристора

Технические характеристики

Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.

На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.

Фото — ку 202

  1. Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
  2. Напряжение в закрытом положении 100 В
  3. Импульс в открытом положении — 30 А
  4. Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
  5. Среднее напряжение =0,2 В
  6. Установленный ток в открытом положении Фото — тиристор ку202н

Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.

Особенности, схемы подключения и преимущества ламп ДРЛ

Лампа ДРЛ — недорогой источник света, принцип действия которого основан на преобразовании капель ртути в пары. В основном используется в осветительных системах для улиц, промышленных объектов и иных комплексов, где не требуется высокое качество цветопередачи.

Разновидности ДРЛ

Существует несколько основных типов ДРЛ-лампы:

  1. Стандартная дуговая ртутная люминесцентная — характеризуется слабой цветопередачей, а во время свечения выделяется большое количество тепла. Для выхода на рабочий режим требуется около пяти минут с момента включения в сеть. Крайне неустойчивы к перепадам напряжения, поэтому эксплуатация допустима в цепях с постоянным источником питания. В конструкциях, в которых используются данные лампы, обязательно должны быть термостойкие провода.
  2. Дуговая ртутная эритемная вольфрамовая (ДРВЭД) — лампа, функционирующая без дросселя. Подключается через активный балласт так же, как и стандартные лампочки накаливания. За счет наличия йодидов металлов повышается светопередача и уменьшается потребление электроэнергии. Для большей яркости используется увиолевое стекло. Лучше всего подходят для комнат с недостатком естественного освещения.
  3. ДРЛФ — усовершенствованная ДРЛ, используемая для ускорения фотосинтеза растений. Изнутри колба покрывается отражающим материалом, благодаря чему лампочка и получила свое второе название — рефлекторная. Идеально подходит для подключения к сети переменного тока. Применяется в парниках и теплицах, где требуется дополнительный источник света.
  4. Дуговая ртутная вольфрамовая — повышенная световая отдача, большая продолжительность эксплуатации без пускорегулирующего аппарата. Отличный вариант для освещения улиц, паркингов, открытых площадок и т. п.

Устройство

Форма изделия продолговатая, напоминающая обычные лампочки накаливания. Но есть определенные конструктивные различия между ними.

В состав ДРЛ входят следующие элементы:

Принцип работы

После включения электротехнического элемента в сеть напряжение по цоколю поступает на все электроды, благодаря чему формируется тлеющий разряд. Внутри колбы появляются положительные ионы и свободные электроны. После достижения заданного уровня по количеству зарядов вместо тлеющего разряда образуется дуговой. В большинстве случаев на все это уходит не более одной минуты.

Для того чтобы лампа ДРЛ работала на максимуме своих световых параметров, потребуется около пяти минут. Связано это со временем, необходимым для испарения капель ртути, помещенных в газоразрядной камере. Так улучшается яркость дугового разряда.

На точное время выхода на рабочие параметры влияет температура окружающей среды — чем выше, тем быстрее.

Технико-эксплуатационные характеристики

В процессе нагрева стеклянной колбы разбросанная по ее поверхности ртуть (в форме капель) начинает испаряться. Чем сильнее процесс испарения, тем прочнее разряд между электродами и катодами. Номинальный режим лампы ДРЛ — момент, когда все капли ртути преобразуются в пар.

Важно! После отключения питания от лампы ее можно будет повторно включить только после полного остывания.

Изделие характеризуется повышенной чувствительностью к скачкам температуры, поэтому его функциональность без колбы невозможна (исходя из физических законов).

Колба отвечает за две важные функции:

  1. Барьер между газоразрядной камерой с парами ртути и окружающей средой.
  2. Ускорение процесса преобразования ультрафиолетовых лучей в спектр красного свечения, что возможно благодаря наличию на стенках люминофора. К красному свечению добавляется зеленое, формируемое внутренним разрядом, что приводит к возникновению белого света.

Скачки напряжения сильно влияют на работу лампы ДРЛ. Отклонение от номинального значения на 10–15 % считается допустимым, но если эта величина будет равна 25–30 %, то свечение станет неравномерным. При еще большем уменьшении лампа либо не загорится, либо погаснет (если до этого была в работе).

Расшифровка маркировки изделий очень проста — число указывает на модель лампы, которая совпадает с номинальной мощностью.

В таблице ниже представлены параметры конкретных моделей ДРЛ:

МодельНоминальное напряжение, ВМощность, ВтДлина, ммДиаметр, ммЦокольСветовой поток, лмДолговечность, ч
ДРЛ-12512512517777E27600012 000
ДРЛ-25013025022790E4013 50015 000
ДРЛ-400135400290121E4025 00018 000
ДРЛ-700140700356151E4040 00020 000
ДРЛ-10001451000412168E4060 00018 000

к содержанию ↑

Схемы подключения

Лампа, состоящая из четырех электродов, подключается последовательно с дросселем. После соединения дросселя и ДРЛ к ним подается напряжение сети. При использовании дросселя не имеет значения полярность, поскольку его основное предназначение — стабилизация работы осветительного прибора. Дроссель должен соответствовать заданной мощности лампы. При добавлении в схему конденсатора достигается экономия электричества и становится возможной регулировка реактивной мощности.

Схема подключения через дроссель

Функция дросселя — уменьшение значения тока, необходимого для работы источника света. При отсутствии дросселя лампа перегорает из-за большого напряжения. Элементы соединяются последовательно.

Схема подключения без дросселя

Существует отдельная технология, применяемая для подключения ДРЛ без дросселя. Идеальным вариантом станет приобретение заводской ДРЛ, для которой не нужен дроссель. Изделие дополнено спиралью, работающей как обычный стабилизатор и разбавляющей световой поток.

Также к схеме может быть подключена обычная лампочка накаливания, мощность которой сопоставима с ДРЛ. Она выполняет функцию резистора, на выходе понижающего напряжение.

К схеме можно добавить один, два и более конденсаторов. Это актуально при соблюдении важного условия: следует с высокой точностью подсчитать ток, который они выдадут на выходе.

Проверяем работоспособность

Для проверки работоспособности ДРЛ используются тестеры (омметры), что необходимо в том случае, если лампа отказывается работать или функционирует неверно. Подключите устройство к каждому витку на обмотке, проверяя их на разрыв и ток короткого замыкания:

  1. При обнаружении разрыва прибор покажет огромное сопротивление, поэтому придется заменить обмотку.
  2. При отсутствии разрыва и регистрации потери изоляции (благодаря чему появляется короткое замыкание) разница в сопротивлении будет менее значительной.
  3. При наличии короткого замыкания на обмотке дросселя повышение сопротивления может не наблюдаться и технические характеристики останутся прежними. С другой стороны, данный факт никак не влияет на работоспособность самой лампы.

Если омметр так и не показал каких-либо отклонений, то искать проблему следует в осветительном приборе или электросети. Возможно необходим ремонт светильника.

Область применения

За счет дешевизны, долговечности, устойчивости к перепадам напряжения и средних (но иногда минимальных) показателей светоотдачи лампа ДРЛ используется для освещения:

Достоинства и недостатки

Из преимуществ изделий отметим следующее:

  1. Достаточная световая отдача на фоне низкой стоимости.
  2. Независимость от наличия атмосферных осадков.
  3. Продолжительный эксплуатационный срок — от 20 000 часов и выше.
  4. Практически полное совпадение спектра излучения с естественным освещением.
  5. Малые габариты.

Недостатки хоть и незначительные, но их намного больше:

  1. Существенная разница в цене по сравнению с более качественными разновидностями ДРЛ.
  2. В процессе эксплуатации формируется озон.
  3. Лампы с вольфрамовыми нитями значительно дешевле и компактнее.
  4. Со временем люминофор устаревает, что приводит к ухудшению излучаемого спектра.
  5. Из-за использования ртути требуется специальная утилизация.
  6. Задержка при включении.
  7. Требуется несколько минут до выхода на номинальный режим.
  8. Низкое качество испускаемого света.
  9. Дополнительное мерцание при работе.
  10. Рекомендуется устанавливать на потолке на высоте не ниже 4 м.
  11. Функционируют исключительно от переменного тока.

Осветительные приборы на основе дуговых ртутных люминесцентных ламп — одно из самых экономичных решений для освещения промышленных объектов, открытых территорий (паркингов), складских помещений и внутреннего двора загородного дома. Отдельные модели в составе столбовых фонарей сочетают высокую мощность и декоративный внешний вид.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *