Ein Thyristor ist ein elektronisches Bauteil aus Halbleitermaterialien, kann aus drei oder mehr pn-Übergängen bestehen und hat zwei stabile Zustände: geschlossen (geringe Leitfähigkeit), offen (hohe Leitfähigkeit).

Dies ist eine Trockenformulierung, die für diejenigen gedacht ist, die gerade erst anfangen Master ElektrotechnikÄhm, es sagt absolut nichts. Schauen wir uns die Funktionsweise dieses elektronischen Bauteils für den Normalbürger, sozusagen für Dummies, an und wo es eingesetzt werden kann. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um das elektronische Äquivalent der Schalter, die Sie täglich verwenden.

Es gibt viele Arten dieser Elemente mit unterschiedlichen Eigenschaften und unterschiedlichen Anwendungen. Betrachten Sie einen gewöhnlichen Single-Operation-Thyristor.

Die Bezeichnungsmethode in den Diagrammen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Das elektronische Element hat folgende Schlussfolgerungen:

• Anoden-Pluspol;
• Kathoden-Minuspol;
• Steuerelektrode G.

Das Funktionsprinzip eines Thyristors

Die Hauptanwendung dieser Art von Elementen ist die Herstellung von Leistungsthyristorschaltern zum Schalten und Regeln hoher Ströme auf ihrer Basis. Das Einschalten erfolgt durch ein an die Steuerelektrode übertragenes Signal. In diesem Fall ist das Element nicht vollständig steuerbar und um es zu schließen, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, die dafür sorgen, dass die Spannung auf Null sinkt.

Wenn wir in einfachen Worten darüber sprechen, wie ein Thyristor funktioniert, dann kann er analog zu einer Diode Strom nur in eine Richtung leiten, also muss er beim Anschließen angeschlossen werden Achten Sie auf die richtige Polarität. Wenn an Anode und Kathode Spannung angelegt wird, bleibt dieses Element geschlossen, bis das entsprechende elektrische Signal an die Steuerelektrode angelegt wird. Unabhängig davon, ob ein Steuersignal vorhanden ist oder nicht, ändert es seinen Zustand nicht und bleibt geöffnet.

Bedingungen Thyristorschließung:

1. Entfernen Sie das Signal von der Steuerelektrode.
2. Reduzieren Sie die Spannung an Kathode und Anode auf Null.

Für Wechselstromnetze bereitet die Erfüllung dieser Bedingungen keine besonderen Schwierigkeiten. Die Sinusspannung, die sich von einem Amplitudenwert zum anderen ändert, sinkt auf den Wert Null, und wenn in diesem Moment kein Steuersignal vorhanden ist, schließt der Thyristor.

Beim Einsatz von Thyristoren in Gleichstromkreisen kommen verschiedene Methoden zur Zwangskommutierung (Schließen des Thyristors) zum Einsatz, am gebräuchlichsten ist die Verwendung eines vorgeladenen Kondensators. Der Stromkreis mit dem Kondensator ist mit dem Thyristor-Steuerkreis verbunden. Wenn ein Kondensator an den Stromkreis angeschlossen wird, kommt es zu einer Entladung des Thyristors. Der Entladestrom des Kondensators ist dem Durchlassstrom des Thyristors entgegengesetzt, was zu einem Abfall des Stroms im Stromkreis auf Null führt Der Thyristor wird geschlossen.

Sie denken vielleicht, dass der Einsatz von Thyristoren ungerechtfertigt ist. Ist es nicht einfacher, einen normalen Schalter zu verwenden? Ein großer Vorteil des Thyristors besteht darin, dass er das Schalten großer Ströme im Anoden-Kathoden-Stromkreis mit einem vernachlässigbaren Steuersignal ermöglicht, das dem Steuerstromkreis zugeführt wird. In diesem Fall entsteht keine Funkenbildung, was für die Zuverlässigkeit und Sicherheit des gesamten Stromkreises wichtig ist.

Schaltplan

Der Steuerkreis sieht möglicherweise anders aus, aber im einfachsten Fall sieht der Schaltkreis des Thyristorschalters wie in Abbildung 2 dargestellt aus.

An der Anode ist eine Glühbirne befestigt L, und Schalter K2 verbindet den Pluspol der Stromquelle G. B. Die Kathode ist mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden.

Nachdem der Schalter K2 Strom zugeführt hat, liegt an der Anode und Kathode Batteriespannung an, der Thyristor bleibt jedoch geschlossen und die Lampe leuchtet nicht. Um die Lampe einzuschalten, müssen Sie die Taste K1 drücken. Das Signal über den Widerstand R wird an die Steuerelektrode gesendet, der Thyristorschalter ändert seinen Zustand in „Öffnen“ und die Lampe leuchtet auf. Der Widerstand begrenzt den der Steuerelektrode zugeführten Strom. Ein erneutes Drücken der Taste K1 hat keine Auswirkung auf den Zustand der Schaltung.

Um den elektronischen Schlüssel zu schließen, müssen Sie den Stromkreis mit dem Schalter K2 von der Stromquelle trennen. Ein solches elektronisches Bauteil schaltet sich ab, wenn die Versorgungsspannung an der Anode auf einen bestimmten Wert sinkt, der von seinen Eigenschaften abhängt. So lässt sich die Funktionsweise eines Thyristors für Dummies beschreiben.

Eigenschaften

Zu den Hauptmerkmalen gehören die folgenden:

Die betrachteten Elemente werden neben elektronischen Schlüsseln häufig in Leistungsreglern verwendet, die eine Änderung der der Last zugeführten Leistung durch Änderung der Durchschnitts- und Effektivwerte des Wechselstroms ermöglichen. Die Regelung des Stromwerts erfolgt durch Änderung des Zeitpunkts, zu dem das Öffnungssignal an den Thyristor angelegt wird (durch Variation des Öffnungswinkels). Der Öffnungswinkel (Regelwinkel) ist die Zeit vom Beginn der Halbwelle bis zum Öffnen des Thyristors.

Datentypen elektronischer Komponenten

Es gibt viele verschiedene Arten von Thyristoren, aber neben den oben besprochenen sind die häufigsten die folgenden:

• Dinistorelement, dessen Umschaltung erfolgt, wenn ein bestimmter Spannungswert zwischen Anode und Kathode erreicht wird;
• Triac;
• ein Optothyristor, dessen Schaltung durch ein Lichtsignal erfolgt.

Triacs

Ich möchte näher auf Triacs eingehen. Wie bereits erwähnt, können Thyristoren Strom nur in eine Richtung leiten. Wenn sie in einen Wechselstromkreis eingebaut werden, regelt ein solcher Stromkreis daher eine Halbwelle der Netzspannung. Um beide Halbwellen zu regeln, ist es notwendig, einen weiteren Thyristor in Reihe zu installieren oder spezielle Schaltungen mit leistungsstarken Dioden oder Diodenbrücken zu verwenden. All dies verkompliziert das System und macht es umständlich und unzuverlässig.

Für solche Fälle wurde der Triac erfunden. Lassen Sie uns darüber und das Funktionsprinzip für Dummies sprechen. Der Hauptunterschied zwischen Triacs Einer der oben diskutierten Elemente liegt in der Fähigkeit, Strom in beide Richtungen zu leiten. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um zwei Thyristoren mit gemeinsamer Steuerung, die Rücken an Rücken geschaltet sind (Abbildung 3 A).

Das grafische Symbol für diese elektronische Komponente ist in Abb. dargestellt. 3 V. Es ist zu beachten, dass es nicht korrekt ist, die Stromanschlüsse als Anode und Kathode zu bezeichnen, da der Strom in jede Richtung geleitet werden kann, weshalb sie mit T1 und T2 bezeichnet werden. Die Steuerelektrode ist mit G bezeichnet. Um den Triac zu öffnen, ist es notwendig, ein Steuersignal an den entsprechenden Ausgang anzulegen. Die Bedingungen für den Übergang eines Triacs von einem Zustand in einen anderen und zurück in Wechselstromnetzen unterscheiden sich nicht von den oben diskutierten Steuerungsmethoden.

Diese Art von elektronischen Bauteilen wird im verarbeitenden Gewerbe, bei Haushaltsgeräten und Elektrowerkzeugen zur kontinuierlichen Stromregelung eingesetzt. Dies ist die Steuerung von Elektromotoren, Heizelementen und Ladegeräten.

Abschließend möchte ich sagen, dass sowohl Thyristoren als auch Triacs, obwohl sie erhebliche Ströme schalten, sehr bescheidene Größen haben, während an ihrem Körper erhebliche Wärmeleistung freigesetzt wird. Einfach ausgedrückt: Sie werden sehr heiß. Um die Elemente vor Überhitzung und thermischem Zusammenbruch zu schützen, verwenden sie einen Kühlkörper, der im einfachsten Fall ein Aluminiumkühler ist.

Thyristoren sind elektronische Halbleiterbauelemente mit hoher Schaltgeschwindigkeit. Mit diesen Geräten können alle Arten von elektronischen Bauteilen mit geringem Stromverbrauch gesteuert werden. Neben der Elektronik mit geringem Stromverbrauch werden Leistungsgeräte jedoch erfolgreich mithilfe von Thyristoren gesteuert. Betrachten wir die klassischen Schaltungen zum Anschluss eines Thyristors zur Steuerung relativ hoher Lasten, zum Beispiel elektrische Lampen, Elektromotoren, Elektroheizungen usw.

Das Schalten des Halbleiters in den offenen Zustand ist durch Anlegen eines kleinen Einschaltstromimpulses an die Steuerelektrode U möglich.

Wenn der Thyristor Laststrom in Vorwärtsrichtung durchlässt, ist die Anodenelektrode A im Hinblick auf die regenerative Klemmung positiv gegenüber der Kathodenelektrode K.

Typischerweise sollte der Triggerimpuls für Elektrode Y eine Dauer von mehreren Mikrosekunden haben. Je länger der Puls ist, desto schneller erfolgt jedoch der interne Lawinendurchbruch. Auch die Öffnungszeit des Übergangs verlängert sich. Der maximale Gate-Strom darf jedoch nicht überschritten werden.

Diese einfache Ein-/Aus-Schaltung wird zur Steuerung einer Glühlampe verwendet. Mittlerweile kann die Schaltung als Schalter für einen Elektromotor, eine Heizung oder jede andere Last verwendet werden, die für die Stromversorgung mit konstanter Spannung ausgelegt ist.

Hier befindet sich der Thyristor im Übergangszustand in Vorwärtsrichtung und wird durch den Schließerknopf KH1 in den Kurzschlussmodus geschaltet.

Dieser Knopf verbindet die Steuerelektrode U über den Widerstand R1 mit der Stromquelle. Wenn der Wert von R1 im Verhältnis zur Versorgungsspannung zu hoch eingestellt ist, funktioniert das Gerät nicht.

Man muss nur die Taste KH1 drücken, der Thyristor schaltet in den Direktleiterzustand und bleibt in diesem Zustand, unabhängig von der weiteren Stellung der Taste KH1. In diesem Fall weist der Stromanteil der Last einen größeren Wert auf als der Klemmstrom des Thyristors.

Vor- und Nachteile der Verwendung eines Thyristors

Einer der Hauptvorteile der Verwendung dieser Halbleiter als Schalter ist die sehr hohe Stromverstärkung. Ein Thyristor ist ein Gerät, das tatsächlich durch Strom gesteuert wird.

Der Kathodenwiderstand R2 ist normalerweise enthalten, um die Empfindlichkeit der Elektrode Y zu verringern und das Potenzial des Spannungs-Strom-Verhältnisses zu erhöhen, was Fehlfunktionen des Geräts verhindert.

Wenn der Thyristor einrastet und im „Ein“-Zustand bleibt, kann dieser Zustand nur durch Unterbrechung der Stromversorgung oder Reduzierung des Anodenstroms auf den unteren Haltewert zurückgesetzt werden.

Daher ist es logisch, den Stromkreis mit dem normalerweise geschlossenen Knopf KH2 zu öffnen, wodurch der durch den Thyristor fließende Strom auf Null reduziert wird und das Gerät in den „Aus“-Zustand wechselt.

Das Schema hat jedoch auch einen Nachteil. Der mechanische Öffnerschalter KH2 muss stark genug sein, um der Leistung des gesamten Stromkreises gerecht zu werden.

Im Prinzip könnte man den Halbleiter einfach durch einen leistungsstarken mechanischen Schalter ersetzen. Eine Möglichkeit, das Leistungsproblem zu lösen, besteht darin, einen Kommutator parallel zum Thyristor zu schalten.

Verfeinerung der Schaltung: Das Einschalten eines normalerweise offenen Schalters mit geringer Leistung parallel zum A-K-Übergang führt zu folgendem Effekt:

• Durch die Aktivierung von KH2 entsteht ein „Kurzschluss“ zwischen den Elektroden A und K.
• Der Klemmstrom sinkt auf einen Minimalwert,
• Das Gerät geht in den „Aus“-Zustand.

Thyristor im Wechselstromkreis

Bei Anschluss an eine Wechselstromquelle funktioniert der Thyristor etwas anders. Dies ist auf den periodischen Polaritätswechsel der Wechselspannung zurückzuführen.

Daher führt die Anwendung in wechselstrombetriebenen Stromkreisen automatisch dazu, dass sich die Verbindung in einem umgekehrt vorgespannten Zustand befindet. Das heißt, während der Hälfte jedes Zyklus befindet sich das Gerät im „Aus“-Zustand.

Bei der Variante mit Wechselspannung ähnelt die Thyristor-Zündschaltung der Schaltung mit Konstantspannungsversorgung. Der Unterschied ist unbedeutend – das Fehlen eines zusätzlichen Schalters KH2 und die Hinzufügung der Diode D1.

Dank der Diode D1 wird eine Sperrspannung gegenüber der Steuerelektrode U verhindert.

Während der positiven Halbwelle der Sinuswellenform wird das Gerät vorwärts verschoben, aber wenn der Schalter KN1 ausgeschaltet wird, wird dem Thyristor kein Gate-Strom zugeführt und das Gerät bleibt „ausgeschaltet“.

In der negativen Halbwelle erhält das Gerät eine Sperrspannung und bleibt auch „aus“, unabhängig vom Zustand des Schalters KH1.

Wenn der Schalter KH1 geschlossen ist, bleibt der Halbleiter zu Beginn jeder positiven Halbwelle vollständig „aus“.

Durch das Erreichen einer ausreichend positiven Zündspannung (steigender Steuerstrom) an der Elektrode Y schaltet der Thyristor jedoch in den „Ein“-Zustand.

Die Haltezustandsverriegelung bleibt während des positiven Halbzyklus stabil und wird automatisch zurückgesetzt, wenn der positive Halbzyklus endet. Offensichtlich, weil hier sinkt der Anodenstrom unter den Stromwert.

Während des nächsten negativen Halbzyklus ist das Gerät bis zum nächsten positiven Halbzyklus vollständig „ausgeschaltet“. Dann wird der Vorgang noch einmal wiederholt.

Es stellt sich heraus, dass der Last nur die Hälfte der vom Netzteil zur Verfügung stehenden Leistung zur Verfügung steht. Der Thyristor fungiert als Wechselstrom und leitet ihn nur während positiver Halbzyklen, wenn der Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.

Halbwellensteuerung

Die Thyristor-Phasensteuerung ist die gebräuchlichste Form der Wechselstromsteuerung.

Ein Beispiel für eine grundlegende Phasensteuerschaltung ist unten dargestellt. Hier wird die Thyristor-Gate-Spannung von der Schaltung R1C1 über die Triggerdiode D1 erzeugt.

Während der positiven Halbwelle, wenn der Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt ist, wird der Kondensator C1 über den Widerstand R1 durch die Versorgungsspannung der Schaltung aufgeladen.

Die Steuerelektrode Y wird nur aktiviert, wenn der Spannungspegel am Punkt „x“ den Betrieb der Diode D1 bewirkt. Der Kondensator C1 wird zur Steuerelektrode U entladen, wodurch das Gerät in den „Ein“-Zustand versetzt wird.

Die Dauer der positiven Hälfte des Zyklus, wenn die Leitung geöffnet wird, wird durch die Zeitkonstante der Kette R1C1 gesteuert, die durch den variablen Widerstand R1 vorgegeben wird.

Eine Erhöhung des Werts von R1 führt zu einer Verzögerung der an die Steuerelektrode des Thyristors angelegten Auslösespannung, was wiederum zu einer Verzögerung der Leitungszeit des Geräts führt.

Dadurch kann der Anteil der Halbwelle, den das Gerät durchführt, zwischen 0 und 180 ° eingestellt werden. Dadurch kann die halbe Verlustleistung der Last (Lampe) eingestellt werden.

Es gibt viele Möglichkeiten, eine Vollwellensteuerung von Thyristoren zu erreichen. Sie können beispielsweise einen Halbleiter in eine Diodenbrücken-Gleichrichterschaltung einbinden. Mit dieser Methode wird der Wechselstromanteil problemlos in einen unidirektionalen Thyristorstrom umgewandelt.

Eine gebräuchlichere Methode ist jedoch die Verwendung zweier umgekehrt parallel geschalteter Thyristoren.

Der praktischste Ansatz scheint die Verwendung eines Triacs zu sein. Dieser Halbleiter ermöglicht einen Übergang in beide Richtungen, wodurch Triacs besser für Wechselstromschaltkreise geeignet sind.

Vollständiger technischer Aufbau des Thyristors

- ein Gerät mit den Eigenschaften eines Halbleiters, dessen Design auf einem einkristallinen Halbleiter mit drei oder mehr pn-Übergängen basiert.

Sein Betrieb setzt das Vorhandensein von zwei stabilen Phasen voraus:

• „geschlossen“ (Leitfähigkeit ist niedrig);
• „offen“ (Leitfähigkeitsgrad ist hoch).

Thyristoren sind Geräte, die die Funktionen leistungselektronischer Schalter übernehmen. Ein anderer Name für sie ist Single-Operation-Thyristor. Mit diesem Gerät können Sie die Wirkung starker Lasten durch kleine Impulse regulieren.

Gemäß der Strom-Spannungs-Kennlinie des Thyristors führt ein Anstieg des Stroms darin zu einem Spannungsabfall, dh es entsteht ein negativer Differenzwiderstand.

Darüber hinaus können diese Halbleiterbauelemente Stromkreise mit Spannungen bis 5000 Volt und Strömen bis 5000 Ampere (bei einer Frequenz von nicht mehr als 1000 Hz) verbinden.

Thyristoren mit zwei und drei Anschlüssen sind sowohl für den Betrieb mit Gleich- als auch mit Wechselstrom geeignet. Am häufigsten wird ihr Funktionsprinzip mit dem einer Gleichrichterdiode verglichen und es wird angenommen, dass sie ein vollwertiges Analogon eines Gleichrichters sind, in gewisser Weise sogar noch effektiver.

Die Arten von Thyristoren unterscheiden sich voneinander:

• Kontroll-Methode.
• Leitfähigkeit (einseitig oder beidseitig).

Allgemeine Führungsgrundsätze

Die Thyristorstruktur besteht aus 4 Halbleiterschichten in Reihenschaltung (p-n-p-n). Der mit der äußeren p-Schicht verbundene Kontakt ist die Anode, und der mit der äußeren n-Schicht verbundene Kontakt ist die Kathode. Dadurch kann ein Thyristor bei einem Standardaufbau maximal zwei Steuerelektroden aufweisen, die auf den Innenschichten angebracht sind. Entsprechend der angeschlossenen Schicht werden die Leiter je nach Art der Ansteuerung in Kathode und Anode unterteilt. Der erste Typ wird am häufigsten verwendet.

Der Strom in Thyristoren fließt zur Kathode (von der Anode), sodass die Verbindung zur Stromquelle zwischen der Anode und dem Pluspol sowie zwischen der Kathode und dem Minuspol hergestellt wird.

Thyristoren mit Steuerelektrode können sein:

• Abschließbar;
• Freischaltbar.

Eine bezeichnende Eigenschaft nicht verriegelnder Geräte ist ihre fehlende Reaktion auf ein Signal von der Steuerelektrode. Die einzige Möglichkeit, sie zu schließen, besteht darin, den durch sie fließenden Strom so zu reduzieren, dass er unter dem Haltestrom liegt.

Bei der Ansteuerung eines Thyristors sollten einige Punkte beachtet werden. Ein Gerät dieses Typs wechselt die Betriebsphasen sprunghaft und nur unter der Bedingung eines äußeren Einflusses von „Aus“ auf „Ein“ und zurück: durch Strom (Spannungsmanipulation) oder Photonen (in Fällen mit einem Photothyristor).

Um diesen Punkt zu verstehen, müssen Sie bedenken, dass ein Thyristor hauptsächlich über 3 Ausgänge (Thyristor) verfügt: Anode, Kathode und Steuerelektrode.

Die UE (Steuerelektrode) ist genau für das Ein- und Ausschalten des Thyristors verantwortlich. Das Öffnen des Thyristors erfolgt unter der Bedingung, dass die angelegte Spannung zwischen A (Anode) und K (Kathode) gleich der Betriebsspannung des Thyristors wird oder diese überschreitet. Im zweiten Fall ist zwar eine Einwirkung eines Impulses positiver Polarität zwischen Ue und K erforderlich.

Bei konstanter Versorgungsspannung kann der Thyristor unbegrenzt geöffnet sein.

Um es in den geschlossenen Zustand zu versetzen, können Sie:

• Reduzieren Sie den Spannungspegel zwischen A und K auf Null;
• Reduzieren Sie den A-Stromwert, damit die Haltestromstärke größer ist;
• Wenn der Betrieb des Stromkreises auf der Wirkung von Wechselstrom basiert, schaltet sich das Gerät ohne Eingreifen von außen aus, wenn der Strompegel selbst auf den Nullwert sinkt;
• Legen Sie eine Sperrspannung an das UE an (nur relevant für verriegelbare Halbleiterbauelemente).

Der geschlossene Zustand bleibt ebenfalls unbegrenzt bestehen, bis ein auslösender Impuls auftritt.

Spezifische Kontrollmethoden

• Amplitude .

Es stellt die Zufuhr einer positiven Spannung unterschiedlicher Größe zum Ue dar. Das Öffnen des Thyristors erfolgt, wenn der Spannungswert ausreicht, um den Steuerübergang des Gleichrichterstroms (Irect) zu durchbrechen. Durch Ändern der Spannung am UE wird es möglich, die Öffnungszeit des Thyristors zu ändern.

Der Hauptnachteil dieser Methode ist der starke Einfluss des Temperaturfaktors. Darüber hinaus erfordert jeder Thyristortyp einen anderen Widerstandstyp. Dieser Punkt trägt nicht zur Benutzerfreundlichkeit bei. Darüber hinaus kann die Öffnungszeit des Thyristors nur während der ersten Hälfte der positiven Halbwelle des Netzwerks eingestellt werden.

• Phase.

Es besteht darin, die Phase Ucontrol (im Verhältnis zur Spannung an der Anode) zu ändern. In diesem Fall wird eine Phasenschieberbrücke verwendet. Der Hauptnachteil ist die geringe Steilheit von Ucontrol, wodurch das Öffnungsmoment des Thyristors nur für kurze Zeit stabilisiert werden kann.

• Pulsphase .

Entwickelt, um die Mängel der Phasenmethode zu überwinden. Dazu wird an Ue ein Spannungsimpuls mit steiler Flanke angelegt. Dieser Ansatz ist derzeit der am weitesten verbreitete.

Thyristoren und Sicherheit

Aufgrund der Impulscharakteristik ihrer Wirkung und des Vorhandenseins eines Rückstroms erhöhen Thyristoren das Risiko einer Überspannung beim Betrieb des Geräts erheblich. Darüber hinaus ist die Gefahr einer Überspannung im Halbleiterbereich groß, wenn in anderen Teilen des Stromkreises überhaupt keine Spannung anliegt.

Um negative Folgen zu vermeiden, ist es daher üblich, CFTP-Systeme zu verwenden. Sie verhindern das Auftreten und den Erhalt kritischer Spannungswerte.

Zwei-Transistor-Thyristor-Modell

Aus zwei Transistoren lässt sich durchaus ein Dinistor (Thyristor mit zwei Anschlüssen) oder ein Trinistor (Thyristor mit drei Anschlüssen) zusammenbauen. Dazu muss einer von ihnen eine p-n-p-Leitfähigkeit haben, der andere eine n-p-n-Leitfähigkeit. Transistoren können entweder aus Silizium oder Germanium hergestellt werden.

Die Verbindung zwischen ihnen erfolgt über zwei Kanäle:

• Anode vom 2. Transistor + Steuerelektrode vom 1. Transistor;
• Kathode vom 1. Transistor + Steuerelektrode vom 2. Transistor.

Wenn Sie auf den Einsatz von Steuerelektroden verzichten, ist der Ausgang ein Dinistor.

Die Kompatibilität der ausgewählten Transistoren wird durch die gleiche Leistungsmenge bestimmt. In diesem Fall müssen die Strom- und Spannungswerte unbedingt größer sein als die für den normalen Betrieb des Geräts erforderlichen Werte. Angaben zur Durchbruchspannung und zum Haltestrom hängen von den spezifischen Eigenschaften der verwendeten Transistoren ab.

Schreiben Sie Kommentare, Ergänzungen zum Artikel, vielleicht habe ich etwas verpasst. Schauen Sie doch mal vorbei, ich freue mich, wenn Sie bei mir noch etwas Nützliches finden.

In Diagrammen und technischen Dokumentationen werden häufig verschiedene Begriffe und Symbole verwendet, deren Bedeutung jedoch nicht allen unerfahrenen Elektrikern bekannt ist. Wir schlagen vor, zu diskutieren, was Leistungsthyristoren zum Schweißen sind, welche Funktionsprinzipien sie haben, welche Eigenschaften sie haben und welche Geräte sie kennzeichnen.

Was ist ein Thyristor und seine Typen?

Viele haben Thyristoren in der Girlande „Laufendes Feuer“ gesehen; dies ist das einfachste Beispiel für das beschriebene Gerät und seine Funktionsweise. Ein Siliziumgleichrichter oder Thyristor ist einem Transistor sehr ähnlich. Hierbei handelt es sich um ein mehrschichtiges Halbleiterbauelement, dessen Hauptmaterial Silizium ist, meist in einem Kunststoffgehäuse. Aufgrund der Tatsache, dass ihr Funktionsprinzip dem einer Gleichrichterdiode (AC-Gleichrichtergeräte oder Dinistoren) sehr ähnlich ist, ist die Bezeichnung in den Diagrammen oft dieselbe – dies wird als Analogon eines Gleichrichters angesehen.

Es gibt:

• ABB Abschaltthyristoren (GTO),
• Standard SEMIKRON,
• leistungsstarke Lawine vom Typ TL-171,
• Optokoppler (z. B. TO 142-12,5-600 oder MTOTO 80-Modul),
• symmetrisch TS-106-10,
• Niederfrequenz-MTTs,
• Triac BTA 16-600B oder VT für Waschmaschinen,
• Frequenz TBC,
• ausländisches TPS 08,
• TYN 208.

Gleichzeitig werden Transistoren vom Typ IGBT oder IGCT für Hochspannungsgeräte (Öfen, Werkzeugmaschinen und andere industrielle Automatisierungssysteme) verwendet.

Aber im Gegensatz zu einer Diode, bei der es sich um einen Zweischichttransistor (PN) (PNP, NPN) handelt, besteht ein Thyristor aus vier Schichten (PNPN) und dieses Halbleiterbauelement enthält drei pn-Übergänge. In diesem Fall verlieren Diodengleichrichter an Effizienz. Dies wird durch die Thyristor-Steuerschaltung sowie durch jedes Nachschlagewerk für Elektriker deutlich (in der Bibliothek können Sie beispielsweise kostenlos ein Buch des Autors Samjatin lesen).

Ein Thyristor ist ein unidirektionaler Wechselstromwandler, das heißt, er leitet Strom nur in eine Richtung, aber im Gegensatz zu einer Diode kann das Gerät als Leerlaufschalter oder als Gleichstromgleichrichterdiode betrieben werden. Mit anderen Worten: Halbleiterthyristoren können nur im Schaltmodus betrieben werden und können nicht als Verstärkergeräte verwendet werden. Der Schlüssel am Thyristor ist nicht in der Lage, sich selbstständig in die Schließstellung zu bewegen.

Der siliziumgesteuerte Gleichrichter ist neben Triacs, AC-Dioden und Unijunction-Transistoren eines von mehreren Leistungshalbleiterbauelementen, die sehr schnell von einem Modus in den anderen wechseln können. Ein solcher Thyristor wird als Hochgeschwindigkeitsthyristor bezeichnet. Dabei spielt natürlich die Klasse des Gerätes eine große Rolle.

Anwendung von Thyristor

Der Zweck von Thyristoren kann sehr unterschiedlich sein, beispielsweise sind ein selbstgebauter Schweißinverter mit Thyristoren, ein Ladegerät für ein Auto (Thyristor im Netzteil) und sogar ein Generator sehr beliebt. Aufgrund der Tatsache, dass das Gerät selbst sowohl niederfrequente als auch hochfrequente Lasten durchlassen kann, kann es auch als Transformator für Schweißmaschinen verwendet werden (deren Brücke verwendet genau diese Teile). Um den Betrieb des Teils zu steuern, ist in diesem Fall ein Spannungsregler am Thyristor erforderlich.

Vergessen Sie nicht den Zündthyristor für Motorräder.

Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise

Der Thyristor besteht aus drei Teilen: „Anode“, „Kathode“ und „Eingang“, bestehend aus drei pn-Übergängen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit zwischen „EIN“- und „AUS“-Positionen wechseln können. Gleichzeitig kann er aber auch unterschiedlich lange, also über mehrere Halbzyklen, aus der Stellung „ON“ geschaltet werden, um eine bestimmte Energiemenge an den Verbraucher abzugeben. Die Funktionsweise eines Thyristors lässt sich besser erklären, indem man annimmt, dass er aus zwei miteinander verbundenen Transistoren besteht, wie ein Paar komplementärer regenerativer Schalter.

Die einfachsten Mikroschaltungen zeigen zwei Transistoren, die so kombiniert sind, dass der Kollektorstrom nach dem „Start“-Befehl in den NPN-Transistor TR 2 fließt und direkt in den PNP-Transistor TR 1 fließt. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom von TR 1 fließt in die Kanäle in die Basen von TR 2. Diese beiden miteinander verbundenen Transistoren sind so angeordnet, dass der Basis-Emitter Strom vom Kollektor-Emitter des anderen Transistors erhält. Dies erfordert eine parallele Platzierung.

Trotz aller Sicherheitsmaßnahmen kann es vorkommen, dass sich der Thyristor unbeabsichtigt von einer Position in eine andere bewegt. Dies geschieht aufgrund eines starken Stromsprungs, Temperaturänderungen und anderen verschiedenen Faktoren. Bevor Sie einen Thyristor KU202N, T122 25, T 160, T 10 10 kaufen, müssen Sie ihn daher nicht nur mit einem Tester (Ring) überprüfen, sondern sich auch mit den Betriebsparametern vertraut machen.

Typische Strom-Spannungs-Kennlinien eines Thyristors

Um mit der Diskussion dieses komplexen Themas zu beginnen, schauen Sie sich das Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinien eines Thyristors an:

1. Das Segment zwischen 0 und (Vо,IL) entspricht vollständig der direkten Verriegelung des Geräts;
2. Im Vvo-Bereich befindet sich der Thyristor in der „ON“-Position;
3. Der Abschnitt zwischen den Zonen (Vvo, IL) und (Vn,In) ist die Übergangsposition im eingeschalteten Zustand des Thyristors. In diesem Bereich tritt der sogenannte Dinistor-Effekt auf;
4. Die Punkte (Vн,In) wiederum zeigen in der Grafik die direkte Öffnung des Geräts an;
5. Die Punkte 0 und Vbr sind der Abschnitt, in dem der Thyristor ausgeschaltet ist;
6. Darauf folgt das Segment Vbr – es zeigt den Reverse-Breakdown-Modus an.

Natürlich können moderne Hochfrequenz-Funkkomponenten in einem Stromkreis die Strom-Spannungs-Kennlinien unwesentlich beeinflussen (Kühler, Widerstände, Relais). Auch symmetrische Photothyristoren, SMD-Zenerdioden, Optothyristoren, Trioden, Optokoppler, optoelektronische und andere Module können unterschiedliche Strom-Spannungs-Kennlinien aufweisen.

Darüber hinaus weisen wir Sie darauf hin, dass in diesem Fall der Geräteschutz am Lasteingang erfolgt.

Thyristorprüfung

Bevor Sie ein Gerät kaufen, müssen Sie wissen, wie man einen Thyristor mit einem Multimeter testet. Das Messgerät kann nur an einen sogenannten Tester angeschlossen werden. Das Diagramm, nach dem ein solches Gerät zusammengebaut werden kann, ist unten dargestellt:

Laut Beschreibung ist es notwendig, an der Anode eine positive Spannung und an der Kathode eine negative Spannung anzulegen. Es ist sehr wichtig, einen Wert zu verwenden, der der Auflösung des Thyristors entspricht. Die Zeichnung zeigt Widerstände mit einer Nennspannung von 9 bis 12 Volt, was bedeutet, dass die Spannung des Testers etwas höher ist als die des Thyristors. Nachdem Sie das Gerät zusammengebaut haben, können Sie mit der Überprüfung des Gleichrichters beginnen. Zum Einschalten müssen Sie die Taste drücken, die Impulssignale sendet.

Der Test des Thyristors ist sehr einfach: Ein Knopf sendet kurzzeitig ein Öffnungssignal (positiv gegenüber der Kathode) an die Steuerelektrode. Wenn danach die Lauflichter am Thyristor aufleuchten, gilt das Gerät als funktionsunfähig, leistungsstarke Geräte reagieren jedoch nicht immer sofort nach Eintreffen der Last.

Zusätzlich zur Überprüfung des Geräts empfiehlt es sich auch, spezielle Controller oder ein Steuergerät für Thyristoren und Triacs von OWEN BOOST oder andere Marken zu verwenden; es funktioniert ungefähr genauso wie ein Leistungsregler an einem Thyristor. Der Hauptunterschied besteht in einem größeren Spannungsbereich.

Video: Funktionsprinzip eines Thyristors

Technische Eigenschaften

Betrachten wir die technischen Parameter des Thyristors der KU 202e-Serie. In dieser Serie werden Haushaltsgeräte mit geringem Stromverbrauch vorgestellt, deren Hauptanwendung auf Haushaltsgeräte beschränkt ist: Sie dienen zum Betrieb von Elektroöfen, Heizgeräten usw.

Die folgende Zeichnung zeigt die Pinbelegung und die Hauptteile des Thyristors.

1. Stellen Sie die Sperrspannung im eingeschalteten Zustand (max.) auf 100 V ein
2. Ruhespannung 100 V
3. Impuls in geöffneter Position – 30 A
4. Wiederholter Impuls in Offenstellung 10 A
5. Mittelspannung<=1,5 В
6. Nicht entriegelnde Spannung >=0,2 V
7. Strom in Offenstellung einstellen<=4 мА
8. Rückstrom<=4 мА
9. Konstanter Entriegelungsstrom<=200 мА
10. Konstante Spannung einstellen<=7 В
11. Pünktlich<=10 мкс
12. Abschaltzeit<=100 мкс

Das Gerät schaltet sich innerhalb von Mikrosekunden ein. Wenn Sie das beschriebene Gerät austauschen müssen, wenden Sie sich an einen Verkaufsberater in einem Elektrofachgeschäft – er kann anhand der Abbildung ein Analogon auswählen.

Der Preis eines Thyristors hängt von seiner Marke und seinen Eigenschaften ab. Wir empfehlen den Kauf von Haushaltsgeräten – diese sind langlebiger und erschwinglicher. Auf spontanen Märkten können Sie einen hochwertigen, leistungsstarken Konverter für bis zu hundert Rubel kaufen.

Rückwärtssperrmodus

Reis. 3. Thyristor-Rückwärtssperrmodus

Zwei Hauptfaktoren begrenzen das Regime des Reverse-Breakdowns und des Forward-Breakdowns:

1. Punktion des erschöpften Bereichs.

Im Rückwärtssperrmodus wird an die Anode des Geräts eine Spannung angelegt, die gegenüber der Kathode negativ ist; Die Anschlüsse J1 und J3 sind in Sperrrichtung vorgespannt, und der Anschluss J2 ist in Durchlassrichtung vorgespannt (siehe Abb. 3). In diesem Fall fällt der größte Teil der angelegten Spannung an einem der Übergänge J1 oder J3 ab (je nach Dotierungsgrad der verschiedenen Bereiche). Dies sei der Übergang J1. Abhängig von der Dicke W n1 der n1-Schicht wird der Durchbruch durch Lawinenvervielfachung (die Dicke des Verarmungsbereichs während des Durchbruchs ist kleiner als W n1) oder Durchschlag (die Verarmungsschicht breitet sich über den gesamten n1-Bereich und die Übergänge J1 aus) verursacht und J2 sind geschlossen).

Direktverriegelungsmodus

Bei direkter Sperrung ist die Spannung an der Anode positiv gegenüber der Kathode und nur der Anschluss J2 ist in Sperrichtung vorgespannt. Die Anschlüsse J1 und J3 sind vorwärtsgerichtet. Der größte Teil der angelegten Spannung fällt an der Verbindungsstelle J2 ab. Über die Übergänge J1 und J3 werden Minoritätsträger in die an den Übergang J2 angrenzenden Bereiche injiziert, wodurch der Widerstand des Übergangs J2 verringert, der Strom durch ihn erhöht und der Spannungsabfall über ihm verringert wird. Mit zunehmender Durchlassspannung steigt der Strom durch den Thyristor zunächst langsam an, was dem 0-1-Abschnitt der Strom-Spannungs-Kennlinie entspricht. In diesem Modus kann der Thyristor als gesperrt betrachtet werden, da der Widerstand der Verbindungsstelle J2 immer noch sehr hoch ist. Wenn die Spannung am Thyristor zunimmt, nimmt der Anteil der Spannung an J2 ab und die Spannungen an J1 und J3 steigen schneller an, was dazu führt, dass der Strom durch den Thyristor weiter ansteigt und die Injektion von Minoritätsladungsträgern in den Bereich von J2 zunimmt. Bei einem bestimmten Spannungswert (in der Größenordnung von mehreren zehn oder hundert Volt) spricht man von Schaltspannung V BF(Punkt 1 zur Strom-Spannungs-Kennlinie) erhält der Vorgang einen lawinenartigen Charakter, der Thyristor geht in einen Zustand mit hoher Leitfähigkeit über (schaltet ein) und in ihm baut sich ein Strom auf, der durch die Quellenspannung und den Widerstand bestimmt wird des externen Stromkreises.

Zwei-Transistor-Modell

Um die Eigenschaften des Geräts im Direktsperrmodus zu erklären, wird ein Zwei-Transistor-Modell verwendet. Ein Thyristor kann als Verbindung eines pnp-Transistors mit einem npn-Transistor betrachtet werden, wobei der Kollektor beider mit der Basis des anderen verbunden ist, wie in Abb. 4 für Triodenthyristor. Der zentrale Übergang fungiert als Kollektor für Löcher, die durch Übergang J1 injiziert werden, und Elektronen, die durch Übergang J3 injiziert werden. Zusammenhang zwischen Emitterströmen Ich E, Sammler Ich C und Basen Ich B und die statische Stromverstärkung α 1 p-n-p-Transistor ist ebenfalls in Abb. dargestellt. 4, wobei I Co der umgekehrte Sättigungsstrom der Kollektor-Basis-Verbindung ist.

Reis. 4. Zwei-Transistor-Modell eines Trioden-Thyristors, Anschluss der Transistoren und Stromverhältnis in einem pnp-Transistor.

Ähnliche Beziehungen können für einen NPN-Transistor erhalten werden, wenn die Richtung der Ströme umgekehrt wird. Aus Abb. Aus 4 folgt, dass der Kollektorstrom des n-p-n-Transistors gleichzeitig der Basisstrom des p-n-p-Transistors ist. Ebenso der Kollektorstrom des pnp-Transistors und der Steuerstrom Ich G fließen in die Basis des NPN-Transistors. Wenn daher die Gesamtverstärkung im geschlossenen Regelkreis 1 übersteigt, wird ein regenerativer Prozess möglich.

Der Basisstrom des pnp-Transistors beträgt Ich B1= (1 - α 1) Ich A - Ich Co1. Dieser Strom fließt auch durch den Kollektor des NPN-Transistors. Der Kollektorstrom eines NPN-Transistors mit Verstärkung α 2 ist gleich Ich C2= α 2 ICH K + ICo2.

Gleichsetzen Ich B1 Und Ich C2, wir erhalten (1 - α 1) Ich A - Ich Co1= α 2 ICH K + ICo2. Als ICH K = Ich A + Ich G, Das

Reis. 5. Energiebanddiagramm im Vorwärtsvorspannungsmodus: Gleichgewichtszustand, Vorwärtsblockierungsmodus und Vorwärtsleitungsmodus.

Diese Gleichung beschreibt die statischen Eigenschaften des Gerätes im Spannungsbereich bis zum Durchschlag. Nach dem Durchschlag arbeitet das Gerät als Pin-Diode. Beachten Sie, dass alle Terme im Zähler der rechten Seite der Gleichung klein sind, daher gilt der Term α 1 + α 2< 1, ток Ich A klein (Die Koeffizienten α1 und α2 selbst hängen davon ab Ich A und wachsen normalerweise mit zunehmendem Strom) Wenn α1 + α2 = 1, dann geht der Nenner des Bruchs auf Null und es kommt zu einem direkten Durchschlag (oder der Thyristor wird eingeschaltet). Es ist zu beachten, dass, wenn die Polarität der Spannung zwischen Anode und Kathode umgekehrt wird, die Anschlüsse J1 und J3 in Sperrrichtung und J2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Unter solchen Bedingungen kommt es nicht zu einem Durchschlag, da nur der zentrale Übergang als Emitter fungiert und der Regenerationsprozess unmöglich wird.

Die Breite der Verarmungsschichten und Energiebanddiagramme im Gleichgewicht, im direkten Blockierungs- und im direkten Leitungsmodus sind in Abb. dargestellt. 5. Im Gleichgewicht werden der Verarmungsbereich jedes Übergangs und das Kontaktpotential durch das Verunreinigungsverteilungsprofil bestimmt. Wenn eine positive Spannung an die Anode angelegt wird, neigt der Verbindungspunkt J2 dazu, in Sperrrichtung vorgespannt zu sein, während die Verbindungsstellen J1 und J3 dazu neigen, in Vorwärtsrichtung vorgespannt zu sein. Der Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode ist gleich der algebraischen Summe der Spannungsabfälle an den Übergängen: V AK = V 1 + V 2 + V 3. Wenn die Spannung steigt, steigt der Strom durch das Gerät und daher erhöhen sich α1 und α2. Aufgrund der regenerativen Natur dieser Prozesse geht das Gerät schließlich in einen offenen Zustand über. Sobald der Thyristor eingeschaltet ist, muss der durch ihn fließende Strom durch den externen Lastwiderstand begrenzt werden, andernfalls fällt der Thyristor aus, wenn die Spannung hoch genug ist. Im eingeschalteten Zustand ist der Verbindungspunkt J2 in Durchlassrichtung vorgespannt (Abb. 5, c) und der Spannungsabfall V AK = (V 1 - | V 2| + V 3) ist ungefähr gleich der Summe der Spannung an einem in Durchlassrichtung vorgespannten Übergang und der Spannung am gesättigten Transistor.

Direktleitungsmodus

Wenn der Thyristor eingeschaltet ist, sind alle drei Anschlüsse in Durchlassrichtung vorgespannt. Löcher werden aus der Region p1 injiziert, und Elektronen werden aus der Region n2 injiziert, und die n1-p2-n2-Struktur verhält sich ähnlich wie ein gesättigter Transistor, bei dem der Diodenkontakt zur Region n1 entfernt ist. Daher ähnelt das Gerät als Ganzes einer p-i-n (p + -i-n +)-Diode ...

Klassifizierung von Thyristoren

• Diodenthyristor (zusätzlicher Name „Dinistor“) – ein Thyristor mit zwei Anschlüssen
  • Diodenthyristor, nicht rückwärtsleitend
  • Diodenthyristor, in entgegengesetzter Richtung leitend
  • Diodensymmetrischer Thyristor (Zusatzbezeichnung „Diac“)
• Triodenthyristor (zusätzlicher Name „Thyristor“) – ein Thyristor mit drei Anschlüssen
  • Triodenthyristor, nicht in die Gegenrichtung leitend (Zusatzbezeichnung „Thyristor“)
  • Trioden-Thyristor, in Gegenrichtung leitend (Zusatzbezeichnung „Thyristor-Diode“)
  • triodischer symmetrischer Thyristor (zusätzlicher Name „Triac“, informeller Name „Triac“)
  • Triode-Thyristor asymmetrisch
  • schaltbarer Thyristor (Zusatzbezeichnung „Triodenschaltthyristor“)

Der Unterschied zwischen einem Dinistor und einem Trinistor

Es gibt keine grundsätzlichen Unterschiede zwischen einem Dinistor und einem Trinistor. Wenn jedoch die Öffnung eines Dinistors erfolgt, wenn eine bestimmte Spannung zwischen den Anoden- und Kathodenanschlüssen erreicht wird, abhängig vom Typ eines bestimmten Dinistors, dann in einem Trinistor die Öffnungsspannung kann durch Anlegen eines Stromimpulses einer bestimmten Dauer und Größe an seine Steuerelektrode bei positiver Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode gezielt reduziert werden, und das Trinistor-Design unterscheidet sich nur durch das Vorhandensein einer Steuerelektrode. SCRs sind die häufigsten Geräte aus der „Thyristor“-Familie.

Der Unterschied zwischen einem Triodenthyristor und einem Abschaltthyristor

Das Umschalten in den geschlossenen Zustand herkömmlicher Thyristoren erfolgt entweder durch Reduzierung des Stroms durch den Thyristor auf den Wert Ich h oder durch Ändern der Spannungspolarität zwischen Kathode und Anode.

Schaltbare Thyristoren können im Gegensatz zu herkömmlichen Thyristoren unter dem Einfluss des Steuerelektrodenstroms von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand und umgekehrt übergehen. Um einen Abschaltthyristor zu schließen, muss ein Strom mit entgegengesetzter Polarität durch die Steuerelektrode geleitet werden als die Polarität, die das Öffnen verursacht hat.

Triac

Ein Triac (symmetrischer Thyristor) ist ein Halbleiterbauelement und ähnelt in seinem Aufbau der Rücken-an-Rücken-Schaltung zweier Thyristoren. Kann elektrischen Strom in beide Richtungen leiten.

Eigenschaften von Thyristoren

Moderne Thyristoren werden für Ströme von 1 mA bis 10 kA hergestellt; für Spannungen von mehreren V bis mehreren kV; die Anstiegsgeschwindigkeit des Vorwärtsstroms in ihnen erreicht 10 9 A/s, die Spannung beträgt 10 9 V/s, die Einschaltzeit reicht von mehreren Zehnteln bis zu mehreren zehn Mikrosekunden, die Ausschaltzeit reicht von mehreren Einheiten bis zu mehreren hundert Mikrosekunden; Der Wirkungsgrad erreicht 99 %.

Anwendung

• Gesteuerte Gleichrichter
• Konverter (Wechselrichter)
• Leistungsregler (Dimmer)

siehe auch

• CDI (Kondensatorentladungszündung)

Anmerkungen

Literatur

• GOST 15133-77.
• Kublanowski. Ya. S. Thyristorgeräte. - 2. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich - M.: Radio and Communications, 1987. - 112 S.: Abb. - (Mass Radio Library. Ausgabe 1104).

Links

• Thyristoren: Funktionsprinzip, Bauformen, Typen und Einschaltmethoden
• Ansteuerung von Thyristoren und Triacs über einen Mikrocontroller oder eine digitale Schaltung
• Umrichtergeräte in Stromversorgungssystemen
• Rogatschew K.D. Moderne leistungsgeschaltete Thyristoren.
• Inländische Analoga importierter Thyristoren
• Verzeichnisse zu Thyristoren und Analoga, Austausch von Thyristoren, Austausch von Dioden. Zener-Dioden