Тырыстары - гэта што такое? Прынцып працы і характарыстыкі тырыстараў

Тырыстары - гэта сілавыя электронныя ключы, кіраваныя не цалкам. Нярэдка ў тэхнічных кнігах можна ўбачыць яшчэ адна назва гэтага прыбора - однооперационный тырыстар. Іншымі словамі, пад уздзеяннем кіраўніка сігналу ён пераводзіцца ў адно стан - якое праводзіць. Калі канкрэтызаваць, то ён уключае ланцуг. Каб яна выключалася, неабходна стварыць спецыяльныя ўмовы, якія забяспечваюць падзенне прамога току ў ланцугі да нулявога значэння.

асаблівасці тырыстараў

Тырыстарнага ключы праводзяць электрычны ток толькі ў прамым напрамку, прычым у закрытым стане ён вытрымлівае не толькі прамое, але і адваротнае напружанне. Структура тырыстара чатырохслаёвая, маецца тры высновы:

1. Анод (пазначаецца літарай А).
2. Катод (літарай З або Да).
3. Кіраўнік электрод (У або G).

У тырыстараў ёсць цэлае сямейства вольт-ампернай характарыстык, па іх можна меркаваць аб стане элемента. Тырыстары - гэта вельмі магутныя электронныя ключы, яны здольныя праводзіць камутацыю ланцугоў, у якіх напружанне можа дасягаць 5000 вольт, а сіла току - 5000 ампер (пры гэтым частата не перавышае 1000 Гц).

Праца тырыстара ў ланцугах сталага току

Звычайны тырыстар уключаецца шляхам падачы токавага імпульсу на кіравальны выснову. Прычым ён павінен быць станоўчым (у адносінах да катода). Працягласць пераходнага працэсу залежыць ад характару нагрузкі (індуктыўная, актыўная), амплітуды і хуткасці нарастання ў ланцугу кіравання імпульсу току, тэмпературы крышталя паўправадніка, а таксама прыкладзенага току і напружання на наяўныя ў схеме тырыстары. Характарыстыкі схемы напрамую залежаць ад віду паўправадніковага элемента.

У таго ланцужка, у якой знаходзіцца тырыстар, недапушчальна ўзнікненне вялікай хуткасці нарастання напружання. А менавіта такога значэння, пры якім адбываецца самаадвольнае ўключэнне элемента (нават калі няма сігналу ў ланцугу кіравання). Але адначасова з гэтым у сігналу кіравання павінна быць вельмі высокая крутасць характарыстыкі.

спосабы выключэння

Можна вылучыць два тыпы камутацыі тырыстараў:

1. Натуральная.
2. Прымусовае.

А зараз больш падрабязна аб кожным выглядзе. Натуральная ўзнікае тады, калі тырыстар працуе ў ланцугі пераменнага току. Прычым адбываецца гэтая камутацыя тады, калі ток падае да нулявога значэння. А вось ажыццявіць прымусовую камутацыю мага вялікай колькасцю розных спосабаў. Якое кіраванне тырыстарам выбраць, вырашаць распрацоўніку схемы, але варта пагаварыць пра кожнага тыпе асобна.

Самым характэрным спосабам прымусовай камутацыі з'яўляецца падлучэнне кандэнсатара, які быў загадзя зараджаны пры дапамозе кнопкі (ключа). LC-ланцуг ўключаецца ў схему кіравання тырыстарам. Гэты ланцужок і ўтрымлівае зараджаны цалкам кандэнсатар. Пры пераходным працэсе ў нагрузачнай ланцуга адбываюцца ваганні току.

Спосабы прымусовай камутацыі

Існуе яшчэ некалькі тыпаў прымусовай камутацыі. Нярэдка ўжываюць схему, у якой выкарыстоўваецца камутуюцца кандэнсатар, які мае зваротную палярнасць. Напрыклад, гэты кандэнсатар можа ўключацца ў ланцуг пры дапамозе якога-небудзь дапаможнага тырыстара. Пры гэтым адбудзецца разрад на асноўны (рабочы) тырыстар. Гэта прывядзе да таго, што ў кандэнсатара ток, накіраваны насустрач прамым току асноўнага тырыстара, будзе садзейнічаць зніжэнню току ў ланцугі аж да нуля. Такім чынам, адбудзецца выключэнне тырыстара. Гэта здараецца па той прычыне, што прылада тырыстара мае свае асаблівасці, характэрныя толькі для яго.

Існуюць таксама схемы, у якіх падключаюцца LC-ланцужкі. Яны разряжаются (прычым з ваганнямі). У самым пачатку ток разраду цячэ насустрач рабочаму, а пасля раўнавання іх значэнняў адбываецца выключэнне тырыстара. Пасля з вагальнай ланцужкі ток перацякае праз тырыстар ў паўправадніковы дыёд. Пры гэтым, пакуль цячэ ток, да тырыстараў прыкладваецца некаторы напружанне. Яно па модулю роўна падзення напружання на дыёдзе.

Праца тырыстара ў ланцугах пераменнага току

Калі тырыстар ўключыць у ланцуг пераменнага току, можна ажыццявіць такія аперацыі:

1. Уключыць або адключыць электрычны ланцуг з актыўна-рэзістыўнай або актыўнай нагрузкай.
2. Змяніць сярэднюю і дзеючае значэнне току, які праходзіць праз нагрузку, дзякуючы магчымасці рэгуляваць момант падачы сігналу кіравання.

У тырыстарных ключоў маецца адна асаблівасць - яны праводзяць ток толькі ў адным кірунку. Такім чынам, калі неабходна выкарыстоўваць іх у ланцугах пераменнага току, прыходзіцца ўжываць сустрэчна-паралельнае ўключэнне. Дзейсныя і сярэднія значэння току могуць змяняцца з-за таго, што момант падачы сігналу на тырыстары розны. Пры гэтым магутнасць тырыстара павінна адпавядаць мінімальным патрабаванням.

Фазавы метад кіравання

Пры фазавым метадзе кіравання з камутацыяй прымусовага тыпу адбываецца рэгуляванне нагрузкі дзякуючы змене кутоў паміж фазамі. Штучную камутацыю можна ажыццявіць пры дапамозе адмысловых ланцугоў, альбо ж неабходна выкарыстоўваць цалкам кіраваныя (замыканыя) тырыстары. На іх аснове, як правіла, вырабляюць прылада зарадная на тырыстар, якое дазваляе рэгуляваць сілу току ў залежнасці ад узроўню зарадкі акумулятарнай батарэі.

Шыротным-імпульснае кіраванне

Называюць яшчэ яго ШІМ-мадуляцыяй. Падчас адкрыцця тырыстараў падаецца сігнал кіравання. Пераходы адкрыты, а на нагрузцы маецца некаторае напружанне. Падчас закрыцця (на працягу ўсяго пераходнага працэсу) не падаецца сігнал кіравання, такім чынам, тырыстары не праводзяць ток. Пры ажыццяўленні фазавага кіравання токаў крывая ня сінусоідных, адбываецца змена формы сігналу напружання харчавання. Такім чынам, адбываецца таксама парушэнне працы спажыўцоў, якія адчувальныя да высокачашчынным перашкодам (з'яўляецца несумяшчальнасць). Нескладаную канструкцыю мае рэгулятар на тырыстар, які без праблем дазволіць змяніць неабходную велічыню. І не трэба ўжываць масіўныя ЛАТР.

тырыстары замыканыя

Тырыстары - гэта вельмі магутныя электронныя ключы, выкарыстоўваюцца для камутацыі высокіх высілкаў і токаў. Але ёсць у іх адзін велізарны недахоп - кіраванне няпоўнае. А калі больш канкрэтна, то гэта праяўляецца тым, што для адключэння тырыстара трэба ствараць умовы, пры якім прамой ток будзе зніжацца да нуля.

Менавіта гэтая асаблівасць накладвае некаторыя абмежаванні на выкарыстанне тырыстараў, а таксама ўскладняе схемы на іх аснове. Каб пазбавіцца ад такога роду недахопаў, былі распрацаваны спецыяльныя канструкцыі тырыстараў, якія замыкаюцца сігналам па адным электрода кіравання. Іх называюць двухоперационными, або замыкацца, тырыстараў.

Канструкцыя замыкалы тырыстара

Чатырохслаёвая структура р-п-р-п ў тырыстараў мае свае асаблівасці. Яны надаюць ім адрозненні ад звычайных тырыстараў. Гаворка зараз ідзе аб поўнай кіравальнасці элемента. Вольт-ампернай характарыстыка (статычная) пры прамым напрамку такая ж, як і ў простых тырыстараў. Вось толькі прамы ток тырыстар можа прапускаць куды большы па значэнні. Але функцыі блакавання вялікіх зваротных высілкаў у замыканых тырыстараў не прадугледжана. Таму неабходна злучаць яго сустрэчна-паралельна з паўправадніковым дыёдам.

Характэрная асаблівасць замыкалы тырыстара - гэта значнае падзенне прамых высілкаў. Каб вырабіць адключэнне, варта ажыццявіць падачу на кіравальны выснову магутнага імпульсу току (адмоўнага, у суадносінах 1: 5 да прамога значэння току). Але толькі працягласць імпульсу павінна быць як мага меншай - 10 ... 100 мкс. Замыканыя тырыстары валодаюць больш нізкім значэннем гранічнага напружання і току, чым звычайныя. Розніца складае прыкладна 25-30%.

віды тырыстараў

Вышэй былі разгледжаны замыканыя, але існуе яшчэ нямала тыпаў паўправадніковых тырыстараў, пра якія таксама варта згадаць. У самых розных канструкцыях (зарадныя прылады, перамыкачы, рэгулятары магутнасці) выкарыстоўваюцца пэўныя тыпы тырыстараў. Дзесьці патрабуецца, каб кіраванне праводзілася шляхам падачы патоку святла, значыць, выкарыстоўваецца оптотиристор. Яго асаблівасць заключаецца ў тым, што ў ланцугу кіравання выкарыстоўваецца крышталь паўправадніка, адчувальны да святла. Параметры тырыстараў розныя, ва ўсіх свае асаблівасці, характэрныя толькі для іх. Таму трэба хоць бы ў агульных рысах прадстаўляць, якія віды гэтых паўправаднікоў існуюць і дзе яны могуць прымяняцца. Такім чынам, вось ўвесь спіс і асноўныя асаблівасці кожнага тыпу:

1. Дыёд-тырыстар. Эквівалент гэтага элемента - тырыстар, да якога падлучаны сустрэчна-паралельна паўправадніковы дыёд.
2. Динистор (дыёдны тырыстар). Ён можа пераходзіць у стан поўнай праводнасці, калі перавышаецца пэўны ўзровень напружання.
3. Симистор (сіметрычны тырыстар). Яго эквівалент - два тырыстара, уключаных сустрэчна-паралельна.
4. Тырыстар інвертар хуткадзейны адрозніваецца высокай хуткасцю камутацыі (5 ... 50 мкс).
5. Тырыстары з кіраваннем палявых транзістарам. Часта можна сустрэць канструкцыі на аснове МАП-транзістараў.
6. Аптычныя тырыстары, якія кіруюцца патокамі святла.

Ажыццяўленне абароны элемента

Тырыстары - гэта прыборы, якія крытычныя да хуткасцям нарастання прамога току і прамога напружання. Для іх, як і для паўправадніковых дыёдаў, характэрна такая з'ява, як праходжанне зваротных токаў аднаўлення, якое вельмі хутка і рэзка падае да нулявога значэння, пагаршаючы гэтым верагоднасць узнікнення перанапружання. Гэта перанапружанне з'яўляецца вынікам таго, што рэзка спыняецца ток ва ўсіх элементах схемы, якія маюць індуктыўнасць (нават сверхмалые індуктыўнасці, характэрныя для мантажу - драты, дарожкі платы). Для ажыццяўлення абароны неабходна выкарыстоўваць разнастайныя схемы, якія дазваляюць у дынамічных рэжымах працы абараніцца ад высокіх высілкаў і токаў.

Як правіла, індуктыўны супраціў крыніцы напружання, які ўваходзіць у ланцуг працуе тырыстара, мае такое значэнне, што яго больш чым дастаткова для таго, каб у далейшым не ўключаць у схему некаторую дадатковую індуктыўнасць. Па гэтай прычыне ў практыцы часцей выкарыстоўваецца ланцужок фарміравання траекторыі пераключэння, якая значна зніжае хуткасць і ўзровень перанапружання ў схеме пры адключэнні тырыстара. Ёмістны-рэзістыўныя ланцужкі найбольш часта выкарыстоўваюцца для гэтых мэтаў. Яны ўключаюцца з тырыстарам паралельна. Маецца даволі шмат відаў схемотехнических мадыфікацый такіх ланцугоў, а таксама методык іх разлікаў, параметраў для працы тырыстараў ў розных рэжымах і ўмовах. А вось ланцуг фарміравання траекторыі пераключэння замыкалы тырыстара будзе такая ж, як і ў транзістараў.