Почему в современных инверторах применяют транзисторы, а не тиристоры

Транзистор или тиристор

Тиристоры относятся к полупроводниковым приборам структуры p-n-p-n, и принадлежат, по существу, к особенному классу биполярных транзисторов, четырехслойных, трех (и более) переходных приборов с чередующейся проводимостью.
Устройство тиристора позволяет ему работать сродни диоду, другими словами пропускать ток лишь в одном направлении.

Транзистор или тиристор

И также как у полевого транзистора, у тиристора есть управляющий электрод. При этом как диод, тиристор имеет свойство, — без инжекции неосновных рабочих носителей заряда через управляющий электрод он не перейдет в проводящее состояние, другими словами не откроется.

Транзистор или тиристор

Очень простая модель тиристора дает нам возможность понять, что управляющий электрод тут подобен базе биполярного транзистора, впрочем есть ограничение, которое состоит в том, что отпереть то тиристор при помощи этой базы можно, а вот закрыть нельзя.

Транзистор или тиристор

Тиристор, как и мощный полевой транзистор, разумеется может коммутировать существенные токи. И в отличии от полевых транзисторов, мощности, коммутируемые тиристорами, могут исчисляться мегаваттами при высоких рабочих напряжениях. Но имеют тиристоры один значительный минус — долгое время выключения.

Для того чтобы закрыть тиристор, нужно прервать или сильно сделать меньше его прямой ток на слишком долгое время, за которое неравновесные ключевые рабочие носители заряда, электронно-дырочные пары, успели бы рекомбинировать или раствориться. Пока не прерван ток, тиристор останется в проводящем состоянии, другими словами будет продолжать вести себя как диод.

Транзистор или тиристор

Схемы коммутации переменного синусоидального тока предоставляют тиристорам подходящий рабочий режим — синусоидальное напряжение смещает переход в обратном направлении, и тиристор автоматично запирается. Но для поддерживания работы прибора, на управляющий электрод нужно в каждом полупериоде подавать отпирающий управляющий импульс.
В схемах с питанием на систематическом токе прибегают к добавочным дополнительным схемам, функция которых — принудительно уменьшить анодный ток тиристора, и вернуть его в закрытое состояние.

А так как при запирании рекомбинируют носители заряда, то и скорость переключения тиристора сильно меньше, чем у мощного полевого транзистора.
Если сопоставить время полного закрытия тиристора с временем полного закрытия полевого транзистора, то разница может достигать тысяч раз: полевому транзистору чтобы закрыться необходимо несколько наносекунд (10-100 нс), а тиристору требуется несколько микросекунд (10-100 мкс). Почувствуйте разницу.

Разумеется, есть области использования тиристоров, где полевые транзисторы конкуренции не выдерживают с ними. Для тиристоров фактически нет ограничений в предельно допустимой коммутируемой мощности — это их превосходство.
Тиристоры управляют мегаваттами мощности на больших электрических станциях, в промышленных в инверторных аппаратах они коммутируют токи в сотни ампер, а еще классически управляют мегаваттными индукционными печами на сталелитейных заводах.

Тут полевые транзисторы никак не приемлимы. В импульсных же преобразователях средней мощности полевые транзисторы выигрывают.
Длинное выключение тиристора, как выше упоминалось, можно объяснить тем, что будучи включенным, он требует для выключения снятия коллекторного напряжения, и сродни биполярному транзистору, у тиристора уходит конечное время на рекомбинацию или убирание неосновных носителей.

Проблемы, которые вызывают тиристоры в связи с этой собственной спецификой, связаны прежде всего с невозможностью переключения с большими скоростями, как это способны делать полевые транзисторы. И вдобавок перед подачей на тиристор коллекторного напряжения, тиристор должен обязательно быть закрытым, иначе неминуемы коммутационные потери мощности, полупроводник слишком при этом нагреется.

Говоря по другому, максимальное dU/dt уменьшает быстродействие. График зависимости рассеиваемой мощности от тока и времени включения иллюстрирует данную проблематику.

Большая температура в середине кристалла тиристора может не только вызвать неправильное срабатывание, но и помешать переключению.

Транзистор или тиристор

В резонансных инверторах на тиристорах проблема запирания решается сама собой, там выброс напряжения обратной полярности приводит к запиранию тиристора, при условиях, что влияние это довольно долгое.
Так выявляется важное преимущество полевых транзисторов перед тиристорами. Полевые транзисторы могут работать на частотах в сотни килогерц, и управление сегодня не проблема.

Тиристоры же будут надежно работать на частотах до 40 килогерц, ближе к 20 килогерцам. Это означает, что если бы в современных инверторах применялись тиристоры, то аппараты на достаточно большую мощность, скажем, на 5 киловатт, получались бы очень тяжелыми.
В этом смысле полевые транзисторы помогают тому, что преобразователей напряжения получаются довольно компактными за счёт маленького размера и веса сердечников понижающих трансформаторов и дросселей.

Чем выше частота, тем маленького размера нужны преобразователи электрической энергии и дроссели для изменения одной и такой же мощности, это знает любой, кто знаком со схемотехникой современных импульсных преобразователей.
Несомненно, не во всех применениях тиристоры оказываются довольно полезными, к примеру регуляторы света для регулировки яркости света, которые работают на сетевой частоте 50 Гц, во всяком случае выгоднее делать на тиристорах, они получаются доступнее, чем если бы там использовались полевые транзисторы.

Транзистор или тиристор

А в инверторных сварочных аппаратах, к примеру, выгоднее применять полевые транзисторы, собственно в силу простоты управления переключением и большой скорости этого переключения. Кстати, при переходе с тиристорной схемы на транзисторную, не обращая внимания на высокую цену последних, из приборов исключаются лишние очень дорогие элементы.

Чем отличается симистор от транзистора

Чем симистор разнится от тиристора

Тиристором именуется управляемый полупроводниковый переключатель, который обладает односторонней проводимостью. В открытом состоянии он ведет себя сродни диоду, а принцип управления тиристором разнится от транзистора, хотя и тот и другой имеют по три вывода и обладают способностью усиливать ток.

Транзистор или тиристор

Выводы тиристора — это анод, катод и управляющий электрод.
Анод и катод — это электроды электронной лампы или полупроводникового диода.

Их лучше усвоить по изображению диода на принципиальных электрических схемах. Вообразите, что электроны выходят из катода расходящимся пучком в виде треугольника и приходят на анод, тогда вывод от вершины треугольника — катод с негативным зарядом, а противоположный вывод — анод с позитивным зарядом.

Подав на управляющий электрод некое напряжение относительно катода, переводится тиристор в проводящее состояние. А Для того чтобы тиристор вновь закрыть, следует приготовить его рабочий ток меньшим, чем ток удержания данного тиристора.

Транзистор или тиристор

Тиристор, как полупроводниковый электронный элемент, состоит из 4 слоев полупроводника (кремния) p и n-типа. На рисунке верхний вывод — это анод — область p-типа, снизу — катод — область n-типа, с боковой стороны выведен управляющий электрод — область p-типа.

К катоду прикрепляется минусовая клемма источника питания, а в цепь анода включается нагрузка, питанием которой следует управлять.
Действуя на управляющий электрод сигналом конкретной продолжительности, можно будет без труда управлять нагрузкой в цепи электрического тока, отпирая тиристор на конкретной фазе периода сетевой синусоиды, тогда закрытие тиристора произойдет автоматично при переходе синусоидального тока через ноль.

Это несложный и очень популярный способ регулирования мощности активной нагрузки.

В согласии с устройством внутри тиристора, в закрытом состоянии его можно представить цепочкой из трех диодов, скреплённых постепенно, как показано на рисунке. Видно, что в закрытом состоянии эта схема не пропустит ток ни в одном, ни в ином направлении.

Теперь представим тиристор схемой замещения на транзисторах.

Транзистор или тиристор

Видно, что достаточный базовый ток нижнего n-p-n-транзистора приводит к увеличению его коллекторного тока, который здесь же явится базовым током верхнего p-n-p-транзистора.
Верхний p-n-p-транзистор теперь отворяется, и его коллекторный ток складывается с базовым током нижнего транзистора, и тот поддерживается в открытом состоянии за счёт наличия в этой схеме положительной обратной связи.

И если в настоящий момент прекратить подавать напряжение на управляющий электрод, открытое состояние все равно остается таким.
Чтобы закрыть эту цепочку, придется как-то прервать общий коллекторный ток данных транзисторов.

Любые способы выключения (механичные и электронные) показаны на рисунке.

Транзистор или тиристор

Симистор, в отличии от тиристора, имеет шесть слоев кремния, и в проводящем состоянии он проводит ток не в одном, а в двоих направлениях, будто бы закрытый выключатель. По схеме замещения его можно представить как два тиристора, включенных встречно-параллельно, только управляющий электрод остается один общий на двух.

А после открытия симистора, чтобы ему закрыться, полярность напряжения на рабочих выводах должна поменяться на другую или рабочий ток должен уменьшиться чем ток удержания симистора.

Транзистор или тиристор

Если симистор поставлен для управления питанием нагрузки в цепи переменного или постоянного тока, то в зависимости от текущей полярности и направления тока управляющего электрода, более предпочтительными окажутся некоторые способы управления для любой ситуации. Все потенциальные комбинирования полярностей (на управляющем электроде и в рабочей цепи) можно представить в виде четырех квадрантов.

Необходимо выделить, что квадранты 1 и 3 соответствуют обыкновенным схемам управления мощностью активной нагрузки в цепях электрического тока, когда полярности на управляющем электроде и на электроде А2 в каждом полупериоде совпадают, в подобных ситуациях управляющий электрод симистора достаточно чувствительный.

Обозначение и рабочий принцип симистора: разъяснение для «чайников»

Транзистор или тиристор

Изделия из полупроводниковых материалов используются для изготовления разных устройств и техники. Отдельные из них выполняют функции аппаратных ключей, к примеру, симисторы.

Большинство радиолюбителей сталкивается с работами по ремонту разной техники, в которой он используется. Для выполнения ремонта хорошего качества нужно будет получить детальную информацию о детали, узнать ее структуру и рабочий принцип.

Общие сведения

Симистор (триак) считается одним из видов тиристора и обладает приличным числом переходов p-n-типа. Его лучше всего использовать в цепях электрического тока для электронного управления.

Чтобы понимать рабочий принцип симистора «чайникам» в данном вопросе, необходимо рассмотреть его структуру, функцию и области использования.

Информация о ключах

Ключи — устройства, используемые для коммутации или переключения в электроцепях. Есть три их вида, и любой из них обладает собственными плюсами и минусами.

Классифицируются ключи по типу переключения:

  1. Механичные.
  2. Индукционные.
  3. Электронные.

К механическим ключам относятся выключатели и рубильники. Используются они в вариантах надобности ручной коммутации для замыкания нескольких либо одного групп контактов. К виду электромеханических ключей необходимо отнести реле (пускатели).

Электромагнитное реле состоит из магнита, представляющего катушку с подвижным сердечником. При подаче питания на катушку она притягивает сердечник с группой контактов: одни контакты замыкаются, а иные — размыкаются.

Транзистор или тиристор

Среди хороших качеств использования электромеханических ключей можно отметить такие: отсутствие падения напряжения и потери мощности на контактах, а еще изолирование цепей нагрузки и коммутации. У данного типа ключей есть и минусы:

  1. Число переключений ограничено, так как контакты снашиваются.
  2. При размыкании появляется электродуга, которая приводит к разрушению контактов (электроэрозии). Нереально использовать во взрывоопасных средах.
  3. Очень невысокое быстродействие.

Аппаратные ключи бывают на различной базе изделий из полупроводниковых материалов: транзисторах, управляемых диодах (тиристорах) и симметричных управляемых диодах (симисторах). Простейшим аппаратным ключом считается транзистор биполярного типа с коллектором, эмиттером и базой, состоящего из 2 p-n-переходов.

По структуре они могут быть 2 типов: n-p-n и р-n-p.

Транзистор или тиристор

Так как транзистор состоит из 2 p-n-переходов, то в зависимости от состояния, в которых они находятся, отличают 4 рабочего режима: ключевой, инверсный, насыщения и отсечки. При активном режиме открыт коллекторный переход, а при инверсном — эмиттерный.

При 2-ух открытых переходах транзистор функционирует в режиме насыщения. При условиях, что закрытые оба перехода, он будет работать в режиме отсечки.
Для применения транзистора нужно всего 2 его состояния.

Режим отсечки происходит при отсутствии тока базы, поэтому, при этом ток коллектора равён 0. При подаче достаточного значения тока на базу полупроводниковый прибор будет работать в режиме насыщения, т. е. в открытом состоянии.
Если рассматривать ключи на полевых транзисторах, то возникает возможность менять его проводимость при изменении величины напряжения на затворе, выполняющего функцию управляющего электрода. Управляя его работой с помощью воздействия на затвор, можно получить два состояния: открытое и закрытое.

Ключи на полевых транзисторах обладают высоким быстродействием, чем на биполярных.

Транзистор или тиристор

Аппаратные ключи, сделанные на тиристорах, обладают определенными свойствами. Тиристор считается полупроводниковым радиоэлементом с p-n-p-n или n-p-n-p переходам и имеет 3, а порой и 4 вывода.

Состоит он из p-слоя (катода), n-слоя (анода) и управляющего электрода (базы). Его можно заменить 2 транзисторами различной структуры. Он представляет 2 ключа транзисторного типа, которые включены встречно.

База одного транзистора подсоединяется к коллектору иного.
При подаче на базу отпирающего тока управляемый диод откроется и остается в этом состоянии, пока величина электрического тока не будет уменьшена до нулевого значения. При большом значении тока базы тиристор считается обычным полупроводниковым диодом, проводящим ток в одном направлении.

Он может работать в цепях электрического тока, но исключительно на половину мощности. Для этого стоит использовать симистор.

Рабочий принцип симистора

Главным отличием симистора от тиристора считается проводимость сразу в 2-ух направлениях. Симистор можно заменить 2 тиристорами, которые имеют встречно-параллельное подключение на рисунке 1. На нем продемонстрировано относительное графическое обозначение триака на электрических принципиальных схемах.

В некоторой литературе можно повстречать и остальные названия: триак и симметричный управляемый диод.

Транзистор или тиристор

Рисунок 1. Симистор (схема включения 2 тиристоров) и его графическое обозначение
Есть обычный пример, который даст возможность понять даже «чайникам», как работает симистор.

Дверь в гостинице можно открывать в 2-ух направлениях, причем в нее могут войти и выйти сразу 2 человека. Этот обычный пример показывает, что триак может пропускать ток сразу в 2-ух направлениях (прямом и обратном), так как он состоит из 5 p-n-переходов. Управление его работой выполняется с помощью базы.

Слои симисторного ключа, сделанные из полупроводника, похожи на переход транзистора, но имеют еще 3 дополнительных области n-типа. Четвертый слой находится возле катода и считается разделенным, так как анод и катод во время движения тока выполняют определенные функции, а при обратном направлении движения — меняются местами.

Пятый слой находится возле базы.
При подаче сигнала на управляющий вывод случится отпирание симметричного управляющегося диода, так как его анод станет иметь позитивный потенциал. В данном варианте по верхнему тиристору потечет ток.

При изменении полярности ток будет течь по нижнему тиристору (рисунок 1). Про это говорит его вольт-амперная характеристика (ВАХ) на рисунке 2. Она состоит из 2-ух кривых, повернутых на 180 градусов.

Транзистор или тиристор

Литерой «А» обозначено его закрытое состояние, а «В» — открытое. Urrm и Udrm — допустимые значения прямого и обратного стрессов.

Idrm и Irrm — прямой и обратный токи.

Виды и области использования

Так как симистор считается видом тиристора, то ключевым их отличием считается параметры управляющего электрода (базы). Более того, они классифицируются по иным признакам:

  1. Транзистор или тиристор

    Конструкция.

  2. Величина электрического тока, при которой приходит перегрузка.
  3. Характеристики базы.
  4. Значения прямых и обратных токов.
  5. Величина прямого и обратного стрессов.
  6. Вид электрической нагрузки. Бывают силовыми и обыкновенными.
  7. Параметр силы тока, нужной для открытия затвора.
  8. Показатель dv/dt или скорость, с которой происходит переключение.
  9. Изготовитель.
  10. Мощность.

Благодаря характерности пропускания тока в 2-ух направлениях, их применяют в цепях электрического тока, так как тиристор не будет работать на всю мощность. Симметрические тиристоры получили повсеместное использование в данных устройствах:

  1. Приборах для регулировки яркости света или диммерах.
  2. Регуляторах оборотов для разного инструмента (лобзики, шуруповерты и т. д.).
  3. Электронной регулировке температур для индукционных плит.
  4. Холодильной аппаратуре для плавного запуска мотора.
  5. Домашней технике.
  6. Промышленности для освещения, мягкого пуска приводов машин и механизмов.
Транзистор или тиристор

Среди хороших качеств симисторов можно отметить несущественную стоимость, надежность и они не генерируют помехи (не применяются контакты механического типа), а еще большой эксплуатационный период. К главным минусам необходимо отнести такие: необходимость в добавочном теплоотводе, невозможность применения на высоких частотах, а еще влияние помех и шумов разного рода.
Для подавления помех следует присоединить параллельно триаку, между катодом и анодом, цепочку из конденсатора и резистора с номиналами от 0,02 до 0,3 мкФ и от 45 до 500 Ом исходя из этого.

Для использования в какой-нибудь схеме или устройстве необходимо знать ключевые технические специфики, так как обладание данной информацией поможет избежать большинства сложностей перед начинающим радиолюбителем.

Технические специфики

У триаков есть характеристики, разрешающие использовать их в какой-нибудь схеме. Плюс к этому, они отличаются также и изготовителем — бывают отечественные и заграничные.

Главное отличие зарубежных заключается в том, что нет надобности подстраивать их работу с помощью дополнительных радиоэлементов, т. е. собирать дополнительную схему управления симистором. У симисторов есть следующие характеристики:

  1. Транзистор или тиристор

    Величина самого большого обратного и импульсного значений стрессов, на которые он рассчитывается.

  2. Небольшое и максимальное значения тока, при котором происходит открытие его перехода, а еще значение самого большого импульсного тока, нужного для его открытия.
  3. Период выключения и включения.
  4. Показатель dv/dt.

Характеристики по большей части определяются по маркировке триаков с применением справочника. В справочной информации есть информация про то, как он смотрится, и дается его распиновка. Во время использования триака необходимо учесть подобную характеристику, как dv/dt.

Она показывает значения коэффициента, при котором не происходит самопроизвольное включение из-за перепадов напряжения. Причинами такого включения служить могут помехи импульсного происхождения и падение напряжения при коммутации ключа. Более того, во избежание последствий, необходимо использовать RC-цепочку, а еще ограничивающие диоды или варистор.

Эта цепочка присоединяется к эмиттеру и коллектору симистора.
Во время выбора триака необходимо обратить свое внимание на все характеристики, так как нецелесообразно применять высоковольтный вид в схемах с невысоким напряжением. К примеру, если устройство в рабочем состоянии от напряжения 36 В, то иностранный симистор Zo607 с напряжением 600 В (его аналог — вта41600в) не нужно использовать.

Более того, не во всех источниках можно повстречать понятие бесснабберного симистора. Это вид, который используется при индуктивных нагрузках.

Примером подобной модели являются m10lz47, mac12n и tg35c60.

Диагностика в схемах

В большинстве случаев радиолюбитель сталкивается с проверкой симистора, однако не всегда может ее правильно произвести. В случае выхода триака из строя его лучше выпаять из платы и произвести его проверку. Обыкновенный цифровой мультиметр для такой цели не сможет подойти, так как его ток чрезмерно мал, чтобы открыть переход детали.

Для этого подойдёт обычный стрелочный прибор для измерения электрического (омического) сопротивления. Вариантов проверки только два: применять стрелочный прибор или собрать спецсхему для данной процедуре.

Для выполнения проверки по первому варианту следует руководствоваться следующим алгоритмом:

  1. Включить прибор в режим измерения величины сопротивления.
  2. Подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору. Если прибор показывает безграничное сопротивление, то деталь в рабочем состоянии. Другие ситуации указывают на ее неисправность.
  3. Объединить базу и вывод Т2. В данном варианте сопротивление будет в границах от 40 до 250 Ом. Если заменить местами щупы, то прибор опять покажет бесконечность. Это говорит об исправности симистора.

Впрочем первый метод диагностики в большинстве случаев даёт не очень необходимые и верные результаты. Чаще всего проверенная именно так деталь в схеме не работает. Связывают это с тем, что герметичность ее корпуса нарушена.

Минус метода — неточная диагностика. Для более точной диагностики необходимо проверить триак в работе (схема 1).

Чтобы это сделать нужно использовать лампу с нитью накала и аккумулятор.

Транзистор или тиристор

Схема 1. Проверка симметричного тиристора с помощью лампы общего назначения и источника питания
В данной схеме симистор будет проверен под нагрузкой. При касании управляющего электрода, лампочка загорится и будет гореть какое то время, пока не пропадет питание на аноде или ток на базе не будет небольшой величины.

Минус метода — обычная конструкция, при которой некомфортно выполнять проверку, так как следует напаивать провода на выводы триака. После проверки при поломанной детали следует сделать замену.

Аналогичным образом, симисторы применяются в управляемых устройствах в качестве аппаратных ключей, способных пропускать ток в 2-ух направлениях. Их очень просто проверить и лучше всего применять специализированную схему для данной процедуре.

Что такое симистор (триак), характеристики, схемы

В этой статье мы детально разберем что такое симистор (триак), рассмотрим его схему и символ на схеме, кривые характеристики триака, а еще фазовый контроль симистора.

Введение

Будучи твердотельным устройством, тиристоры могут применяться для управления лампами, двигателями или нагревателями и т.д. Впрочем одна из проблем применения тиристора для управления такими цепями состоит в том, что, сродни диоду, «тиристор» считается однонаправленным устройством, что означает, что он пропускает ток только в одном направлении, от анода к катоду .
Для цепей переключения постоянного тока эта «однонаправленная» характеристика переключения может быть подходящей, так как после запуска вся мощность постоянного тока подается прямо на нагрузку. Однако в синусоидальных цепях переключения электрического тока это однонаправленное переключение может быть трудностью, так как оно проводит только в течение одной половины цикла (к примеру, полуволнового выпрямителя), когда анод считается позитивным, независимо от того, что выполняет сигнал затвора.

После для работы от электрического тока тиристором подается нагрузка исключительно на половину мощности.
Дабы получить двухволновое управление мощностью, мы могли бы подключить один тиристор в середине двухполупериодного мостового выпрямителя, который срабатывает на любой положительной полуволне, или объединить два тиристора вместе в обратной параллели (спина к спине), как показано ниже. однако это повышает как сложность, так и кол-во элементов, применяемых в схеме переключения.

Тиристорные комбинации

Транзистор или тиристор

Есть, впрочем, другой вид полупроводникового устройства, именуемый «Триодный выключатель электрического тока» или «Триак» для краткости. Триаки также считаются членами семейства тиристоров, и, как и кремниевые выпрямители, управляемые кремнием, они могут применяться в качестве полупроводниковых переключателей питания, однако что намного важнее, триаки являются «двунаправленными» устройствами. Иначе говоря симистор может быть запущен в проводимость как позитивными, так и негативными напряжениями, приложенными к его аноду, и позитивными и негативными импульсами запуска, приложенными к его клемме затвора, что выполняет его двухквадрантным коммутирующим устройством, управляемым затвором.

Симистор ведет себя также, как два обыкновенных тиристоров, скреплённых вместе в обратной параллельно (спина к спине) в отношении друг к другу и из — за такой конструкции два тиристоры имеют общий терминал Gate все в границах одного трехтерминальной пакета.
Так как триак проводит в двоих направлениях синусоидальной волнообразные формы, идея анодной клеммы и катодной клеммы, применяемая для проверки на идентичность основных силовых клемм тиристора, заменена обозначениями: MT 1 для главной клеммы 1 и MT 2 для главной клеммы 2.
Во множестве устройств переключения электрического тока клемма симисторного затвора связана с клеммой MT 1, подобно связи затвор-катод тиристора или связи база-эмиттер транзистора.

Конструкция, легирование PN и условные определения, которые применяются для определения триака, приведены ниже.

Схема и символ симистора

Транзистор или тиристор

Теперь мы знаем, что «триак» — это четырехслойное PNPN в удовлетворительном направлении и NPNP в негативном направлении, трехполюсное двунаправленное устройство, которое блокирует ток в собственном состоянии «ВЫКЛ», действующее как выключатель разомкнутой цепи, но в отличии от привычного тиристора, симистор может проводить ток в любом направлении при срабатывании одним импульсом затвора. Тогда симистор имеет 4-ре вероятных режима срабатывания так.

  • Mode + Mode = позитивный ток MT 2 (+ ve), позитивный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = позитивный ток MT 2 (+ ve), негативный ток затвора (-ve)
  • Mode + Mode = MT 2 негативный ток (-ve), позитивный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = негативный ток MT 2 (-ve), негативный ток затвора (-ve)

И эти 4-ре режима, в которых будет работать триак, показаны с применением кривых параметров триака IV.

Кривые характеристики триака IV

Транзистор или тиристор

В квадранте tri триак в большинстве случаев запускается в проводимость позитивным током затвора, обозначенным выше как режим ? +. Однако это тоже может быть вызвано негативным током затвора, режим ?–. Подобным образом, в квадранте

Транзистор или тиристор

Вышеприведенная схема показывает обычную схему переключения симистора с триггером постоянного тока. При разомкнутом переключателе SW1 ток не поступает в затвор симистора, и благодаря этому лампа выключена.

Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на триак от батареи V G через резистор R, и триак приводится в полную проводимость, действуя как закрытый переключатель, и полная мощность потребляется лампой от синусоидального источника питания.
Так как батарея подает позитивный ток затвора на триак постоянно, когда переключатель SW1 замкнут, триак регулярно находится в режимах g + и ??? + независимо от полярности клеммы MT 2 .
Разумеется, проблема с этой простой схемой переключения симистора заключается в том, что нам потребовался бы дополнительный позитивный или негативный источник питания затвора, чтобы запустить триак в проводимость.

Но мы также можем активировать триак, применяя практическое напряжение питания электрического тока в качестве напряжения срабатывания затвора. Рассмотрим схему ниже.

Транзистор или тиристор

Схема показывает триак, применяемый как простой статический выключатель питания электрического тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», подобную в работе предыдущей схеме постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут, триак функционирует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток.

Когда SW1 замкнут, триак выключается от «ВКЛ» через токоограничивающий резистор R и самоблокируется практически сразу после начала каждого полупериода, аналогичным образом переключая всю мощность на нагрузку лампы.
Так как источник питания считается синусоидальным электрическим током, триак автоматично выключается по завершению каждого полупериода электрического тока в качестве мгновенного напряжения питания, и, аналогичным образом, ток нагрузки краткосрочно падает до нуля, но еще раз крепится опять, применяя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока выключатель остается замкнутым. Данный тип управления переключением в большинстве случаев именуется двухполупериодным управлением, так как контролируются две половины синусоидальной волны.

Так как симистор практически собой представляет две SCR, подключенные друг к другу, мы можем продолжать эту схему переключения симистора, изменив способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Модифицированная цепь переключения симистора

Транзистор или тиристор

Как и выше, если переключатель SW1 разомкнут в положении A, то ток затвора отсутствует, а лампа выключена. Если переключатель находится в положении B, то ток затвора течет в каждом полупериоде также, как и до недавнего времени, и лампа получает всю мощность, когда триак работает в режимах ? + и ???–.
Впрочем на этот раз, когда переключатель подключен к положению C, диод устранит срабатывание затвора, когда MT 2 будет негативным, так как диод имеет обратное смещение.

Аналогичным образом, симистор работает только в позитивных полупериодах, работающих только в режиме I +, и лампа воспламеняется при половине мощности. После, в зависимости от положения переключателя, нагрузка выключена при половине мощности или полностью включена .

Фазовый контроль симистора

Другой известный вид схемы симистической коммутации применяет управление фазой для изменения величины напряжения и, поэтому, мощности, подаваемой на нагрузку, в этом случае на мотор, как для положительной, так же и для отрицательной половин входного сигнала. Данный тип управления скоростью мотора электрического тока обеспечивает полностью переменое и линейное управление, так как напряжение можно настраивать от нуля до полного приложенного напряжения, как показано на рисунке.

Транзистор или тиристор

Эта базовая схема запуска фазы применяет триак постепенно с двигателем через синусоидальный источник электрического тока. Переменный резистор VR1 применяется для управления величиной фазового сдвига на затворе симистора, который, со своей стороны, управляет величиной напряжения, подаваемого на мотор, путем его включения в очень разный период времени в течение цикла электрического тока.

Вызывание напряжение симистора считается производным от VR1 — C1 конфигурации через Диак (Диак считается двунаправленным полупроводниковым устройством , которое помогает обеспечить внезапный триггер импульс тока, чтобы полностью включение симистора).
Перед началом каждого цикла C1 заряжается через переменный резистор VR1. Это длится до той поры, пока напряжение на С1 не станет достаточным для запуска диака в проводимость, что, со своей стороны, позволяет конденсатору С1 разрядиться в затвор симистора, включив его.

Как только триак запускается в проводимость и насыщается, он хорошо замыкает цепь управления фазой затвора, подключенную параллельно ему, и триак на себя берет управление оставшейся частью полупериода.
Как мы видели выше, триак автоматично выключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 опять запускается в следующем полупериоде.

Впрочем, так как для триака нужны разнообразные величины электрического тока затвора в каждом режиме переключения, к примеру, ? + и ???–, благодаря этому триак считается асимметричным, что означает, что он не может запускаться в одной и такой же точке для любого позитивного и негативного полупериода.
Эта обычная схема управления скоростью симистора подойдет не только для управления скоростью мотора электрического тока, но и для регуляторов освещения ламп и управления электронагревателем, и в действительности очень похожа на регулятор симистора, применяемый в большинстве домов.

Впрочем коммерческий симисторный регулятор света не должен применяться в качестве регулятора скорости мотора, так как, в основном, симисторные регуляторы света предназначаются для применения исключительно с резистивными нагрузками, например как лампы общего назначения.
Мы можем окончить эту про симистор, суммировав его важные пункты так:

  • «Триак» — это еще одно 4-слойное 3-контактное тиристорное устройство, подобное SCR.
  • Симистор может быть запущен в любом направлении.
  • Есть 4-ре вероятных режима запуска для симистора, из которых 2 являются предпочтительными.

Управление электрическим электрическим током с применением симисторачрезвычайно хорошо при правильном применении для управления нагрузками резистивного типа, например как лампы общего назначения, нагреватели или маленькие многофункциональные двигатели, в большинстве случаев применяемые в переносных электрических инструментах и ??маленьких приборах.
Но не забывайте, что данные устройства можно применять и подсоединять конкретно к источнику электрического тока, благодаря этому проверка цепи обязана делаться, когда устройство управления питанием отключено от источника питания. Пожалуйста, помните про безопасность!

Тимеркаев Борис — 68-летний врач физико-математических наук, профессор из России. Он считается заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

В чем отличие работы тиристора и транзистора?

Транзистор или тиристор

Транзисторы – популярные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а еще микросхем. Основное их свойство – способность усиливать электрические сигналы.

Меняя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще очень популярный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры.

Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом как правило разнится от транзисторов. В данной маленькой статье путем сравнение рассмотрены эти различия.
За основу возьмём обычную схему с лампочкой.

Коммутируя небольшой ток в цепи управляющего электрода будем управлять в несколько раз высоким током лампочки.
Вот как смотрится эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Транзистор или тиристор

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. Если есть наличие питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условиях достаточной величины электрического тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Транзистор или тиристор

Меняя величину электрического тока в базе при помощи переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор меньше либо больше, меняя аналогичным образом яркость свечения лампочки. Постепенно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не перестал работать. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, сделанной на тиристоре.

Транзистор или тиристор

Если есть наличие питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условиях достаточной величины электрического тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь основное отличие. Мы не можем менять яркость лампочки меняя сопротивление в цепи управляющего электрода.

Кроме того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но исключительно в случае, если ток лампочки текущий через открытый тиристор будет побольше конкретного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора собственный.

Чем мощнее тиристор, тем большое значение тока удержания. Потушить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).
Это основная особенность использования тиристоров и основное их отличие от транзисторов.

Иначе говоря тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и положительное качество, и минус. Положительное качество в том, что падение напряжения маленькое и потери меньше, чем, допустим, у частично открытого транзистора.

Минус в том, что схема управления затрудняется.
Тиристоры легче применять в цепях электрического тока.

Мы обязаны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна падает, тиристор сам закроется. Задерживая время открытия при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, поэтому, значение тока в нагрузке.

Вот например, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Транзистор или тиристор

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, меркнуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с пришествием новой полуволны тиристор не откроется.

Транзистор или тиристор

Тиристоры лучше применять в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод нужно только подать короткий отпирающий импульс.

Закроется тиристор сам, после завершения импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод опять необходимо подавать отпирающий импульс и так дальше.

Материал статьи продублирован на видео:

Симистор

Симметричный тиристор

Транзистор или тиристор

Если проверить путь развития полупроводниковой электроники, то практически сразу становится ясно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).
Самый простой полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и 2 слоя.
У биполярного транзистора два перехода и 3 слоя (n-p-n, p-n-p).

А что будет, если добавить очередной слой?
Тогда мы получаем четырёхслойный полупроводниковый прибор, который именуется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, другими словами симметричный тиристор.

В английской технической литературе можно повстречать наименование ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).
Примерно так симистор изображается на принципиальных схемах.

Транзистор или тиристор

У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий.

Отмечается он буквой G (от англ. слова gate – «затвор»).

Два других – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).

А это равноценная схема симистора сделанного на 2-ух тиристорах.

Транзистор или тиристор

Нужно сказать, что симистор управляется несколько по-иному, чем равноценная тиристорная схема.
Симистор достаточно явление редкое в семье полупроводниковых приборов.

По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в советском союзе, а не в Америке или Европе. К большому сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть определенные анод и катод, то электроды симистора так обозначить нельзя, так как каждый электрод считается и анодом, и катодом одновременно. Благодаря этому в отличии от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в 2-ух направлениях. Собственно поэтому симистор замечательно трудится в сетях электрического тока.

Самой простой схемой, характеризующей рабочий принцип и область использования симистора, послужит электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно применять все что угодно: лампу с нитью накала, паяльный аппарат или электрический вентилятор.

Транзистор или тиристор

Симисторный регулятор мощности
После подсоединения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменое напряжение. На электрод, являющийся руководящим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку.

В тот фактор, когда напряжение при входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.
Чем выше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и продолжительность импульса на нагрузке будет побольше. При уменьшении управляющего напряжения продолжительность импульсов на нагрузке окажется меньшей.

После симистора напряжение имеет пилообразную форму с изменяемой продолжительностью импульса. В этом случае, меняя управляющее напряжение, мы можем настраивать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.
Симистор управляется как негативным, так и позитивным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают 4-ре, называемых по другому, сектора или рабочего режима.

Но данный материал достаточно сложен для одной статьи.
Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его положительные качества бесспорны:
Если сравнивать с электромеханическими устройствами (электромагнитными и герконовыми реле) высокий служебный срок.
Отсутствие контактов и, как последствие, нет искрения и дребезга.
К минусам как правило относят:
Симистор очень чувствительный к перегреву и устанавливается на радиаторе.
Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.
Откликается на наружные электромагнитные помехи, что вызывает неправильное срабатывание.
Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подсоединяется RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора C1 от 0,01 до 0,1 мкф.

В большинстве случаев эти величины выбираются экспериментально.

Транзистор или тиристор

Ключевые показатели симистора.

Ключевые показатели комфортно рассмотреть на примере популярного нашего симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен уже давно, он остаётся популярным у поклонников сделать что-нибудь собственными руками. Вот его ключевые показатели.

Максимальное обратное напряжение – 400V. Это значит, что он отлично может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.
В импульсном режиме напряжение точно такое же.

Самый большой ток в открытом состоянии – 5А.
Самый большой ток в импульсном режиме – 10А.

Минимальный постоянный ток, нужный для открытия симистора – 300 мА.
Минимальный импульсный ток – 160 мА.

Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.
Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.
Время выключения – 150 мкс.

Как можно заметить, для открытия симистора нужным требованием считается совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот.

Необходимо обратить свое внимание на существенную разницу между временем выключения и включения (10 мкс. против 150 мкс.).

Оптосимистор.

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Наименование само за себя говорит. Взамен управляющего электрода в корпусе симистора находится светоизлучающий диод, и управление выполняется изменением напряжения на светодиоде.

На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его устройство внутри.

Транзистор или тиристор

Оптосимистор MOC3023

Транзистор или тиристор

Устройство оптосимистора
Как можно заметить, в середине корпуса смонтирован светоизлучающий диод и симистор, который управляется за счёт излучения светоизлучающего диода. Выводы, выделенные как N/C и NC, не применяются, и не подсоединяются к элементам схемы.

NC – это уменьшение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подсоединяется».
Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это увеличивает уровень электрической безопасности и надёжности всей схемы.

Чем отличается симистор от транзистора

Справочные данные распространенных отечественные симисторов и заграничных
триаков. Очень простые схемы симисторных регуляторов мощности.

Ну что ж! На предыдущей странице мы очень плотно обговорили свойства и характеристики полупроводникового прибора с названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», настало время выдвигать внятную альтернативу.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и фактически целиком заменил его в электрических цепях электрического тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в советском союзе группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.
Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, который является вариацией тиристора, но, в отличии от него, способный пропускать ток в 2-ух направлениях и применяемый для коммутации нагрузки в цепях электрического тока.

Транзистор или тиристор

На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, дальше расхожая, но очень относительная, равноценная схема, сделанная на 2-ух тиристорах и, напоследок, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, в основном, отмечается латинской G либо русской У.
Смотря на равноценную схему, может появиться видимость, что симистор относительно горизонтальной оси считается элементом полностью симметричным, что предоставляет возможность как хотите крутить его вокруг управляющего электрода. Это не правильно.
Точно также, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода (МТ1, Т1, ТЕ1, А1).
Иногда изготовитель может классифицировать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», благодаря этому всегда важно держаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для двух полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой во время прохождения положительной полуволны и минусовой — во время прохождения отрицательной).
Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую наиболее простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, нужной для его включения (Рис.2).

Транзистор или тиристор
Транзистор или тиристор

Рис.2
Большим плюсом симистора перед тиристором считается возможность в нормальном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика считается симметричной, необходимости в выпрямительном мосте — никакой, схема выходит легче, но основное — исключается компонент (выпрямитель), на котором попусту рассеивается около 50% мощности.
Необходимо рассмотреть работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 с правой стороны), ведь мы помним, что конкретно такая полярность открывающего напряжения считается многофункциональной и для позитивных, и для негативных полупериодов напряжения сети. В действительности, все происходит абсолютно также описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим прошлый материал.
1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равён 0). Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, следует поднять напряжение на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Обмолвимся — закрепить нам данный процесс не получится, так как величина такого напряжения составляет пару сотен вольт и, в основном, превосходит амплитудное значение напряжения сети.
Но все таки — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отворяется, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подсоединяется к сети — приходит режим функционирования открытого симистора (участки I на ВАХ).
Чтобы закрыть симистор, необходимо уменьшить текущий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.
2. Для того чтобы уменьшить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, таким образом, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение симистора в проводящее состояние.
А при какой-то величине электрического тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике совсем не будет, и напряжение открытия симистора будет составлять несущественную величину, исчисляемую единицами вольт.
Полностью также, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, нужно уменьшить текущий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
То бишь — все полностью подобно тиристору. Для открытия симистора необходимо подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, нужной для его включения, для закрывания — уменьшить текущий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в любой момент увеличения «анодным» напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.
Вышеописанный способ управления симистором при помощи подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает серьезным минусом — потребуется достаточно большой ток (а исходя из этого и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Благодаря этому во многих случаях для управления симисторами применяется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.
Как пример рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками аж до 2000 Вт.

Транзистор или тиристор
Транзистор или тиристор

Рис.3
Как можно заметить, на схеме кроме симистора VS2 есть малопонятный компонент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице ссылка на страницу мы детально обговорили рабочий принцип, свойства и характеристики приборов такого типа.
А теперь — как это все работает?
Перед началом действия позитивного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через постепенно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1.

Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора длится до той поры, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (стало быть, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открытия динистора и симистора, производя таким образом регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
При действии отрицательной полуволны рабочий принцип устройства подобен.
Диаграммы напряжения на нагрузке при разных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 с правой стороны.
Для устранения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (к примеру, в электрических двигателях), симисторы должны содержать дополнительные элементы защиты. Это, в основном, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая применяется для скоростного ограничения колебания напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
В большинстве случаев, когда нагрузка имеет четко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами нужна индуктивность для скоростного ограничения изменения тока при коммутации.
А под занавес приведём ключевые характеристики отечественных симисторов и заграничных триаков.

Разница между транзистором и тиристором

Главное отличие — транзистор против тиристора

Транзисторы и тиристоры являются полупроводниковыми устройствами, которые имеют бесчисленные использования в электроцепях. основное отличие между транзистором и тиристором считается то, что транзистор имеет 3 слоя полупроводниковв то время как тиристор имеет 4-ре слоя полупроводников, Иногда тиристоры именуютуправляемые кремнием выпрямители (SCR).

Что такое транзистор

Транзисторы — это полупроводниковые устройства, которые могут действовать как усилители или переключатели в электроцепях. Транзистор состоит из трех легированных полупроводников.

Главные типы транзисторов включаютбиполярные переходные транзисторы (биполярные транзисторы) а ещеполевые транзисторы (полевые транзисторы) а ещебиполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗЫ), Мы обговорили, как эти транзисторы работают в статьях, сравнивая разницу между BJT и FET и разницу между IGBT и MOSFET. Транзисторы имеют три терминала.

Управляя напряжением, подаваемым на одну из клемм, можно контролировать ток через две иные клеммы данных устройств.

Что такое тиристор

Тиристор также имеет три контакта, например транзистор, и эти контакты называются «анод», «катод» и «затвор». Впрочем тиристор создан из 4-ре слои легированных полупроводников.

Практично тиристор функционирует как комбинация 2-ух транзисторов, как показано ниже:

Транзистор или тиристор

Вы можете думать о тиристоре как о 2-ух транзисторах, работающих вместе. С правой стороны: символ тиристора.

Тиристор имеет три режима:

  1. Режим обратной блокировкиВ данной установке анод имеет более негативный потенциал, чем катод. Это значит, что соединения J1 и J3 смещены в обратном направлении тогда как соединение J2 вперед смещен. В таком режиме ток не может течь через тиристор.
  2. Режим прямой блокировкиВ данной установке анод имеет более позитивный потенциал, чем катод. Тут, J1 и J3 вперед смещен, тогда как J2 в обратном смещении. Ток все еще не может течь через тиристор.
  3. Режим прямой проводки: В данной настройке анод и катод соединены как в режиме прямой блокировки. Но сейчас через тиристор течет ток. Этого можно было бы добиться двумя вариантами: если бы разница потенциалов между анодом и катодом была такой большой, то соединение J2 будет проходить пробой, давая возможность течь через него. Если разница потенциалов недостаточно велика для появления пробоя, прямая проводимость также могла быть достигнута путем передачи прямого тока через затвор.

Если на затвор подается ток, а прямой ток в тиристоре может достигать порогового значения тока, известного какзамыкающий токтиристор будет продолжать проводить, даже в том случае, если ток затвора удалён. Как только тиристор начал проводить прямой ток, он может продолжать делать это, пока прямой ток выше порогового значения тока, известного какудерживающий ток, Из-за этой причины тиристор можно применять как выключатель.

На рисунке ниже показана зависимость тока от напряжения для тиристора:

Транзистор или тиристор

Характеристическая кривая зависимости тока от напряжения для тиристора.

В чем отличие работы тиристора и транзистора?

Транзистор или тиристор

Транзисторы – популярные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а еще микросхем.

Основное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Меняя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом.

Есть еще очень популярный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом как правило разнится от транзисторов.

В данной маленькой статье путем сравнение рассмотрены эти различия.
За основу возьмём обычную схему с лампочкой.

Коммутируя небольшой ток в цепи управляющего электрода будем управлять в несколько раз высоким током лампочки.
Вот как смотрится эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Транзистор или тиристор

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. Если есть наличие питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условиях достаточной величины электрического тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Транзистор или тиристор

Меняя величину электрического тока в базе при помощи переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор меньше либо больше, меняя аналогичным образом яркость свечения лампочки. Постепенно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не перестал работать. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, сделанной на тиристоре.

Транзистор или тиристор

Если есть наличие питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условиях достаточной величины электрического тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь основное отличие. Мы не можем менять яркость лампочки меняя сопротивление в цепи управляющего электрода.

Кроме того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но исключительно в случае, если ток лампочки текущий через открытый тиристор будет побольше конкретного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора собственный. Чем мощнее тиристор, тем большое значение тока удержания.

Потушить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).
Это основная особенность использования тиристоров и основное их отличие от транзисторов.
Иначе говоря тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт.

Это и положительное качество, и минус. Положительное качество в том, что падение напряжения маленькое и потери меньше, чем, допустим, у частично открытого транзистора.

Минус в том, что схема управления затрудняется.
Тиристоры легче применять в цепях электрического тока.

Мы обязаны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна падает, тиристор сам закроется.

Задерживая время открытия при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, поэтому, значение тока в нагрузке.
Вот например, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Транзистор или тиристор

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, меркнуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с пришествием новой полуволны тиристор не откроется.

Транзистор или тиристор

Тиристоры лучше применять в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод нужно только подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после завершения импульса в нагрузке.

При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод опять необходимо подавать отпирающий импульс и так дальше.
Материал статьи продублирован на видео: