Cara Kerja Thyristors (SCR) - Tutorial

Pada dasarnya SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​yang juga dikenali dengan nama Thyristor berfungsi seperti transistor.

Apa maksud SCR

Peranti mendapat namanya (SCR) kerana struktur dalaman semikonduktornya yang berlapis-lapis yang merujuk pada perkataan 'silikon' pada awal namanya.

Bahagian kedua dari nama 'Dikendalikan' merujuk pada terminal gerbang perangkat, yang diaktifkan dengan isyarat luaran untuk mengendalikan pengaktifan perangkat, dan karenanya kata 'Dikendalikan'.

Dan istilah 'Rectifier' menunjukkan sifat pembetulan SCR ketika gerbangnya dipicu dan daya dibiarkan mengalir melintasi anodnya ke terminal katod, ini mungkin serupa dengan pembetulan dengan diod penyearah.

Penjelasan di atas menjelaskan bagaimana peranti berfungsi seperti 'Silicon Controlled Rectifier'.

Walaupun SCR membetulkan seperti dioda, dan meniru transistor kerana ciri pemicunya dengan isyarat luaran, konfigurasi dalaman SCR terdiri daripada susunan semikonduktor empat lapisan (PNPN) yang terdiri daripada persimpangan PN 3 siri, tidak seperti diod yang mempunyai 2 lapisan (PN) atau transistor yang merangkumi konfigurasi semikonduktor tiga lapisan (PNP / NPN).

Anda boleh merujuk pada gambar berikut untuk memahami susun atur dalaman persimpangan semikonduktor yang dijelaskan, dan bagaimana Thyristors (SCR) berfungsi.

Satu lagi sifat SCR yang sangat sesuai dengan dioda adalah ciri-ciri arah yang membolehkan arus mengalir hanya dalam satu arah melaluinya, dan menyekat dari sisi lain semasa dihidupkan, setelah mengatakan bahawa SCR mempunyai sifat khusus lain yang membolehkan mereka dikendalikan sebagai suis terbuka semasa dalam mod MATI.

Dua mod pensuisan ekstrim ini dalam SCR menyekat peranti ini daripada menguatkan isyarat dan ini tidak boleh digunakan seperti transistor untuk menguatkan isyarat berdenyut.

Penyearah terkawal silikon atau SCR sama seperti Triac, Diacs, atau UJT yang semuanya mempunyai sifat berprestasi seperti suis AC keadaan pepejal yang pantas semasa mengatur potensi AC atau arus yang diberikan.

Oleh itu bagi jurutera dan penggemar alat ini menjadi pilihan suis keadaan pepejal yang sangat baik ketika mengatur peranti beralih AC seperti lampu, motor, suis redup dengan kecekapan maksimum.

SCR adalah peranti semikonduktor terminal 3 yang ditetapkan sebagai Anode, Cathode dan Gate, yang pada gilirannya dibuat secara dalaman dengan 3 persimpangan P-N, yang mempunyai harta untuk beralih pada kelajuan yang sangat tinggi.

Oleh itu, peranti boleh dihidupkan pada kadar yang diingini dan mengatur masa ON / OFF secara diam-diam, untuk melaksanakan suis rata-rata tertentu tertentu atau menukar masa MATI ke beban.

Secara teknikal, susun atur SCR atau thyristor dapat difahami dengan membandingkannya dengan beberapa transistor (BJT) yang disambungkan dalam urutan belakang ke belakang, sehingga terbentuk seperti sepasang suis regeneratif pelengkap, seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut :

Analisis Thyristors Two Transistor

Litar setara dua transistor menunjukkan bahawa arus pemungut transistor NPN TR2 masuk terus ke pangkal transistor PNP TR1, sementara arus pemungut TR1 masuk ke dasar TR2.

Kedua-dua transistor yang saling berkaitan ini saling bergantung untuk konduksi kerana setiap transistor mendapat arus pemancar asasnya dari arus pemungut-pemancar yang lain. Oleh itu, sehingga salah satu transistor diberi arus arus asas, tidak ada yang boleh berlaku walaupun voltan Anode-ke-Katod ada.

Simulasi topologi SCR dengan integrasi dua transistor mendedahkan formasi sedemikian rupa sehingga arus pemungut transistor NPN membekalkan terus ke dasar transistor PNP TR1, sementara arus pemungut TR1 menghubungkan bekalan dengan asas TR2.

Konfigurasi dua transistor yang disimulasikan seolah-olah saling berkaitan dan saling melengkapkan konduksi dengan menerima pemacu asas dari arus pemancar pengumpul yang lain, ini menjadikan voltan gerbang sangat penting dan memastikan bahawa konfigurasi yang ditunjukkan tidak akan dapat dilakukan sehingga potensi gerbang diterapkan, walaupun terdapat kemungkinan anode ke katod mungkin berterusan.

Dalam keadaan ketika plumbum anod peranti lebih negatif daripada katodnya, membolehkan simpang N-P tetap berat sebelah ke depan, tetapi memastikan simpang P-N luar dipusingkan terbalik sehingga bertindak seperti diod penyearah standard.

Sifat SCR ini memungkinkannya untuk menyekat aliran arus terbalik, sehingga voltan yang sangat tinggi yang mungkin melebihi spesifikasi paruhnya turun melintasi petunjuk yang disebutkan, yang memaksa SCR untuk melakukan walaupun tanpa pemacu gerbang .

Perkara di atas merujuk kepada ciri-ciri kritikal thyristor yang boleh menyebabkan peranti terpicu secara tidak diingini melalui lonjakan voltan tinggi terbalik dan / atau suhu tinggi, atau peralihan voltan dv / dt yang semakin meningkat.

Sekarang andaikan dalam keadaan di mana terminal Anode mengalami lebih positif berkaitan dengan plumbum katodnya, ini membantu persimpangan P-N luar menjadi bias ke depan, walaupun persimpangan N-P pusat terus menjadi bias terbalik. Ini seterusnya memastikan bahawa arus hadapan juga disekat.

Oleh itu sekiranya berlaku isyarat positif yang melintasi pangkal transistor NPN TR2 menyebabkan arus arus pemungut menuju pangkalan f TR1, yang pada trun memaksa arus pemungut untuk lulus menuju transistor PNP TR1 meningkatkan pemacu asas TR2 dan proses bertambah kuat.

Keadaan di atas membolehkan kedua-dua transistor meningkatkan konduksi sehingga titik tepu disebabkan oleh gelung maklum balas konfigurasi regeneratif yang ditunjukkan yang menjadikan keadaan saling berkaitan dan terkunci.

Oleh itu sebaik sahaja SCR dipicu, ia membolehkan arus mengalir dari anodnya ke katod dengan hanya rintangan ke hadapan minimum yang datang di jalan, memastikan pengaliran dan pengoperasian peranti yang cekap ..

Apabila dikenakan AC, SCR dapat menyekat kedua-dua siklus AC sehingga SCR ditawarkan dengan voltan pemicu melintasi pintu gerbang dan katodnya, yang dengan serta-merta membenarkan separuh kitaran positif AC melintasi petunjuk katod anod, dan peranti mula meniru diod penyearah standard, tetapi hanya selagi pemicu gerbang tetap dihidupkan, konduksi pecah apabila pemicu gerbang dikeluarkan.

Keluk ciri arus voltan atau I-V yang dikuatkuasakan untuk pengaktifan penerus terkawal silikon dapat disaksikan dalam gambar berikut:

Keluk Ciri-ciri Thyristor I-V

Namun untuk input DC, sebaik sahaja thyristor dipicu AKTIF, kerana konduksi regeneratif yang dijelaskan, ia akan melakukan tindakan penyambungan sehingga konduksi anod ke katod terus bertahan dan terus berjalan walaupun pemicu gerbang dikeluarkan.

Oleh itu, untuk kuasa DC, gerbang kehilangan pengaruh sepenuhnya setelah nadi pencetus pertama digunakan di pintu gerbang peranti memastikan arus yang terpasang dari anodnya ke katod. Ia mungkin dipecahkan dengan memecahkan sumber arus anod / katod seketika sementara pintu tidak aktif sepenuhnya.

SCR tidak dapat berfungsi seperti BJT

SCR tidak dirancang untuk menjadi analog sempurna seperti rakan transistor, dan oleh itu tidak boleh dibuat untuk melakukan di beberapa kawasan aktif pertengahan untuk beban yang mungkin berada di antara konduksi lengkap dan suis OFF mati.

Ini juga berlaku kerana pemicu gerbang tidak berpengaruh pada seberapa banyak anod ke katod dapat dibuat untuk melakukan atau jenuh, sehingga bahkan denyut gerbang sesaat yang cukup cukup untuk mengayunkan anoda ke katod konduksi ke dalam suis penuh.

Ciri di atas membolehkan SCR dibandingkan dan dianggap seperti Bistable Latch yang mempunyai dua keadaan stabil, sama ada ON lengkap atau OFF lengkap. Ini disebabkan oleh dua ciri khas SCR sebagai tindak balas terhadap input AC atau DC seperti yang dijelaskan dalam bahagian di atas.

Cara Menggunakan Gerbang SCR untuk Mengawal Peralihannya

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, apabila SCR dipicu dengan input DC dan katod anodnya terkunci sendiri, ini mungkin dibuka atau dimatikan MATI sama ada dengan melepaskan sumber bekalan anod (arus anoda Ia) seketika, atau dengan mengurangkannya kepada beberapa tahap yang sangat rendah di bawah arus pegangan peranti yang ditentukan atau 'arus pegangan minimum' Ih.

Ini menunjukkan bahawa arus penahan minimum Anode to Cathode harus dikurangkan sehingga ikatan pengikat P-N dalaman thyristor dapat mengembalikan ciri penyekat semula jadi ke dalam tindakan.

Oleh itu ini juga bermaksud bahawa untuk membuat kerja SCR atau melakukan dengan pemicu gerbang, adalah mustahak bahawa arus beban anod ke katod melebihi 'arus pegangan minimum' yang ditentukan, jika tidak, SCR mungkin gagal melaksanakan konduksi beban, oleh itu jika IL adalah arus beban, ini mestilah seperti IL> IH.

Namun seperti yang telah dibahas di bahagian sebelumnya, ketika AC digunakan melintasi SCR Anode.Cathode pin, memastikan bahawa SCR tidak diizinkan untuk melaksanakan kesan penyisipan ketika pemacu gerbang dikeluarkan.

Ini kerana isyarat AC beralih dan hidup dalam garis persimpangan sifar yang menjadikan anod SCR ke katod semasa untuk dimatikan pada setiap peralihan 180 darjah pusingan positif bentuk gelombang AC.

Fenomena ini diistilahkan sebagai 'pergantian semula jadi' dan memberikan ciri penting kepada pengaliran SCR. Berbeza dengan bekalan DC, ciri ini menjadi tidak penting dengan SCR.

Tetapi kerana SCR dirancang untuk berperilaku seperti diod penyearah, ia bertindak balas dengan berkesan hanya pada separuh kitaran positif AC dan tetap terbalik secara berat sebelah dan sama sekali tidak bertindak balas terhadap separuh kitaran AC yang lain walaupun terdapat isyarat gerbang.

Ini menyiratkan bahawa dengan adanya pemicu gerbang, SCR bergerak melintasi anodnya untuk membuat katod hanya untuk separuh kitaran AC positif masing-masing dan tetap diam untuk separuh kitaran yang lain.

Oleh kerana ciri penyambungan yang dijelaskan di atas dan juga pemotongan selama separuh kitaran bentuk gelombang AC yang lain, SCR dapat digunakan secara efektif untuk siklus AC fasa pemotongan sehingga beban dapat dialihkan pada tahap daya yang lebih rendah (dapat disesuaikan) yang diinginkan .

Juga dikenali sebagai kawalan fasa, ciri ini dapat dilaksanakan melalui isyarat masa luaran yang diterapkan di pintu gerbang SCR. Isyarat ini memutuskan berapa lama kelewatan SCR dapat dipancarkan apabila fasa AC telah memulakan kitaran separuh positifnya.

Jadi ini hanya membenarkan bahagian gelombang AC ditukar yang dilalui setelah pencetus gerbang .. kawalan fasa ini adalah antara ciri utama thyristor silikon yang dikendalikan.

Bagaimana thyristor (SCR) berfungsi dalam kawalan fasa dapat difahami dengan melihat gambar di bawah.

Gambar rajah pertama menunjukkan SCR yang gerbangnya dipicu secara kekal, seperti yang dapat dilihat pada rajah pertama ini memungkinkan bentuk gelombang positif yang lengkap dimulakan dari awal hingga akhir, iaitu dari seberang garis sifar pusat.

Kawalan Fasa Thyristor

Pada permulaan setiap kitaran separuh positif SCR adalah 'OFF'. Pada aruhan voltan gerbang mengaktifkan SCR ke konduksi dan membolehkannya terkunci sepenuhnya 'ON' sepanjang separuh kitaran positif. Apabila thyristor dihidupkan pada permulaan separuh kitaran (θ = 0o), beban yang disambungkan (lampu atau yang serupa) akan menjadi 'AKTIF' untuk keseluruhan kitaran positif bentuk gelombang AC (AC gelombang separuh gelombang ) pada voltan purata tinggi 0.318 x Vp.

Semasa inisial pintu gerbang ON dinaikkan sepanjang separuh kitaran (θ = 0o hingga 90o), lampu yang disambungkan akan dinyalakan untuk jangka masa yang lebih kecil dan voltan bersih yang dibawa ke lampu juga berkurang sedikitnya mengurangkan intensitinya.

Seterusnya mudah untuk menggunakan penerus terkawal silikon sebagai peredam cahaya AC dan dalam banyak aplikasi daya AC tambahan yang berbeza seperti: kawalan kelajuan motor AC, peranti kawalan haba dan litar pengatur kuasa, dan sebagainya.

Sampai sekarang kita telah menyaksikan bahawa thyristor pada dasarnya adalah alat gelombang separuh yang mampu mengalirkan arus hanya pada separuh positif kitaran setiap kali Anode positif dan menghalang aliran arus seperti dioda sekiranya Anode negatif , walaupun arus gerbang tetap aktif.

Walaupun begitu, anda mungkin menjumpai lebih banyak varian produk semikonduktor yang serupa untuk dipilih yang berasal dari tajuk 'Thyristor' yang dirancang untuk beroperasi di kedua arah separuh kitaran, unit gelombang penuh, atau boleh dimatikan 'MATI' dengan isyarat Gate .

Jenis produk ini merangkumi 'Gate Turn-OFF Thyristors' (GTO), 'Static Induction Thyristors' (SITH), 'MOS Controlled Thyristors' (MCT), 'Silicon Controlled Switch' (SCS), 'Triode Thyristors' (TRIAC) dan 'Light Triggered Thyristors' (LASCR) untuk mengenal pasti beberapa, dengan begitu banyak peranti ini dapat diakses dalam pelbagai voltan dan arus yang berbeza yang menjadikannya menarik untuk digunakan dalam tujuan pada tahap daya yang sangat tinggi.

Gambaran Keseluruhan Thyristor

Silicon Controlled Rectifier yang dikenali secara umum sebagai Thyristors adalah peranti semikonduktor PNPN tiga simpang yang boleh dianggap sebagai dua transistor yang saling bersambung yang boleh anda gunakan dalam pertukaran beban elektrik berat yang dikendalikan oleh sesalur.

Mereka dicirikan sebagai terkunci- 'ON' oleh satu denyut arus positif yang diterapkan pada plumbum Gerbang mereka dan dapat terus 'ON' tanpa henti sehingga arus Anode ke Cathode dikurangkan di bawah ukuran penahan minimum yang ditentukan atau dibalikkan.

Atribut Statik Thyristor

Thyristors adalah peralatan semikonduktor yang dikonfigurasi untuk berfungsi hanya dalam fungsi pensuisan. Thyristor adalah produk terkawal semasa, arus Gerbang kecil dapat mengawal arus Anod yang lebih besar. Membolehkan arus hanya sekali ke depan bias dan pencetus arus yang diterapkan ke Gerbang.

Thyristor beroperasi sama dengan dioda rectifierier setiap kali ia diaktifkan 'ON'. Arus anod harus lebih dari sekadar mempertahankan nilai semasa untuk memelihara pengaliran. Menghalang arus semasa sekiranya terbalik terbalik, tidak kira sama ada arus Gerbang dipasang atau tidak.

Segera setelah dihidupkan 'ON', terkunci 'ON' berkinerja tanpa menghiraukan arus gerbang diterapkan tetapi hanya jika arus Anode berada di atas arus pengunci.

Thyristors adalah suis pantas yang boleh anda gunakan untuk menggantikan relay elektromekanik dalam sejumlah litar kerana ia tidak mempunyai bahagian getaran, tidak ada arka kontak atau menghadapi masalah kerosakan atau kekotoran.

Tetapi selain hanya menukar arus besar 'ON' dan 'OFF', thyristor dapat dilakukan untuk mengurus nilai RMS arus beban AC tanpa menghilangkan banyak daya. Contoh kawalan kuasa thyristor yang sangat baik adalah kawalan lampu elektrik, pemanas dan kelajuan motor.

Dalam tutorial seterusnya kita akan melihat beberapa asas Litar dan aplikasi Thyristor menggunakan kedua-dua bekalan AC dan DC.