Miłosz Andrzejewski IE Tyrystory Miłosz Andrzejewski IE

Co to jest tyrystor? Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym składającym się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłączone do warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy środkowej – bramką

Zasada działania Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Jeżeli anoda jest na dodatnim potencjale względem katody, to złącza skrajne typu p-n są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w kierunku zaporowym. Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia, dopóty tyrystor praktycznie nie przewodzi prądu.

Załączenie tyrystora następuje przy odpowiedniej polaryzacji (anoda:+ katoda:-). i podaniu dodatniego względem katody impulsu bramkowego. Im mniejsze jest napięcie między anodą a katodą, tym większy musi być prąd bramki. Wyłączenie tyrystora następuje przy obniżeniu napięcia anoda-katoda lub spadku wartości przepływającego prądu poniżej IH - prądu podtrzymania. IH - prąd podtrzymania IL - prąd załączania VBO - napięcie przełączania

Na charakterystyce napięciowo-prądowej IA = f(UAK) można wyróżnić trzy zasadnicze stany pracy tyrystora: • stan wyłączenia (zaworowy), • stan blokowania, • stan włączenia (przewodzenia) Stan wyłączenia odpowiada polaryzacji zaporowej tyrystora („+” na katodzie, „−” na anodzie). W tym zakresie pracy dwa złącza zewnętrzne j1 i j3 są spolaryzowane w kierunku zaporowym, a złącze wewnętrzne j2 w kierunku przewodzenia. Przez tyrystor płynie znikomo mały prąd wsteczny złączy j1, j3. Stan blokowania odpowiada polaryzacji przewodzenia tyrystora („+”na anodzie, „−”na katodzie). Pomimo polaryzacji anoda-katoda w kierunku przewodzenia (złącza zewnętrzne j1, j3 pracują w kierunku przewodzenia), prąd przez tyrystor nie płynie, ponieważ złącze j2 jest spolaryzowane zaporowo blokując przepływ prądu. Dopiero odpowiednio duże napięcie UAK, oznaczonym na rysunku przez UP0 powoduje przełączenie tyrystora w stan przewodzenia. Wartość napięcia przełączenia UP (UP0, UP1, UP2, UP3, itd.) można regulować prądem bramki IG (IG0, IG1, IG2, IG3, itd.). Napięcie UP (zależne od wartości natężenia prądu bramki), przy którym następuje przełączenia tyrystora w stan włączenia nosi nazwę napięcia przeskoku lub zapłonu.

Stan włączenia występuje również, (co oczywiste) przy polaryzacji tyrystora w kierunku przewodzenia („+”na anodzie, „−”na katodzie). Złącza zewnętrzne j1, j3 pracują nadal w kierunku przewodzenia, a złącze j2 pracuje w stanie przebicia nieniszczącego (analogicznie do diody lawinowej), przez tyrystor płynie prąd anodowy o dużej wartości (praktycznie zależny jedynie od impedancji obciążenia). Tyrystor pozostanie w stanie włączenia pomimo wyłączenia prądu bramki IG (nie ma możliwości wyłączenia tyrystora SCR prądem bramki nawet po zmianie polaryzacji). Powrót do stanu blokowania nastąpić może jedynie po zmniejszeniu prądu anodowego poniżej pewnej wartości nazywanej prądem wyłączania lub podtrzymania IH..

Charakterystyka prądowo - napięciowa obwodu bramki Powyższa charakterystyka przedstawiona jest pod postacią zamkniętej powierzchni, którą ograniczają swoimi wykresami dwa skrajne przebiegi określonego typu tyrystora. Powierzchnia ta obejmuje swoim obszarem wszystkie egzemplarze tyrystora danego typu. W polu charakterystyk bramkowych można wyróżnić następujące obszary:

1. Obszar, w którym niemożliwe jest przełączanie 1.Obszar, w którym niemożliwe jest przełączanie. Jest to obszar, który zawiera takie wartości prądów i napięć bramkowych, które nie mogą spowodować przełączenia żadnego z egzemplarzy danego typu tyrystora. 2.Obszar, w którym istnieje możliwość przełączeń. W obszarze tym, możliwe jest spowodowanie przełączenia niektórych egzemplarzy tyrystora danego typu. 3.Obszar, w którym przełączenia są pewne. Obszar ten wyznacza wartości prądów oraz napięć bramkowych, które gwarantują przejście ze stanu blokowania lub wstecznego do stanu przewodzenia we wszystkich wyprodukowanych egzemplarzach danego typu tyrystora. 4.Obszar, w którym możliwe są uszkodzenia obwodu bramkowego. Obszar ten znajduje się poza wykresem szczytowych wartości strat mocy na bramce.

Zastosowanie Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako sterowniki prądu stałego są stosowane w stabilizatorach napięcia stałego i w automatyce silników prądu stałego. Jako sterowniki prądu przemiennego – w automatyce silników indukcyjnych i w technice oświetleniowej. Jako łączniki i przerywacze prądu stałego i przemiennego – w automatyce napędu elektrycznego, końcowe tory falowników, układach stabilizacji napięcia i w technice zabezpieczeń. Jako przemienniki częstotliwości – w automatyce silników indukcyjnych, technice ultradźwięków, w urządzeniach zapłonowych silników spalinowych, gdzie ma duże znaczenie

Zalety i wady tyrystora małe rozmiary niewielka masa duża odporność na wstrząsy duża odpornośc na narażenia środowiskowe - możliwość pracy w temp. -65 °C do +125 °C mały spadek napięcia na elemencie przewodzącym rzędu 0,6 – 1,6 V krótki czas przejścia ze stanu zaporowego w stan przewodzenia i na odwrót możliwość pracy przy dużych napięciach i natężeniach (do 10 kV i kilku kA) Wady : jednokierunkowe przewodzenie (nie dotyczy tyrystora dwukierunkowego – triaka) "wygasanie" tyrystora po zaniku prądu przewodzenia, wymagające ponownego "zapłonu" prądem bramki (wada ta bywa wykorzystywana i w niektórych zastosowaniach staje się zaletą)

Odmiany tyrystorów Fototyrystor. Tyrystor dwukierunkowy – triak. Tyrystor triodowy wyłączalny bramką.

Fototyrystor Fototyrystorem nazywamy tyrystor umieszczony w specjalnej obudowie, umożliwiającej oddziaływanie promieniowania świetlnego na jego przełączanie ze stanu blokowania do przewodzenia. Im większe jest napięcie anoda – katoda fototyrystora, tym moc promieniowania potrzebna do przełączenia jest mniejsza. Istotną cechą fototyrystora jest to, że po przełączeniu w stan przewodzenia, utrzymuje się w nim nawet po zaniku impulsu świetlnego. Wykonywane są głównie z krzemu i wykorzystywane jako np. fotoelektryczne przekaźniki.

Triak Triak, element półprzewodnikowy należący do rodziny tyrystorów. Ma pięciowarstwową strukturę n-p-n-p-n, pod względem funkcjonalnym jest odpowiednikiem dwóch tyrystorów połączonych antyrównolegle (przeciwsobnie i równolegle). Triak ma trzy końcówki, 2 anody A1 i A2 (oznaczane też MT1 i MT2) oraz bramkę G. Triaki stosowane są w obwodach prądu przemiennego przewodzą prąd w obu kierunkach, triak włączany jest prądem bramki, wyłącza się gdy natężenie prądu jest równe zero. Używane są jako łączniki dwukierunkowe, przekaźniki oraz regulatory mocy.

Tyrystor triodowy Tyrystor typu GTO stanowi element o czterowarstwowej strukturze p - n - p - n oraz podobnej do zwykłego tyrystora konstrukcji. Jego włączenie ma miejsce na skutek zwiększenia do wartości 1 dodatniego współczynnika wewnętrznego sprzężenia zwrotnego. Na poniższym rysunku omawiany tyrystor przedstawiony został przy użyciu tranzystorów Struktura omawianego tyrystora Symbol elektryczny tyrystora GTO

Literatura: http://pl.wikipedia.org/wiki/Tyrystor http://elektro.w.interia.pl/energoel/tyrystory.html http://www.zgapa.pl/zgapedia/Tyrystor.html