تستخدم وحدة الثايرستور مقياسًا متعددًا لتمييز الأقطاب الثلاثة للثايرستور

تستخدم وحدة الثايرستور مقياسًا متعددًا لتمييز الأقطاب الثلاثة للثايرستور

معدل التحكم في SilicON ، تطورت SCR إلى عائلة كبيرة منذ ظهورها في الخمسينيات من القرن الماضي ، وتشمل أعضائها الرئيسيين الثايرستور أحادي الاتجاه ، الثايرستور ثنائي الاتجاه ، الثايرستور الذي يتم التحكم فيه بالضوء ، الثايرستور العكسي ، إيقاف تشغيل الثايرستور ، الثايرستور السريع ، إلخ. انتظر. اليوم يستخدم الجميع الثايرستور أحادي الاتجاه ، وهو ما يسميه الناس غالبًا الثايرستور العادي. يتكون من أربع طبقات من مواد أشباه الموصلات ، مع ثلاثة تقاطعات PN وثلاثة أقطاب كهربائية خارجية: يسمى القطب المسحوب من الطبقة الأولى من أشباه الموصلات من النوع P الأنود A ، والإلكترود المسحوب من الطبقة الثالثة من أشباه الموصلات من النوع P هو يسمى قطب التحكم G ، ويسمى القطب المسحوب من الطبقة الرابعة من أشباه الموصلات من النوع N الكاثود K. ويمكن رؤيته من رمز الدائرة للثايرستور أنه جهاز موصل أحادي الاتجاه مثل الصمام الثنائي ، والمفتاح هو أنه يحتوي على قطب تحكم إضافي G ، مما يجعله يتمتع بخصائص عمل مختلفة تمامًا عن الصمام الثنائي.

يمكن تمييز الأقطاب الثلاثة للثايرستور بمقياس متعدد

يمكن قياس الأقطاب الثلاثة للثايرستور العادي باستخدام ترس R × 100 للمقياس المتعدد. كما نعلم جميعًا ، يوجد تقاطع pN بين الثايرستور G و K (الشكل 2 (أ)) ، وهو ما يعادل الصمام الثنائي ، و G هو القطب الموجب ، و K هو القطب السالب. لذلك ، وفقًا لطريقة اختبار الصمام الثنائي ، اكتشف اثنين من الأقطاب الثلاثة. قطب واحد ، يقيس مقاومته للأمام والخلف ، المقاومة صغيرة ، القلم الأسود للمقياس المتعدد متصل بعمود التحكم G ، والقلم الأحمر متصل بالكاثود K ، والباقي هو الأنود A. للاختبار سواء كان الثايرستور جيدًا أم سيئًا ، يمكنك استخدام دائرة لوحة التدريس الموضحة للتو (الشكل 3). عند توصيل مزود الطاقة SB ، يكون المصباح جيدًا إذا كان متوهجًا ، ويكون سيئًا إذا لم يتوهج.

كيفية التعرف على الأقطاب الثلاثة لمعدل التحكم بالسيليكون

طريقة تحديد أقطاب الثايرستور الثلاثة بسيطة للغاية. وفقًا لمبدأ تقاطع pN ، ما عليك سوى استخدام مقياس متعدد لقياس قيمة المقاومة بين الأقطاب الثلاثة.

تبلغ المقاومة الأمامية والعكسية بين القطب الموجب والكاثود أكثر من بضع مئات من آلاف أوم ، والمقاومة الأمامية والعكسية بين القطب الموجب وقطب التحكم أكثر من بضع مئات من آلاف أوم (هناك تقاطعات pN بينهما ، والاتجاه على العكس من ذلك ، وبالتالي فإن الاتجاهات الإيجابية والسلبية للأنود وقطب التحكم غير متصلة).

يوجد تقاطع pN بين قطب التحكم والكاثود ، لذا فإن مقاومته الأمامية تتراوح بين عدة أوم إلى مئات أوم ، والمقاومة العكسية أكبر من المقاومة الأمامية. ومع ذلك ، فإن خصائص الصمام الثنائي لعمود التحكم ليست مثالية. لا يتم حظر الاتجاه العكسي تمامًا ، ويمكن أن يمر تيار كبير نسبيًا. لذلك ، في بعض الأحيان تكون المقاومة العكسية لعمود التحكم المقاسة صغيرة نسبيًا ، وهذا لا يعني أن خصائص عمود التحكم ليست جيدة. . بالإضافة إلى ذلك ، عند قياس المقاومة الأمامية والعكسية لعمود التحكم ، يجب وضع جهاز القياس المتعدد في مجموعة R * 10 أو R * 1 لمنع الانهيار العكسي لعمود التحكم عندما يكون الجهد مرتفعًا جدًا.

إذا تم قياس أن الكاثود والقطب الموجب للمكون قد تم قصر دائرة دائرتهما ، أو أن القطب الموجب وقطب التحكم قصيرا في الدائرة ، أو أن قطب التحكم والكاثود قصرا الدائرة في الاتجاه المعاكس ، أو قطب التحكم وقطب التحكم الكاثود عبارة عن دائرة مفتوحة ، فهذا يعني أن المكون تالف.

الثايرستور هو اختصار لعنصر المعدل السليكوني المتحكم فيه ، وهو عبارة عن جهاز أشباه الموصلات عالي الطاقة بهيكل رباعي الطبقات من ثلاثة تقاطعات pN. في الواقع ، لا تقتصر وظيفة الثايرستور على التصحيح فحسب ، بل يمكن استخدامه أيضًا كمفتاح غير مفتاح لتشغيل أو إيقاف تشغيل الدائرة بسرعة ، وإدراك انعكاس التيار المباشر إلى تيار متناوب ، وتغيير التيار المتردد بتردد واحد إلى تردد آخر AC ، إلخ. تتمتع SCRs ، مثل أجهزة أشباه الموصلات الأخرى ، بمزايا الحجم الصغير ، والكفاءة العالية ، والاستقرار الجيد ، والتشغيل الموثوق. جلب مظهره تقنية أشباه الموصلات من مجال الكهرباء الضعيفة إلى مجال الكهرباء القوية ، وأصبح مكونًا يستخدم بشغف في الصناعة والزراعة والنقل والبحث العلمي العسكري ، وكذلك الأجهزة الكهربائية التجارية والمدنية.

هيكل وخصائص الثايرستور

يحتوي الثايرستور على ثلاثة أقطاب - القطب الموجب (أ) والكاثود (ج) والبوابة (ج). يحتوي على قالب بهيكل من أربع طبقات يتكون من موصلات متداخلة من النوع p وموصلات من النوع n ، وهناك ثلاثة تقاطعات pN في المجموع. مخطط هيكلها ورموزها.

تختلف الثايرستور اختلافًا كبيرًا في التركيب عن الثنائيات السليكونية مع تقاطع pN واحد فقط. وضع هيكل الثايرستور المكون من أربع طبقات ومرجع عمود التحكم الأساس لخصائص التحكم الممتازة المتمثلة في "التحكم في الكبير بالصغير". عند استخدام مقوم يتم التحكم فيه بالسيليكون ، طالما يتم تطبيق تيار صغير أو جهد كهربائي على عمود التحكم ، يمكن التحكم في تيار أو جهد موجب كبير. في الوقت الحاضر ، تم تصنيع عناصر الثايرستور بسعة حالية تصل إلى عدة مئات من الأمبيرات أو حتى آلاف الأمبيرات. بشكل عام ، يسمى الثايرستور الذي يقل عن 5 أمبير بالثايرستور منخفض الطاقة ، ويسمى الثايرستور فوق 50 أمبير بالثايرستور عالي الطاقة.

لماذا يتمتع الثايرستور بإمكانية التحكم في "التحكم في الكبير بالصغير"؟ أدناه نستخدم الرسم البياني -27 لتحليل موجز لمبدأ عمل الثايرستور.

بادئ ذي بدء ، يمكننا أن نرى أن الطبقات الأولى والثانية والثالثة من الكاثود هي ترانزستور من نوع NpN ، بينما تشكل الطبقات الثانية والثالثة والرابعة ترانزستورًا من نوع pNp آخر. فيما بينها ، يتم مشاركة الطبقتين الثانية والثالثة بواسطة أنبوبين متداخلين. بهذه الطريقة ، يمكن رسم مخطط الدائرة المكافئ للمخطط -27 (C) للتحليل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي Ea بين الأنود والكاثود ، ويتم إدخال إشارة إطلاق موجبة بين قطب التحكم G والكاثود C (ما يعادل باعث القاعدة لـ BG1) ، سيولد BG1 تيارًا أساسيًا Ib1 ، من خلال مكبر ، BG1 سيكون له جامع IC1 الحالي مكبّرًا بمقدار 1 مرات. نظرًا لأن جامع BG1 متصل بقاعدة BG2 ، فإن IC1 هو تيار القاعدة Ib2 لـ BG2. يقوم BG2 بتضخيم IC2 للمجمع الحالي من 2 من Ib2 (Ib1) ويرسله مرة أخرى إلى قاعدة BG1 للتضخيم. يتم تضخيم هذه الدورة حتى يتم تشغيل BG1 و BG2 تمامًا. في الواقع ، هذه العملية هي عملية "انطلاق سريعة". بالنسبة للثايرستور ، تتم إضافة إشارة الزناد إلى قطب التحكم ، ويتم تشغيل الثايرستور على الفور. يتم تحديد وقت التوصيل بشكل أساسي من خلال أداء الثايرستور. بمجرد تشغيل الثايرستور وتشغيله ، بسبب ردود الفعل الدائرية ، فإن التيار المتدفق إلى قاعدة BG1 ليس فقط Ib1 الأولي ، ولكن التيار المضخم بواسطة BG1 و BG2 (1 * 2 * Ib1) ، وهو أكبر بكثير من Ib1 ، وهو ما يكفي لإبقاء BG1 قيد التشغيل باستمرار. في هذا الوقت ، حتى إذا اختفت إشارة الزناد ، يظل الثايرستور قيد التشغيل. فقط عندما يتم قطع مصدر الطاقة Ea أو يتم خفض Ea بحيث يكون تيار المجمع في BG1 و BG2 أقل من القيمة الدنيا للحفاظ على التوصيل ، يمكن إيقاف تشغيل الثايرستور. بالطبع ، إذا تم عكس قطبية Ea ، فسيكون BG1 و BG2 في حالة قطع بسبب الجهد العكسي. في هذا الوقت ، حتى إذا تم إدخال إشارة الزناد ، فلن يعمل الثايرستور. على العكس من ذلك ، فإن Ea متصل بالاتجاه الإيجابي ، بينما تكون إشارة الزناد سلبية ، ولا يمكن تشغيل الثايرستور. بالإضافة إلى ذلك ، إذا لم تتم إضافة إشارة الزناد ، وتجاوز جهد الأنود الموجب قيمة معينة ، فسيتم أيضًا تشغيل الثايرستور ، ولكن هذا بالفعل وضع عمل غير طبيعي.

السمة التي يمكن التحكم بها للثايرستور للتحكم في التوصيل (يمر تيار كبير عبر الثايرستور) من خلال إشارة الزناد (تيار الزناد الصغير) هي ميزة مهمة تميزه عن الثنائيات العادية المصنوعة من السيليكون.

الاستخدام الرئيسي للثايرستور في الدوائر

أبسط استخدام للثايرستور العادي هو التصحيح المتحكم فيه. تنتمي دائرة تصحيح الصمام الثنائي المألوفة إلى دائرة التصحيح التي لا يمكن السيطرة عليها. إذا تم استبدال الصمام الثنائي بثايرستور ، فيمكن تشكيل دائرة تصحيح يمكن التحكم فيها ، وعاكس ، وتنظيم السرعة ، وإثارة المحرك ، ومفتاح عدم الاتصال والتحكم التلقائي. أرسم الآن أبسط دائرة تصحيح يمكن التحكم فيها نصف موجة أحادية الطور [الشكل 4 (أ)]. أثناء الدورة النصف الموجبة لجهد التيار المتردد الجيبي U2 ، إذا لم يكن هناك نبضات الزناد ، إدخال Ug إلى عمود التحكم لـ VS ، فلا يزال VS لا يمكن تشغيله. فقط عندما يكون U2 في دورة نصف موجبة ويتم تطبيق نبض الزناد Ug على عمود التحكم ، يتم تشغيل الثايرستور لإجراء. الآن ، ارسم مخطط شكل الموجة [الشكل 4 (ج) و (د)] ، يمكن ملاحظة أنه فقط عند وصول نبضة الزناد ، يوجد خرج UL للجهد على الحمل RL (الجزء المظلل في مخطط شكل الموجة) . إذا وصل Ug مبكرًا ، فسيتم تشغيل الثايرستور مبكرًا ؛ إذا وصل Ug متأخرًا ، فسيتم تشغيل الثايرستور لاحقًا. عن طريق تغيير وقت وصول نبضة الزناد Ug على عمود التحكم ، يمكن ضبط متوسط ​​قيمة UL لجهد الخرج على الحمل (منطقة الجزء المظلل). في التكنولوجيا الكهروتقنية ، غالبًا ما يتم ضبط نصف دورة التيار المتردد على 180 درجة ، وهو ما يسمى الزاوية الكهربائية. بهذه الطريقة ، في كل نصف دورة موجبة لـ U2 ، تسمى الزاوية الكهربائية التي يتم اختبارها من القيمة الصفرية إلى اللحظة التي يصل فيها نبضة الزناد بزاوية التحكم ؛ تسمى الزاوية الكهربائية التي يعمل عندها الثايرستور في كل نصف دورة موجبة بزاوية التوصيل θ. من الواضح أن كلا من و يستخدمان لتمثيل نطاق التشغيل أو كتلة الثايرستور في نصف دورة الجهد الأمامي. عن طريق تغيير زاوية التحكم أو زاوية التوصيل θ ، يتم تغيير متوسط ​​قيمة UL لجهد التيار المستمر النبضي عند الحمل ، ويتم تحقيق التصحيح القابل للتحكم.