Тиристор

Тиристор — это электронный полупроводниковый компонент, который часто используется в электронике для контроля и регулирования высоких токов и напряжений. Его можно описать как электронный переключатель, который проводит или блокирует ток при определенных условиях. В силовой электронике он особенно подходит для приложений, в которых необходимо безопасно переключать большую электрическую мощность.

Тиристор состоит из четырех попеременно легированных слоев кремния (p-n-p-n структура). Каждый слой выполняет определенную функцию при протекании тока. По своей структуре он похож на транзистор, и тиристор может быть представлен в эквивалентной схеме как комбинация PNP и NPN транзисторов.

1. структура и функция

Четыре полупроводниковых слоя образуют три pn-перехода и, таким образом, создают сложное управляющее поведение. Компонент имеет три соединения:

• Анод (A)
• Катод (K)
• Ворота (G)

Затвор, который по своей функции можно сравнить с базой транзистора, используется для зажигания тиристора. Тиристор остается в заблокированном состоянии до тех пор, пока через затвор не протекает управляющий ток. Только когда на затвор подается короткий импульс, компонент зажигается — теперь ток течет через тиристор от анода к катоду. Это состояние сохраняется даже после окончания импульса на затворе до тех пор, пока через компонент протекает минимальный ток, так называемый ток удержания.

Таким образом, тиристор демонстрирует бистабильное поведение: Он либо полностью проводит, либо полностью блокирует. Иногда его также называют кремниевым управляемым выпрямителем (SCR), что означает «выпрямитель, управляемый кремнием». Этот термин подчеркивает его близкое родство с диодом, с той лишь разницей, что тиристором можно управлять с помощью импульса на затворе.

2. Сравнение с диодами и транзисторами

По сравнению с диодом, который всегда проводит ток, когда работает в прямом направлении, тиристор является управляемым компонентом. Проведение начинается только после определенного импульса на затворе. В отличие от транзистора, который работает непрерывно благодаря контролю тока базы, тиристор сохраняет свое проводящее состояние независимо — до тех пор, пока ток не упадет ниже тока удержания или не будет прерван внешними воздействиями.

Внутренняя обратная связь между слоями обеспечивает это самоподдерживающееся поведение, которое можно проиллюстрировать с помощью транзисторов (PNP и NPN), показанных на эквивалентной схеме.

3. другие типы тиристоров: симистор и другие

Помимо классического тиристора, существуют и другие типы, более подходящие в зависимости от области применения:

• Симистор: Компонент, который функционирует и обозначается как два тиристора, соединенных оппозитно. Он часто используется в системах переменного тока, например, в светорегуляторах или устройствах управления двигателями.
• Симистор: Служит элементом зажигания для симистора.
• GTO (Gate Turn-Off Thyristor): Также может быть снова выключен через затвор.
• IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor): Высокопроизводительный тиристор для передачи энергии.

4. применение в силовой электронике

Тиристоры используются во многих областях, где необходимо переключать высокие напряжения и токи:

• Регуляторы фазового угла
• Управление двигателем
• Силовые преобразователи и выпрямители
• Элементы управления отоплением
• Диммеры и регуляторы для бытовых приборов
• Сварочное оборудование

Способность коммутировать высокую мощность при низких усилиях управления делает их особенно подходящими для промышленных применений и энергоснабжения.

5. преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая производительность при низкой потере мощности
• Прочность и долговечность
• Простая активация с помощью короткого импульса
• Высокая устойчивость к напряжению и току

Недостатки:

• Невозможно прямое отключение через ворота (за исключением специальных типов)
• Склонны к непреднамеренному воспламенению при резком повышении напряжения
• Менее гибкие, чем современные транзисторы

Заключение

Тиристор — центральный компонент современной силовой электроники. Он сочетает в себе свойства диодов и транзисторов и обеспечивает надежную коммутацию больших токов благодаря своей особой структуре, состоящей из четырех полупроводниковых слоев. Специальные типы, такие как симистор или GTO, расширяют спектр его применения. Несмотря на новые технологии, тиристор остается проверенным и универсальным компонентом во многих областях.