Tristörler (SCR) Nasıl Çalışır - Eğitim

Temel olarak Tristör adıyla da bilinen bir SCR (Silikon Kontrollü Doğrultucu), bir transistör gibi çalışır.

SCR ne anlama geliyor?

Cihaz adını (SCR), adının başında 'silikon' kelimesine atıfta bulunan çok katmanlı yarı iletken iç yapısı nedeniyle alır.

'Kontrollü' isminin ikinci kısmı, cihazın aktivasyonunu kontrol etmek için harici bir sinyal ile anahtarlanan cihazın kapı terminalini ve dolayısıyla 'Kontrollü' kelimesini ifade eder.

Ve 'Doğrultucu' terimi, kapısı tetiklendiğinde ve gücün anot üzerinden katot terminallerine akmasına izin verildiğinde SCR'nin düzeltme özelliğini belirtir, bu, bir doğrultucu diyotlu doğrultmaya benzer olabilir.

Yukarıdaki açıklama, cihazın nasıl bir 'Silikon Kontrollü Doğrultucu' gibi çalıştığını açıkça ortaya koymaktadır.

Bir SCR, bir diyot gibi düzelse ve harici bir sinyalle tetikleme özelliği nedeniyle bir transistörü taklit etse de, bir SCR dahili konfigürasyonu, bir diyotun aksine 3 seri PN bağlantısından oluşan dört katmanlı bir yarı iletken düzenlemesinden (PNPN) oluşur. 2 katmanlı (PN) veya üç katmanlı (PNP / NPN) yarı iletken konfigürasyonu içeren bir transistöre sahiptir.

Açıklanan yarı iletken bağlantıların iç düzenini ve Tristörlerin (SCR) nasıl çalıştığını anlamak için aşağıdaki resme başvurabilirsiniz.

Bir diyotla belirgin bir şekilde eşleşen bir başka SCR özelliği, SCR'lerin çalıştırılmasına izin veren başka bir özel yapıya sahip olduğunu söyleyerek, akımın yalnızca bir yönde akmasına izin veren ve AÇIK iken diğer taraftan bloke etmesine izin veren tek yönlü özellikleridir. KAPALI moddayken açık anahtar olarak.

SCR'lerdeki bu iki aşırı anahtarlama modu, bu cihazların sinyalleri yükseltmesini kısıtlar ve bu, titreşimli bir sinyali yükseltmek için transistörler gibi kullanılamaz.

Silikon kontrollü redresörler veya SCR'ler, tıpkı Triacs, Diacs veyaUJT'ler gibi, belirli bir AC potansiyelini veya akımı düzenlerken, katı hal AC anahtarlarını hızlı bir şekilde değiştirme gibi performans gösterme özelliğine sahiptir.

Bu nedenle, mühendisler ve amatörler için bu cihazlar, lambalar, motorlar, kısma anahtarları gibi AC anahtarlama cihazlarının maksimum verimlilikle düzenlenmesi söz konusu olduğunda mükemmel bir katı hal anahtar seçeneği haline gelir.

Bir SCR, Anot, Katot ve Geçit olarak atanan 3 terminalli yarı iletken bir cihazdır ve bunlar da dahili olarak 3 P-N bağlantısı ile yapılır ve çok yüksek hızda anahtarlama özelliğine sahiptir.

Böylelikle cihaz, belirli bir ortalama AÇMA veya KAPATMA süresinin bir yüke getirilmesi için istenen herhangi bir hızda açılıp kapatılabilir ve ayrı ayrı AÇMA / KAPAMA süreleri ayarlanabilir.

Teknik olarak, bir SCR'nin veya bir tristörün düzeni, aşağıdaki görüntüde gösterildiği gibi tamamlayıcı bir rejeneratif anahtar çifti gibi oluşturmak için arka arkaya bağlanan bir çift transistör (BJT) ile karşılaştırılarak anlaşılabilir. :

Tristörler İki Transistör Analojisi

İki transistör eşdeğer devresi, NPN transistör TR2'nin toplayıcı akımının doğrudan PNP transistör TR1'in tabanına beslendiğini, TR1'in kolektör akımının ise TR2'nin tabanına beslendiğini gösterir.

Birbirine bağlı bu iki transistör, her bir transistör taban yayıcı akımını diğerinin toplayıcı-yayıcı akımından alırken iletim için birbirlerine güvenir. Bu nedenle, transistörlerden birine bir miktar baz akım verilinceye kadar, Anottan Katoda voltaj mevcut olsa bile hiçbir şey olamaz.

SCR topolojisinin iki transistör entegrasyonu ile simüle edilmesi, oluşumun, NPN transistörünün kollektör akımının doğrudan PNP transistörü TR1'in tabanına beslenmesini sağlayacak şekilde olduğunu ortaya koyarken, TR1'in kolektör akımı beslemeyi TR2'nin tabanı.

Simüle edilmiş iki transistör konfigürasyonu, temel sürücüyü diğerinin kollektör yayıcı akımından alarak birbirinin iletimini birbirine kilitliyor ve tamamlıyor gibi görünüyor, bu, kapı voltajını çok önemli hale getiriyor ve gösterilen konfigürasyonun, bir geçit potansiyeli uygulanana kadar asla iletilememesini sağlıyor. anot varlığında bile katot potansiyeli kalıcı olabilir.

Cihazın anot ucunun katottan daha negatif olduğu bir durumda, N-P bağlantısının ileriye dönük kalmasına izin verir, ancak dış P-N bağlantılarının, standart bir doğrultucu diyot gibi davranacak şekilde ters eğimli olmasını sağlar.

Bir SCR'nin bu özelliği, söz konusu uçlar boyunca gaga aşağı özelliklerinin ötesinde olabilecek önemli ölçüde yüksek bir voltaj uygulanana kadar ters akım akışını engellemesini sağlar; bu, SCR'yi bir geçit sürücüsü olmadığında bile çalışmaya zorlar. .

Yukarıdakiler, tristörlerin, ters yüksek voltaj yükselmesi ve / veya yüksek sıcaklık veya hızla artan dv / dt voltaj geçişi yoluyla istenmeyen şekilde tetiklenmesine neden olabilen kritik bir özelliği ifade eder.

Şimdi, Anot terminalinin katot ucuna göre daha olumlu deneyimlediği bir durumda, bunun, merkezi N-P bağlantısı ters taraflı kalmaya devam etmesine rağmen, dış P-N bağlantısının ileriye dönük olmasına yardımcı olduğunu varsayalım. Bu sonuç olarak ileri akımın da bloke edilmesini sağlar.

Bu nedenle, NPN transistör TR2'nin tabanı boyunca indüklenen pozitif bir sinyal durumunda, kolektör akımının TR1 tabanına doğru geçişi sonuçlanır, bu da toplayıcı akımını, TR2'nin temel sürücüsünü güçlendiren TR1 PNP transistörüne doğru geçmeye zorlar. süreç güçlenir.

Yukarıdaki koşul, durumu kilitli ve kilitli tutan gösterilen rejeneratif konfigürasyon geri besleme döngüsü sayesinde iki transistörün doyma noktasına kadar iletimini geliştirmesine izin verir.

Böylelikle SCR tetiklendiği anda, akımın anottan katoda sadece minimum bir ön dirençle akmasına izin vererek, cihazın verimli bir şekilde iletilmesini ve çalışmasını sağlar.

Bir AC'ye tabi tutulduğunda, SCR, AC'nin pozitif yarı döngüsünün anot katot uçlarından geçmesine anında izin veren, kapısı ve katodu boyunca bir tetikleme voltajı ile SCR sunulana kadar AC'nin her iki tarzını da bloke edebilir ve cihaz, standart bir doğrultucu diyotu taklit etmeye başlar, ancak sadece geçit tetiği AÇIK durumda kaldığı sürece, iletim, geçit tetiğinin kaldırıldığı anda kesilir.

Silikon kontrollü bir doğrultucunun aktivasyonu için zorunlu voltaj-akım veya I-V karakteristik eğrileri aşağıdaki görüntüde görülebilir:

Tristör I-V Karakteristik Eğrileri

Bununla birlikte, bir DC girişi için, tristör AÇIK hale getirilir tetiklenmez, açıklanan rejeneratif iletim nedeniyle, anottan katoda iletime geçişi tutacak ve kapı tetiği çıkarılsa bile iletmeye devam edecek şekilde bir mandallama eylemine maruz kalır.

Bu nedenle, bir DC gücü için, kapının, anottan katoda bir mandallı akım sağlayarak, cihazın kapısına ilk tetikleme darbesi uygulandığında, etkisi tamamen kaybolur. Kapı tamamen aktif değilken anot / katot akım kaynağı anlık olarak kesilerek kırılabilir.

SCR, BJT'ler gibi çalışamaz

SCR, transistör muadilleri gibi tamamen analog olacak şekilde tasarlanmamıştır ve bu nedenle, tam iletim ile rekabet anahtarı KAPALI arasında bir yerde olabilecek bir yük için bazı ara aktif bölgelerde yürütülmesi mümkün değildir.

Bu aynı zamanda doğrudur çünkü geçit tetikleyicisinin, anottan katoda ne kadar iletilmesi veya doyurulması için ne kadar yapılabileceği üzerinde hiçbir etkisi yoktur, bu nedenle küçük bir anlık geçit darbesi bile anottan katoda iletimi tam bir AÇIK anahtarına döndürmek için yeterlidir.

Yukarıdaki özellik, bir SCR'nin karşılaştırılmasını ve iki kararlı duruma sahip, tam bir AÇIK veya tam KAPALI bir Bistable Mandal gibi değerlendirilmesini sağlar. Bu, SCR'nin yukarıdaki bölümlerde açıklandığı gibi bir AC veya DC girişlerine yanıt olarak iki özel özelliğinden kaynaklanmaktadır.

Anahtarlamasını Kontrol Etmek İçin Bir SCR Kapısı Nasıl Kullanılır

Daha önce tartışıldığı gibi, bir SCR bir DC girişiyle tetiklendiğinde ve anot katodu kendiliğinden kilitlendiğinde, anot besleme kaynağını (anot akımı Ia) anlık olarak tamamen kaldırarak veya aynısını bazılarına düşürerek bu kilit açılabilir veya kapatılabilir. Cihazın belirtilen tutma akımının veya 'minimum tutma akımının' altında önemli ölçüde düşük seviye Ih.

Bu, tristörlerin iç P-N mandallama bağı, doğal bloke etme özelliğini harekete geçirene kadar, anottan katoda minimum tutma akımının azaltılması gerektiği anlamına gelir.

Bu nedenle, bu aynı zamanda, bir SCR'nin bir geçit tetikleyiciyle çalışması veya yürütülmesi için, anotun katot yük akımının belirtilen 'minimum tutma akımı' Ih üzerinde olması zorunlu olduğu anlamına gelir, aksi takdirde SCR, yük iletimini uygulayamayabilir, bu nedenle IL yük akımı ise, bu IL> IH şeklinde olmalıdır.

Bununla birlikte, önceki bölümlerde daha önce tartışıldığı gibi, SCR Anot.Cathode pinleri boyunca bir AC kullanıldığında, SCR'nin geçit sürücüsü kaldırıldığında kilitleme etkisini yürütmesine izin verilmemesini sağlar.

Bunun nedeni, AC sinyalinin, AC dalga formunun pozitif yarım döngüsünün her 180 derecelik kaymasında SCR anodunun katot akımını kapatmasını sağlayan sıfır geçiş çizgisi içinde AÇIK ve KAPALI konuma geçmesidir.

Bu fenomen 'doğal komütasyon' olarak adlandırılır ve bir SCR iletimine çok önemli bir özellik empoze eder. Bunun aksine DC beslemelerde bu özellik SCR'lerde önemsiz hale gelir.

Ancak bir SCR, bir doğrultucu diyot gibi davranacak şekilde tasarlandığından, bir AC'nin yalnızca pozitif yarı döngülerine etkili bir şekilde yanıt verir ve bir kapı sinyali varlığında bile AC'nin diğer yarı döngüsüne tamamen tepkisiz kalır ve ters önyargılı kalır.

Bu, bir geçit tetikleyicisinin varlığında, SCR'nin yalnızca ilgili pozitif AC yarı döngüleri için anotu boyunca katoda ilettiği ve diğer yarı döngülerde sessiz kaldığı anlamına gelir.

Yukarıda açıklanan mandallama özelliği ve ayrıca bir AC dalga formunun diğer yarı döngüsü sırasında kesilmesi nedeniyle, SCR, yükün istenen herhangi bir (ayarlanabilir) düşük güç seviyesinde değiştirilebileceği şekilde, faz AC döngülerini kesmek için etkili bir şekilde kullanılabilir. .

Faz kontrolü olarak da bilinen bu özellik, SCR'nin kapısına uygulanan harici bir zamanlanmış sinyal aracılığıyla uygulanabilir. Bu sinyal, AC fazı pozitif yarı döngüsüne başladıktan sonra SCR'nin ne kadar gecikmeli olarak ateşlenebileceğine karar verir.

Bu, AC dalgasının sadece geçit tetiklemesinden sonra geçen kısmının anahtarlanmasına izin verir. Bu faz kontrolü, silikon kontrollü bir tristörün ana özellikleri arasındadır.

Tristörlerin (SCR) faz kontrolünde nasıl çalıştığı aşağıdaki resimlere bakarak anlaşılabilir.

İlk diyagram, kapısı kalıcı olarak tetiklenen bir SCR'yi gösterir, ilk diyagramda görülebileceği gibi, bu, tam pozitif dalga formunun başlangıçtan bitişe, merkezi sıfır geçiş hattından başlayarak başlatılmasına izin verir.

Tristör Faz Kontrolü

Her pozitif yarı döngünün başlangıcında, SCR 'KAPALI' dır. Kapı voltajının indüksiyonunda SCR'yi iletime aktive eder ve pozitif yarı döngü boyunca tamamen 'AÇIK' olarak kilitlenmesine izin verir. Yarım döngünün (θ = 0o) başlangıcında tristör açıldığında, bağlı yük (bir lamba veya benzeri) AC dalga formunun tüm pozitif döngüsü için (yarım dalga doğrultulmuş AC ) 0,318 x Vp'lik yüksek ortalama voltajda.

Kapı anahtarının AÇIK hale getirilmesi yarım döngü boyunca yükseltildiğinde (= 0o ila 90o), bağlı lamba daha kısa bir süre için yanar ve lambaya getirilen net voltaj benzer şekilde orantılı olarak yoğunluğunu daha az düşürür.

Sonuç olarak, silikon kontrollü bir redresörden AC ışık kısıcı olarak ve birçok farklı ek AC güç uygulamasında, örneğin: AC motor hızı kontrolü, ısı kontrol cihazları ve güç regülatörü devreleri vb. Olarak yararlanmak kolaydır.

Şimdiye kadar, bir tristörün temelde, Anot pozitif olduğunda döngünün yalnızca pozitif yarısında akımı geçirebilen ve Anotun negatif olduğu durumlarda tıpkı bir diyot gibi akım akışını engelleyen yarım dalga bir cihaz olduğuna şahit olduk. , geçit akımı aktif kalsa bile.

Yine de, yarım döngülerin, tam dalga birimlerinin her iki yönünde çalışmak üzere tasarlanmış 'Tristör' başlığı altında ortaya çıkan benzer yarı iletken ürünlerin birçok çeşidini bulabilir veya Kapı sinyali ile 'KAPALI' duruma getirebilirsiniz. .

Bu tür ürünler 'Geçit Kapatma Tristörleri' (GTO), 'Statik İndüksiyon Tristörleri' (SITH), 'MOS Kontrollü Tristörler' (MCT), 'Silikon Kontrollü Anahtar' (SCS), 'Triod Tristörler' (TRIAC) içerir. ve 'Işıkla Tetiklemeli Tristörler' (LASCR), bu cihazların birçoğunun birçok farklı voltaj ve akım derecesinde erişilebilir olmasıyla, çok yüksek güç seviyelerinde amaçlarla kullanılmalarını ilginç kılıyor.

Tristör Çalışmasına Genel Bakış

Genel olarak Tristörler olarak bilinen Silikon Kontrollü Doğrultucular, şebekeyle çalışan ağır elektrik yüklerinin anahtarlanmasında kullanabileceğiniz, birbirine bağlı iki transistör olarak düşünülebilecek üç bağlantılı PNPN yarı iletken cihazlardır.

Geçit uçlarına uygulanan tek bir pozitif akım darbesiyle 'AÇIK' olarak kilitlenecek şekilde karakterize edilirler ve Anot-Katot akımı belirtilen minimum mandallama ölçüsünün altına düşene veya tersine çevrilene kadar sonsuz bir şekilde 'AÇIK' kalmaya devam edebilirler.

Bir Tristörün Statik Nitelikleri

Tristörler, yalnızca anahtarlama işlevinde çalışmak üzere yapılandırılmış yarı iletken ekipmandır. Tristör akım kontrollü ürünlerdir, küçük bir Kapı akımı daha önemli bir Anot akımını kontrol edebilir. Akımı yalnızca bir kez ileri taraflı ve Geçit'e uygulanan tetikleyici akımı etkinleştirir.

Tristör, 'AÇIK' olarak etkinleştirildiğinde bir doğrultucu diyota benzer şekilde çalışır. Anot akımı, iletimi korumak için akım değerini sürdürmekten daha fazlası olmalıdır. Kapı akımının açılıp açılmadığına bakılmaksızın ters taraflı olması durumunda akım geçişini engeller.

'AÇIK' duruma getirilir getirilmez, bir geçit akımı uygulanıp uygulanmadığına bakılmaksızın, ancak sadece Anot akımının kilitleme akımının üzerinde olması durumunda etkin olarak 'AÇIK' olarak kilitlenir.

Tristörler, çok sayıda devrede elektromekanik röleleri değiştirmek için kullanabileceğiniz hızlı anahtarlardır, çünkü bunlar titreşen parçaları yoktur, kontak arkları yoktur veya bozulma veya kirlenme sorunları vardır.

Ancak önemli akımları 'AÇIK' ve 'KAPALI' duruma getirmeye ek olarak, tristörler, önemli miktarda güç harcamadan bir AC yük akımının RMS değerini yönetmek için gerçekleştirilebilir. Tristör güç kontrolünün mükemmel bir örneği, elektrik aydınlatmasının, ısıtıcıların ve motor hızının kontrolüdür.

Bir sonraki öğreticide bazı temel konulara bakacağız. Tristör Devreleri ve uygulamaları hem AC hem de DC kaynaklarını kullanarak.