Тақырып: Тиристорлар

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Тиристордың құрылымы мен жұмыс принципі.

2. Тиристордың вольт-амперлік сипаттамасы.

3. Тиристордың көрсеткіштері.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

Үш не одан да көп р-nөтпесінен тұратын және өткізетін (ашық) һәм ток өткізбейтін (жабық) екі күйі бар жартылай өткізгішті нәрсені тиристор деп атайды.

Тиристорлар басқарымалы түзеткіштер мен инверторларда және қосып-ажыратып тұратын құрылғыларда қолданылады.

Тиристорлар негізінен екі электродты немесе үш электродты болып келеді. Екі электродты тиристорды динистор немесе диодтық тиристор деп, ал үш электродты тиристорды тринистор немесе триодтық тиристор деп атайды. Үш электродты тиристордың ашық не жабық күйлерін баскарып тұруға болатындықтан өнеркәсіптік электроникада осы тиристор көп тараған. Енді динистор мен тринистордың әрекет ету парқын қарастыралық.

а) б)

6.1-сурет. Тиристордың құрылымы (а) мен графикалық шартты белгісі (б): 1-динистор; 2-тринистор.

6.2-сурет. Тиристордың вольт-амперлік сипаттамасы.

Жалпы алғанда тиристорға сыртқы электродтары (анод пен катод) арқылы кернеу тура бағытта беріледі (6.1, а-сурет). Сондықтан Ө1 және ӨЗ өтпелері ашық та, Ө2 өтпесі жабық. Өтпелердегі электр өрісінің әсерінен кемтіктер р₁-ден n₁-ге және р₂-ден n₂-ге өтеді де, ал электрондар n₁-ден р₁-ге және n₂-ден р₂-ге өтіп, көбі рекомбинацияға түседі. Диффузия мен қозғалыс кезінде алған инерциясының әсерінен кейбір кемтіктер р₃-ке жетеді де, ал кейбір электрондар n₁-ге жетіп тиристордың тогын құрайды. Бұл ток өте аз болатындықтан ЭҚК көзінің кернеуі түгелдей Ө2 өтпесіне түседі деуге болады. Кернеу Ө2 өтпесіне кері бағытта болғандықтан мұндағы бөгеттік қабаттың ені ұлғайып, электрондар мен кемтіктердің қозғалысына кедергі жасайды. Бірақ кернеу көбейген сайын өрістің күшеюіне байланысты n₁-ге жететін электрондар мен р₂-ге жететін кемтіктердің саны да аздап көбейеді (6.2-сурет, вольт-амперлік сипаттаманың ОА бөлігі). Кернеудің шамасын электрондардың энергиясы атомдарды иондауға жететін мөлшерге көтергенде заряд тасымалдаушылардың саны кенет көбейіп (графиктің АВ бөлігі), Ө2 өтпесінің потенциалдық тоскауылы төмендейді де тиристормен үлкен ток жүре бастайды, яғни тирисгор жабық (кедергісі өте үлкен) күйден ашық (кедергісі өте аз) күйге өтеді (графиктің ВС бөлігі). Вольт-амперлік сипаттаманың АВ бөлігінде кернеу азайғанда (ΔU<0) ток көбейіп (ΔІ>0) отыратындықтан тиристордың дифференциалдық кедергісі теріс мәнді болады:

Тиристор ашылғаннан кейінгі оның вольт-амперлік сипаттамасының ОВС бөлігі мен кері кернеу бергендегі ОД бөлігі р-n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасын қайталайды. Графиктен көрініп тұрғандай, тиристор ашылған кезде оның кернеуі азаяды да анодтық резистордың (R) кернеуі көбейеді. Осы себепті диодтық тиристорды кернеуді түгелдей алу арқылы жабады.

Триодтық тиристорда үшінші электрод-басқару электроды арқылы өтпелердің біріне, мысалы Ө3 өтпесіне, тура бағытта кернеу беріледі. Басқару кернеуі U_б тудыратын өрістің әсерінен Ө3 өтпесінің кедергісі азаяды, ал n₂-ден шыққан электрондар атомдарды иондайтын және n₁-ге дейін барып жететіндей қосымша энергия алады. Ө2 өтпесіндегі диффузиялық және дрейфтік ток оның тосқауылдық потенциалын төмендетіп, кедергісін азайтады. Бұл тиристордың динистор әлпіндегі ашылу кернеуінен әлдеқайда төмен кернеулерде ашылуына әкеліп соғады. Мұнда басқару тогы кебейген сайын тиристордың ашылу кернеуі азая береді: мысалы басқару токтары І_б1<І_б2<І_б3болса, онда ашылу кернеулері U₁>U₂>U₃. Триодтық тиристорды кернеуді түгел алып жатпай-ақ, басқару электродының потенциалын өзгерту арқылы жабуға болады. Мысалы, қарастырып отырған тиристордың жабылуы үшін басқару электродының потенциалы катодтың потенциалынан төмен болуы керек. Ал басқару электродының потенциалы катодтың потенциалынан төмен болу үшін оған кернеуді кері бағытта беру керек. Егер Ө3 өтпесіне кері кернеу берсе, онда оның кедергісі көбейеді де тиристормен ток жүрмей қалады, яғни тиристор жабылып қалады.

Басқару электроды арқылы тристордың тек қосылуы орындалып, ал оның тогын тоқтату анод арқылы жүргізілсе, мүндай тиристор бір операциялық немесе толық басқарылмайтын, тіпті жабылмайтын тиристордеп аталады. Токты қосу да, ажырату да басқару электродының көмегімен атқарылатын болса, ондай тиристор екіоперациялық (қосылу, ажыратылу) толық басқарылатын,жабылатынтиристордеп аталады. Толық басқарылатын тиристорды өндірісте пайдалану ыңғайлы болғанымен, олардың көпшілігі әзірге төменгі куатты болып, өндірісте қанатын кең жаяалмай отыр. Әйтсе де оны жақын 6олашақтың үлкен үміт күттіретін аспабы десек қателеспейміз.

Екі тиристорды қарама-қарсы паралель қоссақ онда айнымалы токты екі бағьггта да өткізіп, оны реттей алатын симметриялық тиристорды, яғни симистордыаламыз. Шетел әдебиеттерінде оның екі электродтысы - диакдеп, үш электродтысы триакдеп аталады.

Фототиристорлардаашу операциясы жарық импульсінің көмегімен жүзеге асырылады.

а) б) в) г) д)

6.3-сурет. Тиристорлардың шартты белгіленулері: а) динистор; б) бір операциялық тиристор; в) екі операциялық тиристор; г) фототиристор; д) симистор.

Тиристордың негізгі параметрлері: рауалы орташа тура тогы, импульсті тура кернеуі және максимал кері тогы. Қазіргі кездегі тиристорлардың рауалы орташа тура тогы 1000...2000 А-ге жетеді де, ал импульсті тура кернеуі 100...4000 В аралығында болып келеді.

Тиристордың негізгі вольтамперлік шығыс сипаттамасыжоғарыда келтірілді. Оларға қосымша оның кірістік басқару сипаттамасында атап өтуге болады. Басқару тізбегінің р-nөтпелінен тұратындығын ескере отырып, оның сипаттамасы бізге белгілі деп есептеуімізге: болады. Ол р-n өтпелінің немесе диодтың сипаттамасын қайталайды.

Тиристор жалпы қуатты электрондық аспап. Оның ток шамасы килоамперге, ал кернеу шамасы бірнеше киловольтқа жетуі мүмкін. Транзистормен салыстырьп, оның қолдану аймагын айқындағанда осы жағдай ескеріледі. Қазіргі кезде шамамен 10 кВт-қа дейін аралықты транзисторлар "жайласа", одан жоғарғы қуат шамаларында, сөз жоқ, тиристорлардың артықшылықтары еркіндік алады.

Әрбір тиристордың шектік мүмкіндіктерін байқап, оның пайдалану ауқымын белгілесу үшін анықтамалықтарда берілетін оның көрсеткіштеріне баға бере білу керек. Пайдалану барысында олардың сенімді жұмыс атқаруы үшін біз оның қандай кернеу түсуіне шыдайтынын білуіміз керек. Токтың негізгі орташа,тұрақты шамасы көрсетілсе (І_тр) кернеудің көбінесе қайтанатын(U_кт) және қайталанбайтын(U_қб) шектерінің мәндері белгіленеді. Мәселен, электр жүйесінен келетін 220 В кернеудің амплитудасы 220· =220·1,41=310В болатын болса, ол үздіксіз периодпен келіп отыратын болғандықтан қайталанатын кернеу есебінде алынады. Кернеу үстемінің кейбір кездейсоқ құбылыстардың нәтижесінен тууы (мысалы, найзағайдың соғуынан т.с.с.) қайталанбайтын кернеу есебінде алынады.

Тиристордың көрсеткіштерінің қатарына оның ашық күйіндегі және т.б. жатады.

Тиристордың өзіндік ерекше көрсеткіштері ретінде оның анод тогымен анод кернеуінің өсужылдамдықтарының шектерін (dI_a/dt, dU_a/dt)атап өтуге болады. Бұларды көрсеткіш есебіндс енгізудің себебін түсіндіре кетейік.

Тиристорды тізбекке тез қосқанда, оның анод тогы белгілі бір жылдамдықпен өседі. Ол бірте-бірте тиристордың көлденең қимасына тарала түсіп, оны толық қамтуға тырысады. Егер токтың өсу жылдамдығы қима ауданының өсу жылдамдығынан артық болса, ток тығыздығы бірте-бірте өсе келіп, тиристорды істен шығаруы мүмкін. Белгілі бір электрондық аспаптың белгілі бір ток қимасының өсу жылдамдығы болғандықтан, оның тогыньң өсу жылдамдығына шек қойылып, ол анықтама кітапшасында арнайы көрсетіледі.

Әрбір р-n өтпелінің өзіндік сыйымдылығы бар. Оған кернеу кенеттен және көп түссе, одан соғұрлым көп ток ағып, оны есепке алуға мәжбүр боламыз. Тиристор құрамындағы үш бірдей А1, А2, А3 өтпелдерінің А2 өтпелі кері қосылған да, сырттан берілген кернеу негізінен сонда түседі. Егер осы коллекторлық А2 өтпелінің өзіндік, паразиттік С_к сыйымдылығында анод кернеуі ерекше тез өзгере қалса, тиристор құрамына қандай өзгерістер туар еді? Әрине, I_c=C_k(dU_a/dt)болғандықтан кенеттен өзгерген кернеуден туатын ток та үлкен болар еді. Енді ά₁ мен ά₂-нің токқа тәуелді өзгерісін ескере отырып, тиристордың күтпеген жерден іске қосылып кету мүмкіндігін (басқару электродына ток берілмей тұрып) жорамалдауымызға болады. Осындай мезгілсіз қосылуды болдырмау үшін тиристорға берілетін анод кернеуінің өсу жылдамдығына шек қойшылып, ол анықтамалықтарда арнайы көрсетіледі.

Бақылау сұрақтары:

1. Тиристорлар қалай жіктелінеді?

2.Тиристордың негізгі параметрлері қалай анықталынады?

3.Тиристордың жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз.

4. Тиристорлардың вольт-амперлік сипаттамаларын көрсетіңіз.

5. Тиристорларды сөндіру фазаларын көрсетіңіз.