TyrystoryTyrystory

Miłosz Andrzejewski IEMiłosz Andrzejewski IE

Co to jest tyrystor?Co to jest tyrystor?

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

Zasada działaniaZasada działania Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody.

Jeżeli anoda jest na dodatnim potencjale względem Jeżeli anoda jest na dodatnim potencjale względem katody, to złącza skrajne typu p-n są spolaryzowane katody, to złącza skrajne typu p-n są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w kierunku zaporowym. Dopóki do bramki nie kierunku zaporowym. Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia, dopóty tyrystor praktycznie doprowadzi się napięcia, dopóty tyrystor praktycznie nie przewodzi prądu. 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 podtrzymaniaIL - prąd załączaniaVBO - napięcie przełączania

Na charakterystyce napięciowo-prądowej IA = f(UAK) można wyróżnić trzyzasadnicze 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. Dopieroodpowiednio 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 - Charakterystyka prądowo - napięciowa obwodu bramkinapięciowa obwodu bramki

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

1.Obszar, w którym niemożliwe jest przełączanie. Jest to 1.Obszar, w którym niemożliwe jest przełączanie. Jest to obszar, który zawiera takie wartości prądów i napięć obszar, który zawiera takie wartości prądów i napięć bramkowych, które nie mogą spowodować przełączenia bramkowych, które nie mogą spowodować przełączenia żadnego z egzemplarzy danego typu tyrystora.żadnego z egzemplarzy danego typu tyrystora.

2.Obszar, w którym istnieje możliwość przełączeń. W 2.Obszar, w którym istnieje możliwość przełączeń. W obszarze tym, możliwe jest spowodowanie przełączenia obszarze tym, możliwe jest spowodowanie przełączenia niektórych egzemplarzy tyrystora danego typu.niektórych egzemplarzy tyrystora danego typu.

3.Obszar, w którym przełączenia są pewne. Obszar ten 3.Obszar, w którym przełączenia są pewne. Obszar ten wyznacza wartości prądów oraz napięć bramkowych, które wyznacza wartości prądów oraz napięć bramkowych, które gwarantują przejście ze stanu blokowania lub wstecznego do gwarantują przejście ze stanu blokowania lub wstecznego do stanu przewodzenia we wszystkich wyprodukowanych stanu przewodzenia we wszystkich wyprodukowanych egzemplarzach danego typu tyrystora.egzemplarzach danego typu tyrystora.

4.Obszar, w którym możliwe są uszkodzenia obwodu 4.Obszar, w którym możliwe są uszkodzenia obwodu bramkowego. Obszar ten znajduje się poza wykresem bramkowego. Obszar ten znajduje się poza wykresem szczytowych wartości strat mocy na bramce.szczytowych wartości strat mocy na bramce.

ZastosowanieZastosowanie Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako

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

Zalety i wady tyrystoraZalety i wady tyrystoraZalety :Zalety : małe rozmiarymałe rozmiary niewielka masaniewielka masa duża odporność na wstrząsyduża odporność na wstrząsy duża odpornośc na narażenia środowiskowe - możliwość pracy w temp. -65 duża odpornośc na narażenia środowiskowe - możliwość pracy w temp. -65

°C do +125 °C°C do +125 °C mały spadek napięcia na elemencie przewodzącym rzędu 0,6 – 1,6 Vmały spadek napięcia na elemencie przewodzącym rzędu 0,6 – 1,6 V krótki czas przejścia ze stanu zaporowego w stan przewodzenia i na odwrótkrótki czas przejścia ze stanu zaporowego w stan przewodzenia i na odwrót możliwość pracy przy dużych napięciach i natężeniach (do 10 kV i kilku możliwość pracy przy dużych napięciach i natężeniach (do 10 kV i kilku

kA)kA)WadyWady : : jednokierunkowe przewodzenie (nie dotyczy tyrystora dwukierunkowego – jednokierunkowe przewodzenie (nie dotyczy tyrystora dwukierunkowego –

triaka)triaka) "wygasanie" tyrystora po zaniku prądu przewodzenia, wymagające "wygasanie" tyrystora po zaniku prądu przewodzenia, wymagające

ponownego "zapłonu" prądem bramki (wada ta bywa wykorzystywana i w ponownego "zapłonu" prądem bramki (wada ta bywa wykorzystywana i w niektórych zastosowaniach staje się zaletą)niektórych zastosowaniach staje się zaletą)

Odmiany tyrystorówOdmiany tyrystorów

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

FototyrystorFototyrystor Fototyrystorem nazywamy Fototyrystorem nazywamy

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

TriakTriak Triak, element półprzewodnikowy należący do rodziny tyrystorów. Ma Triak, element półprzewodnikowy należący do rodziny tyrystorów. Ma

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

Tyrystor triodowyTyrystor triodowy Tyrystor typu GTO stanowi element o czterowarstwowej strukturze p - n - Tyrystor typu GTO stanowi element o czterowarstwowej strukturze p - n -

p - n oraz podobnej do zwykłego tyrystora konstrukcji. Jego włączenie ma p - n oraz podobnej do zwykłego tyrystora konstrukcji. Jego włączenie ma miejsce na skutek zwiększenia do wartości 1 dodatniego współczynnika miejsce na skutek zwiększenia do wartości 1 dodatniego współczynnika wewnętrznego sprzężenia zwrotnego. Na poniższym rysunku omawiany wewnętrznego sprzężenia zwrotnego. Na poniższym rysunku omawiany tyrystor przedstawiony został przy użyciu tranzystorówtyrystor przedstawiony został przy użyciu tranzystorów

Struktura omawianego tyrystora

Symbol elektryczny tyrystora GTO

Literatura:Literatura:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Tyrystorhttp://pl.wikipedia.org/wiki/Tyrystor http://elektro.w.interia.pl/energoel/tyhttp://elektro.w.interia.pl/energoel/ty

rystory.htmlrystory.html http://www.zgapa.pl/zgapedia/Tyrysthttp://www.zgapa.pl/zgapedia/Tyryst

or.htmlor.html