Tyrystory

Tyrystory
Radek Zacira kl.4aE
Co to jest tyrystor?

Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym
składającym się z 4 warstw w układzie p-n-pn. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których
dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a
trzecia do jednej z warstw środkowych.
Elektrody przyłączone do warstw skrajnych
nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda
przyłączona do warstwy środkowej – bramką
Zasada działania

Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Jeżeli anoda jest na
dodatnim potencjale względem katody, to złącza skrajne typu p-n są
spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w
kierunku zaporowym. Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia,
dopóty tyrystor praktycznie nie przewodzi prądu. Doprowadzenie do
bramki dodatniego napięcia względem katody spowoduje przepływ prądu
bramkowego i właściwości zaporowe środkowego złącza zanikają w ciągu
kilku mikrosekund; moment ten nazywany bywa "zapłonem" tyrystora
(określenie to pochodzi z czasów, kiedy funkcję tyrystorów pełniły lampy
elektronowe – tyratrony, w których przewodzenie objawiało się
świeceniem zjonizowanego gazu). Warto wspomnieć, że "zapalony"
tyrystor przewodzi prąd nawet jeśli napięcie do bramki nie jest już
przyłożone, traci on te właściwości dopiero po zaniku prądu przewodzenia
konieczny jest wówczas ponowny zapłon tyrystora
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 podtrzymania
IL - prąd załączania
VBO - napięcie przełączania
Na charakterystyce napięciowo-prądowej IA = f(UAK) można wyróżnić trzy
zasadnicze 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. Dopiero
odpowiednio 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 napięciowa obwodu bramki

Powyższa charakterystyka
przedstawiona jest pod
postacią zamkniętej
powierzchni, którą
ograniczają swoimi
wykresami dwa skrajne
przebiegi określonego typu
tyrystora. Powierzchnia ta
obejmuje swoim obszarem
wszystkie egzemplarze
tyrystora danego typu. W
polu charakterystyk
bramkowych można
wyróżnić następujące
obszary:




1.Obszar, w którym niemożliwe jest przełączanie. Jest to
obszar, który zawiera takie wartości prądów i napięć
bramkowych, które nie mogą spowodować przełączenia
żadnego z egzemplarzy danego typu tyrystora.
2.Obszar, w którym istnieje możliwość przełączeń. W
obszarze tym, możliwe jest spowodowanie przełączenia
niektórych egzemplarzy tyrystora danego typu.
3.Obszar, w którym przełączenia są pewne. Obszar ten
wyznacza wartości prądów oraz napięć bramkowych, które
gwarantują przejście ze stanu blokowania lub wstecznego do
stanu przewodzenia we wszystkich wyprodukowanych
egzemplarzach danego typu tyrystora.
4.Obszar, w którym możliwe są uszkodzenia obwodu
bramkowego. Obszar ten znajduje się poza wykresem
szczytowych wartości strat mocy na bramce.
Zastosowanie

Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako sterowniki
prądu stałego są stosowane w stabilizatorach napięcia stałego i w
automatyce silników prądu stałego. Jako sterowniki prądu przemiennego –
w automatyce silników indukcyjnych i w technice oświetleniowej. Jako
łączniki i przerywacze prądu stałego i przemiennego – w automatyce
napędu elektrycznego, końcowe tory falowników, układach stabilizacji
napięcia i w technice zabezpieczeń. Jako przemienniki częstotliwości – w
automatyce silników indukcyjnych, technice ultradźwięków, w
urządzeniach zapłonowych silników spalinowych, gdzie ma duże znaczenie
szybkość narastania prądu w cewce zapłonowej, a więc płynącego przez
tyrystor - od tego zależy wysokość indukowanego przez nią napięcia. Są
stosowane w energetycznych układach przekształtnikowych najwyższych
napięć i mocy, przykładem jest stacja przekształtnikowa w Ustce zasilająca
stałoprądowy kabel podmorski łączący polski system energetyczny ze
szwedzkim na napięcie znamionowe 400 kV. Były stosowane w stopniach
mocy układów odchylenia poziomego strumienia elektronowego w
kineskopach telewizorów np. pierwszy kolorowy Neptun 501A, skąd
zostały jednak szybko i całkowicie wyparte przez tranzystory impulsowe z
powodu niekorzystnych właściwości układów tyrystorowych.
Zalety i wady tyrystora
Zalety :
 małe rozmiary
 niewielka masa
 duża odporność na wstrząsy
 duża odpornośc na narażenia środowiskowe - możliwość pracy w temp. -65
°C do +125 °C
 mały spadek napięcia na elemencie przewodzącym rzędu 0,6 – 1,6 V
 krótki czas przejścia ze stanu zaporowego w stan przewodzenia i na odwrót
 możliwość pracy przy dużych napięciach i natężeniach (do 10 kV i kilku
kA)
Wady :
 jednokierunkowe przewodzenie (nie dotyczy tyrystora dwukierunkowego –
triaka)
 "wygasanie" tyrystora po zaniku prądu przewodzenia, wymagające
ponownego "zapłonu" prądem bramki (wada ta bywa wykorzystywana i w
niektórych zastosowaniach staje się zaletą)
Odmiany tyrystorów



Fototyrystor.
Tyrystor dwukierunkowy – triak.
Tyrystor triodowy wyłączalny bramką.
Fototyrystor

Fototyrystorem nazywamy
tyrystor umieszczony w specjalnej
obudowie, umożliwiającej
oddziaływanie promieniowania
świetlnego na jego przełączanie
ze stanu blokowania do
przewodzenia. Im większe jest
napięcie anoda – katoda
fototyrystora, tym moc
promieniowania potrzebna do
przełączenia jest mniejsza. Istotną
cechą fototyrystora jest to, że po
przełączeniu w stan
przewodzenia, utrzymuje się w
nim nawet po zaniku impulsu
świetlnego. Wykonywane są
głównie z krzemu i
wykorzystywane jako np.
fotoelektryczne przekaźniki.
Triak

Triak, element półprzewodnikowy należący do rodziny tyrystorów. Ma
pięciowarstwową strukturę n-p-n-p-n, pod względem funkcjonalnym jest
odpowiednikiem dwóch tyrystorów połączonych antyrównolegle
(przeciwsobnie i równolegle). Triak ma trzy końcówki, 2 anody A1 i A2
(oznaczane też MT1 i MT2) oraz bramkę G. Triaki stosowane są w
obwodach prądu przemiennego przewodzą prąd w obu kierunkach, triak
włączany jest prądem bramki, wyłącza się gdy natężenie prądu jest równe
zero. Używane są jako łączniki dwukierunkowe, przekaźniki oraz
regulatory mocy.
Tyrystor triodowy

Tyrystor typu GTO stanowi element o czterowarstwowej strukturze p - n p - n oraz podobnej do zwykłego tyrystora konstrukcji. Jego włączenie ma
miejsce na skutek zwiększenia do wartości 1 dodatniego współczynnika
wewnętrznego sprzężenia zwrotnego. Na poniższym rysunku omawiany
tyrystor przedstawiony został przy użyciu tranzystorów
Struktura omawianego tyrystora
Symbol elektryczny tyrystora GTO
Literatura:




http://pl.wikipedia.org/wiki/Tyrystor
http://elektro.w.interia.pl/energoel/tyrystory.ht
ml
http://www.zgapa.pl/zgapedia/Tyrystor.html
http://www.definicja.com/Tyrystor
Dziękuje za uwagę