Tyristory. Typy a zařízení. Provoz a aplikace. Zvláštnosti

Tyristory jsou typem polovodičového zařízení. Jsou navrženy k regulaci a spínání velkých proudů. Tyristor umožňuje spínání elektrického obvodu, když je na něj přiveden řídicí signál. Díky tomu je podobný tranzistoru.

Tyristor má zpravidla tři svorky, z nichž jedna je řídicí a další dva tvoří cestu pro průtok proudu. Jak víme, tranzistor se otevírá úměrně velikosti řídicího proudu. Čím je větší, tím více se tranzistor otevírá a naopak. U tyristoru je ale vše uspořádáno jinak. Otevírá se úplně, skokově. A co je nejzajímavější, nezavírá se ani bez řídicího signálu.

Princip

Tyristor pracuje podle následujícího jednoduchého schématu.

Žárovka nebo LED je připojena k anodě tyristoru a kladný pól zdroje napájení je k ní připojen přes spínač K2. Katoda tyristoru je připojena k zápornému pólu zdroje napájení. Po zapnutí obvodu je na tyristor přivedeno napětí, ale LED se nerozsvítí.

Pokud stisknete tlačítko K1, proud poteče přes rezistor k řídicí elektrodě a LED dioda se rozsvítí. Na schématech je často označena písmenem „G“, což znamená brána, nebo v ruštině závěrka (řídicí výstup).

Rezistor omezuje výstupní regulační proud. Minimální spouštěcí proud tohoto uvažovaného tyristoru je 1 mA a maximální povolený proud je 15 mA. S ohledem na to je v našem obvodu zvolen rezistor s odporem 1 kOhm.

Pokud znovu stisknete tlačítko K1, tyristor neovlivní a nic se nestane. Pro přepnutí tyristoru do zavřeného stavu je třeba vypnout napájení spínačem K2. Pokud znovu zapnete napájení, tyristor se vrátí do původního stavu.

Tato polovodičová součástka je v podstatě elektronický klíč se západkou. K přechodu do uzavřeného stavu dochází také tehdy, když napájecí napětí na anodě klesne na určité minimum, přibližně 0,7 voltu.

Vlastnosti zařízení

Zapnutý stav je fixní kvůli zvláštnosti vnitřní struktury tyristoru. Přibližný diagram vypadá takto:

Obvykle se znázorňuje jako dva tranzistory různých struktur, které jsou vzájemně propojeny. Experimentálně si můžete ověřit, jak tranzistory fungují, když jsou zapojené podle tohoto schématu. Existují však rozdíly ve voltampérové charakteristice. A také je třeba vzít v úvahu, že zařízení jsou původně navržena tak, aby odolala vysokým proudům a napětím. Na těle většiny těchto zařízení je kovový výstup, na který můžete připevnit chladič pro odvod tepelné energie.

Tyristory se vyrábějí v různých pouzdrech. Nízkoenergetická zařízení nemají chladič. Běžné domácí tyristory vypadají takto. Mají masivní kovové pouzdro a odolávají vysokým proudům.

Základní parametry tyristorů

• Maximální přípustný proud vpřed. Toto je maximální hodnota proudu otevřeného tyristoru. U výkonných zařízení dosahuje stovek ampérů.
• Maximální povolený zpětný proud.
• Propustné napětí. Toto je úbytek napětí při maximálním proudu.
• Zpětné napětí. Toto je maximální přípustné napětí na tyristoru v uzavřeném stavu, při kterém může tyristor pracovat bez narušení své funkčnosti.
• Zapínací napětí. Toto je minimální napětí přivedené na anodu. To znamená minimální napětí, při kterém může tyristor vůbec pracovat.
• Minimální proud regulační elektrody. Je nutné zapnout tyristor.
• Maximální povolený řídicí proud.
• Maximální přípustný ztrátový výkon.

Dynamický parametr

Doba, za kterou tyristor přejde ze zavřeného do otevřeného stavu po přijetí signálu.

Typy tyristorů

Podle způsobu ovládání se dělí na:

• Diodové tyristory neboli dinistory. Otevírají se vysokonapěťovým impulsem, který je přiváděn na katodu a anodu.
• Triodové tyristory nebo tyristory. Jsou otevírány proudem ovládajícím elektrodu.

Triodové tyristory se zase dělí na:

• Řízení katody – napětí, které tvoří řídicí proud, je přiváděno na řídicí elektrodu a katodu.
• Řízení anody – na elektrodu a anodu je přivedeno řídicí napětí.

Tyristorové blokování se provádí:

• Snížením anodového proudu – katoda je menší než přídržný proud.
• Přivedením blokovacího napětí na řídicí elektrodu.

Podle zpětné vodivosti se tyristory dělí na:

• Zpětně vodivé – mají nízké zpětné napětí.
• Zpětně nevodivé – zpětné napětí se rovná nejvyššímu napětí v dopředném směru v sepnutém stavu.
• S nestandardní hodnotou zpětného napětí – výrobci hodnotu této veličiny nedefinují. Taková zařízení se používají v místech, kde je zpětné napětí vyloučeno.
• Tyristor propouští proud v obou směrech.

Při použití tyristorů je třeba vědět, že pracují podmíněně symetricky. Hlavní část tyristorů se otevírá, když je na řídicí elektrodě přivedeno kladné napětí ve srovnání s katodou, a anoda může mít libovolnou polaritu. Pokud je však na anodě přivedeno záporné napětí a na řídicí elektrodě kladné napětí, tyristory se neotevřou a mohou selhat.

Podle rychlosti účinku se dělí na dobu odemykání (zapnutí) a dobu zamykání (vypnutí).

Oddělení tyristorů podle výkonu

Když tyristor pracuje v klíčovém režimu, největší výkon spínané zátěže je určen napětím na tyristoru v otevřeném stavu při největším proudu a největším rozptýleném výkonu.

Efektivní hodnota proudu do zátěže nesmí být vyšší než maximální ztrátový výkon dělený napětím naprázdno.

Jednoduchý alarm založený na tyristoru

Jednoduchý alarm lze vytvořit na základě tyristoru, který reaguje na světlo a pomocí piezoelektrického zářiče vydává zvuk. Proud je přiváděn na řídicí svorku tyristoru přes fotorezistor a trimrový rezistor. Světlo dopadající na fotorezistor snižuje jeho odpor. A na řídicí svorku tyristoru začne téct spouštěcí proud, dostatečný k jeho otevření. Poté se rozezní bzučák.

Trimrový rezistor je určen k nastavení citlivosti zařízení, tj. prahu odezvy při vystavení světlu. Nejzajímavější je, že i při absenci světla zůstává tyristor v otevřeném stavu a signalizace se nezastaví.

Pokud naproti světlocitlivému prvku nainstalujete světelný paprsek tak, aby svítil mírně pod oknem, získáte nejjednodušší detektor kouře. Kouř, který se dostane mezi zdroj světla a přijímač, rozptýlí světlo, což spustí alarm. Toto zařízení vyžaduje pouzdro, aby přijímač světla nepřijímal světlo ze slunce ani umělých světelných zdrojů.

Existuje i jiný způsob, jak otevřít tyristor. Stačí krátce připojit malé napětí mezi řídicí svorku a katodu.

Tyristorový regulátor výkonu

Nyní se podívejme na použití tyristoru k jeho zamýšlenému účelu. Uvažujme obvod jednoduchého tyristorového regulátoru výkonu, který bude pracovat ze sítě střídavého proudu s napětím 220 voltů. Obvod je jednoduchý a obsahuje pouze pět částí.

• Polovodičová dioda VD.
• Variabilní rezistor R1.
• Pevný rezistor R2.
• Kondenzátor C.
• Tyristor VS.

Jejich doporučené jmenovité hodnoty jsou uvedeny v diagramu. Jako diodu můžete použít KD209, tyristor KU103V nebo výkonnější. Doporučuje se použít rezistory s výkonem nejméně 2 watty, elektrolytický kondenzátor s napětím nejméně 50 voltů.

Tento obvod reguluje pouze jednu půlperiodu síťového napětí. Pokud si představíme, že z obvodu odstraníme všechny prvky kromě diody, propustí pouze půlvlnu střídavého proudu a do zátěže, například páječky nebo žárovky, bude dodávána pouze polovina výkonu.

Tyristor propouští další, takříkajíc, kousky poloperiody odříznuté diodou. Když se změní poloha proměnného rezistoru R1, změní se výstupní napětí.

Řídicí svorka tyristoru je připojena ke kladnému pólu kondenzátoru. Když napětí na kondenzátoru stoupne na hodnotu zapínacího napětí tyristoru, ten se otevře a projde určitou částí kladné poloperiody. Rychlost nabíjení kondenzátoru určuje proměnný rezistor. Čím rychleji se nabíjí, tím dříve se tyristor otevře a bude mít čas projít částí kladné poloperiody, než se změní polarita.

Záporná půlvlna nedosahuje kondenzátoru a napětí na něm má stejnou polaritu, takže není děsivé, že má polaritu. Obvod umožňuje měnit výkon od 50 do 100 %. To je pro páječku tak akorát.

Tyristor propouští proud jedním směrem od anody ke katodě. Existují však i varianty, které propouštějí proud oběma směry. Nazývají se symetrické tyristory nebo triaky. Používají se k regulaci zátěže v obvodech střídavého proudu. Existuje mnoho obvodů pro regulaci výkonu, které jsou na nich založeny.

Související témata:

• Vlastnosti polovodičů. Zařízení a provoz. Aplikace
• Diody (část 1). Zařízení a provoz. Vlastnosti a vlastnosti
• Diody (část 2). Typy a vlastnosti. Základní závady
• Optočleny. Typy a zařízení. Provoz a aplikace. Zvláštnosti
• Ignitrony. Zařízení a provoz. Pro a proti. Zvláštnosti
• Thyratrony. Typy a zařízení. Provoz a aplikace