تهیه و تنظیم:

م  -  چ

 رشته :مهندسی الکترونیک

 

درس : الکترونیک صنعتی

سال:                89- 1388 

 

دانشگاه آزاد اسلامی واحد...........   

رئوس مطالب:

 

1-مقدمه

2-آشنایی با تریستور

3-انواع تریستور

4-خاموش شدن تریستور

5-کموتاسیون در تریستور در DC با سلف

6- ارائه مدار در PROTEUS

7-تحلیل مدار  PROTEUS

8-ارائه مشخصه های ورودی وخروجی قسمتهای مختلف مدار

9-طراحی 2 مدار مشابه

 

 

به نام خدا

مقدمه:

THE  RELATIVE  ACCURACY FROM  THE TWO METHOD GRAPHICAL OR NUMERICAL IS  SELDOM  SIGNIFICANT IN THE  REAL WORLD OF SCIENCE OR ENGINEERING

دقت نسبی در دو روش ترسیمی یا تحلیلی در دنیای واقعی علم ومهندسی بندرت اهمیت پیدا می کند .

                                                                 البرت    انیشتین

 

به نظر می رسد با توجه به پیشرفت های کنونی بشر  لازم است که اشخاص در هر زمینه ای که در حال فعالیت در ان می باشند  در مورد فعالیت خویش به حداکثر توان مهارتی و تئوریک دست یابند تا  در این پلکان بی نهایت ترقی علم ودانش گام بردارند لازمه این  امر تلاش وپشتکار فراوان می باشد با توجه به این که در رشته الکترونیک با تغیراتی کوچک در شماتیک مدار و با تعویض برخی از المانها تغیرات بزرگی در راندمان و بهینه کردن پارامتر های خروجی -ورودی از قبیل (توان ولتاژ- جریان -حذف کردن سیگنال های اضافی و ...) دانشجویان می توانند با مطالعه دقیق عناصر کاربردی , نحوه فعالیت عناصر و شرایط وابستگی آنان کار کنند .علم الکترونیک از علوم  تازه تاسیس میباشد ولی با وجود این علم Base ونقطه Start   اکثر فعالیت  های امروزی است  لذا لازم است ما دانشجویان این رشته در اوج آمادگی برای پاسخگویی به اشکالات مطروحه باشیم.

در این پروژه سعی شده است در ابتدا با تریستور آشنا شده نوع ساخت و شکل گیری   وانواع  ان و  نحوه روشن وخاموش شدن ان به طرق مختلف کموتاسیون و انواع ان و در نهایت به اهداف پروژه  بپردازیم.

 

    

 

      تريستور (Tryristor)

تریستور یک قطعه چهار لایه P-N-P-N است که مطابق شکل (1) دارای پایه سومی به نام گیت
می باشد. يك تريستور 2000V ، 300A بطور نمونه داراي يك برش سيليكوني به قطر mm 30 و ضخامت 0.7mm است .

تريستور را در اين شرايط مي توان به صورت اتصال سري سه ديود در نظر گرفت كه مانع هدايت جريان در هر دو جهت مي شوند . مشخصه معكوس يعني حالتي كه كاتود ، مثبت است ، تا زماني كه ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شكست پيوند كنترل مركزي بيشتر نشود ، فقط جريان نشتي عبور خواهد كرد . ولتاژهاي شكست مستقيم و معكوس از نظر اندازه مساوي هستند . چون در حالت انسداد معكوس تقريباً همه ولتاژ روي پيوند P-N آنود ظاهر مي شود ، پيوند P-N كاتود در ولتاژي حدود10V‌مي شكند . هنگامي در جهت مستقيم شكست اتفاق مي افتد ،‌ جريان لايه مركزي P توسط الكترون هاي كاتود خنثي مي شود و قطعه مانند يك ديود در حال رسانايي عمل مي كند كه داراي دو پيوند با افت ولتاژ مستقيم دو برابر يك ديود است . براي اين كه تريستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقي بماند ،‌ جريان آنود بايد به سطح جريان تثبيت كننده برسد و از جريان نگهدارنده كمتر نشود . معمولاً جريان تثبيت كننده دو برابر جريان نگهدارنده است ، اما هر دو جريان مقدار كمي دارند و كمتر از يك درصد مقدار نامي در بار كامل مي باشند  .

در حالت باياس مستقيم ( هنگامي آنود مثبت است ) تريستور را مي توان با تزريق جريان به گيت نسبت به كاتود منفي به حالت روشن برد .

 

       وظیفه   جريان گيت تزريق حفره ها به لايه P‌ داخلي است كه به همراه الكترون هاي لايه N كاتود ، پيوند كنترل مركزي را مي شكنند و تريستور به حالت روشن مي برند . پس از اين كه جريان آنود از سطح جريان تثبيت كننده فراتر رفت ، مي توان جريان گيت را قطع كرد و تريستور بدون توجه به شرايط مدار گيت در حالت روشن باقي مي ماند . براي خاموش شدن تريستور جريان آنود بايد از جريان نگهدارنده كمتر شود ، و پيش از آنكه بتوانيم دوباره ولتاژ مستقيمي را بدون روشن شدن تريستور به آن اعمال كنيم ، زمان نسبتاً طولاني براي رسيدن پيوند كنترل تريستور به حالت انسداد ، بايد سپري شود . در بيشتر موارد براي خاموش كردن تريستور ، بوسيله مدار خارجي جريان آنود را مكوس مي كنند . عبور جريان معكوس در يك فاصله زمان كوتاهي مطابق شكل (4) به بارها اجازه عبور در لايه هاي P-N
را مي دهد و باعث مي شود دو پيوند بيروني هر نوع جريان معكوس ديگري را پس از بازيابي بار ذخيره شده سد كنند . بار ذخيره شده ، ناشي از حضور حامل ها در اين پيوند ، مانع عبور جريان در اثر اعمال مجدد ولتاژ مستقيم نخواهد داشت و معمولاً اين زمان براي اعمال مجدد ولتاژ ، بدون شكست ، 10 تا 100 ميكرو ثانيه است . بار ذخيره شده براي يك تريستور 20A ، در حدود 20uc مي باشد .

تريستوري كه گفته شد ، ابتدايي ترين تريستور توليد شده است و تريستور معمولي ناميده مي شود . اخيراً در اثر پيشرفت هاي انجام شده ، تريستور خاموش شونده با گيت ساخته شده كه بر خلاف تريستور معمولي كه با قطع جريان آنود خاموش مي شود ، مي توان آن را با قطع جريان گيت خاموش كرد ؛ قطعي ديگري كه اخيراً توليد شده است ، تركيبي از يك تريستور و يك ديود رساننده معكوس بر روي يك برش سيليكوني مي باشد . اين قطعه در جهت معكوس ، هميشه هدايت مي كند ، اما در جهت مستقيم
( مانند يك تريستور معمولي ) كنترل پذير است . كاربرد تريستور داراي رسانايي معكوس در مدارهاي متناوب ساز مي باشد كه از اين قطعه مي توان به جاي اتصال موازي يك تريستور و يك ديود استفاده كرد .

   

 

مشخصه بایاس معکوس تریستور:

 

مشخصه معكوس يعني حالتي كه كاتود ، مثبت است ، تا زماني كه ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شكست پيوند كنترل مركزي بيشتر نشود ، فقط جريان نشتي عبور خواهد كرد . ولتاژهاي شكست مستقيم و معكوس از نظر اندازه مساوي هستند . چون در حالت انسداد معكوس تقريباً همه ولتاژ روي پيوند P-N آنود ظاهر مي شود ، پيوند P-N كاتود در ولتاژي حدود10V‌مي شكند . هنگامي در جهت مستقيم شكست اتفاق مي افتد ،‌ جريان لايه مركزي P توسط الكترون هاي كاتود خنثي مي شود و قطعه مانند يك ديود در حال رسانايي عمل مي كند كه داراي دو پيوند با افت ولتاژ مستقيم دو برابر يك ديود است . براي اين كه تريستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقي بماند ،‌ جريان آنود بايد به سطح جريان تثبيت كننده برسد و از جريان نگهدارنده كمتر نشود .

معمولاً جريان تثبيت كننده دو برابر جريان نگهدارنده است ، اما هر دو جريان مقدار كمي دارند و كمتر از يك درصد مقدار نامي در بار كامل مي باشند  .

مشخصه باياس مستقيم تریستور:

در حالت باياس مستقيم ( هنگامي آنود مثبت است ) تريستور را مي توان با تزريق جريان به گيت نسبت به كاتود منفي به حالت روشن برد .  

انواع تریستورها در الکترونیک صنعتی:

1-Phase Control Thyristors (SCR)
2-Fast Switching Thyristors (SCR)
3-Gate Turn-off Thyristors (GTO)
4-Bidirectional Triode Thyristors (TRIAC)
5-Reverse Conducting Thyristors (RCT)
6-Static Induction Thyristors (SITH)
7-Light Activated Silicon Controlled Rectifiers (LASCR)
8-FET Controlled Thyristors (FET-CTH)
9-MOS Controlled Thyristors (MCT)

 

  1 – تریستورهای کنترل فاز(SCR):

تریستور (SCR)چيست؟

اين قطعه (تریستور)  به عنوان كليد به كار ميرود. كليدي كه حركت مكانيكي ندارد درنتيجه عمر آن طولاني تر است.

تريستور داراي سه پايه به نامهاي (آندa) (كاتدk) و (گيتg) ميباشد.

پايه هاي آند وكاتد در واقع دو سر يك كليد هستند و پايه ي گيت هم نقش شستي كليد را دارد كه با زدن آن جريان الكتريكي قطع و وصل مي شود.تريستور فقط از يك سو ميتواند جريان الكتريكي را هدايت كند. يعني آند هميشه بايد به طرف مثبت وكاتد به طرف منفي باشد.

بايد به اين نكته توجه كرد كه اگر تريستور در ولتاژ AC به كار برده شود فقط نيم سيكل را عبور ميدهد.اين قطعه در واقع كليدي است كه فقط در جريان DC دقيقآ مثل كليد معمولي عمل ميكند و در جريان هاي AC مثل كليد معمولي عمل نميكند.

 

اگر پايه ي گيت را با يك مقا ومت يك لحظه به پايه ي آند وصل كنيم تريستور مثل كليد بسته عمل ميكند (روشن مي شود) و بعد از جدا كردن پايه ي گيت از مقا ومتي كه طرف ديگر آن به آند خورده بود تريستور همچنان روشن خواهد ماند.

تريستور را در اين شرايط مي توان به صورت اتصال سري سه ديود در نظر گرفت كه مانع هدايت جريان در هر دو جهت مي شوند . مشخصه معكوس يعني حالتي كه كاتود ، مثبت است ، تا زماني كه ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شكست پيوند كنترل مركزي بيشتر نشود ، فقط جريان نشتي عبور خواهد كرد . ولتاژهاي شكست مستقيم و معكوس از نظر اندازه مساوي هستند . چون در حالت انسداد معكوس تقريباً همه ولتاژ روي پيوند P-N آنود ظاهر مي شود ، پيوند P-N كاتود در ولتاژي حدود10V‌مي شكند . هنگامي در جهت مستقيم شكست اتفاق مي افتد ،‌ جريان لايه مركزي P توسط الكترون هاي كاتود خنثي مي شود و قطعه مانند يك ديود در حال رسانايي عمل مي كند كه داراي دو پيوند با افت ولتاژ مستقيم دو برابر يك ديود است . براي اين كه تريستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقي بماند ،‌ جريان آنود بايد به سطح جريان تثبيت كننده برسد و از جريان نگهدارنده كمتر نشود . معمولاً جريان نگهدارنده است ،‌اما هر دو جريان نگهدارنده كمتر نشود . معمولاً جريان تثبيت كننده دو برابر جريان نگهدارنده است ، اما هر دو جريان مقدار كمي دارند و كمتر از يك درصد مقدار نامي در بار كامل مي باشند  .

این نوع تریستورها عموما درفرکانس خط کار میکنند و به وسیله کموتاسیون طبیعی خاموش می شوند.زمان خاموش شدن ،درمحدوده 50تا100 میکرو ثانیه می باشد . این تریستور بیشتر برای کلید زنی در سرعت های کم مناسب است . نام دیگر این تریستورها تریستور مبدل میباشد . از انجا که تریستور اصولا یک وسیله کنترل شده از جنس سیلیکون است ،این دسته ازر تریستورها با نام یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی نیز شناخته میشوند.  

 

2- تریستورهای کلید زنی سریع(SCR):

 

در اين نوع از تريستورها سرعت سوئيچ از 5 تا 50 ميكرو ثانيه است و كموتاسيون اجباري دارند.هرجايي كه نياز به سرعت بالا در قطع و وصل باشد مثل اينورترها و يكسوكننده هاي دو جهته ميتوان از آنها استفاده كرد . افت ولتاژ مستقیم تریستور در حالت روشن ، تقریبا تابع معکوسی از زمان خاموش شدن می باشد.این تریستور را تحت عنوان تریستور اینورتر نیز میشناسند .

- تریستور خاموش شونده با گیت (Gate-turn-off tryristor)

تريستور معمولي كه بررسي شد ، در سال هاي اخير تكامل يافته و امروزه دو قطعه جديد از خانواده تريستورها يعني تريستور نا متقارن و تريستور خاموش شونده با گيت در دسترس مي باشد .

تريستور معمولي داراي دو پيوند P-N است كه مي تواند ولتاژ زياد را در يك جهت يا جهت مقابل ، سد نمايد . اين نكته لازمه اساسي براي كاربرد در مدارهاي يكسو ساز است . البته در مدارهاي متناوب ساز به قابليت سد كردن معكوس نيازي نيست ، نيز استفاده مي شوند .

براي كاهش زمان بازيابي حالت سد كردن تريستور پس از خاموش شدن ، سيليكون مي تواند نازكتر ساخته شود ، اما در اين صورت قابليت سد كردن ولتاژ معكوس آن از بين مي رود . اين قطعه را با نام تريستور نا متقارن مي شناسد . در مدارهاي متناوب ساز يك ديود بصورت موازي با تريستور متصل
مي شود بنابراين از دست رفتن توانايي سد كردن ولتاژ معكوس اهميتي ندارد ، اما زمان كليدزني در قياس با چند ده ميكرو ثانيه در مورد تريستور معمولي به چند ميكرو ثانيه كاهش مي يابد .

تریستور معمولی را فقط می توان با صفر کردن جریان آنود خاموش کرد اما تریستور خاموش شونده با گیت همان طور که نامش پیداست ، با حذف جریان گیت خاموش می شود و مانند تریستور معمولی با تزریق جریان به گیت روشن می شود نماد مداری تریستور خاموش شونده با گیت ، گسترشی از نماد تریستور معمولی است که نقش دو گانه پایه گیت در آن به نمایش در آمده است .

 

در تریستور خاموش شونده با گیت ، هنگامی که جریان گیت وجود ندارد ، مانند تریستور معمولی پیوند p  - N مرکزی در مقابل ولتاژ مثبت آنود نسبت به کاتود مقاومت می کند اما مثل تریستور نامتقارن با ولتاژ معکوس کم با کاتود مثبت دچار شکست می شود . GTO های سد کننده ولتاژ معکوس نیز در دسترس هستند اما این ویژگی به قیمت از دست دادن مقادیر نامی دیگر تمام می شود. مثالی از کاربرد آن ها ، بار تشدیدی است . در یک بار تشدیدی ، GTO مانند تریستور معمولی اما با سرعت خاموشی بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرد .

شرایط روشن شدن تریستور خاموش شونده با گیت مانند تریستور معمولی است اما بعلت تفاوت ساختمان ، جریان تثبت کننده آن بیشتر است . حالت یک در میان گیت منجر به رسانایی سریع در سیلیکون می شود ، اما لازم است که جریان گیت مدت طولانی تری در سطح بالا نگه داشته شود تا عمل تثبت بطور اطمینان بخش انجام شود . برای پایین نگه داشتن افت ولتاژ آنود – کاتود هنگام رسانایی ، کمینه کردن جریان گیت مفید است . در غیر ایصورت  و لتاژ حالت روشن و در نتیجه

تلفات رسانایی کمی بیشتر از حد معمول است . بعلت سازوکار داخلی تکثیر حامل ها که خود نگهدار است و جریان آنود را در سطحی بالاتر از جریان تثبت کننده نگه می دارد ، تریستور پس از قطع جریان گیت در حالت روشن باقی می ماند . در تریستور خاموش شونده با گیت امکان متوقف کردن تکثیر حامل ها با برداشتن حفره ها از ناحیه P وجود دارد . این کار باعث می شود که ناحیه رسانایی به طرف نتاط آند N
در زیر ناحیه ای که الکترود کاتود در دورترین فاصله از الکترود گیت قرار دارد فشرده شود ، تا این که تمام مسیرهای رسانایی قطع شوند . هنگامی که جریان کاتود قطع شد ، جریان گیت – آنود برای مدت کوتاهی برقرار می شود تا قطعه حالت انسداد خود را به دست آورد . میزان جریان لازم گیت برای خاموش شدن در حدود یک پنجم تا یک سوم جریان آنود است که به مقدار چشمگیری بیشتر از جریان روشن شدن است . زمان قطع در مقایسه با سایر تریستور ها کوتاه تر است .

هنگام روشن شدن ، جریانی به گیت تزریق می شود و هنگام خاموش شدن ، یک ولتاژ منفی در حدود 10V – روی گیت – کاتود می افتد که باعث حذف جریان گیت می شود . این ولتاژ باید کمتر از ولتاژ شکست معکوس گیت – کاتود باشد و در ضمن به اندازه ای باشد که بار لازم برای خاموش شدن را بیرون بکشد . خاموش شدن قطعه از نظر فیزیکی پیچیده است ، اما اساس کار بر خارج کردن سریع بارها به وسیله یک جریان گیت بالا ، نزدیک به جریان آنود ، استوار است . این جریان در زمانی کمتر از یک میکرو ثانیه برقرار می شود . برای محدود کردن آهنگ افزایش ولتاژ آنود هنگام خاموش شدن یک خازن اسنابر با تریستور موازی می شود .  

 

4- تریستورهای دوجهته یا تریاک(TRIAC):

 

 

تریاک وسیله ای است که میتواند در هر دوجهت هدایت کند وغالبا در کنترل فاز ac استفاده می شود . هر تریاک را میتوان همانطور که در شکل زیر نمایش داده شده به صورت اتصال موازی – معکوس دو SCRکه دارای گیت مشترک هستند ،در نظر گرفت. از انجایی که تریاک یک وسیله دوجهته است ، پایه های ان نامی تحت عنوان کاتد یا آند ندارنداگر ترمینال MT2نسبت به ترمینال MT1مثبت باشد ، می توان با اعمال سیگنال مثبت به گیت بین پایه های گیت Gوتر مینالMT1 تریاک را روشن نمود . برای رو شن کردن تریاک نیاز نیست که دوسیگنال مثبت و منفی برای گیت داشته باشیم و وجود یک سیگنال مثبت یا منفی کفایت میکند .

5-  تریستورها هدایت معکوس(RCT):

 

در بسیاری از مدارهای چاپر و اینورتر یک دیود بصورت موازی ومعکوس به یک تریستور متصل میشود تا نیاز خاموشی مدار کوتاسیون را بهبود بخشیده وامکان برقراری جریام معکوس ناشی از بار سلفی را فراهم کند . دیود ، سطح ولتاژ ممانعت کننده معکوس تریستور را به یک تا دو ولت زیر مقدار حالت پایدار می اورد . گرچه در شرایط گذرا ممکن است ولتاژ معکوس به خاطر ولتاژ القا شده در اندوکتانس پراکندگی مدار در قطعه به30 ولت برسد .

RCTقطعه ای است که مشخصه های عنصر را با نیاز مدار تطبق می دهد ومیتوان انرا همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، مشابه یک تریستور با یک دیود موازی معکوس در داخل ان در نظر گرفت . RCTتریستور نا متقارن نیز نامیده میشود . ولتاژ ممانعت کننده مستقیم بین 400 تا 2000 ولت تغییر کرده وجریان میتواند تا 500 آمپر افزایش یابد .مقدار ولتاژ ممانعت کننده معکوس معمولا بین 30 تا 40 ولت است . از انجایی که نسبت جریان مستقیم گذرنده از تریستور به جریان معکوس دیود برای یک قطعه مقدار ثابتی است،کاربردهای انها به طراحی مدار های خاص محدود میشود .  

 

6-  تریستورهای القا  استاتیک:

 

اين المان جديد كه SITH نام دارد با اعمال يك پالس مثبت به گيتش روشن شده و با اعمال يك پالس مثبت به گيتش خاموش ميشود.
سرعت اين المان در حد 1 تا 5 ميكرو ثانيه است كه از بقيه انواع تريستورها سريعتر است.همچنين داراي dv/dt‌و di/dt قابل توجهي است.
7-یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی فعال شونده با نور

این تریستور با تابش مستقیم نور به تراشه سیلیکونی روشن میشود . زوجهای حفره الکترونی که در اثر تابش نور ایجاد شده اند ، تحت تاثیر میدان الکتریکی جریان تریگر را تولید می کنند . ساختمان گیت طوری طراحی شده که به حد کافی گیت حساس باشد تا توسط منابع نور عملی تریگر شود .

LASCR ها در کاربردهای جریان و ولتاژ بالا مورد استفاده قرار میگیرد . برخی از این کاربردها عبارتند از : خط انتقال ولتاژ بالا وتصحیح توان راکتیو استاتیک در LASCRمیان منبع نوری محرک وقطعه کلید زنی مبدل توان ،ایزولاسیون کامل الکتریکی وجود دارد . ولتاژ نامی این تریستورها میتواند تا4کیلو ولت در 1500آمپر در شرایطی که توان منبع تریگر نوری کمتر از 100میلی وات باشد ،بالا رود . 

 

 8- تریستورهای کنترل شوندهFET:

 

یک عنصرFET – CTH از ترکیب موازی یک MOSFETویک تریستور همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ،پدید می اید. اگر ولتاژ کافی به گیت MOSFETاعمال شود (معمولا3ولت)یک جریان تحریک بطور داخلی برای تریستور تولید می شود . این عنصر سرعت کلید زنی  di/dtوdv/dt بالایی دارد .این عنصر می تواند مانند تریستورهای معمولی روشن گردد ، اما نمی توان آن را با کنترل گیت خاموش کرد . کاربردهای این وسیله در مواردی است که باید از آتش کردن به وسیلع نور استفاده شود تا عایق سازی الکتریکی بین ورودی یا سیگنال کنترل وعنصر کلید زنی مبدل قدرت فراهم گردد

 

 

 

9- تریستور کنترل شونده MOS:

تریستور کنترل شونده MOS (MCT) خواص تریستور چهار لایه نوزا ویک ساختار گیت MOS راترکیب می کند . شمای یک MCT در شکل زیر  نشان داده شده است . ساختار NPNPرا می توان بایک ترانزیستور NPN،Q1 ویک ترانزیستورPNP،Q2نمایش داد . ساختار گیت MOSرا میتوان با یک MOSFETکانال P،M1  ویک MOSFET کانال n، M2 نمایش داد .

 

مشخصات خوب اين المان عبارتند از:
سرعت سوئيچ بالا،تلفات توان كم،مقدار افت ولتاژ كم در حين هدايت و امپدانس ورودي بالااست .

 

 

خاموش كردن تريستور:

اگر پايه ي گيت منفي شود تريستور خاموش مي شود. براي اين كار ميتوانيم يك پالس منفي به آن بدهيم. اگر پايه ي گيت را با يك مقا ومت به پايه ي كاتد وصل كنيم تريستور خاموش خواهد شد. در ضمن تريستور حداقل جرياني دارد و اگر جريان از آن حداقل كمتر شود آنگاه نيز تريستور خاموش ميشود.

پس اگر تريستور را با دادن پالس مثبت به گيت آن روشن كرديم و سپس پايه ي گيت را جدا كرديم (به هيچ جا وصل نبود) تا زماني كه گيت را منفي نكرديم يا جريان عبوري از

تريستور (آند_ كاتد تريستور) از حداقل كمتر نشده تريستور خاموش نميشود.

هشدار:

1- هيچگاه نبايد ولتاژي كه تريستور در آن كار ميكند بيش از ولتاژ تعريف شده ي( آند- كاتد) باشد.

2- نبايد بيش از جريان تعريف شده ي تريستور از آن جريان عبور داد.

3- جريان گيت نبايد از حد مجاز بيشتر شود.

تشخیص پایه های تریستور

گیت به کاتد در گرایش مستقیم راه می دهد . ودر گرایش معکوس راه نمی دهد و در حالت معمولی آند به کاتد راه نمی دهد . از همین روش برای تشخیص پایه های آن می توان استنفاده کرد .
یعنی دنبال پایه ای می گردیم که مانند یک دیود در حالت گرایش مستقیم عمل کند . در این حالت ترمینال قرمز مولتی متر کاتد و ترمینال مشکی G را نشان می دهد . و پایه باقیمانده آند است .

 

 

 

 

تريستورخاموش شونده باگيت:

 (Gate-turn-off tryristor)

تريستور معمولي كه بررسي شد ، در سال هاي اخير تكامل يافته و امروزه دو قطعه جديد از خانواده تريستورها يعني تريستور نا متقارن و تريستور خاموش شونده با گيت در دسترس مي باشد .

تريستور معمولي داراي دو پيوند P-N است كه مي تواند ولتاژ زياد را در يك جهت يا جهت مقابل ، سد نمايد . اين نكته لازمه اساسي براي كاربرد در مدارهاي يكسو ساز است . البته در مدارهاي متناوب ساز به قابليت سد كردن معكوس نيازي نيست ، نيز استفاده مي شوند .

براي كاهش زمان بازيابي حالت سد كردن تريستور پس از خاموش شدن ، سيليكون مي تواند نازكتر ساخته شود ، اما در اين صورت قابليت سد كردن ولتاژ معكوس آن از بين مي رود . اين قطعه را با نام تريستور نا متقارن مي شناسد . در مدارهاي متناوب ساز يك ديود بصورت موازي با تريستور متصل
مي شود بنابراين از دست رفتن توانايي سد كردن ولتاژ معكوس اهميتي ندارد ، اما زمان كليدزني در قياس با چند ده ميكرو ثانيه در مورد تريستور معمولي به چند ميكرو ثانيه كاهش مي يابد .

تریستور معمولی را فقط می توان با صفر کردن جریان آنود خاموش کرد اما تریستور خاموش شونده با گیت همان طور که نامش پیداست ، با حذف جریان گیت خاموش می شود و مانند تریستور معمولی با تزریق جریان به گیت روشن می شود . ساختار پیچیده تر تریستور خاموش شونده با گیت نسبت تریستور معمولی نماد مداری تریستور خاموش شونده با گیت ، گسترشی از نماد تریستور معمولی است که نقش دو گانه پایه گیت در آن به نمایش در آمده است در ناحیه آنود تریستور خاموش شونده با گیت در لایه P نقاط N با ناخالصی زیاد وجود دارد که علامت + بیانگر این نکته است . ساختار گیت – کاتود بصورت یک در میان است یعنی هر الکترود از تعداد زیادی کانال های نزدیک به هم تشکیل شده است .

در تریستور خاموش شونده با گیت ، هنگامی که جریان گیت وجود ندارد ، مانند تریستور معمولی پیوند p  - N مرکزی در مقابل ولتاژ مثبت آنود نسبت به کاتود مقاومت می کند اما مثل تریستور نامتقارن با ولتاژ معکوس کم با کاتود مثبت دچار شکست می شود . GTO های سد کننده ولتاژ معکوس نیز در دسترس هستند اما این ویژگی به قیمت از دست دادن مقادیر نامی دیگر تمام می شود . مثالی از کاربرد آن ها ، بار تشدیدی است . در یک بار تشدیدی ، GTO مانند تریستور معمولی اما با سرعت خاموشی بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرد .

شرایط روشن شدن تریستور خاموش شونده با گیت مانند تریستور معمولی است اما بعلت تفاوت ساختمان ، جریان تثبت کننده آن بیشتر است . حالت یک در میان گیت منجر به رسانایی سریع در سیلیکون می شود ، اما لازم است که جریان گیت مدت طولانی تری در سطح بالا نگه داشته شود تا عمل تثبت بطور اطمینان بخش انجام شود . برای پایین نگه داشتن افت ولتاژ آنود – کاتود هنگام رسانایی ، کمینه کردن جریان گیت مفید است . در غیر این صورت ولتاژ حالت روشن و در نتیجه تلفات

رسانایی کمی بیشتر از حد معمول است . بعلت سازوکار داخلی تکثیر حامل ها که خود نگهدار است و جریان آنود را در سطحی بالاتر از جریان تثبت کننده نگه می دارد ، تریستور پس از قطع جریان گیت در حالت روشن باقی می ماند . در تریستور خاموش شونده با گیت امکان متوقف کردن تکثیر حامل ها با برداشتن حفره ها از ناحیه P وجود دارد . این کار باعث می شود که ناحیه رسانایی بطرف نقاط آنود N
در زیر ناحیه ای که الکترود کاتود در دورترین فاصله از الکترود گیت قرار دارد فشرده شود ، تا این که تمام مسیرهای رسانایی قطع شوند . هنگامی که جریان کاتود قطع شد ، جریان گیت – آنود برای مدت کوتاهی برقرار می شود تا قطعه حالت انسداد خود را به دست آورد . میزان جریان لازم گیت برای خاموش شدن در حدود یک پنجم تا یک سوم جریان آنود است که به مقدار چشمگیری بیشتر از جریان روشن شدن است . زمان قطع در مقایسه با سایر تریستور ها کوتاه تر است .

خلاصه ای از لازمه های مدار گیت تریستور خاموش شونده با گیت .هنگام روشن شدن ، جریانی به گیت تزریق می شود و هنگام خاموش شدن ، یک ولتاژ منفی در حدود 10V – روی گیت – کاتود می افتد که باعث حذف جریان گیت می شود . این ولتاژ باید کمتر از ولتاژ شکست معکوس گیت – کاتود باشد و در ضمن به اندازه ای باشد که بار لازم برای خاموش شدن را بیرون بکشد . خاموش شدن قطعه از نظر فیزیکی پیچیده است ، اما اساس کار بر خارج کردن سریع بارها به وسیله یک جریان گیت بالا ، نزدیک به جریان آنود ، استوار است . این جریان در زمانی کمتر از یک میکرو ثانیه برقرار می شود . برای محدود کردن آهنگ افزایش ولتاژ آنود هنگام خاموش شدن یک خازن اسنابر با تریستور موازی می شود .

یک مدار ساده کنترل گیت با اعمال جریان مثبت به بیس ترانزیستور T1 برقراری جریان در گیت از طریق R1  و C1  را با مقدار اولیه ای که توسط R1 تنظیم می شود ، امکان پذیر می کند . دیود زنر D1  هنگام رسیدن به ولتاژ رسانا می شود بنابراین بار روی C1  در سطح (مثلا) 12V باقی می ماند و عبور جریان پیوسته کوچکی از منبع 10V به گیت که در شرایط ایده آل لازم است ، ممکن می شود. معکوس کردن جریان باعث روشن شدن T2 و خاموش شدن T1 می شود. هنگامی که T2  روشن است ، خازن C1  از طریق T2  تخلیه شده ، جریان گیت حذف و تریستور خاموش می شود . خازن C2  که با تریستور موازی است   ولتاژ آنود – کاتود رامحدود می کند .

 

کموتاسیون با تریستور:

تریستور معمولا با اعمال یک پالس به  گیت  روشن می شود.

هنگامی که تریستور  در وضعیت هدایت قرار می گیردافت ولتاژ ان کوچک  و بین 0.25 تا V 2 می با شد.اما در اکثر ماقع از ان صرف نظر می شود. هنگامی که تریستور روشن شد و شرایط خروجی مورد نظر برقرار گشت معمولا لازم  که انرا خاموش کنیم . خاموش کردن به این معنی است که هدایت مستقیم تریستور متوقف شود و تکرار یک ولتاژ   در سر آند , بدون اعمال سیگنال گیت موجب عبور جریان نخواهد شد . کموتاسیون , فرایند خاموش کردن تریستور بوده و معمولا موجب انتقال جریان  قسمت  از مدار می شود.

در یک مدار کموتاسین  خاموش کردن  معمولا  المانهای اضافی استفاده می شود. با پیشرفت در امر ساخت تریستورها –مدارهای کموتاسیون متعددی ساخته شده و هدف از ساخت همه انها  خاموش کردن راحت تریستورهاست.

تکنیکهای چندی برای خاموش کردن تریستور وجود دارد :لیکن 2 دسته بزرگ می توان جایی داد.

 

1-کموتاسیون طبیعی

2- کموتاسیون اجباری

 

کموتاسیون طبیعی:

اگر ولتاژ منبع یا ورودی AC  باشد جریان تریستور از یک صفر طبیعی می گذرد و یک ولتاژ معکوس در دو سر تریستور ظاهر می گردد ,لذا این وسیله بدلیل رفتار طبیعی ولتاژ منبع   طور خودکار خاموش میگردد . این مساله به نام کموتاسیون طبیعی یا کموتاسیون خط معروفست .

در عمل تریتور به طور همزمان با عبور ولتاژورودی مثبت از هر سیکل اتش می شود تا کنترل پیوسته آتش عملی گردد.این نوع کموتاسین در کنترل کننده های ولتاژ AC  یکسو کننده ها با فاز کنترل شده و سیکلو کانورتر ها کارمی رود .

زاویه تاخیر اتش ((a: عبارتست از زاویه بین عبور از   ولتاژ ورودی ولحظه ای که تریستور اتش  می شود.

کموتاسیون اجباری:

در برخی مدارات تریستوری ولتاژ ورودی DC می باشدوجریان مستقیم تریستور توسط  یک مدار اضافی که مدار کموتاسیون خوانده می شود به صفر کشانده می شود تا تریستور خاموش  شود.این تکنیک کموتاسیون اجباری خوانده شده و معمولا ئر کنورتر های dc-ac (اینورتر ها) و (چاپرها) بکار  می شود.

کموتاسیون اجباری یک تریستور توسط هفت روش طبق دسته بندی زیر قابل حصول است.

1-  کموتاسیون خودی

2-  کموتاسیون ضربه

3-  کموتاسیون با پالس تشدیدی

4-  کموتاسیون تکمیلی(مکمل)

5-  کموتاسیون با پالس خارجی

6-  کموتاسیون طرف بار

7-  کموتاسیون طرف خط 

   قطع تریستور:

تریستور که در حالت وصل باشد با کاهش جریان مستقیم به زیر سطح جریان نگهدارنده I h خاموش می شود.تکنیکهای مختلفی برای خاموش کردن یک تریستور وجود دارد .در تمام تکنیک های کموتاسیون جریان اند برای مدت زمانی که به حد کافی طولانی محسوب می شود درزیر جریان نگهدارنده ثابت نگهداشته می شود تا کلیه حاملین اضافی در هر چهار لایه رانده شده یا باهم مجددا ترکیب شوند.

به دلیل وجود پیوند  خارجیJ1,J3)pn )مشخصه های قطع مشابه مشخصه های قطع یک دیود بوده و زمان باز سازی معکوس T rrوجریان پیک باز سازی معکوس I RR از خود نشان می دهند.

پس از اینکه جریان مستقیم از مقدار صفر عبور کرد یک ولتاژ معکوسدر دو سر تریستور قرار خواهد گرفت.این ولتاژ معکوس با جاروب کردن حاملین اضافی ازپیوندهای J1,J3 عمل خاموش کردن را سرعت می بخشد. برای محاسبه Trr,I RR

می توانیم از معادلات استفاده کنیم. 

  پیوند pn داخلی J2 برای ترکیب مجدد حاملین اضافی به زمانی احتیاج دارد که به زمان ترکیب مجدد T r  معروف است. یک ولتاژ معکوس منفی این زمان ترکیب مجدد را کاهش خوا داد. T r اندازه ولتاژ معکوس بستگی دارد.

زمان قطع Tq مساوی مجموع زمان بازسازی معکوس Trr وزمان ترکیب مجدد Tr است.در پایان عمل قطع یک لایه تخلیه شده در دو سر پیوند J2 ظاهر می شودو تریستور مجددا توانایی تحمل ولتاژ مستقیم را پیدا می کند. در تمام تکنیک های کموتاسیون در مدت عمل قطع یک ولتاژ معکوس به دو سر تریستور اعمال می گردد

 

نحوه راه اندازی مدار اصلی :

لحظه کلید زنی :وقتی کلیدS1 را می زنیم بدلیل نبود  پالس آتش تریستور TH 1 خاموش می باشد به هنگام وصل شاسی B 1 ولتاژ 12 ولت از مقاومت 120 اهم و

 L 1ترانس پالس (مدار فرمان ) عبور کرده و تا V   دیود مدار جریان داشته و ترانس پالس , پالس آتش را به وسیله 1N4001 به تریستور TH1 میدهد. در هنگام  مدار ابتدا خازن  1 به اندازه Vm شارژ شده سپس لامپ مدار پس از قطع خازن روشن گشته و از طریق مسیر L 2 و TH 1 مدار کار می کند پس از وصل لحظه ای TH2  مدار کموتاسیون ما به صورت لحظه ای یک جریان از L2 ,L1 و TH1 عبور کرده و خازن شروع به دشارژ می کند و به علت به وجود امدن رزونانس شدید در مدار مدار قطع گشته و هر دو تریستور از مدار خارج می شود .

از ایراداتاین است که فقط یکبار می توان مدار را روشن و خاموش کرد.و پس از ان باید کلید S1 را قطع نمود و دوباره وصل کرد تا مدار به حالت اولیه خود باز گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

دو نمونه مدار شامل تریستور:

 

 

ALARM CIRCUIT

The circuit below is an alarm circuit and it incorporates a thyristor.When the house holder leaves he/she turns on the master power switch and the exit switch. If an intruder steps on the pressure pad the alarm sounds and ‘latches’ on (stays on) because of the thyristor.

 

V. Ryan © 2002 - 2009

 

مرجع :

1-  الکترونیک قدرت – تالیف:دکتر علی مطلبی و مهندس مهرزاد  ازقندی

2-  الکترونیک قدرت –تالیف:پروفسورمحمد ه. رشید

 

+ نوشته شده توسط محمد - مهندس الکترونیک در سه شنبه بیست و چهارم شهریور 1388 و ساعت 10:41 قبل از ظهر |


Powered By
BLOGFA.COM