دانلود تحقیق تریستور و ساختمان آن

SCR: عناصری هستند که برای کلید زنی توان بالا از آنها استفاده می‌شود.

مهمترین عنصر SCR تریستور می‌باشد لذا اکثر مواقع نام SCR مترادف با تریستور (Thyristur) می‌باشد.

که می‌تواند بعنوان کلید دو جهته همانند دیود از حالت قطع بحالت هدایت برود.

ساختمان تریستور:

تریستور یک المان نیمه هادی چهار لایه با ساختمان PNPN  و سه پیوندPN است.

که سه ترمینال آند، کاتد و گیت دارد.

شکل زیر برش تریستور و علامت مداری آن را نشان می‌دهد.

) اگر  (با یاس معکوس) دیودهای D1 و D3 در بایاس معکوس بوده و لذا تریستور بمانند یک دیود در بایاس معکوس عمل کرده و تا حد ولتاز شکست بهنی جریان نشتی ناچیزی در جهت آند به کاتد جاری می‌گردد.

2) در حالتی که  ، دیود D2 در بایاس معکوس بوده و دیودهای D1  و D3 در بایاس مستقیم قرار دارند.

با افزایش ولتاژ تا حد ولتاژ VBO که ولتاژ شکست مستقیم نام دارد، شکست بهمنی اتفاق می‌افتد، با وقوع شکست بهمنی در دیود D2 لایه P توسط الکترونهایی که از کاتد می‌آیند خنثی شده و تریستور همانند یک دیود در حال هدایت عمل می‌کند.

جریان آند باید از یک مقدار مشخص به نام جریان تثبیت کننده IL بیشتر باشد تا تریستور به هدایت خود ادامه دهد.

در غیر این صورت با کاهش ولتاژ VAK، تریستور به حالت قطع خواهد رفت.

3) بعد از روشن شدن تریستور و هدایت، جریان در تریستور تا زمانی که جریان آند از مقدار IH (جریان نگهدارنده) کمتر نشده ادامه خواهد یافت.

4) اگر چه تریستور را می‌توان با بیشتر کردن VAK از VBO روشن کرده لیکن چنین کاری تخریب کننده است.

در عمل با**** VAK از VBO  با اعمال یک ولتاژ مستقیم بین گیت و کاتد (تزریق جریان از طریق گیت) تریستور را روشن می‌نماید.

با توجه به توضیحات فوق منحنی مشخصه V-i تریستور به صورت بالا خواهد بود.

افزایش بیشتر جریان گیت باعث کاهش بیشتر ولتاژ شکست مستقیم شده تا جائیکه تریستور بصورت یک دیود معمولی در آید.

با عبور جریان گیت (از 100 تا 150 میلی آمپر با ولتاژ VAK ، 1 تا 10 ولت) SCR بحالت وصل میرود لذا SCR یکسو کننده است که عبور جریان آن کنترل شده است یعنی  

حالت وصل (هدایت ) تریستور:

گفتیم که تریستور را می‌توان با افزایش جریان آند روشن کرد که انجام این کار به یکی از طرق زیر قابل انجام است:

گرمایی:‌ اگر دمای یک ترانزیستور بالا باشد تعداد زوج الکترون و حفره در پیوندها افزایش یافته در نتیجه جریان نشتی زیاد گشته، موجب روشن شدن تریستور می‌گردند.

این نوع روشن شدن موجب اتلاف حرارتی می‌گردد و از آن پرهیز می‌گردد.

نور: اگر بطرقی نور به پیوندهای یک تریستور بتابد تعداد زوج الکترون **‌بیشتر شده و تریستور وصل می‌شود.

ولتاژ بالا: اگر ولتاژ VAK بزرگتر از ولتاژ شکست مستقیم VBO باشد جریان نشتی گذرنده برای شروع هدایت تریستور کافی خواهد بود.

این نوع هدایت کردن مخرب بوده و لذا از آن دوری می‌گردد.

 زیاد : اگر سرعت افزایش ولتاژ آند- کاتد زیاد باشد، جریان شارژ کننده پیوندهای خازنی لایه‌ها ممکن است برای روشن تریستور کافی باشد.

جریان شارژ کننده بزرگ ممکن است به تریستور صدمه بزند.

از اینرو، تریستور باید در مقابل   بزرگ محافظت گردد.

جریان گیت: که معمولترین روش هدایت کردن تریستور است.

اگر تریستور در بایاس مستقیم باشد، تزریق جریان گیت از طریق اعمال ولتاژ مثبت گیت بین ترمینالهای گیت و کاتد موجب روشن شدن تریستور می‌گردد، شکل زیر جریان آند را پس از اعمال سیگنال گیت نشان می دهد.

بین اعمال سیگنال گیت و هدایت تریستور یک تأخیر زمانی وجود دارد که به نام زمان وصل ton معروف است.

ton   مجموع td و tr است که در روی شکل مشخص شده‌اند.

t3 را زمان صعود ، td را زمان تأخی می‌نامند.

ton = tr + td (زمان وصل تریستور)

tr: مدت زمانیکه طول می‌کشد تا جریان آند تریستور از 10% مقدار نهایی به 90%‌مقدار نهایی برسد.

td: فاصله زمانی بین برقراری 10% جریان گیت (IG 1/0 ) و 10% جریان حالتِ‌ وصل (It 1/0 ) می‌باشد.

نکات لازم در طراحی مدارهای تحریک (کنترل )گیت:

سیگنال گیت پس از روشن شدن تریستور قابل حذف است.

سیگنال فرمان به گیت، تلف توان در پیوند گیت را افزایش می‌دهد.

وقتی که تریستور در بایاس معکوس باشد، سیگنال گیت نباید وجود داشته باشد زیرا بدلیل افزایش جریان نشتی ممکن است صدمه ببیند.

عرض پالس گیت tG باید بیشتر از زمان لازم برای افزایش جریان نگهدارنده باشد در عمل عرض پالس گست tG را معمولاً بیشتر از ‌ton انتخاب می‌کنند.

مدارهای فرمان تریستور برای روشن‌کردن تریستور ولتاژ مثبتب در حدود 1-10 ولت به گیت آن نسبت به کاتد اعمال می‌شود تا این ولتاژ بتواند به نوبه خود جریان 100 تا 150 میلی‌آمپر در گیت ـ کاتد تزریق نماید.

مشخصات VG, IG اط رف سازنده در کاتالوگ تریستور داده می‌شود که در آن IG, VG دارای مینیممی هستند که در کمتر از این مقادیر، دیگر تریستور هدایت نمی‌کند و همچنین دارای ماکزیمم مقدرای هستند که بیشتر از آن باعث خرابی تریستور می‌گردد.

تریستور هدایت می‌کند: 1 100Ma مدار فرمان گیت تریستور بسته به ولتاژی است که تریستور در آن استفاده می‌شود.

و به دو حالت زیر می‌تواند باشد: ولتاژ متناوب: اگر تریستور با یک ولتاژ متناوب تغذیه شود، هربار که ولتاژ متناوب از صفر بگذرد، تریستور هدایت خود را قطع می‌نماید و برای شروع مجدد هدایت تریستور باید مدار فرمان مجدداً عمل نماید.

ولتاژ مستقیم: وقتی تریستور با یک ولتاژ مستقیم تغذیه می‌شود، چنانچه یک مرتبه مدار فرمان عمل نماید، تریستور هدایت خود را شروع کرده و دیگر هدایت آن قطع نمی‌شود.

لذا برای قطع آن بایستی از یک مدار قطع‌کننده جریان استفاده نمود یا اینکه منبع تغذیه را قطع کرد.

بدلیل سادگی مدار فرمان مستقیم ابتدا ان را بررسی می‌کنیم: اصول کار این مدار فرمان مطابق شکل بالا است.

در این شکل پس از بسته شدن کلید S که می‌تواند یک رله یا ترانزیستور باشد، جریان IG که بوسیله مقاومت RG محدود می‌گردد، در گیت تزریق شده و سبب هدایت تریستور می‌گردد.

این مدار دو اشکال عمده دارد: پس از بسته شده کلید جریان IG بطور دائم از لایه گیت ـ کاتد می‌گذرد و باعث تلفات اضافی می‌گردد.

بوسیله آن نمی‌توان زاویه آتش شدن تریستور به مبداء موج را سینوسی تغذیه‌کننده‌ آن کنترل نمود.

مدار فرمان بوسیله ولتاژ متناوب این نوع مدار که در شکل زیر دیده می‌شود، نسبت به مدارهای فرمان ولتاژ مستقیم دارای مزایای زیر است: مدار فرمان تنها نیم‌پریود هدایت می‌کند و در نتیجه تلفات اضافی در لایه گیت ـ کاتد تقریباً نصف می‌شود.

می‌توان ولتاژ واردشده به گیت ترانزیستوز را نسبات به ولتاژ آند ـ کاتد تغییر فاز داده و بدین‌ترتیب زوایه آتش تریستور به دلخواه انتخاب نمود.

دیود D به یکی از اشکال فوق جهت حذف نمودن نیم سیکل منفی بکار می‌رود و مقاومت R محدودکننده جریان گیت می‌باشد.

شکیل زیر، نمونه دیگر فرمان با ولتاژ متناوب را نشان می‌دهد که در این مدار با تغییر پتانسیومتر R، زاویه آتش را می‌توان تغییر داد.

در این مدار زوایه آتش هیچگاه بیشتر از ْ90 نمی‌شود و از این مدار بیشتر در مواقعی که بخواهند از تریستور به عنوان رله استفاده کنند، استفاده می‌شود.

VGK(ON): مقدار ولتاژی است که باید در دوپایه G,K تریستور قرار گیرد تا تریستور آتش گردد و چون دارای مقدار ثابتی است، لذا با تغییر پتانسیومتر R طبق رابطه (1) می‌توان دامنه VR2 دیرتر یا زودتر با آن رساند.

مدار تغییردهنده فاز یک روش دیگر برای تنظیم زاویه آتش، این است که ولتاژ گیت ـ کاتد را نسبت به ولتاژ آند ـ کاتد اختلاف فاز دهیم.

برای این کار از یک مدار تغییردهنده فاز، مطابق شکل زیر که از یک ترانسفورماتور با سر وسط و یک R-C تشکیل شده است، استفاده می‌کنند.

می‌خواهیم ثابت کنیم که VOD از نظر دامن همیشه مقدار ثابتی داشته و نسبت به ولتاژ AB یا VAB به اندازه φ تغییر فاز دارد.

در واقع در یک مدار با کاربرد تریستور ولتاژ AB موازی با ولتاژ ترانس اصلی مدار تغذیه بوده و ولتاژ OD را به GK اعمال می‌کنیم.

VAB=VAD+VDB VDO=VAO-VAD با رسم دیاگرام برداری VDB, VAD, VAB مطابق شکل ملاحظه می‌کنیم که نقطه R در روی محیط دایره‌ای به شعاع ثابت VOD تغییر میکان می‌دهد.

زیرا: در یک مدار RC جریان مدار نسبت به ولتاژ آن پیش فاز است و VC=XC.I بر مسیر I عمود بوده و VR=I.R در جهت I رسم می‌گردد.

Φ زاویه خارجی مثلث AOD است، زیرا: لذا با مدار تغییردهنده فاز می‌توان از نظر تئوری φ یا زاویه آتش تریستور را 0 تا 180 درجه تغییر داد.

مثال: در شکرل زیر با فرض اینکه R طوری تغییر داده شود که زاویه اختلاف فاز یا φ برابر 45 درجه باشد، مطلوب است رسم ولتاژ دو سر بار و Vin, VGK, VSCR؟

با رسم ولتاژ OD و با داشتن VGK(ON) محل تلاقی منحنی VGK با VGK(ON) زاویه آتش تریستور بدست می‌آید.

اختلاف VGK با VOD یکسو شده آن با دیود D1 می‌باشد.

قبل از آتش شدن تریستور و مثل کلید باز عمل کرده و تمام ولتاژ ورودی بر روی آن می‌افتد.

ولی به محض آتش شدن تریستور ولتاژ با فرض [VSCR=0] در دو سر RL ظاهر می‌گردد.

در VIN,WT=π ولتاژ دوسر تریستور صفر شده و تریستور خاموش می‌گردد و در نیم‌سیکل منفی تریستور قابل تریگر نبوده و بار دوم، در WT=360+α امکان آتش برای تریستور وجود دارد و آتش می‌شود.

اشکال مدار فرمان متناوب نسبت به مدار فرمان پالس مدار فرمان با ولتاژ متناوب دارای دقت خوبی نبوده و ضمناً تلفات اضافی درلایه گیت ـ کاتد تریستور را ایجاد می‌کند و در عمل به ندرت در قدرت‌های کم استفاده می‌گردد.