تریستور- یکسوساز کنترل شده سیلیکونی – کاربردها

فهرست محتوا

• تریستور چیست؟
• ساختار تریستور (SCR)
• عملیات پایه‌ی تریستور (کارکرد SCR)
• انواع تریستورها
• مشخصه‌های تریستورها
• یکسوسز کنترل شده‌توسط سیلیکون (SCR)
• تفاوت بین تریستور و ترانزیستور

تریستور چیست؟

کلمه تریستور یک کلمه یونانی‌است که یعنی «درب». تریستور دارای چهار لایه‌ی نیمه‌هادی یا سه جانکشن PN‌است. این دستگاه با نام SCR (یکسوساز کنترل شده توسط سیلیکون) شناخته‌می‌شود).

ساختار و نماد تریستور (SCR)

عبارت تریستور از کلمه‌های thyratron (مانند تیوب گاز مایع که به عنوان SCR) عمل‌می‌کند و ترانزیستور به دست‌آمده‌است. تریستورها همچنین با نام قطعات PN PN نیز نامیده‌می‌شود. این قطعات با شکل‌ها و انواع مختلف موجودهستند که عبارتند از ترانزیستور تک جانکشن (UTJ)، یکسوساز کنترل شونده سیلیکونی (SCR)، تریود برای جریان متناوب (TRIAC)، DIAC (دیود برای جریان متناوب)، سوئیچ کنترل شونده سیلیکونی (SCS) و غیره.

نکات مفید

SCR و تریستور همچنین با نام دستگاه لَچ (latch) نیز نامیده‌می‌شود. لَچ نوعی سوئیچ‌است، و وقتی بسته می‌شود، تا زمانی که کسی سوئیچ را باز کند، در حالت بسته باقی‌می‌ماند.

به عبارت دیگر، وقتی سوئیچ ON است، پس از حذف کنترل سیگنال در حالت ON باقی‌می‌ماند که به آن لچ گفته‌می‌شود.

این دستگاه نیمه‌هادی دارای چهار لایه با یک مکانیسم کنترل‌است که به آن تریستور گفته‌می‌شود. عبارت تریستور بیشتر به یکسوساز کنترل‌شده سیلیکونی (SCR) گفته‌می‌شود. این عبارت از Thyratron و ترانزیستور به دست آمده‌است، زیرا این نوع دستگاه یکسوسازی و کنترل عملکرد ترانزیستور را باهم ترکیب‌می‌کند.

تریستور می‌تواند دارای کنترل‌شود، پاسخ سریع داشته‌باشد، و اتکاپذیری آن بسیاربالاست، زیرامی‌تواند جریان بالا را تحمل‌کرده و نیازمند نگهداری کم‌است. هزینه‌ی تولید تریستور کم بوده و بسیار بهینه‌است. تریستورها در کنترل موتورهای DC/AC استفاده‌می‌شود. تریستور همچنین در بهبود فاکتور توان و همچنین دستگاه سوئیچ و همچنین در خطوط انتقال HVDC (DC ولتاژ بالا) به کار‌می‌رود.

تریستورها هزینه‌ی توسعه‌ی سیستم‌های درایو را با تغییر تأکید از موتورهای dc به ac کاهش‌داده‌اند. تریستور سیستم‌های کنترل الکترومغناطیس را جایگزین‌کرده‌اند. تریستور‌می‌تواند توان تا اندازه‌ی 4MW (2500A در 1600V) را تحمل‌کنند.

ساختار یک تریستور (SCR)

کاملاً مشخص‌است که SCR یک یکسوساز (PN) بوده و یک ترانزیستور جانکشن (N-P-N) در کنار هم ملحق‌می‌شود تا یک قطعه‌ی PNPN به دست‌آید. هر سه ترمینال از مواد نوع p خارجی با نام آند، ترمینال دوم از مواد نوع n خارجی به نام کاتد، و نوع سوم نیز از بیس به نام گیت بیرون‌آمده‌اند.

همانطور که قبلاً نیز به آن اشاره‌شد، از مواد سیلیکون برای تولید SCR استفاده‌می‌شود، که علت آن قابلیت تحمل دمای بالا، هدایت گرمایی بالا، و نشت جریان کمتر در جانکشن p-n است. این جانکشن یا به صورت پراکنده و یا به صورت آلیاژ ساخته‌می‌شود. مواد مورد استفاده برای آلیاژ p آلومنیوم‌است.

سطح مقطع SCR عادی (تریستورها)

ساخت تریستور (SCR)

مواد مورد استفاده برای ناخاصلی n فسفر‌است. اتصال آند با فویل آلومنیومی انجام‌می‌شود و از طریق کاتد و گیت با ورقه‌ی فلزی انجام‌می‌شود. گلوله‌ی PNPN طوری با یک تنگستن و صفحه‌ی ملی‌بدنیوم انجام‌شده‌است که قدرت مکانیکی کافی‌داشته و بتواند جریان بالایی راتحمل‌کند. یکی از صفحات به خوبی به مس یا آلومنیوم لحیم‌کاری‌می‌شود، که برای اتصال به هیت سینک به صورت رشته رشته متصل شده‌است، این تلفات داخلی را به مواد اطراف خود هدایت‌می‌کند. مقدار مجاز ولتاژ را می‌توان با ناخالص کردن دو لایه‌ی اول و افزایش ضخامت آن افزایش‌داد.

عملیات پایه‌ی تریستور (کارکرد SCR)

تمام تریستورها مشابه‌هستند، و یا حداقل اصول عملیاتی آن مشابه هم‌است. چون انواع تریستورها دارای حالت عملیاتی مشابه هم‌هستند، از یکسوساز کنترل شده‌سیلیکونی (SCR) به عنوان مطالعه موردی استفاده‌می‌کنیم.

همانطور که قبلاً نیز به آن اشاره‌شد، تریستور (SCR) یک نیمه هادی چهار لایه‌است. تریستور دارای سه جانکشن‌است، و تمام ترمینال‌ها با نام PNP و جانکشن‌ها با نام J₁، J₂ و J₃ شناخته‌می‌شود. منطقه‌ی p آند است. منطقه‌ی n کاتد است و بخش p داخلی نیز با نام گیت شناخته‌می‌شود. اتصال آند به کاتد به صورت سری با مدار بار انجام‌می‌شود.

ساختار PNPN تریستورها (SCR)

قطعه تا زمانی که هر دو ترمینال آند و گیت دارای ولتاژ مثبت کافی‌بوده و روشن شدن آن را تریگرکند، در حالت مسدودسازی ولتاژباقی‌می‌ماند، و پس از این لحظه در حالت خاموش‌باقی‌می‌ماند. اگر قطعه روشن‌باشد، برای بازگشت آن به وضعیت بلوکه ولتاژ (خاموش)، سیگنال گیت باید حذف‌شده و جریان آند به صفر کاهش پیدا کند، بطوریکه جریان تنها در یک جهت جاری‌شود. هر لایه تریستور از کاریرهای بار تشکیل‌شده‌است.

این کاریرها تا زمانی که ولتاژی اعمال‌نشده به صورت پراکنده باقی‌می‌ماند، برخی کاریرها دارای انرژی کافی‌بوده و مرز ایجاد‌شده توسط میدان مخالف در هر جانکشن را رد می‌کنند.

انواع تریستورها

تریستور انواع بسیاری دارد. در ادامه چند دستگاه رایج دیده می‌شود که عبارتند از:

• 1- یکسوساز کنترل شده با سیلیکون (SCR)
• 2- تریستور با گیت خاموش (GTO) و تریستور کموتاسیون گیت مجتمع (IGCT)
• 3- تریستور کنترل شده با Mos (MCT)
• 4- تریستور القایی استاتیک (SITh)
• 5- TRIAC: تریود (لامپ سه قطبی) برای جریان متناوب – یک دستگاه سوئیچ دو سویه که شامل دو ساختار تریستور با اتصال گیت مشترک‌است.
• 6- ETO: تریستور با امیتر خاموش
• 7- DIAC: دستگاه تریگر دو سویه
• 8- SIDAC: دستگاه سوئیچ دو سویه و غیره

مشخصه‌های تریستورها

با اطلاع از اینکه تریستور هیچ قطعه مطحرکی ندارد، به هنگام کار هیچ صدایی تولید نمی‌کنند. تریستور دارای سرعت سوئیچ بالا‌است (از وضعیت هدایت فوروارد دوباره به حالت غیر هادی و مسدودسازی فوروارد). هزینه‌ی نگهداری آن پایین‌است، سایز آن کوچک‌است، و وزن بسیار کمی دارد. تریستور می تواند بدون ایجاد خطا مدت زمان زیادی کار کند، و می‌تواند جریان بسیار بالایی را تحمل‌کند.

مشخصه‌ی V-I یک SCR با I_G=0

یکسوساز کنترل شده سیلیوکن (SCR)

همانطور که از نامش نیز پیداست، SCR یکسوساز کنترل شده‌است که از مواد نیمه هادی سیلیکون ساخته‌شده و دارای ترمینال سومی برای کنترل ولتاژ‌است. سیلیکون به این دلیل برای ساخت SCR انتخاب‌شده‌است که زیرا می‌توان توان و دمای زیاد را تحمل کند.حالت عملیاتی SCR از دیود متفاوت‌است، زیرا دارای یک ترمینال سوم با نام k است.

گشت مشخص می‌کند که چه زمانی مدار از حالت باز به حالت بسته سوئیچ می‌کند. این قطعه از سیلیکون ساخته شده‌است، و جریان نشتی آن در مقایسه با ژرمانیوم حداقل‌است.

تفاوت بین تریستور و ترانزیستور

کاربرد و مصارف تریستورها و SCR

در ادامه کاربردهای SCRو تریستورها آمده‌است:

• به عنوان یک سوئیچ استاتیک عمل‌می‌کند.
• سرعت موتورهای DC و AC راکنترل‌می‌کند.
• برای تبدیل AC به DC (مبدل)‌استفاده‌می‌شود.
• همچنین می‌تواند برای تبدیل DC به AC استفاده‌شود (اینورتر)
• در خصور انتقال HVDC استفاده‌می‌شود.
• کنترل رله
• کنترل فاز
• به عنوان تغذیه‌ی توان در حوزه‌ی الکترونیک و صنعت هواپیمایی‌استفاده‌می‌شود.
• برای بهبود فاکتور توان در خطوط انتقال استفاده‌می‌شود.
• می‌تواند به عنوان مدارشکن DC یا AC عمل‌کند.
• تغذیه‌ی توان رگوله شده
• شارژرهای باتری
• کنترل‌های هیتر
• یکسوساز پل موج کامل
• کنترل آتش
• کنترل‌های جریان متناوب موج کامل
• سیستم نورپردازی اورژانسی
• حفاظت از اضافه‌ولتاژی
• کنترل‌های موتور
• پاکسازی فراصوت
• کنترل گرمایش القایی
• سوئیچ‌های مکانیکی
• سیستم کنترل صنعتی توان بالا مانند ماشین‌های جوشکاری نقطه‌ای و شکافی و غیره.

مقالات مرتبط:

ترانزیستور PNP چیست؟ ساختار، عملکرد و کاربردها

ترانزیستور NPN چیست؟ ساختار BJT، کارکرد و کاربردها

خازن و انواع خازن ها| ثابت، متغیر، قطبی و غیرقطبی

انواع سنسورهای مقاومتی،ترنسدیوسر- کشش سنج- پتانسیومتر ساختار، عملکرد و کاربردهای آن

سنسور چیست؟ انواع سنسورها و کاربردهای آن‌ها

مقاله زبان اصلی:

Thyristor & Silicon Controlled Rectifier (SCR)