โมดูลไทริสเตอร์ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อแยกแยะอิเล็กโทรดทั้งสามของไทริสเตอร์

โมดูลไทริสเตอร์ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อแยกแยะอิเล็กโทรดทั้งสามของไทริสเตอร์

SilicON Controlled Rectifier, SCR ได้พัฒนาเป็นตระกูลใหญ่ตั้งแต่เปิดตัวในปี 1950 และสมาชิกหลักประกอบด้วยไทริสเตอร์แบบทิศทางเดียว ไทริสเตอร์แบบสองทิศทาง ไทริสเตอร์ควบคุมด้วยแสง ไทริสเตอร์แบบย้อนกลับ ไทริสเตอร์แบบเปิดปิด ไทริสเตอร์เร็ว ฯลฯ รอ. วันนี้ทุกคนใช้ไทริสเตอร์แบบทิศทางเดียวซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้คนมักเรียกว่าไทริสเตอร์ธรรมดา ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สี่ชั้น โดยมีจุดเชื่อมต่อ PN สามจุดและอิเล็กโทรดภายนอกสามอิเล็กโทรด: อิเล็กโทรดที่ดึงจากชั้นแรกของสารกึ่งตัวนำชนิด P เรียกว่า แอโนด A อิเล็กโทรดที่ดึงจากชั้นที่สามของสารกึ่งตัวนำชนิด P คือ เรียกว่าอิเล็กโทรดควบคุม G และอิเล็กโทรดที่ดึงจากชั้นที่สี่ของสารกึ่งตัวนำชนิด N เรียกว่า แคโทดเค จากสัญลักษณ์วงจรของไทริสเตอร์จะเป็นอุปกรณ์นำไฟฟ้าทิศทางเดียวเหมือนไดโอด และที่สำคัญก็คือ มีอิเล็กโทรดควบคุมเพิ่มเติม G ซึ่งทำให้มีลักษณะการทำงานแตกต่างจากไดโอดโดยสิ้นเชิง

ขั้วไฟฟ้าทั้งสามของไทริสเตอร์สามารถแยกแยะได้ด้วยมัลติมิเตอร์

สามารถวัดอิเล็กโทรดทั้งสามของไทริสเตอร์ธรรมดาได้ด้วยเฟือง R×100 ของมัลติมิเตอร์ อย่างที่เราทราบกันดีว่ามีจุดต่อ pN ระหว่างไทริสเตอร์ G และ K (รูปที่ 2(a)) ซึ่งเทียบเท่ากับไดโอด G คือขั้วบวก และ K คือขั้วลบ ดังนั้นตามวิธีการทดสอบไดโอดให้ค้นหาสองในสามขั้ว ขั้วหนึ่งวัดความต้านทานไปข้างหน้าและย้อนกลับ ความต้านทานมีขนาดเล็ก ปากกาสีดำของมัลติมิเตอร์เชื่อมต่อกับขั้วควบคุม G ปากกาสีแดงเชื่อมต่อกับแคโทด K และอีกอันที่เหลือคือขั้วบวก A เพื่อทดสอบ ไม่ว่าไทริสเตอร์จะดีหรือไม่ดี คุณสามารถใช้วงจรบอร์ดการสอนที่เพิ่งสาธิตได้ (รูปที่ 3) เมื่อเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ SB หลอดไฟจะดีหากเรืองแสง และไม่ดีหากไม่เรืองแสง

วิธีระบุสามขั้วของวงจรเรียงกระแสควบคุมด้วยซิลิคอน

วิธีการระบุสามขั้วของไทริสเตอร์นั้นง่ายมาก ตามหลักการของชุมทาง pN เพียงใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานระหว่างสามขั้ว

ความต้านทานไปข้างหน้าและย้อนกลับระหว่างขั้วบวกและขั้วลบมีค่ามากกว่าสองสามแสนโอห์ม และความต้านทานไปข้างหน้าและย้อนกลับระหว่างขั้วบวกและขั้วไฟฟ้าควบคุมมีมากกว่าสองสามแสนโอห์ม (มีจุดแยก pN สองจุดระหว่างกัน และทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้น ทิศทางบวกและลบของขั้วบวกและขั้วควบคุมจึงไม่เชื่อมต่อกัน)

มีทางแยก pN ระหว่างอิเล็กโทรดควบคุมและแคโทด ดังนั้นความต้านทานไปข้างหน้าจึงอยู่ในช่วงหลายโอห์มถึงหลายร้อยโอห์ม และความต้านทานย้อนกลับจะมีค่ามากกว่าความต้านทานไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ลักษณะของไดโอดขั้วควบคุมไม่เหมาะ ทิศทางย้อนกลับไม่ถูกปิดกั้นอย่างสมบูรณ์ และกระแสที่ค่อนข้างใหญ่สามารถผ่านได้ ดังนั้นบางครั้งความต้านทานย้อนกลับของขั้วควบคุมที่วัดได้จึงค่อนข้างเล็ก ซึ่งไม่ได้หมายความว่าลักษณะขั้วควบคุมไม่ดี . นอกจากนี้ เมื่อวัดความต้านทานไปข้างหน้าและย้อนกลับของขั้วควบคุม ควรวางมัลติมิเตอร์ไว้ในบล็อก R*10 หรือ R*1 เพื่อป้องกันการพังย้อนกลับของขั้วควบคุมเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป

ถ้าวัดว่าแคโทดและแอโนดของส่วนประกอบลัดวงจร หรือแอโนดและขั้วควบคุมลัดวงจร หรือขั้วควบคุมและแคโทดลัดวงจรในทางกลับกัน หรือขั้วควบคุมและ แคโทดเป็นแบบวงจรเปิด หมายความว่าส่วนประกอบเสียหาย

ไทริสเตอร์เป็นตัวย่อขององค์ประกอบวงจรเรียงกระแสควบคุมด้วยซิลิคอน ซึ่งเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูงที่มีโครงสร้างสี่ชั้นของจุดเชื่อมต่อ pN สามจุด ในความเป็นจริง ฟังก์ชั่นของไทริสเตอร์ไม่ได้เป็นเพียงการแก้ไขเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นสวิตช์เปิดหรือปิดวงจรได้อย่างรวดเร็ว ตระหนักถึงการผกผันของกระแสตรงเป็นกระแสสลับ และเปลี่ยนกระแสสลับของความถี่เดียว เข้ากับ AC ความถี่อื่น เป็นต้น SCR เช่นเดียวกับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ มีข้อดีคือ ขนาดที่เล็ก ประสิทธิภาพสูง เสถียรภาพที่ดี และการทำงานที่เชื่อถือได้ รูปร่างหน้าตาของมันได้นำเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์จากสนามไฟฟ้าอ่อนไปสู่สนามไฟฟ้าแรง และได้กลายเป็นส่วนประกอบที่ถูกนำมาใช้อย่างกระตือรือร้นในอุตสาหกรรม เกษตรกรรม การขนส่ง การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทางทหาร ตลอดจนเครื่องใช้ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์และพลเรือน

โครงสร้างและคุณสมบัติของไทริสเตอร์

ไทริสเตอร์มีอิเล็กโทรดสามขั้ว ได้แก่ แอโนด (A), แคโทด (C) และเกท (G) มีดายที่มีโครงสร้างสี่ชั้นประกอบด้วยตัวนำชนิด p และตัวนำชนิด n ที่ทับซ้อนกัน และมีจุดเชื่อมต่อ pN ทั้งหมดสามจุด แผนภาพโครงสร้างและสัญลักษณ์

ไทริสเตอร์มีโครงสร้างแตกต่างอย่างมากจากไดโอดเรียงกระแสซิลิคอนที่มีจุดต่อ pN เพียงจุดเดียว โครงสร้างสี่ชั้นของไทริสเตอร์และส่วนอ้างอิงของเสาควบคุมได้วางรากฐานสำหรับลักษณะการควบคุมที่ยอดเยี่ยมของ "การควบคุมขนาดใหญ่ด้วยขนาดเล็ก" เมื่อใช้วงจรเรียงกระแสที่ควบคุมด้วยซิลิกอน ตราบใดที่กระแสหรือแรงดันเพียงเล็กน้อยถูกจ่ายไปที่ขั้วควบคุม ก็จะสามารถควบคุมกระแสแอโนดหรือแรงดันขนาดใหญ่ได้ ในปัจจุบันมีการผลิตองค์ประกอบไทริสเตอร์ที่มีความจุกระแสไฟฟ้าหลายร้อยแอมแปร์หรือแม้แต่หลายพันแอมแปร์ โดยทั่วไปไทริสเตอร์ที่ต่ำกว่า 5 แอมแปร์เรียกว่าไทริสเตอร์พลังงานต่ำ และไทริสเตอร์ที่สูงกว่า 50 แอมแปร์เรียกว่าไทริสเตอร์กำลังสูง

เหตุใดไทริสเตอร์จึงมีความสามารถในการควบคุมของ "การควบคุมขนาดใหญ่ด้วยขนาดเล็ก" ด้านล่างเราใช้แผนภูมิ-27เพื่อวิเคราะห์หลักการทำงานของไทริสเตอร์โดยสังเขป

ก่อนอื่น เราจะเห็นว่าชั้นที่หนึ่ง สอง และสามจากแคโทดเป็นทรานซิสเตอร์ชนิด NpN ในขณะที่ชั้นที่สอง สาม และสี่ก่อตัวเป็นทรานซิสเตอร์ชนิด pNp อีกตัวหนึ่ง ในหมู่พวกเขา ชั้นที่สองและสามใช้ร่วมกันโดยสองท่อที่ทับซ้อนกัน ด้วยวิธีนี้ แผนภาพวงจรสมมูลของแผนภูมิ-27(C) สามารถวาดเพื่อการวิเคราะห์ได้ เมื่อใช้แรงดันไปข้างหน้า Ea ระหว่างแอโนดและแคโทด และป้อนสัญญาณทริกเกอร์ที่เป็นบวกระหว่างอิเล็กโทรดควบคุม G และแคโทด C (เทียบเท่ากับอิมิตเตอร์เบสของ BG1) BG1 จะสร้างกระแสเบส Ib1 ผ่าน ขยาย BG1 จะมี IC1 ปัจจุบันสะสมขยาย 1 เท่า เนื่องจากตัวสะสมของ BG1 เชื่อมต่อกับฐานของ BG2, IC1 จึงเป็น Ib2 กระแสฐานของ BG2 BG2 ขยาย IC2 ของคอลเลกเตอร์ปัจจุบันเป็น 2 มากกว่า Ib2 (Ib1) และส่งกลับไปที่ฐานของ BG1 เพื่อขยายสัญญาณ รอบนี้จะขยายจนกว่า BG1 และ BG2 จะเปิดอย่างสมบูรณ์ ในความเป็นจริง กระบวนการนี้เป็นกระบวนการ "ทริกเกอร์ทันที" สำหรับไทริสเตอร์ สัญญาณทริกเกอร์จะถูกเพิ่มไปยังอิเล็กโทรดควบคุม และไทริสเตอร์จะเปิดทันที เวลาการนำไฟฟ้าจะพิจารณาจากประสิทธิภาพของไทริสเตอร์เป็นหลัก เมื่อไทริสเตอร์ถูกทริกเกอร์และเปิด เนื่องจากการป้อนกลับแบบวงกลม กระแสที่ไหลเข้าสู่ฐานของ BG1 ไม่ใช่แค่ Ib1 เริ่มต้นเท่านั้น แต่กระแสที่ขยายโดย BG1 และ BG2 (1*2*Ib1) ซึ่งใหญ่กว่ามาก กว่า Ib1 เพียงพอที่จะเปิด BG1 อย่างต่อเนื่อง ในเวลานี้แม้ว่าสัญญาณทริกเกอร์จะหายไป แต่ไทริสเตอร์ยังคงเปิดอยู่ เฉพาะเมื่อ Ea ของแหล่งจ่ายไฟถูกตัดออกหรือ Ea ลดต่ำลงเพื่อให้กระแสไฟฟ้าสะสมใน BG1 และ BG2 น้อยกว่าค่าต่ำสุดสำหรับการรักษาการนำไฟฟ้า ไทริสเตอร์สามารถปิดได้ แน่นอนว่าหากขั้วของ Ea กลับขั้ว BG1 และ BG2 จะอยู่ในสถานะตัดเนื่องจากแรงดันย้อนกลับ ในเวลานี้แม้ว่าจะป้อนสัญญาณทริกเกอร์ ไทริสเตอร์ก็ไม่สามารถทำงานได้ ในทางกลับกัน Ea เชื่อมต่อกับทิศทางบวก ในขณะที่สัญญาณทริกเกอร์เป็นลบ และไม่สามารถเปิดไทริสเตอร์ได้ นอกจากนี้ หากไม่ได้เพิ่มสัญญาณทริกเกอร์ และแรงดันแอโนดบวกเกินค่าที่กำหนด ไทริสเตอร์ก็จะถูกเปิดเช่นกัน แต่นี่เป็นสถานการณ์การทำงานที่ผิดปกติอยู่แล้ว

ลักษณะที่ควบคุมได้ของไทริสเตอร์เพื่อควบคุมการนำไฟฟ้า (กระแสขนาดใหญ่ผ่านไทริสเตอร์) ผ่านสัญญาณทริกเกอร์ (กระแสทริกเกอร์ขนาดเล็ก) เป็นคุณสมบัติสำคัญที่แตกต่างจากไดโอดเรียงกระแสซิลิคอนทั่วไป

การใช้ไทริสเตอร์หลักในวงจร

การใช้ไทริสเตอร์ธรรมดาขั้นพื้นฐานที่สุดคือการควบคุมการแก้ไข วงจรเรียงกระแสไดโอดที่คุ้นเคยเป็นของวงจรเรียงกระแสที่ไม่สามารถควบคุมได้ หากไดโอดถูกแทนที่ด้วยไทริสเตอร์ วงจรเรียงกระแสที่ควบคุมได้ อินเวอร์เตอร์ การควบคุมความเร็ว การกระตุ้นมอเตอร์ สวิตช์แบบไม่สัมผัส และการควบคุมอัตโนมัติสามารถเกิดขึ้นได้ ตอนนี้ฉันวาดวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นที่ควบคุมได้แบบเฟสเดียวที่ง่ายที่สุด [รูปที่ 4(a)] ในช่วงครึ่งวงจรบวกของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบไซน์ U2 หากไม่มีอินพุต Ug พัลส์ทริกเกอร์ไปยังเสาควบคุมของ VS ก็จะยังไม่สามารถเปิด VS ได้ เฉพาะเมื่อ U2 อยู่ในครึ่งรอบที่เป็นบวกและใช้พัลส์ทริกเกอร์ Ug กับขั้วควบคุม ไทริสเตอร์จะถูกกระตุ้นให้ดำเนินการ ตอนนี้ วาดแผนภาพรูปคลื่นของมัน [รูปที่ 4(c) และ (d)] จะเห็นได้ว่าเฉพาะเมื่อพัลส์ทริกเกอร์ Ug มาถึง จะมีเอาต์พุต UL ของแรงดันบนโหลด RL (ส่วนที่แรเงาบนแผนภาพรูปคลื่น) . ถ้า Ug มาถึงก่อนเวลา ไทริสเตอร์จะเปิดก่อนกำหนด ถ้า Ug มาช้า ไทริสเตอร์จะเปิดในภายหลัง โดยการเปลี่ยนเวลามาถึงของพัลส์ทริกเกอร์ Ug บนเสาควบคุม ค่าเฉลี่ย UL ของแรงดันเอาต์พุตบนโหลด (พื้นที่ของส่วนที่แรเงา) สามารถปรับได้ ในเทคโนโลยีไฟฟ้า ครึ่งรอบของไฟฟ้ากระแสสลับมักถูกกำหนดเป็น 180 องศา ซึ่งเรียกว่ามุมไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้ ในแต่ละรอบครึ่งบวกของ U2 มุมไฟฟ้าที่ได้รับจากค่าศูนย์จนถึงช่วงเวลาที่พัลส์ทริกเกอร์มาถึงเรียกว่า มุมควบคุม ; มุมไฟฟ้าที่ไทริสเตอร์เปิดในแต่ละรอบครึ่งบวกเรียกว่ามุมการนำไฟฟ้า θ เห็นได้ชัดว่า ทั้งสองและ θ ถูกใช้เพื่อแสดงช่วงเปิดหรือบล็อกของไทริสเตอร์ในครึ่งรอบของแรงดันไปข้างหน้า โดยการเปลี่ยนมุมควบคุมหรือมุมการนำ θ ค่าเฉลี่ย UL ของแรงดันพัลส์ DC บนโหลดจะเปลี่ยนไป และรับรู้การแก้ไขที่ควบคุมได้