Yleensä käytämme monia sähköiset ja elektroniset komponentit suunnitellessaan elektroniikkaprojekteja ja yleisiä piirejä. Näitä peruskomponentteja ovat vastukset, transistorit, kondensaattorit, diodit, induktorit, LEDit, tyristorit tai piiohjatut tasasuuntaajat, IC: t ja niin edelleen. Tarkastellaan tasasuuntaajia, jotka on luokiteltu kahteen tyyppiin, kuten hallitsemattomat tasasuuntaajat (diodit) ja ohjatut tasasuuntaajat (tyristorit). Itse asiassa monet insinööritieteiden opiskelijat ja harrastajat haluavat tietää sähkö- ja elektroniikkakomponenttien perusteet. Mutta tässä artikkelissa keskustellaan yksityiskohtaisesti tyristori- tai piiohjatun tasasuuntaajan opetusohjelman perusteista ja ominaisuuksista.
Piin ohjattu tasasuuntaaja
Tyristori tai piiohjattu tasasuuntaaja on monikerroksinen puolijohdelaite ja on samanlainen kuin transistori. Piin ohjattu tasasuuntaaja koostuu kolmesta päätelaitteesta (anodi, katodi ja portti) toisin kuin kaksi päätediodin (anodi ja katodi) tasasuuntaajaa. Diodeja kutsutaan kontrolloimattomiksi tasasuuntaajiksi, kun ne johtavat (eteenpäin suuntautuvan esijännityksen aikana ilman ohjausta) aina, kun diodin anodijännite on suurempi kuin katodijännite.
Diodi ja tyristori
Silikoniohjatut tasasuuntaajat eivät kuitenkaan toimi, vaikka anodijännite olisi suurempi kuin katodijännite, ellei (kolmannen navan) portin liitintä liipaisu. Täten antamalla laukaisupulssin portin päätelaitteelle voimme ohjata tyristorin toimintaa (ON tai OFF). Tyristoria kutsutaan siis myös ohjatuksi tasasuuntaajaksi tai piiohjatuksi tasasuuntaajaksi.
Piin ohjatun tasasuuntaajan perusteet
Toisin kuin kaksi kerrosta (P-N) diodissa ja kolme kerrosta (P-N-P tai N-P-N) transistorissa, piiohjattu tasasuuntaaja koostuu neljästä kerroksesta (P-N-P-N) ja kolmesta P-N risteykset jotka on kytketty sarjaan. Piin ohjaama tasasuuntaaja tai tyristori on esitetty kuvassa esitetyllä symbolilla.
Piin ohjattu tasasuuntaaja
Piin ohjattu tasasuuntaaja on myös yksisuuntainen laite, koska se toimii vain yhteen suuntaan. Laukaisemalla asianmukaisesti tyristoria voidaan käyttää avoimen piirin kytkimenä ja myös tasasuuntaisena diodina. Tyristoria ei kuitenkaan voida käyttää vahvistimena, ja sitä voidaan käyttää vain kytkentätoimintoon, jota ohjataan hilapäätteen laukaisupulssilla.
Tyristori voidaan valmistaa käyttämällä erilaisia materiaaleja, kuten piitä, piikarbidia, galliumarsenidiä, galliumnitridiä ja niin edelleen. Mutta hyvä lämmönjohtavuus, korkea virtakyky, korkea jännitekyky, piin taloudellinen käsittely on tehnyt siitä parempana verrattuna muihin materiaaleihin tyristorien valmistamiseksi, joten niitä kutsutaan myös piiohjatuiksi tasasuuntaajiksi.
Piin ohjattu tasasuuntaaja toimii
Tyristori toimii ymmärtämällä piiohjatun tasasuuntaajan kolmen tilan toimintatilaa. Tyristorin kolme toimintatilaa ovat seuraavat:
- Käänteinen estotila
- Eteenpäin estotila
- Eteenpäin johtava tila
Käänteinen estotila
Jos käännämme tyristorien anodi- ja katodiliitännät, ala- ja ylempi diodi ovat päinvastaisia. Täten ei ole johtumisreittiä, joten virta ei virtaa. Siksi sitä kutsutaan käänteiseksi estotilaksi.
Eteenpäin estotila
Piiohjattu tasasuuntaaja pysyy yleensä kytkettynä pois päältä ilman laukaisupulssia portin liittimeen, mikä ei osoita virran kulkua eteenpäin (anodista katodiin). Tämä johtuu siitä, että yhdistimme kaksi diodia (sekä ylempi että alempi diodi ovat eteenpäin esijännitettyjä) yhteen muodostaen tyristorin. Mutta näiden kahden diodin välinen risteys on päinvastainen, mikä eliminoi virran virtaus ylhäältä alas. Siksi tätä tilaa kutsutaan eteenpäin estäväksi tilaksi. Vaikka tyristorilla onkin tila, kuten tavanomaisella eteenpäin suuntautuvalla diodilla, tässä tilassa se ei toimi, koska porttipäätettä ei laukaista.
Eteenpäin johtava tila
Tässä eteenpäin johtavassa tilassa anodijännitteen on oltava suurempi kuin katodijännite ja kolmannen pääteportin on laukaistava sopivasti tyristorin johtamiseksi. Tämä johtuu siitä, että aina kun hilapääte laukeaa, alempi transistori johtaa, joka kytkee päälle ylemmän transistorin ja sitten ylempi transistori kytkee alemman transistorin ja siten transistorit aktivoivat toisiaan. Tämä molempien transistoreiden sisäisen positiivisen palautteen prosessi toistuu, kunnes molemmat aktivoituvat täysin ja sitten virta kulkee anodista katodiin. Joten tätä piiohjatun tasasuuntaajan toimintatilaa kutsutaan eteenpäin johtavaksi moodiksi.
Piin ohjatut tasasuuntaajan ominaisuudet
Piin ohjatut tasasuuntaajan ominaisuudet
Kuvassa esitetään piiohjatut tasasuuntaajan ominaisuudet ja se edustaa myös tiristorin toimintaa kolmessa eri tilassa, kuten taaksepäin estävä tila, eteenpäin estävä tila ja eteenpäin johtava tila. V-I-ominaisuudet tyristorin edustavat myös käänteistä estojännitettä, eteenpäin estävää jännitettä, käänteistä rikkoutumisjännitettä, pitovirtaa, ylijännitettä ja niin edelleen, kuten kuvassa on esitetty.
Piin ohjatut tasasuuntaajasovellukset
Piin ohjattua tasasuuntaajaa käytetään piireissä, jotka käsittelevät suuria virtoja ja jännitteitä, kuten sähköjärjestelmä piirit, joiden virta on yli 1 kV tai yli 100 A.
Tyristoreja käytetään erityisesti piirin sisäisen tehohäviön vähentämiseen. Piin ohjattuja tasasuuntaajia voidaan käyttää piirin tehon säätämiseen ilman häviöitä tyristorien päälle / pois-kytkentäohjauksella.
Piidiohjattuja tasasuuntaajia käytetään myös korjaustarkoituksiin, ts vaihtovirta tasavirtaan . Tyristoreita käytetään tyypillisesti AC-AC-muuntimet (syklokonvertterit), joka on yleisimmin käytetty piiohjattu tasasuuntaaja.
Silikoniohjatun tasasuuntaajan käytännön soveltaminen
SCR-pohjainen syklokonvertteri Edgefxkits.com
SCR-pohjainen syklomuunnin on käytännössä piiohjatun tasasuuntaajan, jossa yksivaiheisen induktiomoottorin nopeutta ohjataan kolmessa vaiheessa. Induktiomoottorit ovat vakionopeuksisia koneita, ja niitä käytetään usein useissa sovelluksissa, kuten pesukoneissa, vesipumpuissa ja niin edelleen. Nämä sovellukset edellyttävät moottorin eri nopeuksia, jotka voidaan saavuttaa tällä SCR-pohjaisella tekniikalla.
SCR-pohjainen syklokonvertterilohkokaavio Edgefxkits.com
Tyristoripohjaista syklokonvertteria käytetään induktiomoottorin nopeuden säätämiseen vaiheittain. Tässä projektissa kytkinparit on liitetty 8051-mikrokontrolleriin ja niitä käytetään moottorin halutun nopeuden (F, F / 2 ja F / 3) valitsemiseen. Kytkinten tilan perusteella mikrokontrolleri toimittaa laukaisupulssit kaksoissillan piiohjatuille tasasuuntaajille. Siten induktiomoottorin nopeutta ohjataan kolmessa vaiheessa vaatimuksen perusteella.
Haluatko suunnitella elektroniikkaprojektit perustuvat piiohjattuihin tasasuuntaajiin? Lähetä sitten ideasi alla olevaan kommenttiosioon saadaksesi teknistä apua suunnitteluprojektien suunnittelussa.
