थाइरिस्टर उच्च स्विचिंग गति वाले ठोस-अवस्था वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण हैं। इन उपकरणों का उपयोग सभी प्रकार के कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ-साथ, थाइरिस्टर का उपयोग करके बिजली उपकरणों को सफलतापूर्वक नियंत्रित किया जाता है। आइए काफी उच्च भार को नियंत्रित करने के लिए थाइरिस्टर को जोड़ने के लिए क्लासिक सर्किट पर विचार करें, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक लैंप, इलेक्ट्रिक मोटर, इलेक्ट्रिक हीटर इत्यादि।

नियंत्रण इलेक्ट्रोड यू पर एक छोटा इनरश करंट पल्स लगाकर सेमीकंडक्टर को खुली अवस्था में स्विच करना संभव है।

जब थाइरिस्टर लोड करंट को आगे की दिशा में प्रवाहित करता है, तो पुनर्योजी क्लैंपिंग के दृष्टिकोण से, एनोड इलेक्ट्रोड ए कैथोड इलेक्ट्रोड K के संबंध में सकारात्मक होता है।

आमतौर पर, इलेक्ट्रोड Y के लिए ट्रिगर पल्स की अवधि कई माइक्रोसेकंड होनी चाहिए। हालाँकि, पल्स जितनी लंबी होगी, आंतरिक हिमस्खलन टूटना उतनी ही तेजी से होगा। संक्रमण के खुलने का समय भी बढ़ जाता है। लेकिन अधिकतम गेट करंट से अधिक नहीं होना चाहिए।

योजना 1: KN1, KN2 - बिना निर्धारण के पुश बटन; एल1 - गरमागरम लैंप 100 डब्ल्यू के रूप में लोड; R1, R2 - स्थिर प्रतिरोधक 470 ओम और 1 kOhm

इस सरल ऑन/ऑफ सर्किट का उपयोग गरमागरम लैंप को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। इस बीच, सर्किट का उपयोग इलेक्ट्रिक मोटर, हीटर, या निरंतर वोल्टेज द्वारा संचालित होने के लिए डिज़ाइन किए गए किसी अन्य लोड के लिए स्विच के रूप में किया जा सकता है।

यहां थाइरिस्टर में आगे की ओर पक्षपाती संक्रमण स्थिति होती है और इसे सामान्य रूप से खुले बटन KH1 द्वारा शॉर्ट-सर्किट मोड में स्विच किया जाता है।

यह बटन नियंत्रण इलेक्ट्रोड U को प्रतिरोधक R1 के माध्यम से पावर स्रोत से जोड़ता है। यदि आपूर्ति वोल्टेज के सापेक्ष R1 का मान बहुत अधिक सेट है, तो डिवाइस काम नहीं करेगा।

किसी को केवल KH1 बटन दबाना होता है, थाइरिस्टर प्रत्यक्ष कंडक्टर स्थिति में स्विच हो जाता है और KH1 बटन की आगे की स्थिति की परवाह किए बिना इसी स्थिति में रहता है। इस मामले में, लोड का वर्तमान घटक थाइरिस्टर के क्लैंपिंग करंट की तुलना में अधिक मूल्य दिखाता है।

थाइरिस्टर का उपयोग करने के फायदे और नुकसान

इन अर्धचालकों को स्विच के रूप में उपयोग करने का एक मुख्य लाभ बहुत अधिक वर्तमान लाभ है। थाइरिस्टर एक उपकरण है जो वास्तव में करंट द्वारा नियंत्रित होता है।

कैथोड अवरोधक आर 2 को आमतौर पर इलेक्ट्रोड वाई की संवेदनशीलता को कम करने और वोल्टेज-वर्तमान अनुपात की क्षमता को बढ़ाने के लिए शामिल किया जाता है, जो डिवाइस के गलत संचालन को रोकता है।

जब थाइरिस्टर लैच हो जाता है और "चालू" स्थिति में रहता है, तो इस स्थिति को केवल बिजली की आपूर्ति में बाधा डालकर या एनोड करंट को कम होल्डिंग मान तक कम करके रीसेट किया जा सकता है।

इसलिए, सर्किट को खोलने के लिए सामान्य रूप से बंद बटन KH2 का उपयोग करना तर्कसंगत है, जिससे थाइरिस्टर के माध्यम से बहने वाली धारा शून्य हो जाती है, जिससे डिवाइस "ऑफ" स्थिति में चला जाता है।

हालाँकि, इस योजना में एक खामी भी है। यांत्रिक रूप से सामान्य रूप से बंद होने वाला स्विच KH2 पूरे सर्किट की शक्ति से मेल खाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होना चाहिए।

सिद्धांत रूप में, कोई भी सेमीकंडक्टर को उच्च-शक्ति यांत्रिक स्विच से बदल सकता है। बिजली की समस्या को दूर करने का एक तरीका थाइरिस्टर के समानांतर एक कम्यूटेटर को जोड़ना है।

योजना 2: KN1, KN2 - बिना निर्धारण के पुश बटन; एल1 - गरमागरम लैंप 100 डब्ल्यू; R1, R2 - स्थिर प्रतिरोधक 470 ओम और 1 kOhm

सर्किट का परिशोधन - A-K संक्रमण के समानांतर सामान्य रूप से खुले कम-शक्ति स्विच को चालू करने से निम्नलिखित प्रभाव मिलता है:

• KH2 के सक्रियण से इलेक्ट्रोड A और K के बीच एक "शॉर्ट सर्किट" बनता है,
• क्लैंपिंग करंट न्यूनतम मान तक कम हो जाता है,
• डिवाइस "ऑफ़" स्थिति में चला जाता है।

एसी सर्किट में थाइरिस्टर

एसी स्रोत से कनेक्ट होने पर, थाइरिस्टर थोड़ा अलग तरीके से काम करता है। यह प्रत्यावर्ती वोल्टेज की ध्रुवता में आवधिक परिवर्तन के कारण है।

इसलिए, एसी-संचालित सर्किट में अनुप्रयोग के परिणामस्वरूप जंक्शन स्वचालित रूप से रिवर्स-बायस्ड स्थिति में आ जाएगा। अर्थात्, प्रत्येक चक्र के आधे समय के दौरान उपकरण "बंद" स्थिति में रहेगा।

वैकल्पिक वोल्टेज वाले वेरिएंट के लिए, थाइरिस्टर ट्रिगर सर्किट निरंतर वोल्टेज आपूर्ति वाले सर्किट के समान है। अंतर महत्वहीन है - एक अतिरिक्त स्विच KH2 की अनुपस्थिति और डायोड D1 का जोड़।

डायोड डी1 के लिए धन्यवाद, नियंत्रण इलेक्ट्रोड यू के संबंध में रिवर्स पूर्वाग्रह को रोका जाता है।

साइनसॉइडल तरंग के सकारात्मक आधे-चक्र के दौरान, डिवाइस को आगे की ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है, लेकिन जब स्विच KN1 को बंद कर दिया जाता है, तो थाइरिस्टर को शून्य गेट करंट की आपूर्ति की जाती है और डिवाइस "बंद" रहता है।

नकारात्मक आधे-चक्र में, डिवाइस को रिवर्स बायस प्राप्त होता है और स्विच KH1 की स्थिति की परवाह किए बिना, "बंद" भी रहेगा।

योजना 3: KN1 - लैचिंग स्विच; डी1 - उच्च वोल्टेज के लिए कोई भी डायोड; R1, R2 - स्थिर प्रतिरोधक 180 ओम और 1 kOhm, L1 - तापदीप्त लैंप 100 W

यदि स्विच KH1 बंद है, तो प्रत्येक सकारात्मक आधे चक्र की शुरुआत में अर्धचालक पूरी तरह से "बंद" रहेगा।

लेकिन इलेक्ट्रोड Y पर पर्याप्त सकारात्मक ट्रिगर वोल्टेज (नियंत्रण धारा में वृद्धि) प्राप्त करने के परिणामस्वरूप, थाइरिस्टर "चालू" स्थिति में स्विच हो जाएगा।

सकारात्मक अर्ध-चक्र के दौरान होल्ड स्थिति लैचिंग स्थिर रहती है और सकारात्मक अर्ध-चक्र समाप्त होने पर स्वचालित रूप से रीसेट हो जाती है। जाहिर है, क्योंकि यहां एनोड धारा वर्तमान मान से नीचे गिर जाती है।

अगले नकारात्मक आधे चक्र के दौरान, डिवाइस अगले सकारात्मक आधे चक्र तक पूरी तरह से "बंद" रहेगा। फिर प्रक्रिया दोबारा दोहराई जाती है.

यह पता चला है कि लोड में बिजली आपूर्ति से उपलब्ध बिजली का केवल आधा हिस्सा है। थाइरिस्टर केवल सकारात्मक अर्ध-चक्रों के दौरान प्रत्यावर्ती धारा के रूप में कार्य करता है और संचालित करता है, जब जंक्शन आगे की ओर झुका हुआ होता है।

अर्ध तरंग नियंत्रण

थाइरिस्टर चरण नियंत्रण एसी पावर नियंत्रण का सबसे सामान्य रूप है।

बुनियादी चरण नियंत्रण सर्किट का एक उदाहरण नीचे दिखाया गया है। यहां थाइरिस्टर गेट वोल्टेज ट्रिगर डायोड डी1 के माध्यम से सर्किट आर1सी1 द्वारा उत्पन्न होता है।

सकारात्मक आधे चक्र के दौरान, जब जंक्शन आगे की ओर झुका हुआ होता है, तो कैपेसिटर C1 को सर्किट सप्लाई वोल्टेज द्वारा प्रतिरोधक R1 के माध्यम से चार्ज किया जाता है।

नियंत्रण इलेक्ट्रोड Y केवल तभी सक्रिय होता है जब बिंदु "x" पर वोल्टेज स्तर डायोड D1 को संचालित करने का कारण बनता है। कैपेसिटर C1 को नियंत्रण इलेक्ट्रोड U में डिस्चार्ज किया जाता है, जिससे डिवाइस "चालू" स्थिति में सेट हो जाता है।

चक्र के सकारात्मक आधे की अवधि, जब चालन खुलता है, चर अवरोधक आर 1 द्वारा निर्दिष्ट श्रृंखला आर 1 सी 1 के समय स्थिरांक द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

योजना 4: KN1 - लैचिंग स्विच; R1 - परिवर्तनीय अवरोधक 1 kOhm; सी1 - संधारित्र 0.1 μF; डी1 - उच्च वोल्टेज के लिए कोई भी डायोड; एल1 - गरमागरम लैंप 100 डब्ल्यू; पी - चालकता साइनसॉइड

R1 का मान बढ़ने से थाइरिस्टर नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर लागू ट्रिगरिंग वोल्टेज में देरी होती है, जिसके परिणामस्वरूप डिवाइस के संचालन समय में देरी होती है।

परिणामस्वरूप, डिवाइस द्वारा संचालित आधे-चक्र का अनुपात 0 -180º के बीच समायोजित किया जा सकता है। इसका मतलब यह है कि लोड (लैंप) द्वारा नष्ट होने वाली आधी शक्ति को समायोजित किया जा सकता है।

थाइरिस्टर का पूर्ण-तरंग नियंत्रण प्राप्त करने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, आप डायोड ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट में एक सेमीकंडक्टर शामिल कर सकते हैं। यह विधि आसानी से प्रत्यावर्ती घटक को यूनिडायरेक्शनल थाइरिस्टर करंट में परिवर्तित कर देती है।

हालाँकि, एक अधिक सामान्य विधि व्युत्क्रम समानांतर में जुड़े दो थाइरिस्टर का उपयोग है।

सबसे व्यावहारिक दृष्टिकोण एक त्रिक का उपयोग प्रतीत होता है। यह अर्धचालक दोनों दिशाओं में संक्रमण की अनुमति देता है, जिससे एसी स्विचिंग सर्किट के लिए ट्राइक अधिक उपयुक्त हो जाता है।

थाइरिस्टर का पूर्ण तकनीकी लेआउट

- अर्धचालक के गुणों वाला एक उपकरण, जिसका डिज़ाइन तीन या अधिक पी-एन जंक्शन वाले एकल-क्रिस्टल अर्धचालक पर आधारित होता है।

इसके संचालन का तात्पर्य दो स्थिर चरणों की उपस्थिति से है:

• "बंद" (चालकता स्तर कम है);
• "खुला" (चालकता स्तर उच्च है)।

थाइरिस्टर ऐसे उपकरण हैं जो पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच का कार्य करते हैं। इनका दूसरा नाम सिंगल-ऑपरेशन थाइरिस्टर है। यह उपकरण आपको मामूली आवेगों के माध्यम से शक्तिशाली भार के प्रभाव को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।

थाइरिस्टर की करंट-वोल्टेज विशेषता के अनुसार, इसमें करंट में वृद्धि से वोल्टेज में कमी आएगी, यानी एक नकारात्मक अंतर प्रतिरोध दिखाई देगा।

इसके अलावा, ये अर्धचालक उपकरण 5000 वोल्ट तक के वोल्टेज और 5000 एम्पियर तक की धारा (1000 हर्ट्ज से अधिक की आवृत्ति पर) वाले सर्किट को जोड़ सकते हैं।

दो और तीन टर्मिनल वाले थाइरिस्टर प्रत्यक्ष और प्रत्यावर्ती धारा दोनों के साथ संचालन के लिए उपयुक्त हैं। अक्सर, उनके संचालन के सिद्धांत की तुलना रेक्टिफायर डायोड के संचालन से की जाती है और यह माना जाता है कि वे रेक्टिफायर का एक पूर्ण एनालॉग हैं, कुछ अर्थों में और भी अधिक प्रभावी।

थाइरिस्टर के प्रकार एक दूसरे से भिन्न होते हैं:

• नियंत्रण रखने का तरीका।
• चालकता (एकतरफा या द्विपक्षीय)।

सामान्य प्रबंधन सिद्धांत

थाइरिस्टर संरचना में एक श्रृंखला कनेक्शन (पी-एन-पी-एन) में 4 अर्धचालक परतें हैं। बाहरी पी-परत से जुड़ा संपर्क एनोड है, और बाहरी एन-परत से जुड़ा संपर्क कैथोड है। परिणामस्वरूप, एक मानक असेंबली के साथ, एक थाइरिस्टर में अधिकतम दो नियंत्रण इलेक्ट्रोड हो सकते हैं, जो आंतरिक परतों से जुड़े होते हैं। कनेक्टेड परत के अनुसार, कंडक्टरों को नियंत्रण के प्रकार के आधार पर कैथोड और एनोड में विभाजित किया जाता है। पहला प्रकार सबसे अधिक प्रयोग किया जाता है।

थाइरिस्टर में करंट कैथोड की ओर (एनोड से) प्रवाहित होता है, इसलिए वर्तमान स्रोत से कनेक्शन एनोड और पॉजिटिव टर्मिनल के साथ-साथ कैथोड और नेगेटिव टर्मिनल के बीच बनाया जाता है।

नियंत्रण इलेक्ट्रोड वाले थाइरिस्टर हो सकते हैं:

• लॉक करने योग्य;
• अनलॉक करने योग्य.

गैर-लॉकिंग उपकरणों की एक सांकेतिक संपत्ति नियंत्रण इलेक्ट्रोड से सिग्नल के प्रति उनकी प्रतिक्रिया की कमी है। उन्हें बंद करने का एकमात्र तरीका उनके माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा के स्तर को कम करना है ताकि यह धारण करने वाली धारा से कमतर हो।

थाइरिस्टर को नियंत्रित करते समय, कुछ बिंदुओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए। इस प्रकार का एक उपकरण ऑपरेटिंग चरणों को "ऑफ" से "ऑन" और जंप में वापस बदलता है और केवल बाहरी प्रभाव की स्थिति में: करंट (वोल्टेज हेरफेर) या फोटॉन (फोटोथाइरिस्टर के साथ मामलों में) का उपयोग करके।

इस बिंदु को समझने के लिए, आपको यह याद रखना होगा कि एक थाइरिस्टर में मुख्य रूप से 3 आउटपुट (थाइरिस्टर) होते हैं: एनोड, कैथोड और कंट्रोल इलेक्ट्रोड।

यूई (नियंत्रण इलेक्ट्रोड) थाइरिस्टर को चालू और बंद करने के लिए सटीक रूप से जिम्मेदार है। थाइरिस्टर का उद्घाटन इस शर्त के तहत होता है कि ए (एनोड) और के (कैथोड) के बीच लागू वोल्टेज थाइरिस्टर के ऑपरेटिंग वोल्टेज के बराबर या उससे अधिक हो जाता है। सच है, दूसरे मामले में, Ue और K के बीच सकारात्मक ध्रुवता की एक नाड़ी के संपर्क की आवश्यकता होगी।

आपूर्ति वोल्टेज की निरंतर आपूर्ति के साथ, थाइरिस्टर अनिश्चित काल तक खुला रह सकता है।

इसे बंद स्थिति में बदलने के लिए, आप यह कर सकते हैं:

• ए और के के बीच वोल्टेज स्तर को शून्य तक कम करें;
• ए-करंट मान को कम करें ताकि होल्डिंग करंट की ताकत अधिक हो;
• यदि सर्किट का संचालन प्रत्यावर्ती धारा की क्रिया पर आधारित है, तो जब धारा स्तर स्वयं शून्य रीडिंग तक गिर जाता है, तो डिवाइस बाहरी हस्तक्षेप के बिना बंद हो जाएगा;
• यूई पर एक अवरोधक वोल्टेज लागू करें (केवल लॉक करने योग्य प्रकार के अर्धचालक उपकरणों के लिए प्रासंगिक)।

बंद अवस्था भी अनिश्चित काल तक बनी रहती है जब तक कि कोई ट्रिगरिंग आवेग उत्पन्न न हो जाए।

विशिष्ट नियंत्रण विधियाँ

• आयाम .

यह यूई को अलग-अलग परिमाण के सकारात्मक वोल्टेज की आपूर्ति का प्रतिनिधित्व करता है। थाइरिस्टर का खुलना तब होता है जब वोल्टेज मान सुधारक धारा (इरेक्ट) के नियंत्रण संक्रमण को तोड़ने के लिए पर्याप्त होता है। यूई पर वोल्टेज बदलने से थाइरिस्टर के खुलने का समय बदलना संभव हो जाता है।

इस विधि का मुख्य नुकसान तापमान कारक का मजबूत प्रभाव है। इसके अलावा, प्रत्येक प्रकार के थाइरिस्टर को एक अलग प्रकार के अवरोधक की आवश्यकता होगी। यह बिंदु उपयोग में आसानी नहीं जोड़ता है। इसके अलावा, थाइरिस्टर के खुलने का समय केवल तभी समायोजित किया जा सकता है जब नेटवर्क का सकारात्मक आधा चक्र पहले 1/2 तक चलता है।

• चरण।

इसमें चरण यूकंट्रोल (एनोड पर वोल्टेज के संबंध में) को बदलना शामिल है। इस मामले में, एक चरण शिफ्ट ब्रिज का उपयोग किया जाता है। मुख्य नुकसान यूकंट्रोल का कम ढलान है, इसलिए थाइरिस्टर के शुरुआती क्षण को केवल थोड़े समय के लिए स्थिर करना संभव है।

• नाड़ी-चरण .

चरण विधि की कमियों को दूर करने के लिए डिज़ाइन किया गया। इस प्रयोजन के लिए, एक खड़ी धार के साथ एक वोल्टेज पल्स को यूई पर लागू किया जाता है। यह दृष्टिकोण वर्तमान में सबसे आम है।

थाइरिस्टर और सुरक्षा

उनकी कार्रवाई की आवेग प्रकृति और रिवर्स रिकवरी करंट की उपस्थिति के कारण, थाइरिस्टर डिवाइस के संचालन में ओवरवॉल्टेज के जोखिम को काफी बढ़ा देते हैं। इसके अलावा, यदि सर्किट के अन्य हिस्सों में बिल्कुल भी वोल्टेज नहीं है तो सेमीकंडक्टर क्षेत्र में ओवरवॉल्टेज का खतरा अधिक होता है।

इसलिए, नकारात्मक परिणामों से बचने के लिए, सीएफटीपी योजनाओं का उपयोग करने की प्रथा है। वे महत्वपूर्ण वोल्टेज मानों की उपस्थिति और अवधारण को रोकते हैं।

दो-ट्रांजिस्टर थाइरिस्टर मॉडल

दो ट्रांजिस्टर से एक डाइनिस्टर (दो टर्मिनलों वाला थाइरिस्टर) या एक ट्रिनिस्टर (तीन टर्मिनलों वाला थाइरिस्टर) को इकट्ठा करना काफी संभव है। ऐसा करने के लिए, उनमें से एक में पी-एन-पी चालकता होनी चाहिए, दूसरे में - एन-पी-एन चालकता होनी चाहिए। ट्रांजिस्टर सिलिकॉन या जर्मेनियम से बनाए जा सकते हैं।

उनके बीच संबंध दो चैनलों के माध्यम से किया जाता है:

• दूसरे ट्रांजिस्टर से एनोड + पहले ट्रांजिस्टर से नियंत्रण इलेक्ट्रोड;
• पहले ट्रांजिस्टर से कैथोड + दूसरे ट्रांजिस्टर से नियंत्रण इलेक्ट्रोड।

यदि आप नियंत्रण इलेक्ट्रोड के उपयोग के बिना करते हैं, तो आउटपुट एक डाइनिस्टर होगा।

चयनित ट्रांजिस्टर की अनुकूलता शक्ति की समान मात्रा द्वारा निर्धारित की जाती है। इस मामले में, डिवाइस के सामान्य कामकाज के लिए आवश्यक वर्तमान और वोल्टेज रीडिंग आवश्यक रूप से अधिक होनी चाहिए। ब्रेकडाउन वोल्टेज और होल्डिंग करंट का डेटा उपयोग किए गए ट्रांजिस्टर के विशिष्ट गुणों पर निर्भर करता है।

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पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए अर्धचालक उपकरणों का निर्माण 1953 में शुरू हुआ, जब उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन प्राप्त करना और बड़े आकार की सिलिकॉन डिस्क बनाना संभव हो गया। 1955 में, पहली बार एक अर्धचालक नियंत्रित उपकरण बनाया गया था, जिसमें चार-परत संरचना थी और इसे "थाइरिस्टर" कहा जाता था।

इसे एनोड और कैथोड के बीच एक सकारात्मक वोल्टेज पर नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर एक पल्स लगाकर चालू किया गया था। थाइरिस्टर को बंद करना इसके माध्यम से बहने वाली प्रत्यक्ष धारा को शून्य तक कम करके सुनिश्चित किया जाता है, जिसके लिए आगमनात्मक-कैपेसिटिव स्विचिंग सर्किट के कई सर्किट विकसित किए गए हैं। वे न केवल कनवर्टर की लागत बढ़ाते हैं, बल्कि इसका वजन और आयाम भी ख़राब करते हैं और विश्वसनीयता कम करते हैं।

इसलिए, थाइरिस्टर के निर्माण के साथ-साथ, नियंत्रण इलेक्ट्रोड के माध्यम से इसके स्विचिंग को सुनिश्चित करने के उद्देश्य से अनुसंधान शुरू हुआ। मुख्य समस्या आधार क्षेत्रों में आवेश वाहकों का तीव्र पुनर्वसन सुनिश्चित करना था।

इस तरह के पहले थाइरिस्टर 1960 में संयुक्त राज्य अमेरिका में दिखाई दिए। इन्हें गेट टर्न ऑफ (जीटीओ) कहा जाता था। हमारे देश में, इन्हें लॉक करने योग्य या स्विच करने योग्य थाइरिस्टर के रूप में जाना जाता है।

90 के दशक के मध्य में, नियंत्रण इलेक्ट्रोड के लिए रिंग टर्मिनल के साथ एक टर्न-ऑफ थाइरिस्टर विकसित किया गया था। इसे गेट कम्यूटेटेड थाइरिस्टर (जीसीटी) कहा गया और यह जीटीओ तकनीक का एक और विकास बन गया।

थाइरिस्टर जीटीओ

उपकरण

टर्न-ऑफ थाइरिस्टर क्लासिक चार-परत संरचना पर आधारित एक पूरी तरह से नियंत्रित अर्धचालक उपकरण है। इसे नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर सकारात्मक और नकारात्मक वर्तमान दालों को लागू करके चालू और बंद किया जाता है। चित्र में. 1 स्विच-ऑफ थाइरिस्टर का प्रतीक (ए) और ब्लॉक आरेख (बी) दिखाता है। एक पारंपरिक थाइरिस्टर की तरह, इसमें एक कैथोड के, एक एनोड ए और एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड जी होता है। उपकरणों की संरचनाओं में अंतर एन- और पी-चालकता के साथ क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर परतों की एक अलग व्यवस्था में निहित है।

कैथोड परत n के डिज़ाइन में सबसे बड़ा परिवर्तन आया है। इसे कई सौ प्राथमिक कोशिकाओं में विभाजित किया गया है, जो क्षेत्र में समान रूप से वितरित हैं और समानांतर में जुड़े हुए हैं। यह डिज़ाइन डिवाइस बंद होने पर अर्धचालक संरचना के पूरे क्षेत्र में वर्तमान में एक समान कमी सुनिश्चित करने की इच्छा के कारण होता है।

आधार परत पी, इस तथ्य के बावजूद कि इसे एक इकाई के रूप में बनाया गया है, इसमें बड़ी संख्या में नियंत्रण इलेक्ट्रोड संपर्क (लगभग कैथोड कोशिकाओं की संख्या के बराबर) हैं, जो क्षेत्र में समान रूप से वितरित हैं और समानांतर में जुड़े हुए हैं। आधार परत n एक पारंपरिक थाइरिस्टर की संबंधित परत के समान बनाई गई है।

एनोड परत पी में छोटे वितरित प्रतिरोधों के माध्यम से एन-बेस को एनोड संपर्क से जोड़ने वाले शंट (जोन एन) हैं। एनोड शंट का उपयोग थाइरिस्टर में किया जाता है जिसमें रिवर्स ब्लॉकिंग क्षमता नहीं होती है। इन्हें बेस क्षेत्र एन से चार्ज निकालने की स्थितियों में सुधार करके डिवाइस शटडाउन समय को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

जीटीओ थाइरिस्टर का मुख्य डिज़ाइन टैबलेट प्रकार का है जिसमें चार-परत सिलिकॉन वेफर होता है जो बढ़ी हुई तापीय और विद्युत चालकता के साथ दो तांबे के आधारों के बीच तापमान-क्षतिपूर्ति मोलिब्डेनम डिस्क के माध्यम से सैंडविच होता है। नियंत्रण इलेक्ट्रोड, जिसमें सिरेमिक आवास में एक टर्मिनल होता है, सिलिकॉन वेफर के संपर्क में होता है। डिवाइस को कूलर के दो हिस्सों के बीच संपर्क सतहों द्वारा क्लैंप किया जाता है, एक दूसरे से अलग किया जाता है और शीतलन प्रणाली के प्रकार द्वारा निर्धारित डिज़ाइन होता है।

परिचालन सिद्धांत

जीटीओ थाइरिस्टर चक्र के चार चरण हैं: ऑन, कंडक्टिंग, ऑफ और ब्लॉकिंग।

थाइरिस्टर संरचना के योजनाबद्ध खंड में (चित्र 1, बी) संरचना का निचला टर्मिनल एनोड है। एनोड परत पी के संपर्क में है। फिर नीचे से ऊपर तक हैं: आधार परत एन, आधार परत पी (एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड टर्मिनल वाला), परत एन, जो कैथोड टर्मिनल के सीधे संपर्क में है। चार परतें तीन पी-एन जंक्शन बनाती हैं: परतों पी और एन के बीच जे1; परतों n और p के बीच j2; परतों p और n के बीच j3।

चरण एक- समावेश। थाइरिस्टर संरचना का अवरुद्ध अवस्था से संचालन अवस्था (स्विचिंग ऑन) में संक्रमण तभी संभव है जब एनोड और कैथोड के बीच सीधा वोल्टेज लगाया जाता है। संक्रमण j1 और j3 आगे की दिशा में स्थानांतरित हो जाते हैं और आवेश वाहकों के पारित होने में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। संपूर्ण वोल्टेज मध्य जंक्शन j2 पर लागू होता है, जो रिवर्स बायस्ड है। j2 संक्रमण के निकट, आवेश वाहकों से रहित एक क्षेत्र बनता है, जिसे अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र कहा जाता है। जीटीओ थाइरिस्टर को चालू करने के लिए, सकारात्मक ध्रुवता यूजी का एक वोल्टेज नियंत्रण इलेक्ट्रोड और कैथोड पर नियंत्रण सर्किट ("+" टर्मिनल से पी परत) के माध्यम से लगाया जाता है। परिणामस्वरूप, स्विचिंग करंट I G सर्किट से प्रवाहित होता है।

टर्न-ऑफ थाइरिस्टर में डीआईजी/डीटी किनारे के ढलान और आईजीएम नियंत्रण धारा के आयाम के लिए सख्त आवश्यकताएं होती हैं। जंक्शन j3 के माध्यम से, लीकेज करंट के अलावा, टर्न-ऑन करंट I G प्रवाहित होने लगता है। इस धारा को बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों को परत n से परत p में अंतःक्षेपित किया जाएगा। इसके बाद, उनमें से कुछ को आधार संक्रमण j2 के विद्युत क्षेत्र द्वारा परत n में स्थानांतरित किया जाएगा।

साथ ही, परत पी से परत एन और फिर परत पी तक छिद्रों का काउंटर इंजेक्शन बढ़ जाएगा, यानी। अल्पसंख्यक आवेश वाहकों द्वारा निर्मित धारा में वृद्धि होगी।

बेस जंक्शन j2 से गुजरने वाली कुल धारा टर्न-ऑन धारा से अधिक हो जाती है, थाइरिस्टर खुल जाता है, जिसके बाद चार्ज वाहक इसके सभी चार क्षेत्रों से स्वतंत्र रूप से गुजरेंगे।

2 चरण-संचालन अवस्था. प्रत्यक्ष धारा प्रवाह मोड में, यदि एनोड सर्किट में धारा होल्डिंग धारा से अधिक हो जाती है, तो धारा आईजी को नियंत्रित करने की कोई आवश्यकता नहीं है। हालाँकि, व्यवहार में, स्विच-ऑफ थाइरिस्टर की सभी संरचनाओं को लगातार एक संचालन स्थिति में रखने के लिए, किसी दिए गए तापमान शासन के लिए प्रदान किए गए वर्तमान को बनाए रखना अभी भी आवश्यक है। इस प्रकार, संपूर्ण स्विचिंग और संचालन स्थिति के दौरान, नियंत्रण प्रणाली सकारात्मक ध्रुवता की एक वर्तमान पल्स उत्पन्न करती है।

संचालन अवस्था में, अर्धचालक संरचना के सभी क्षेत्र आवेश वाहकों (कैथोड से एनोड तक इलेक्ट्रॉन, विपरीत दिशा में छेद) की एक समान गति सुनिश्चित करते हैं। एनोड धारा संक्रमण j1, j2 के माध्यम से बहती है, और एनोड और नियंत्रण इलेक्ट्रोड की कुल धारा संक्रमण j3 के माध्यम से बहती है।

चरण 3- शट डाउन। निरंतर वोल्टेज ध्रुवता यू टी (चित्र 3 देखें) के साथ जीटीओ थाइरिस्टर को बंद करने के लिए, नकारात्मक ध्रुवता यूजीआर का एक वोल्टेज नियंत्रण सर्किट के माध्यम से नियंत्रण इलेक्ट्रोड और कैथोड पर लागू किया जाता है। यह एक स्विच-ऑफ करंट का कारण बनता है, जिसके प्रवाह से आधार परत पी में मुख्य चार्ज वाहक (छेद) का पुनर्वसन होता है। दूसरे शब्दों में, आधार परत n से परत p में प्रवेश करने वाले छिद्रों और नियंत्रण इलेक्ट्रोड के माध्यम से उसी परत में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉनों का पुनर्संयोजन होता है।

जैसे ही बेस जंक्शन j2 उनसे मुक्त होता है, थाइरिस्टर बंद होना शुरू हो जाता है। इस प्रक्रिया को थोड़े समय में थाइरिस्टर के आगे के वर्तमान I T में एक छोटे मूल्य I TQT में तेज कमी की विशेषता है (चित्र 2 देखें)। बेस ट्रांज़िशन j2 लॉक होने के तुरंत बाद, ट्रांज़िशन j3 बंद होना शुरू हो जाता है, हालाँकि, नियंत्रण सर्किट के इंडक्शन में संग्रहीत ऊर्जा के कारण, यह कुछ समय के लिए थोड़ी खुली अवस्था में रहता है।

चावल। 2. एनोड करंट (iT) और नियंत्रण इलेक्ट्रोड (iG) में परिवर्तन के ग्राफ़

नियंत्रण सर्किट के इंडक्शन में संग्रहीत सभी ऊर्जा के उपभोग के बाद, कैथोड पक्ष पर जंक्शन j3 पूरी तरह से बंद हो जाता है। इस बिंदु से, थाइरिस्टर के माध्यम से करंट लीकेज करंट के बराबर होता है जो नियंत्रण इलेक्ट्रोड सर्किट के माध्यम से एनोड से कैथोड तक प्रवाहित होता है।

पुनर्संयोजन की प्रक्रिया और, इसलिए, टर्न-ऑफ थाइरिस्टर को बंद करना काफी हद तक सामने वाले dIGQ/dt के ढलान और रिवर्स कंट्रोल करंट के आयाम I GQ पर निर्भर करता है। इस धारा के आवश्यक ढलान और आयाम को सुनिश्चित करने के लिए, नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर एक वोल्टेज यूजी लागू किया जाना चाहिए, जो संक्रमण j3 के लिए अनुमेय मूल्य से अधिक नहीं होना चाहिए।

चरण 4- अवरुद्ध अवस्था। अवरुद्ध अवस्था मोड में, नियंत्रण इकाई से नकारात्मक ध्रुवता वोल्टेज यू जीआर नियंत्रण इलेक्ट्रोड और कैथोड पर लागू रहता है। कुल करंट I GR नियंत्रण सर्किट से प्रवाहित होता है, जिसमें थाइरिस्टर लीकेज करंट और जंक्शन j3 से गुजरने वाला रिवर्स कंट्रोल करंट शामिल होता है। संक्रमण j3 विपरीत-पक्षपातपूर्ण है। इस प्रकार, फॉरवर्ड ब्लॉकिंग अवस्था में जीटीओ थाइरिस्टर में, दो जंक्शन (जे2 और जे3) रिवर्स बायस्ड होते हैं और दो स्पेस चार्ज क्षेत्र बनते हैं।

संपूर्ण शटडाउन और अवरुद्ध स्थिति के दौरान, नियंत्रण प्रणाली नकारात्मक ध्रुवता की एक पल्स उत्पन्न करती है।

सुरक्षा सर्किट

जीटीओ थाइरिस्टर के उपयोग के लिए विशेष सुरक्षात्मक सर्किट के उपयोग की आवश्यकता होती है। वे वजन और आयाम, कनवर्टर की लागत बढ़ाते हैं, और कभी-कभी अतिरिक्त शीतलन उपकरणों की आवश्यकता होती है, लेकिन उपकरणों के सामान्य कामकाज के लिए आवश्यक होते हैं।

किसी भी सुरक्षात्मक सर्किट का उद्देश्य अर्धचालक उपकरण को स्विच करते समय विद्युत ऊर्जा के दो मापदंडों में से एक की वृद्धि दर को सीमित करना है। इस मामले में, सुरक्षात्मक सर्किट सीबी (छवि 3) के कैपेसिटर संरक्षित डिवाइस टी के समानांतर में जुड़े हुए हैं। वे थाइरिस्टर बंद होने पर आगे वोल्टेज डीयूटी/डीटी की वृद्धि दर को सीमित करते हैं।

एलई चोक डिवाइस टी के साथ श्रृंखला में स्थापित किए जाते हैं। वे थाइरिस्टर चालू होने पर आगे की धारा डीआईटी/डीटी की वृद्धि की दर को सीमित करते हैं। प्रत्येक डिवाइस के लिए dUT/dt और dIT/dt मान मानकीकृत हैं; उन्हें उपकरणों के लिए संदर्भ पुस्तकों और पासपोर्ट डेटा में दर्शाया गया है।

चावल। 3. सुरक्षात्मक सर्किट आरेख

कैपेसिटर और चोक के अलावा, प्रतिक्रियाशील तत्वों के निर्वहन और चार्ज को सुनिश्चित करने के लिए सुरक्षात्मक सर्किट में अतिरिक्त तत्वों का उपयोग किया जाता है। इनमें शामिल हैं: डायोड डीबी, जो थाइरिस्टर टी को बंद करने और कैपेसिटर सीबी को चार्ज करने पर रेसिस्टर आरबी को बायपास करता है, रेसिस्टर आरबी, जो थाइरिस्टर टी चालू होने पर कैपेसिटर सीबी के डिस्चार्ज करंट को सीमित करता है।

नियंत्रण प्रणाली

नियंत्रण प्रणाली (सीएस) में निम्नलिखित कार्यात्मक ब्लॉक होते हैं: एक सक्षम सर्किट जिसमें एक अनलॉकिंग पल्स उत्पन्न करने के लिए एक सर्किट और खुले राज्य में थाइरिस्टर को बनाए रखने के लिए एक सिग्नल स्रोत होता है; लॉकिंग सिग्नल उत्पन्न करने के लिए सर्किट; थाइरिस्टर को बंद अवस्था में बनाए रखने के लिए सर्किट।

सभी प्रकार की नियंत्रण प्रणालियों के लिए सभी सूचीबद्ध ब्लॉकों की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन प्रत्येक नियंत्रण प्रणाली में अनलॉकिंग और लॉकिंग पल्स उत्पन्न करने के लिए सर्किट होने चाहिए। इस मामले में, नियंत्रण सर्किट और स्विच-ऑफ थाइरिस्टर के पावर सर्किट के गैल्वेनिक अलगाव को सुनिश्चित करना आवश्यक है।

स्विच-ऑफ थाइरिस्टर के संचालन को नियंत्रित करने के लिए, दो मुख्य नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग किया जाता है, जो नियंत्रण इलेक्ट्रोड को सिग्नल आपूर्ति करने के तरीके में भिन्न होते हैं। चित्र में प्रस्तुत मामले में। 4, तार्किक ब्लॉक सेंट द्वारा उत्पन्न सिग्नल गैल्वेनिक अलगाव (संभावित पृथक्करण) के अधीन हैं, जिसके बाद उन्हें कुंजी एसई और एसए के माध्यम से स्विच-ऑफ थाइरिस्टर टी के नियंत्रण इलेक्ट्रोड में आपूर्ति की जाती है। दूसरे मामले में, सिग्नल पहले एसई (चालू) और एसए (बंद) कुंजी पर कार्य करें, जो नियंत्रण इकाई के समान क्षमता के अंतर्गत हैं, फिर गैल्वेनिक अलगाव उपकरणों यूई और यूए के माध्यम से नियंत्रण इलेक्ट्रोड को आपूर्ति की जाती है।

एसई और एसए कुंजियों के स्थान के आधार पर, कम-क्षमता (एनपीएसयू) और उच्च-क्षमता (वीपीएसयू, चित्र 4) नियंत्रण योजनाएं प्रतिष्ठित हैं।

चावल। 4. नियंत्रण सर्किट विकल्प

एनपीएसयू नियंत्रण प्रणाली वीपीएसयू की तुलना में संरचनात्मक रूप से सरल है, लेकिन इसकी क्षमताएं थाइरिस्टर के माध्यम से बहने वाले प्रत्यक्ष प्रवाह के मोड में संचालित लंबी अवधि के नियंत्रण संकेतों को उत्पन्न करने के साथ-साथ नियंत्रण दालों की स्थिरता सुनिश्चित करने के मामले में सीमित हैं। लंबी अवधि के सिग्नल उत्पन्न करने के लिए अधिक महंगे पुश-पुल सर्किट का उपयोग करना आवश्यक है।

वीपीएसयू में, नियंत्रण सिग्नल की उच्च ढलान और बढ़ी हुई अवधि अधिक आसानी से प्राप्त की जाती है। इसके अलावा, यहां नियंत्रण संकेत का पूरी तरह से उपयोग किया जाता है, जबकि एनपीएसयू में इसका मूल्य एक संभावित पृथक्करण उपकरण (उदाहरण के लिए, एक पल्स ट्रांसफार्मर) द्वारा सीमित होता है।

एक सूचना संकेत - चालू या बंद करने का आदेश - आमतौर पर एक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कनवर्टर के माध्यम से सर्किट को आपूर्ति की जाती है।

थाइरिस्टर जीसीटी

90 के दशक के मध्य में, एबीबी और मित्सुबिशी ने एक नए प्रकार का गेट कम्यूटेटेड थाइरिस्टर (जीसीटी) विकसित किया। दरअसल, जीसीटी जीटीओ का एक और सुधार या उसका आधुनिकीकरण है। हालाँकि, नियंत्रण इलेक्ट्रोड का मौलिक रूप से नया डिज़ाइन, साथ ही डिवाइस बंद होने पर होने वाली अलग-अलग प्रक्रियाएँ, इस पर विचार करना उचित बनाती हैं।

जीसीटी को जीटीओ की कमियों से मुक्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, इसलिए सबसे पहले हमें जीटीओ के साथ उत्पन्न होने वाले मुद्दों को संबोधित करने की आवश्यकता है।

जीटीओ का मुख्य नुकसान इसके स्विचिंग के दौरान डिवाइस के सुरक्षात्मक सर्किट में बड़ी ऊर्जा हानि है। आवृत्ति बढ़ने से नुकसान बढ़ जाता है, इसलिए व्यवहार में जीटीओ थाइरिस्टर को 250-300 हर्ट्ज से अधिक की आवृत्ति के साथ स्विच किया जाता है। मुख्य नुकसान रोकनेवाला आरबी में होता है (चित्र 3 देखें) जब थाइरिस्टर टी बंद हो जाता है और, परिणामस्वरूप, कैपेसिटर सीबी डिस्चार्ज हो जाता है।

कैपेसिटर सीबी को डिवाइस बंद होने पर फॉरवर्ड वोल्टेज ड्यू/डीटी में वृद्धि की दर को सीमित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। थाइरिस्टर को ड्यू/डीटी प्रभाव के प्रति असंवेदनशील बनाकर, स्नबर सर्किट (स्विचिंग पथ निर्माण सर्किट) को छोड़ना संभव था, जिसे जीसीटी डिजाइन में लागू किया गया था।

नियंत्रण और डिज़ाइन सुविधाएँ

जीटीओ उपकरणों की तुलना में जीसीटी थाइरिस्टर की मुख्य विशेषता तेजी से शटडाउन है, जो नियंत्रण सिद्धांत को बदलकर और डिवाइस के डिजाइन में सुधार करके हासिल की जाती है। डिवाइस बंद होने पर थाइरिस्टर संरचना को ट्रांजिस्टर संरचना में परिवर्तित करके तेजी से शटडाउन का एहसास किया जाता है, जो डिवाइस को डु/डीटी प्रभाव के प्रति असंवेदनशील बनाता है।

ऑन, कंडक्टिव और ब्लॉकिंग चरणों में जीसीटी को जीटीओ की तरह ही नियंत्रित किया जाता है। बंद होने पर, GCT नियंत्रण में दो विशेषताएं होती हैं:

• नियंत्रण धारा Ig एनोड धारा Ia के बराबर या उससे अधिक है (GTO थाइरिस्टर के लिए Ig 3 - 5 गुना कम है);
• नियंत्रण इलेक्ट्रोड में कम प्रेरकत्व होता है, जो 3000 ए/µs या अधिक की नियंत्रण वर्तमान वृद्धि दर डिग/डीटी प्राप्त करना संभव बनाता है (जीटीओ थाइरिस्टर के लिए डिग/डीटी मान 30-40 ए/µs है)।

चावल। 5. बंद होने पर जीसीटी थाइरिस्टर की संरचना में धाराओं का वितरण

चित्र में. चित्र 5 डिवाइस बंद होने पर जीसीटी थाइरिस्टर की संरचना में धाराओं के वितरण को दर्शाता है। जैसा कि कहा गया है, टर्न-ऑन प्रक्रिया जीटीओ थाइरिस्टर के टर्न-ऑन के समान है। शटडाउन की प्रक्रिया अलग है. एनोड करंट (Ia) के आयाम के बराबर एक नकारात्मक नियंत्रण पल्स (-Ig) लगाने के बाद, डिवाइस से गुजरने वाली सभी प्रत्यक्ष धारा नियंत्रण प्रणाली में विक्षेपित हो जाती है और संक्रमण j3 (क्षेत्रों पी और के बीच) को दरकिनार करते हुए कैथोड तक पहुंच जाती है। एन)। जंक्शन j3 रिवर्स बायस्ड है और कैथोड ट्रांजिस्टर एनपीएन बंद हो जाता है। इसके अलावा जीसीटी को बंद करना किसी भी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर को बंद करने के समान है, जिसके लिए आगे वोल्टेज डु/डीटी की वृद्धि की दर की बाहरी सीमा की आवश्यकता नहीं होती है और इसलिए, एक स्नबर श्रृंखला की अनुपस्थिति की अनुमति मिलती है।

जीसीटी डिज़ाइन में परिवर्तन इस तथ्य के कारण है कि बंद होने पर डिवाइस में होने वाली गतिशील प्रक्रियाएं जीटीओ की तुलना में परिमाण के एक से दो ऑर्डर तेजी से आगे बढ़ती हैं। इसलिए, यदि GTO के लिए न्यूनतम टर्न-ऑफ और ब्लॉकिंग समय 100 μs है, तो GCT के लिए यह मान 10 μs से अधिक नहीं है। GCT को बंद करने पर नियंत्रण धारा के बढ़ने की दर 3000 A/µs है, GTO - 40 A/µs से अधिक नहीं है।

स्विचिंग प्रक्रियाओं की उच्च गतिशीलता सुनिश्चित करने के लिए, नियंत्रण इलेक्ट्रोड आउटपुट का डिज़ाइन और नियंत्रण प्रणाली के पल्स शेपर से डिवाइस का कनेक्शन बदल दिया गया। डिवाइस को एक सर्कल में घेरते हुए, आउटपुट एक रिंग में बनाया जाता है। रिंग थाइरिस्टर के सिरेमिक बॉडी से होकर गुजरती है और संपर्क में रहती है: अंदर नियंत्रण इलेक्ट्रोड की कोशिकाओं के साथ; बाहर - नियंत्रण इलेक्ट्रोड को पल्स पूर्व से जोड़ने वाली प्लेट के साथ।

अब जीटीओ थाइरिस्टर का उत्पादन जापान और यूरोप की कई बड़ी कंपनियों द्वारा किया जाता है: तोशिबा, हिताची, मित्सुबिशी, एबीबी, यूपेक। वोल्टेज यूडीआरएम के लिए डिवाइस पैरामीटर: 2500 वी, 4500 वी, 6000 वी; वर्तमान ITGQM द्वारा (अधिकतम दोहरावदार लॉकिंग करंट): 1000 ए, 2000 ए, 2500 ए, 3000 ए, 4000 ए, 6000 ए।

जीसीटी थाइरिस्टर मित्सुबिशी और एबीबी द्वारा निर्मित हैं। डिवाइस को 4500 V तक UDRM वोल्टेज और 4000 A तक ITGQM करंट के लिए डिज़ाइन किया गया है।

वर्तमान में, GCT और GTO थाइरिस्टर रूसी उद्यम Elektrovypryamitel OJSC (सरांस्क) में निर्मित होते हैं। TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 श्रृंखला के थाइरिस्टर का उत्पादन किया जाता है (समान) जीसीटी) आदि 125 मिमी तक के सिलिकॉन वेफर व्यास और वोल्टेज रेंज यूडीआरएम 1200 - 6000 वी और वर्तमान आईटीजीक्यूएम 630 - 4000 ए के साथ।

टर्न-ऑफ थाइरिस्टर के समानांतर और उनके साथ संयोजन में उपयोग के लिए, JSC Elektrovypryamitel ने डंपिंग (स्नबर) सर्किट और रिवर्स करंट डायोड के लिए फास्ट-रिकवरी डायोड के साथ-साथ आउटपुट चरणों के लिए एक शक्तिशाली पल्स ट्रांजिस्टर विकसित और सीरियल उत्पादन में लगाया है। नियंत्रण चालक (नियंत्रण प्रणाली) का.

थाइरिस्टर आईजीसीटी

सख्त नियंत्रण की अवधारणा के लिए धन्यवाद (नियंत्रित पुनर्संयोजन केंद्रों का एक विशेष वितरण बनाने के लिए मिश्र धातु प्रोफाइल, मेसा प्रौद्योगिकी, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन विकिरण का अच्छा नियंत्रण, तथाकथित पारदर्शी या पतले उत्सर्जकों की तकनीक, बफर परत का उपयोग) एन-बेस क्षेत्र, आदि) बंद होने पर जीटीओ की विशेषताओं में महत्वपूर्ण सुधार हासिल करना संभव था। डिवाइस, नियंत्रण और अनुप्रयोग परिप्रेक्ष्य से एचडी जीटीओ तकनीक में अगली प्रमुख प्रगति नए इंटीग्रेटेड गेट-कम्यूटेटेड थाइरिस्टर (आईजीसीटी) पर आधारित नियंत्रित उपकरणों का विचार था। सख्त नियंत्रण प्रौद्योगिकी के लिए धन्यवाद, समान स्विचिंग आईजीसीटी के सुरक्षित संचालन क्षेत्र को हिमस्खलन टूटने से सीमित सीमा तक बढ़ा देती है, अर्थात। सिलिकॉन की भौतिक क्षमताओं के लिए. ड्यू/डीटी से अधिक के विरुद्ध किसी सुरक्षा सर्किट की आवश्यकता नहीं है। बेहतर बिजली हानि प्रदर्शन के साथ, किलोहर्ट्ज़ रेंज में नए अनुप्रयोग पाए गए हैं। नियंत्रण के लिए आवश्यक शक्ति मानक जीटीओ की तुलना में 5 गुना कम हो जाती है, मुख्यतः पारदर्शी एनोड डिज़ाइन के कारण। आईजीसीटी उपकरणों का नया परिवार, मोनोलिथिक एकीकृत उच्च शक्ति डायोड के साथ, 0.5 - 6 एमवी*ए की रेंज में अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया है। सीरियल और समानांतर कनेक्शन की मौजूदा तकनीकी क्षमताओं के साथ, IGCT डिवाइस बिजली के स्तर को कई सौ मेगावोल्ट - एम्पीयर तक बढ़ाने की अनुमति देते हैं।

एक एकीकृत नियंत्रण इकाई के साथ, एनोड वोल्टेज बढ़ने से पहले कैथोड करंट कम हो जाता है। यह नियंत्रण इलेक्ट्रोड सर्किट के बहुत कम प्रेरण के कारण प्राप्त किया जाता है, जिसे एक बहुपरत नियंत्रण बोर्ड के संयोजन में नियंत्रण इलेक्ट्रोड के समाक्षीय कनेक्शन के माध्यम से महसूस किया जाता है। परिणामस्वरूप, 4 kA/μs की स्विच-ऑफ वर्तमान गति प्राप्त करना संभव हो गया। नियंत्रण वोल्टेज UGK=20 V पर। जब कैथोड धारा शून्य हो जाती है, तो शेष एनोड धारा नियंत्रण इकाई में चली जाती है, जिसका इस समय कम प्रतिरोध होता है। इससे नियंत्रण इकाई की ऊर्जा खपत कम हो जाती है।

"हार्ड" नियंत्रण के साथ काम करते हुए, थाइरिस्टर, चालू होने पर, 1 μs में पी-एन-पी-एन स्थिति से पी-एन-पी मोड में स्विच हो जाता है। स्विचिंग पूरी तरह से ट्रांजिस्टर मोड में होती है, जिससे ट्रिगर प्रभाव की कोई भी संभावना समाप्त हो जाती है।

एनोड पक्ष पर बफर परत का उपयोग करके डिवाइस की मोटाई कम की जाती है। पावर सेमीकंडक्टर्स की बफर परत समान फॉरवर्ड ब्रेकडाउन वोल्टेज पर उनकी मोटाई को 30% तक कम करके पारंपरिक तत्वों के प्रदर्शन में सुधार करती है। पतले तत्वों का मुख्य लाभ कम स्थैतिक और गतिशील नुकसान के साथ बेहतर तकनीकी विशेषताओं में है। चार-परत डिवाइस में ऐसी बफर परत के लिए एनोड शॉर्ट्स को हटाने की आवश्यकता होती है, लेकिन फिर भी शटडाउन के दौरान इलेक्ट्रॉन प्रभावी ढंग से जारी होते हैं। नया आईजीसीटी उपकरण एक पारदर्शी एनोड एमिटर के साथ एक बफर परत को जोड़ता है। पारदर्शी एनोड वर्तमान-नियंत्रित उत्सर्जक दक्षता वाला एक पी-एन जंक्शन है।

अधिकतम शोर प्रतिरक्षा और कॉम्पैक्टनेस के लिए, नियंत्रण इकाई आईजीसीटी को घेर लेती है, कूलर के साथ एक एकल संरचना बनाती है, और इसमें सर्किट्री का केवल वह हिस्सा होता है जो आईजीसीटी को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है। परिणामस्वरूप, नियंत्रण इकाई के तत्वों की संख्या कम हो जाती है, गर्मी अपव्यय, विद्युत और थर्मल अधिभार के पैरामीटर कम हो जाते हैं। इसलिए, नियंत्रण इकाई की लागत और विफलता दर भी काफी कम हो जाती है। आईजीसीटी, अपनी एकीकृत नियंत्रण इकाई के साथ, आसानी से मॉड्यूल में तय हो जाती है और ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से बिजली आपूर्ति और नियंत्रण सिग्नल स्रोत से सटीक रूप से जुड़ी होती है। बस स्प्रिंग को जारी करके, आईजीसीटी पर एक सटीक गणना की गई क्लैंपिंग बल लागू किया जाता है, जिससे विद्युत और थर्मल संपर्क बनता है, सावधानीपूर्वक डिजाइन किए गए क्लैंपिंग संपर्क प्रणाली के लिए धन्यवाद। यह असेंबली में अधिकतम आसानी और अधिकतम विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है। आईजीसीटी को स्नबर के बिना संचालित करते समय, फ़्रीव्हीलिंग डायोड को भी स्नबर के बिना संचालित करना चाहिए। इन आवश्यकताओं को क्लैम्पिंग पैकेज में बेहतर विशेषताओं वाले उच्च-शक्ति डायोड द्वारा पूरा किया जाता है, जो शास्त्रीय प्रक्रियाओं के संयोजन में विकिरण प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है। Di/dt प्रदान करने की क्षमता डायोड के संचालन से निर्धारित होती है (चित्र 6 देखें)।

चावल। 6. आईजीसीटी पर तीन-चरण इन्वर्टर का सरलीकृत आरेख

आईजीसीटी का मुख्य निर्माता एबीबी है। थाइरिस्टर वोल्टेज पैरामीटर यू डीआरएम: 4500 वी, 6000 वी; वर्तमान आईटीजीक्यूएम: 3000 ए, 4000 ए।

निष्कर्ष

90 के दशक की शुरुआत में पावर ट्रांजिस्टर तकनीक के तेजी से विकास से उपकरणों की एक नई श्रेणी का उदय हुआ - इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी - इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर)। आईजीबीटी के मुख्य लाभ उच्च परिचालन आवृत्ति, दक्षता, सादगी और नियंत्रण सर्किट की कॉम्पैक्टनेस (कम नियंत्रण धारा के कारण) हैं।

हाल के वर्षों में 4500 वी तक के ऑपरेटिंग वोल्टेज और 1800 ए तक धाराओं को स्विच करने की क्षमता वाले आईजीबीटी के उद्भव ने 1 मेगावाट तक की शक्ति और तक वोल्टेज वाले उपकरणों में गेटेड टर्न-ऑफ थाइरिस्टर (जीटीओ) के विस्थापन को जन्म दिया है। 3.5 के.वी.

हालाँकि, नए आईजीसीटी उपकरण, जो 500 हर्ट्ज से 2 किलोहर्ट्ज़ तक स्विचिंग आवृत्तियों पर काम करने में सक्षम हैं और आईजीबीटी की तुलना में उच्च प्रदर्शन की पेशकश करते हैं, अपने अंतर्निहित कम नुकसान और स्नबरलेस, अत्यधिक कुशल स्विच-ऑफ तकनीक के साथ सिद्ध थाइरिस्टर तकनीक का एक इष्टतम संयोजन जोड़ते हैं। नियंत्रण इलेक्ट्रोड आईजीसीटी आज मध्यम और उच्च वोल्टेज पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए आदर्श समाधान है।

दो तरफा हीट सिंक के साथ आधुनिक शक्तिशाली पावर स्विच की विशेषताएं तालिका में दी गई हैं। 1.

तालिका 1. दो तरफा हीट सिंक के साथ आधुनिक शक्तिशाली पावर स्विच की विशेषताएं

उपकरण का प्रकार	लाभ	कमियां	उपयोग के क्षेत्र
पारंपरिक थाइरिस्टर (एससीआर)	राज्य में सबसे कम नुकसान। उच्चतम अधिभार क्षमता. उच्च विश्वसनीयता। समानांतर और श्रृंखला में आसानी से जुड़ा हुआ।	नियंत्रण इलेक्ट्रोड के माध्यम से जबरन लॉक करने में सक्षम नहीं। कम परिचालन आवृत्ति.	डीसी ड्राइव; शक्तिशाली बिजली आपूर्ति; वेल्डिंग; पिघलना और गरम करना; स्थैतिक क्षतिपूर्तिकर्ता; एसी चाबियाँ
जीटीओ	नियंत्रित लॉकिंग क्षमता. अपेक्षाकृत उच्च अधिभार क्षमता. सीरियल कनेक्शन की संभावना. 4 केवी तक के वोल्टेज पर 250 हर्ट्ज तक ऑपरेटिंग आवृत्तियाँ।	राज्य में भारी नुकसान. नियंत्रण प्रणाली में बहुत बड़ा नुकसान. क्षमता को ऊर्जा को नियंत्रित करने और आपूर्ति करने के लिए जटिल प्रणालियाँ। बड़े स्विचिंग घाटे.	बिजली से चलने वाली गाड़ी; स्थैतिक कम्पेसाटर; प्रतिक्रियाशील शक्ति; निर्बाध बिजली आपूर्ति प्रणाली; प्रेरण हीटिंग
आईजीसीटी	नियंत्रित लॉकिंग क्षमता. अधिभार क्षमता जीटीओ के समान है। कम ऑन-स्टेट स्विचिंग हानियाँ। ऑपरेटिंग आवृत्ति - इकाइयों तक, किलोहर्ट्ज़। अंतर्निर्मित नियंत्रण इकाई (ड्राइवर)। सीरियल कनेक्शन की संभावना.	परिचालन अनुभव की कमी के कारण पहचान नहीं हो पाई	शक्तिशाली बिजली आपूर्ति (डीसी ट्रांसमिशन लाइनों के इन्वर्टर और रेक्टिफायर सबस्टेशन); इलेक्ट्रिक ड्राइव (आवृत्ति कन्वर्टर्स के लिए वोल्टेज इनवर्टर और विभिन्न प्रयोजनों के लिए इलेक्ट्रिक ड्राइव)
आईजीबीटी	नियंत्रित लॉकिंग क्षमता. उच्चतम ऑपरेटिंग आवृत्ति (10 किलोहर्ट्ज़ तक)। सरल, कम-शक्ति नियंत्रण प्रणाली। अंतर्निर्मित ड्राइवर.	राज्य में बहुत अधिक नुकसान।	इलेक्ट्रिक ड्राइव (हेलिकॉप्टर); निर्बाध बिजली आपूर्ति प्रणाली; स्थैतिक कम्पेसाटर और सक्रिय फिल्टर; प्रमुख बिजली आपूर्ति

सामग्री:

अर्धचालक संक्रमण के गुणों की खोज को बीसवीं शताब्दी में सबसे महत्वपूर्ण में से एक कहा जा सकता है। परिणामस्वरूप, पहले अर्धचालक उपकरण सामने आए - डायोड और ट्रांजिस्टर। साथ ही जिन योजनाओं में इनका उपयोग किया जाता है। ऐसा ही एक सर्किट विपरीत प्रकार के दो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का कनेक्शन है - पी-एन-पीसी एन-पी-एन. यह सर्किट नीचे छवि (बी) में दिखाया गया है। यह दर्शाता है कि थाइरिस्टर क्या है और इसके संचालन का सिद्धांत क्या है। इसमें सकारात्मक प्रतिक्रिया है. परिणामस्वरूप, प्रत्येक ट्रांजिस्टर दूसरे ट्रांजिस्टर के प्रवर्धन गुणों को बढ़ाता है।

ट्रांजिस्टर समकक्ष

इस मामले में, किसी भी दिशा में ट्रांजिस्टर की चालकता में कोई भी परिवर्तन हिमस्खलन की तरह बढ़ता है और सीमा राज्यों में से एक में समाप्त होता है। वे या तो बंद हैं या खुले हैं। इस प्रभाव को ट्रिगरिंग कहा जाता है। और जैसे-जैसे माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स विकसित हुआ, दोनों ट्रांजिस्टर को 1958 में एक ही सब्सट्रेट पर संयोजित किया गया, जिससे एक ही नाम के संक्रमण सामान्य हो गए। परिणाम एक नया अर्धचालक उपकरण था जिसे थाइरिस्टर कहा जाता था। थाइरिस्टर के संचालन का सिद्धांत दो ट्रांजिस्टर की परस्पर क्रिया पर आधारित है। संक्रमणों के संयोजन के परिणामस्वरूप, इसमें ट्रांजिस्टर (ए) के समान पिन की संख्या होती है।

आरेख में, नियंत्रण इलेक्ट्रोड ट्रांजिस्टर संरचना का आधार है एन-पी-एन. यह ट्रांजिस्टर का आधार धारा है जो इसके संग्राहक और उत्सर्जक के बीच चालकता को बदलता है। लेकिन नियंत्रण भी आधार पर किया जा सकता है पी-एन-पीट्रांजिस्टर. यह थाइरिस्टर का उपकरण है. नियंत्रण इलेक्ट्रोड का चुनाव इसकी विशेषताओं से निर्धारित होता है, जिसमें किए गए कार्य भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, उनमें से कुछ किसी भी नियंत्रण सिग्नल का उपयोग नहीं करते हैं। इसलिए, नियंत्रण इलेक्ट्रोड का उपयोग क्यों करें...

डिनिस्टर

ये ऐसे कार्य हैं जहां दो-इलेक्ट्रोड किस्मों के थाइरिस्टर - डाइनिस्टर - का उपयोग किया जाता है। उनमें प्रत्येक ट्रांजिस्टर के उत्सर्जक और आधार से जुड़े प्रतिरोधक होते हैं। आगे आरेख में ये R1 और R3 हैं। प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के लिए लागू वोल्टेज की मात्रा पर प्रतिबंध हैं। इसलिए, एक निश्चित मान तक, उल्लिखित प्रतिरोधक प्रत्येक ट्रांजिस्टर को लॉक अवस्था में रखते हैं। लेकिन वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, कलेक्टर-एमिटर जंक्शनों के माध्यम से रिसाव धाराएं दिखाई देती हैं।

उन्हें सकारात्मक प्रतिक्रिया द्वारा उठाया जाता है, और दोनों ट्रांजिस्टर, यानी डाइनिस्टर, अनलॉक हो जाते हैं। जो लोग प्रयोग करना चाहते हैं, उनके लिए आरेख और घटक मूल्यों वाली एक छवि नीचे दिखाई गई है। आप इसे असेंबल कर सकते हैं और इसके कार्यशील गुणों की जांच कर सकते हैं। आइए हम रोकनेवाला R2 पर ध्यान दें, जो वांछित मान के चयन में भिन्न है। यह रिसाव प्रभाव और इसलिए ट्रिगर वोल्टेज को पूरक करता है। नतीजतन, एक डाइनिस्टर एक थाइरिस्टर है, जिसका संचालन सिद्धांत आपूर्ति वोल्टेज के परिमाण से निर्धारित होता है। यदि यह अपेक्षाकृत बड़ा है, तो यह चालू हो जाएगा। स्वाभाविक रूप से, यह जानना भी दिलचस्प है कि इसे कैसे बंद किया जाए।

बंद करने में कठिनाई

जैसा कि वे कहते हैं, थाइरिस्टर को बंद करना कठिन था। इस कारण से, काफी लंबे समय तक, थाइरिस्टर के प्रकार केवल ऊपर उल्लिखित दो संरचनाओं तक ही सीमित थे। बीसवीं सदी के मध्य नब्बे के दशक तक, केवल इन दो प्रकार के थाइरिस्टर का उपयोग किया जाता था। तथ्य यह है कि थाइरिस्टर को बंद करना केवल तभी हो सकता है जब ट्रांजिस्टर में से एक को बंद कर दिया जाए। और एक निश्चित समय के लिए. यह गेटेड संक्रमण के अनुरूप आवेशों के गायब होने की दर से निर्धारित होता है। इन आरोपों को "नष्ट" करने का सबसे विश्वसनीय तरीका थाइरिस्टर के माध्यम से बहने वाली धारा को पूरी तरह से बंद करना है।

उनमें से ज्यादातर इसी तरह से काम करते हैं. डायरेक्ट करंट पर नहीं, बल्कि रेक्टिफाइड करंट पर, बिना फ़िल्टर किए वोल्टेज के अनुरूप। यह शून्य से आयाम मान में बदलता है, और फिर घटकर शून्य हो जाता है। और इसी तरह, प्रत्यावर्ती वोल्टेज की आवृत्ति के अनुसार जिसे सुधारा जाता है। शून्य वोल्टेज मानों के बीच एक निश्चित क्षण में, नियंत्रण इलेक्ट्रोड को एक संकेत भेजा जाता है और थाइरिस्टर अनलॉक हो जाता है। और जब वोल्टेज शून्य से गुजरता है, तो यह फिर से लॉक हो जाता है।

इसे निरंतर वोल्टेज और करंट पर बंद करने के लिए, जिस पर कोई शून्य मान नहीं है, एक शंट की आवश्यकता होती है जो एक निश्चित समय के लिए काम करता है। अपने सरलतम रूप में, यह या तो एनोड और कैथोड से जुड़ा एक बटन है, या श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। यदि डिवाइस अनलॉक है, तो उस पर अवशिष्ट वोल्टेज है। बटन दबाने से यह शून्य पर रीसेट हो जाता है और इससे प्रवाहित होने वाला करंट रुक जाता है। लेकिन अगर बटन में कोई विशेष उपकरण नहीं है, और उसके संपर्क खुले हैं, तो थाइरिस्टर निश्चित रूप से फिर से चालू हो जाएगा।

यह उपकरण थाइरिस्टर के समानांतर जुड़ा हुआ एक संधारित्र होना चाहिए। यह पूरे डिवाइस में वोल्टेज वृद्धि की दर को सीमित करता है। इन अर्धचालक उपकरणों का उपयोग करते समय यह पैरामीटर सबसे अधिक खेदजनक है, क्योंकि ऑपरेटिंग आवृत्ति जिसके साथ थाइरिस्टर लोड को स्विच करने में सक्षम है, कम हो जाता है, और तदनुसार, स्विच की गई शक्ति कम हो जाती है। यह घटना इन अर्धचालक उपकरणों के प्रत्येक मॉडल की आंतरिक क्षमता के कारण होती है।

किसी भी अर्धचालक उपकरण का डिज़ाइन अनिवार्य रूप से कैपेसिटर का एक समूह बनाता है। जितनी तेजी से वोल्टेज बढ़ता है, उतनी ही अधिक धाराएं उन्हें चार्ज करती हैं। इसके अलावा, वे सभी इलेक्ट्रोडों में होते हैं। यदि नियंत्रण इलेक्ट्रोड में ऐसा करंट एक निश्चित सीमा मान से अधिक हो जाता है, तो थाइरिस्टर चालू हो जाएगा। इसलिए, सभी मॉडलों के लिए पैरामीटर dU/dt दिया गया है।

• शून्य से गुजरने वाली आपूर्ति वोल्टेज के परिणामस्वरूप, थाइरिस्टर को बंद करना प्राकृतिक कहा जाता है। शेष शटडाउन विकल्पों को मजबूर या कृत्रिम कहा जाता है।

मॉडल रेंज की विविधता

ये स्विचिंग विकल्प थाइरिस्टर स्विच में जटिलता जोड़ते हैं और उनकी विश्वसनीयता कम करते हैं। लेकिन थाइरिस्टर किस्म का विकास बहुत फलदायी रहा।

आजकल, बड़ी संख्या में थाइरिस्टर की किस्मों के औद्योगिक उत्पादन में महारत हासिल हो गई है। उनके आवेदन का दायरा केवल शक्तिशाली पावर सर्किट नहीं है (जिसमें लॉक करने योग्य और डायोड-Thyristor, ट्राईक), लेकिन नियंत्रण सर्किट (डाइनिस्टर, ऑप्टोथाइरिस्टर) भी। चित्र में थाइरिस्टर को नीचे दिखाए अनुसार दर्शाया गया है।

उनमें से ऐसे मॉडल हैं जिनके ऑपरेटिंग वोल्टेज और धाराएं सभी अर्धचालक उपकरणों में सबसे अधिक हैं। चूंकि ट्रांसफार्मर के बिना औद्योगिक बिजली आपूर्ति अकल्पनीय है, इसलिए इसके आगे के विकास में थाइरिस्टर की भूमिका मौलिक है। इनवर्टर में लॉक करने योग्य उच्च-आवृत्ति मॉडल वैकल्पिक वोल्टेज की पीढ़ी सुनिश्चित करते हैं। इसके अलावा, इसका मान 10 kA की वर्तमान ताकत पर 10 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ 10 kV तक पहुंच सकता है। ट्रांसफार्मर के आयाम कई बार कम हो जाते हैं।

स्विच करने योग्य थाइरिस्टर को केवल विशेष संकेतों के साथ नियंत्रण इलेक्ट्रोड को प्रभावित करके चालू और बंद किया जाता है। ध्रुवीयता इस इलेक्ट्रॉनिक उपकरण की विशिष्ट संरचना से मेल खाती है। यह सबसे सरल किस्मों में से एक है, जिसे जीटीओ कहा जाता है। इसके अतिरिक्त, अंतर्निहित नियंत्रण संरचनाओं के साथ अधिक जटिल टर्न-ऑफ थाइरिस्टर का उपयोग किया जाता है। इन मॉडलों को जीसीटी और आईजीसीटी भी कहा जाता है। इन संरचनाओं में क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग टर्न-ऑफ थाइरिस्टर को एमसीटी परिवार के उपकरणों के रूप में वर्गीकृत करता है।

हमने अपनी समीक्षा को न केवल हमारी साइट पर पढ़ने वाले आगंतुकों के लिए, बल्कि डमी लोगों के लिए भी जानकारीपूर्ण बनाने का प्रयास किया। अब जब हम इस बात से परिचित हो गए हैं कि थाइरिस्टर कैसे काम करता है, तो हम इस ज्ञान को व्यावहारिक उपयोग में ला सकते हैं। उदाहरण के लिए, घरेलू विद्युत उपकरणों की साधारण मरम्मत में। मुख्य बात यह है कि जब आप अपने काम में व्यस्त हों, तो सुरक्षा सावधानियों के बारे में न भूलें!

यह समझने के लिए कि सर्किट कैसे काम करता है, आपको प्रत्येक तत्व की क्रिया और उद्देश्य को जानना होगा। इस लेख में हम थाइरिस्टर के संचालन सिद्धांत, विभिन्न प्रकार और संचालन के तरीके, विशेषताओं और प्रकारों पर विचार करेंगे। हम हर चीज़ को यथासंभव स्पष्ट रूप से समझाने का प्रयास करेंगे, ताकि यह शुरुआती लोगों के लिए भी स्पष्ट हो।

थाइरिस्टर एक अर्धचालक तत्व है जिसमें केवल दो अवस्थाएँ होती हैं: "खुला" (करंट प्रवाह) और "बंद" (कोई करंट नहीं)। इसके अलावा, दोनों अवस्थाएँ स्थिर हैं, अर्थात्, संक्रमण केवल कुछ शर्तों के तहत होता है। स्विचिंग स्वयं बहुत तेज़ी से होती है, हालाँकि तुरंत नहीं।

इसकी क्रिया के तरीके के संदर्भ में, इसकी तुलना एक स्विच या कुंजी से की जा सकती है। लेकिन थाइरिस्टर वोल्टेज का उपयोग करके स्विच करता है, और जब करंट खो जाता है या लोड हटा दिया जाता है तो बंद हो जाता है। इसलिए थाइरिस्टर के संचालन सिद्धांत को समझना मुश्किल नहीं है। आप इसे विद्युत नियंत्रित कुंजी के रूप में सोच सकते हैं। सचमुच में ठीक नहीं।

एक थाइरिस्टर में आमतौर पर तीन आउटपुट होते हैं। एक नियंत्रण और दो जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है। आप ऑपरेशन के सिद्धांत का संक्षेप में वर्णन करने का प्रयास कर सकते हैं। जब वोल्टेज को नियंत्रण आउटपुट पर लागू किया जाता है, तो सर्किट को एनोड-कलेक्टर के माध्यम से स्विच किया जाता है। यानी यह एक ट्रांजिस्टर के बराबर है। अंतर केवल इतना है कि एक ट्रांजिस्टर में, प्रवाहित धारा की मात्रा नियंत्रण टर्मिनल पर लागू वोल्टेज पर निर्भर करती है। और थाइरिस्टर या तो पूरी तरह से खुला है या पूरी तरह से बंद है।

उपस्थिति

थाइरिस्टर की उपस्थिति उसके उत्पादन की तारीख पर निर्भर करती है। सोवियत संघ के समय के तत्व धातु के हैं, तीन टर्मिनलों के साथ "उड़न तश्तरी" के रूप में। दो टर्मिनल - कैथोड और नियंत्रण इलेक्ट्रोड - "नीचे" या "कवर" (जिस तरफ भी आप देखें) पर स्थित हैं। इसके अलावा, नियंत्रण इलेक्ट्रोड आकार में छोटा होता है। एनोड कैथोड के विपरीत दिशा में स्थित हो सकता है, या शरीर पर लगे वॉशर के नीचे से बाहर की ओर चिपका हो सकता है।

दो प्रकार के थाइरिस्टर - आधुनिक और सोवियत, आरेखों पर पदनाम

आधुनिक थाइरिस्टर अलग दिखते हैं। यह एक छोटा प्लास्टिक का आयत है जिसके ऊपर एक धातु की प्लेट और नीचे तीन पिन हैं। आधुनिक संस्करण में एक असुविधा है: आपको विवरण में यह देखने की आवश्यकता है कि कौन सा टर्मिनल एनोड है, कैथोड और नियंत्रण इलेक्ट्रोड कहां है। आमतौर पर, पहला एनोड है, फिर कैथोड और सबसे दाईं ओर वाला इलेक्ट्रोड है। लेकिन आमतौर पर ऐसा ही होता है, यानी हमेशा नहीं।

संचालन का सिद्धांत

ऑपरेशन के सिद्धांत के अनुसार, थाइरिस्टर की तुलना डायोड से भी की जा सकती है। यह करंट को एक दिशा में प्रवाहित करेगा - एनोड से कैथोड तक, लेकिन यह केवल "खुली" अवस्था में ही होगा। आरेखों में, एक थाइरिस्टर एक डायोड जैसा दिखता है। इसमें एक एनोड और एक कैथोड भी होता है, लेकिन एक अतिरिक्त तत्व भी होता है - एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड। बेशक, आउटपुट वोल्टेज में अंतर हैं (डायोड के साथ तुलना करने पर)।

वैकल्पिक वोल्टेज सर्किट में, थाइरिस्टर केवल एक अर्ध-तरंग - ऊपरी तरंग पारित करेगा। जब निचली आधी लहर आती है, तो यह "बंद" स्थिति में रीसेट हो जाती है।

सरल शब्दों में थाइरिस्टर के संचालन का सिद्धांत

आइए थाइरिस्टर के संचालन के सिद्धांत पर विचार करें। तत्व की प्रारंभिक स्थिति बंद है. "खुली" अवस्था में संक्रमण का "संकेत" एनोड और नियंत्रण टर्मिनल के बीच वोल्टेज की उपस्थिति है। थाइरिस्टर को "बंद" स्थिति में वापस लाने के दो तरीके हैं:

• भार हटाओ;
• धारा को होल्डिंग धारा से कम करें (तकनीकी विशेषताओं में से एक)।

परिवर्तनीय वोल्टेज वाले सर्किट में, एक नियम के रूप में, थाइरिस्टर को दूसरे विकल्प के अनुसार रीसेट किया जाता है। घरेलू नेटवर्क में प्रत्यावर्ती धारा का आकार साइनसॉइडल होता है जब इसका मान शून्य के करीब पहुंचता है और रीसेट होता है। डीसी स्रोतों द्वारा संचालित सर्किट में, या तो बिजली को जबरन हटाना या लोड को हटाना आवश्यक है।

अर्थात्, थाइरिस्टर स्थिर और प्रत्यावर्ती वोल्टेज वाले सर्किट में अलग-अलग तरीके से काम करता है। एक निरंतर वोल्टेज सर्किट में, एनोड और नियंत्रण टर्मिनल के बीच एक अल्पकालिक वोल्टेज दिखाई देने के बाद, तत्व "खुली" स्थिति में चला जाता है। तब दो परिदृश्य हो सकते हैं:

• एनोड-नियंत्रण आउटपुट वोल्टेज गायब होने के बाद भी "खुली" स्थिति बनी रहती है। यह संभव है यदि एनोड नियंत्रण टर्मिनल पर लागू वोल्टेज गैर-अनलॉकिंग वोल्टेज से अधिक है (यह डेटा तकनीकी विशिष्टताओं में है)। थाइरिस्टर के माध्यम से धारा का प्रवाह वास्तव में केवल सर्किट को तोड़ने या बिजली स्रोत को बंद करने से ही रुकता है। इसके अलावा, सर्किट का शटडाउन/ब्रेक बहुत अल्पकालिक हो सकता है। सर्किट बहाल होने के बाद, जब तक एनोड नियंत्रण टर्मिनल पर वोल्टेज फिर से लागू नहीं किया जाता तब तक कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है।
• वोल्टेज हटाने के बाद (यह अनलॉकिंग वोल्टेज से कम है), थाइरिस्टर तुरंत "बंद" स्थिति में चला जाता है।

तो डीसी सर्किट में थाइरिस्टर का उपयोग करने के लिए दो विकल्प हैं - खुली अवस्था को बनाए रखने के साथ और बिना। लेकिन अधिक बार वे पहले प्रकार का उपयोग करते हैं - जब यह खुला रहता है।

वैकल्पिक वोल्टेज सर्किट में थाइरिस्टर का संचालन सिद्धांत अलग है। वहां, लॉक स्थिति में वापसी "स्वचालित रूप से" होती है - जब करंट होल्डिंग सीमा से नीचे चला जाता है। यदि वोल्टेज को लगातार एनोड-कैथोड पर लागू किया जाता है, तो थाइरिस्टर के आउटपुट पर हमें एक निश्चित आवृत्ति पर होने वाली वर्तमान दालें प्राप्त होती हैं। यह बिल्कुल इसी तरह से स्विचिंग बिजली आपूर्ति का निर्माण किया जाता है। थाइरिस्टर का उपयोग करके, वे साइन तरंग को दालों में परिवर्तित करते हैं।

कार्यक्षमता जांच

आप मल्टीमीटर का उपयोग करके या एक साधारण परीक्षण सर्किट बनाकर थाइरिस्टर की जांच कर सकते हैं। यदि परीक्षण करते समय तकनीकी विशिष्टताएँ आपकी आँखों के सामने हों, तो आप उसी समय संक्रमणों के प्रतिरोध की जाँच कर सकते हैं।

मल्टीमीटर से परीक्षण

सबसे पहले, आइए मल्टीमीटर के साथ निरंतरता परीक्षण का विश्लेषण करें। हम डिवाइस को डायलिंग मोड में स्विच करते हैं।

कृपया ध्यान दें कि प्रतिरोध मान श्रृंखला दर श्रृंखला भिन्न होता है - आपको इस पर विशेष ध्यान नहीं देना चाहिए। यदि आप संक्रमणों के प्रतिरोध की जांच करना चाहते हैं, तो तकनीकी विशिष्टताओं को देखें।

यह आंकड़ा परीक्षण आरेख दिखाता है। सबसे दाईं ओर का चित्र एक उन्नत संस्करण है जिसमें एक बटन है जो कैथोड और नियंत्रण टर्मिनल के बीच स्थापित है। मल्टीमीटर द्वारा सर्किट के माध्यम से बहने वाली धारा को रिकॉर्ड करने के लिए, बटन को संक्षेप में दबाएं।

एक प्रकाश बल्ब और एक डीसी स्रोत का उपयोग करना (एक बैटरी भी काम करेगी)

यदि आपके पास मल्टीमीटर नहीं है, तो आप एक प्रकाश बल्ब और एक बिजली स्रोत का उपयोग करके थाइरिस्टर का परीक्षण कर सकते हैं। यहां तक ​​कि एक नियमित बैटरी या कोई अन्य स्थिर वोल्टेज स्रोत भी काम करेगा। लेकिन वोल्टेज प्रकाश बल्ब को जलाने के लिए पर्याप्त होना चाहिए। आपको प्रतिरोध या तार के एक नियमित टुकड़े की भी आवश्यकता होगी। इन तत्वों से एक सरल सर्किट इकट्ठा किया जाता है:

• पावर स्रोत से प्लस एनोड को आपूर्ति की जाती है।
• हम एक प्रकाश बल्ब को कैथोड से जोड़ते हैं, और उसके दूसरे टर्मिनल को शक्ति स्रोत के नेगेटिव से जोड़ते हैं। थर्मिस्टर लॉक होने के कारण लाइट नहीं जलती।
• संक्षेप में (तार या प्रतिरोध के टुकड़े का उपयोग करके) एनोड और नियंत्रण टर्मिनल को कनेक्ट करें।
• जंपर हटा दिए जाने पर भी रोशनी आती रहती है और जलती रहती है। थर्मिस्टर खुला रहता है।
• यदि आप प्रकाश बल्ब को खोल देते हैं या बिजली स्रोत को बंद कर देते हैं, तो प्रकाश बल्ब स्वाभाविक रूप से बुझ जाएगा।
• यदि सर्किट/बिजली बहाल हो जाती है, तो यह प्रकाश नहीं करेगा।

परीक्षण के साथ-साथ, यह सर्किट आपको थाइरिस्टर के संचालन के सिद्धांत को समझने की अनुमति देता है। आख़िरकार, तस्वीर बहुत स्पष्ट और समझने योग्य बन जाती है।

थाइरिस्टर के प्रकार और उनके विशेष गुण

सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकियों का अभी भी विकास और सुधार किया जा रहा है। कई दशकों में, नए प्रकार के थाइरिस्टर सामने आए हैं, जिनमें कुछ अंतर हैं।

• डाइनिस्टर्स या डायोड थाइरिस्टर्स। उनमें अंतर यह है कि उनके पास केवल दो आउटपुट हैं। इन्हें पल्स के रूप में एनोड और कैथोड पर उच्च वोल्टेज लगाकर खोला जाता है। इन्हें "अनियंत्रित थाइरिस्टर" भी कहा जाता है।
• एससीआर या ट्रायोड थाइरिस्टर। उनके पास एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड है, लेकिन नियंत्रण पल्स की आपूर्ति की जा सकती है:
  • नियंत्रण आउटपुट और कैथोड के लिए। नाम - कैथोड नियंत्रण के साथ.
  • नियंत्रण इलेक्ट्रोड और एनोड के लिए. तदनुसार, एनोड का नियंत्रण.

लॉकिंग विधि के अनुसार थाइरिस्टर भी विभिन्न प्रकार के होते हैं। एक मामले में, यह एनोड करंट को होल्डिंग करंट स्तर से नीचे कम करने के लिए पर्याप्त है। दूसरे मामले में, नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर एक अवरुद्ध वोल्टेज लागू किया जाता है।

चालकता द्वारा

हमने कहा कि थाइरिस्टर केवल एक दिशा में करंट का संचालन करते हैं। कोई विपरीत चालन नहीं है. ऐसे तत्वों को विपरीत-गैर-संचालक कहा जाता है, लेकिन केवल ऐसे तत्व ही नहीं होते हैं। अन्य विकल्प भी हैं:

• उनमें कम रिवर्स वोल्टेज होता है और उन्हें रिवर्स-कंडक्टिंग कहा जाता है।
• गैर-मानकीकृत रिवर्स चालकता के साथ। वे उन सर्किटों में स्थापित होते हैं जहां रिवर्स वोल्टेज नहीं हो सकता है।
• त्रिक। सममित थाइरिस्टर। दोनों दिशाओं में करंट प्रवाहित करें।

थाइरिस्टर स्विच मोड में काम कर सकते हैं। अर्थात्, जब एक नियंत्रण पल्स आती है, तो लोड को करंट की आपूर्ति करें। इस मामले में, लोड की गणना खुले वोल्टेज के आधार पर की जाती है। अधिकतम बिजली अपव्यय को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। इस मामले में, "उड़न तश्तरी" के रूप में धातु के मॉडल चुनना बेहतर है। तेजी से ठंडा करने के लिए उनमें रेडिएटर लगाना सुविधाजनक होता है।

विशेष ऑपरेटिंग मोड द्वारा वर्गीकरण

थाइरिस्टर के निम्नलिखित उपप्रकारों को भी प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

• लॉक करने योग्य और गैर-लॉक करने योग्य। अनलॉक करने योग्य थाइरिस्टर का संचालन सिद्धांत थोड़ा अलग है। यह खुली अवस्था में होता है जब एनोड पर प्लस लगाया जाता है, कैथोड पर माइनस लगाया जाता है। ध्रुवता बदलने पर यह बंद अवस्था में चला जाता है।
• जल्द असर करने वाला। उनके पास एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण का समय बहुत कम होता है।
• नाड़ी। यह एक अवस्था से दूसरी अवस्था में बहुत तेज़ी से परिवर्तित होता है, और इसका उपयोग स्पंदित ऑपरेटिंग मोड वाले सर्किट में किया जाता है।

मुख्य उद्देश्य कम-शक्ति नियंत्रण संकेतों का उपयोग करके शक्तिशाली लोड को चालू और बंद करना है

थाइरिस्टर के उपयोग का मुख्य क्षेत्र एक विद्युत सर्किट को बंद करने और खोलने के लिए उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रॉनिक कुंजी के रूप में है। सामान्य तौर पर, कई सामान्य उपकरण थाइरिस्टर पर बनाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, चालू रोशनी, रेक्टिफायर, स्पंदित धारा स्रोत, रेक्टिफायर और कई अन्य के साथ एक माला।

विशेषताएँ और उनका अर्थ

कुछ थाइरिस्टर बहुत उच्च धाराओं को स्विच कर सकते हैं, इस स्थिति में उन्हें पावर थाइरिस्टर कहा जाता है। बेहतर गर्मी अपव्यय के लिए इन्हें धातु के केस में बनाया जाता है। प्लास्टिक बॉडी वाले छोटे मॉडल आमतौर पर कम-शक्ति वाले विकल्प होते हैं जिनका उपयोग कम-वर्तमान सर्किट में किया जाता है। लेकिन, हमेशा अपवाद होते हैं। इसलिए प्रत्येक विशिष्ट उद्देश्य के लिए, आवश्यक विकल्प का चयन किया जाता है। बेशक, वे मापदंडों के अनुसार चयन करते हैं। यहाँ मुख्य हैं:

एक गतिशील पैरामीटर भी है - बंद से खुली अवस्था में संक्रमण का समय। कुछ योजनाओं में यह महत्वपूर्ण है. गति के प्रकार को भी दर्शाया जा सकता है: समय को अनलॉक करके या समय को लॉक करके।