Tristörlere Giriş

Tristör çok katmanlı bir yarı iletken cihazdır. “kontrollü” kısmını açmak için bir kapı sinyali gerektirir ve bir kez “açık” olduğunda, adın “doğrultucu” kısmı olan bir doğrultucu diyot gibi davranır. Aslında, tristörün devre sembolü, bu cihazın kontrollü bir doğrultucu diyot gibi davrandığını göstermektedir.

Tristör
Tristör Sembolü

Bununla birlikte, iki katmanlı (PN) bir yarı iletken cihaz olan bağlantı diyotundan veya üç katmanlı (PNP veya NPN) bir anahtarlama cihazı olan yaygın olarak kullanılan bipolar transistörden farklı olarak, Tristör, aşağıdakileri içeren dört katmanlı (PNPN) bir yarı iletken cihazdır. seri olarak üç PN bağlantısı ve gösterildiği gibi sembolü ile temsil edilir.

Diyot gibi, Tristör de tek yönlü bir cihazdır, yani akımı yalnızca bir yönde iletir ancak diyottan farklı olarak tristör, nasıl çalıştığına bağlı olarak açık devre anahtarı veya doğrultucu diyot olarak çalıştırılabilir. Tristör kapısı tetiklenir. Başka bir deyişle, tristörler sadece anahtarlama modunda çalışabilir ve amplifikasyon için kullanılamaz.

Silikon kontrollü doğrultucu SCR, büyük AC voltajlarını kontrol etmek için çok hızlı katı hal AC anahtarları gibi davranabilen Triyaklar (Triode AC’ler), Diacs (Diyot AC’ler) ve UJT’ler (Unijunction Transistor) ile birlikte birkaç güç yarı iletken cihazından biridir.

Tristör, “Anot”, “Katot” ve “Kapı” olarak etiketlenmiş ve son derece hızlı bir şekilde “AÇIK” ve “KAPALI” hale getirilebilen veya “açılabilen” üç PN bağlantısından oluşan üç terminalli bir cihazdır. Bir yüke seçilen miktarda güç sağlamak için yarım döngüler sırasında değişken süreler için AÇIK”. Tristörün çalışması, gösterildiği gibi bir çift tamamlayıcı rejeneratif anahtar olarak arka arkaya bağlı iki transistörden oluştuğu varsayılarak en iyi şekilde açıklanabilir.

Bir Tristör İki Transistör Analojisi

Tristör
Bir Tristör İki Transistör Analojisi

İki transistör eşdeğer devresi, NPN transistör TR2’nin kollektör akımının doğrudan PNP transistör TR1’in base’ine beslendiğini gösterirken, TR1’in kollektör akımı TR2’nin base’ine beslenir. Birbirine bağlı bu iki transistör, her bir transistör temel emitter akımını diğerinin kolektör-emitter akımından aldığından, iletim için birbirlerine güvenirler. Bu nedenle, transistörlerden birine bir miktar base akımı verilinceye kadar, Anottan Katoda bir voltaj mevcut olsa bile hiçbir şey olamaz.

Tristörlerin Anot terminali Katoda göre negatif olduğunda, merkez N-P bağlantısı ileri yönlüdür ancak iki dış P-N bağlantısı ters yönlüdür ve sıradan bir diyot gibi davranır. Bu nedenle bir tristör, bazı yüksek voltaj seviyelerinde, iki dış bağlantının arıza voltajı noktası aşılana ve tristör, bir Kapı sinyali uygulaması olmadan iletene kadar ters akımın akışını bloke eder.

Bu durum tristörün önemli bir olumsuz özelliğidir çünkü Tristörler istemeden ters aşırı voltaj ve ayrıca yüksek sıcaklık veya ani yükselme gibi hızla yükselen dv/dt voltajı ile iletime tetiklenebilir.

Anot terminali Katoda göre pozitif yapılırsa, iki dış P-N bağlantısı şimdi ileriye doğru kutuplanır ancak merkez N-P bağlantısı ters kutuplanır. Bu nedenle ileri akım da engellenir. NPN transistör TR2’nin tabanına pozitif bir akım enjekte edilirse, ortaya çıkan kollektör akımı TR1 transistörünün tabanında akar. Bu da PNP transistöründe bir kollektör akımının akmasına neden olur, TR1 ve bu da TR2’nin temel akımını arttırır vb.

Tristör
Tipik Tristör

İki transistör, duramayan bir rejeneratif geri besleme döngüsüne bağlı olduklarından, çok hızlı bir şekilde birbirlerini doygunluğa gitmeye zorlar. İletim için tetiklendikten sonra, Anot ve Katot arasındaki cihazdan akan akım, yalnızca harici devrenin direnci ile sınırlıdır. Çünkü cihazın iletim sırasındaki ileri direnci 1Ω’dan daha düşük bir değerde çok düşük olabilir ve bu nedenle üzerindeki voltaj düşer.

Daha sonra, bir tristörün bir AC kaynağının her iki yönündeki akımı “KAPALI” durumunda engellediğini ve “AÇIK” duruma getirilebileceğini ve transistörün tabanına pozitif bir akım uygulanmasıyla normal bir doğrultucu diyot gibi davranmasını sağladığını görebiliriz. TR2, silikon kontrollü doğrultucu için “Gate” terminali olarak adlandırılır.

Silikon Kontrollü Doğrultucunun çalışması için çalışma gerilimi-akımı I-V karakteristik eğrileri şu şekilde verilmiştir:

Tristör I-V Karakteristik Eğrileri

Tristör

Tristör “AÇIK” konuma getirildiğinde ve ileri yönde akım geçtiğinde (anot pozitif), kapı sinyali, iki dahili transistörün rejeneratif kilitleme hareketi nedeniyle tüm kontrolü kaybeder. Rejenerasyon başlatıldıktan sonra herhangi bir kapı sinyalinin veya darbenin uygulanması, tristör zaten iletken ve tamamen AÇIK olduğundan hiçbir etkisi olmayacaktır.

Transistörden farklı olarak, SCR, engelleme ve doyma durumları arasındaki bir yük hattı boyunca bazı aktif bölgelerde kalmaya eğilimli olamaz. Kapı “açma” darbesinin büyüklüğü ve süresi, iletim dahili olarak kontrol edildiğinden cihazın çalışması üzerinde çok az etkiye sahiptir. Ardından cihaza anlık bir kapı darbesi uygulamak, cihazın iletimini sağlamak için yeterlidir ve kapı sinyali tamamen kaldırılsa bile sürekli olarak “AÇIK” kalacaktır.

Bu nedenle tristör, “KAPALI” veya “AÇIK” olmak üzere iki kararlı duruma sahip bir Bistable Mandal olarak da düşünülebilir. Bunun nedeni, hiçbir geçit sinyali uygulanmadan, silikon kontrollü bir doğrultucu, bir AC dalga formunun her iki yönündeki akımı bloke eder ve bir kez iletime tetiklendiğinde, rejeneratif kilitleme eylemi, sadece Kapısı kullanılarak tekrar “KAPALI” hale getirilemeyeceği anlamına gelir. .

Peki tristörü nasıl “KAPALI” yaparız? Tristör “AÇIK” durumuna kendi kendine kilitlendikten ve bir akım geçtikten sonra, yalnızca besleme voltajını ve dolayısıyla Anot (IA) akımını tamamen kaldırarak veya Anotunu Katoda indirerek tekrar “KAPALI” hale getirilebilir. Çok açıktır ki bir tristörün ilk etapta iletmesi için, yük akımı olan Anot akımı, IL tutma akımı değerinden daha büyük olmalıdır. Bu IL > IH’dir.

Tristör, Anot akımı bu minimum tutma değerinin altına düştüğünde “KAPALI” konuma gelme yeteneğine sahip olduğundan, sinüzoidal bir AC beslemede kullanıldığında SCR, çapraza yakın bir değerde otomatik olarak “KAPALI” olacaktır. Her yarım döngü noktasının üzerinde ve şimdi bildiğimiz gibi bir sonraki Kapı tetik darbesinin uygulanmasına kadar “KAPALI” kalacaktır.

Bir AC sinüzoidal voltajı her yarım döngüde polaritede sürekli olarak pozitiften negatife döndüğünden, bu, tristörün pozitif dalga formunun 180o sıfır noktasında “KAPALI” olmasına izin verir. Bu etki “doğal komütasyon” olarak bilinir ve silikon kontrollü doğrultucunun çok önemli bir özelliğidir.

DC kaynaklarından beslenen devrelerde kullanılan tristörler, DC besleme gerilimi sürekli olduğu için bu doğal komütasyon koşulu oluşamaz, bu nedenle tristörü “KAPALI” duruma getirmek için başka bir yol, tetiklendiğinde iletken kalacağı için uygun zamanda sağlanmalıdır.

Ancak AC sinüzoidal devrelerde doğal komütasyon her yarım döngüde bir gerçekleşir. Daha sonra, bir AC sinüzoidal dalga formunun pozitif yarım döngüsü sırasında, tristör ileri polarlanır (anot pozitif) ve bir Kapı sinyali veya darbesi kullanılarak “AÇIK” olarak tetiklenebilir. Negatif yarım döngü sırasında, Katot pozitifken Anot negatif olur. Tristör bu voltaj tarafından ters polarlanır ve bir Gate sinyali mevcut olsa bile iletemez.

Bu nedenle, bir AC dalga formunun pozitif yarısı sırasında uygun zamanda bir Gate sinyali uygulayarak, tristör pozitif yarım döngünün sonuna kadar iletime tetiklenebilir. Bu nedenle, faz kontrolü (denildiği gibi), AC dalga formunun pozitif yarısı boyunca herhangi bir noktada tristörü tetiklemek için kullanılabilir ve Silikon Kontrollü Doğrultucunun birçok kullanımından biri, gösterildiği gibi AC sistemlerinin güç kontrolündedir.

Tristör Faz Kontrolü

Tristör

Her pozitif yarım döngünün başlangıcında SCR “KAPALI”dır. Kapı darbesinin uygulanması üzerine, SCR’yi iletime tetikler ve pozitif döngü süresince tamamen kilitli “AÇIK” kalır. Tristör yarım döngünün başlangıcında ( θ = 0o ) tetiklenirse, yük (bir lamba) yüksek bir ortalamada AC dalga formunun (yarım dalga doğrultulmuş AC) tam pozitif döngüsü için “AÇIK” olacaktır. 0,318 x Vp voltaj.

Kapı tetik darbesinin uygulanması yarım döngü boyunca ( θ = 0o ila 90o ) arttıkça, lamba daha kısa süre yanar ve lambaya verilen ortalama voltaj da orantılı olarak parlaklığını azaltır.

Daha sonra silikon kontrollü bir doğrultucuyu AC ışık dimmeri olarak ve ayrıca AC motor hızı kontrolü, sıcaklık kontrol sistemleri ve güç regülatör devreleri vb. gibi çeşitli diğer AC güç uygulamalarında kullanabiliriz.

Şimdiye kadar, bir tristörün esasen, Anot pozitif olduğunda döngünün sadece pozitif yarısında ileten ve Anot negatif olduğunda, Gate sinyalinden bağımsız olarak akım akışını bir diyot gibi bloke eden bir yarım dalga cihazı olduğunu gördük.

Ancak her iki yönde de iletebilen, tam dalgalı cihazlar veya Kapı sinyali ile “KAPALI” hale getirilebilen “Tristör” başlığı altında daha fazla yarı iletken cihaz mevcuttur.

Bu tür cihazlar arasında “Gate Turn-OFF Tristörleri” (GTO), “Statik İndüksiyon Tristörleri” (SITH), “MOS Kontrollü Tristörler” (MCT), “Silikon Kontrollü Anahtar” (SCS), “Triode Tristörler” (TRIAC) ve “ Işıkla Aktive Edilen Tristörler” (LASCR), tüm bu cihazların çeşitli voltaj ve akım derecelerinde mevcut olması, onları çok yüksek güç seviyelerindeki uygulamalarda kullanım için çekici hale getirir.

Tristör Özeti

Yaygın olarak Tristörler olarak bilinen Silikon Kontrollü Redresörler, ağır elektrik yüklerinin anahtarlanmasında kullanılabilen, birbirine bağlı iki transistör olarak kabul edilebilecek üç eklemli PNPN yarı iletken cihazlardır. Kapı terminallerine uygulanan tek bir pozitif akım darbesiyle kilitlenebilirler – “AÇIK” ve Anottan Katoda akım minimum kilitleme seviyelerinin altına düşene kadar süresiz olarak “AÇIK” kalacaktır.

Tristörün Statik Özellikleri

  • Tristörler, sadece anahtarlama modunda çalışabilen yarı iletken cihazlardır.
  • Tristör akımla çalışan cihazlardır, küçük bir Kapı akımı daha büyük bir Anot akımını kontrol eder.
  • Akımı yalnızca ileri yönlü ve Kapıya tetikleme akımı uygulandığında iletir.
  • Tristör, “AÇIK” olarak tetiklendiğinde bir doğrultucu diyot gibi davranır.
  • İletimi sürdürmek için anot akımı tutma akımından daha büyük olmalıdır.
  • Kapı akımı uygulanıp uygulanmadığına bakılmaksızın, ters polarizasyonda akım akışını engeller.
  • “AÇIK” olarak tetiklendiğinde, Anot akımının mandallama akımının üzerinde olması koşuluyla, bir geçit akımı artık uygulanmadığında bile iletken olarak “AÇIK” hale getirilecektir.

Tristörler, hareketli parçaları olmadığı, kontak kıvılcımları olmadığı veya korozyon veya kirden muzdarip olmadığı için birçok devrede elektromekanik rölelerin yerini almak için kullanılabilen yüksek hızlı anahtarlardır. Ancak büyük akımları “AÇIK” ve “KAPALI” olarak değiştirmeye ek olarak, tristörler, büyük miktarda güç harcamadan bir AC yük akımının ortalama değerini kontrol etmek için yapılabilir. Tristör güç kontrolüne iyi bir örnek, elektrikli aydınlatma, ısıtıcılar ve motor hızının kontrolüdür.