تریستور چیست و چه تفاوتی با رله دارد؟
تریستور (Thyristor) یک نیمه هادی چهار لایه و یکسو کننده به شمار می رود که از سه الکترود یک آند، یک کاتد و یک گیت تشکیل شده است. در واقع چهار لایه تریستورها شامل مجموعه ای از مواد N و P است که به آند، کاتد و گیت منطقی متصل می باشند. همچون تریستورها ، ترانزیستور ها هم برای سوئیچینگ کاربرد دارند. ترانزیستور ها اجزای ریز الکترونیکی هستند که جهان را تغییر داده اند.
آن ها را در هر دستگاهی از جمله تلویزیون ، تلفن همراه ، لپ تاب ، ماشین حساب ، هدفون و غیره می توان پیدا کرد. با اینکه آن ها سازگار و متنوع اند اما نمی توانیم از آن ها به عنوان تقویت کننده و سوئیچینگ استفاده کنیم. تریستور شامل انواعی از دستگاه های سوئیچینگ می شود که بعضی از آن ها عبارتند از : SCR (یکسو کننده ی کنترل شده ی سلیکونی) و GTO (خاموش کننده از گیت) و ترانزیستور IGBT که به معنی ترانزیستور کنترل کننده ی گیت-عایق می باشد ولی به علت اینکه میزان کاربرد SCR بیشتر می باشد به عنوان مترادف تریستور کاربرد دارد ، در صورتی که SCR خود نوعی تریستور به شمار می روند.
SCR به عنوان یک نیمه رسانای قدرت با چهار لایه و سه پیوند یا نقطه اتصال می باشد. تریستور از سه پایه ی آند، کاتد و گیت برخوردار می باشد. همچنین تریستور یک وسیله یک طرفه مانند دیود است به این معنی که تنها در یک جهت جریان را منتقل می کند.
کاربرد تریستور
در مدارهایی که جریان و ولتاژ بالا باشد، در جهت کنترل جریان متناوب از تریستور بهره برداری می گردد. کار تریستور مانند عملیات نامتقارن نمی باشد، در عملیات نامتقارن، خروجی یک طرفه بوده و فقط از کاتد به آند انتقال می یابد. عملکرد صفر متقابل zero crossدر مدار زمانی رخ می دهد که تغییر قطبیت جریان موجب خاموش شدن خودکار دستگاه می گردد. در این حالت که دستگاه فعال شده به طور همزمان اجرا می گردد، به این صورت که فاز جریان را با ولتاژ ایجاد شده روی کاتد به آند، بدون نیاز به مدولاسیون بیشتر، منتقل می کند و دستگاه به طور کامل درگیر می شود.
از جمله کاربردهای تریستور عبارت اند از :
- کنترل سرعت موتور
- سیستم‌‌‌های تنظیم نور (light dimmers)
- سیستم‌‌‌های کنترل فشار
- تنظیم کننده‌‌‌های سطح مایع
انواع تریستور
تریستورهای قدرت را اغلب به شکل دیسکی و استود می سازند. تفاوت این دو نوع تریستور در این است که نوع استود سرعت قطع و وصل پایین تری نسبت به نوع دیسکی دارد و معمولاً در مدارهای یک سوکنندهٔ کنترل شده کاربرد دارند . نوع دیسکی در اینورترها کاربرد دارد و حتماً باید با گرماگیری که گیت آن را تحت فشار قرار می‌دهد استفاده شود در غیر این صورت گیت تریستور تحریک‌پذیر نخواهد بود.
تریستور خاموش‌شونده با گیت
تریستور خاموش شونده با گیت یا جی‌تی‌ئو یک گونهٔ خاص از تریستور می باشد که شبیه تریستورهای معمولی با اعمال پالس جریان مثبت به گیت روشن می گردد اما تفاوتش در این است که می توان با اعمال پالس جریان منفی به گیت آن را خاموش کرد.
تریستور کنترل شده با نیمه‌رسانای اکسید فلز
تریستور کنترل شده با نیمه رسانای اکسید فلز یا اِم سی تی، نوعی تریستور به شمار می رود که ویژگی‌های ترانزیستورهای اثر میدان و تریستور را همزمان در خود دارد. این تریستورها را می توان با دروازه‌ای مشابه دروازهٔ مسفت‌ها خاموش و روشن کرد.
تریستور دیسکی یا بشقابی
تریستور دیسکی یا تریستور فست سوئیچینگ یکی از اجزای مهم منبع تغذیه کوره القایی و مبدل فرکانس تریستور می باشد. مبدل فرکانس تریستور را پل رکتیفایر و پل اینورتر تشکیل می دهند. تریستور دیسکی که شامل دو یا چهار SCR در سری مدار اینورتر می باشد، به طور کلی به عنوان مدار اینورتر و تریستور کنترل فاز و به عنوان مدار یکسو کننده کاربرد دارد.
از دیگر انواع تریستور موارد زیر را می‌توان نام برد:
- تریستورهای دوجهته یا تریاک(TRIAC)
- تریستورهای کلید زنی سریع(SCR)
- تریستورهای کنترل شونده
طرز کار تریستورها و رله
عملکرد تریستورها همچون رله می باشد. در رله در صورتی که به سیم‌پیچ ولتاژ اعمال شود، کنتاکت باز رله بسته خواهد شد اما در تریستورها با اعمال ولتاژ به پایه‌های کاتد و گیت، جریان بین پایه‌های آند و کاتد برقرار می گردد. تریستورها مشابه رله کار می کند، به همان شکل که در رله‌ها با اعمال ولتاژ به بوبین، کنتاکت باز رله بسته می گردد، در تریستور نیز با اعمال ولتاژ به پایه‌های کاتد و گیت (Gate)، جریان بین پایه‌های آند و کاتد برقرار می‌شود که به آن جریان آند می گویند.
از تفاوت‌های تریستور و رله این هست که رله یک کلید الکترومکانیکی می باشد با این تفاوت که ریستور یک کلید الکترونیکی که صدا و جرقه تولید نمی کند، از جهتی دیگر تریستور یک کلید یک جهته می باشد و جریان در آن همیشه از آند به سمت کاتد برقرار می گردد و در صورتی که بخواهیم جریان دوطرفه داشته باشیم باید دو تریستور را به صورت برعکس با هم موازی نماییم . تفاوت دیگر تریستور و رله در این است که بر خلاف رله‌ها که با قطع ولتاژ بوبین رله خاموش می شود، تریستور با قطع ولتاژ گیتش خاموش نخواهد شد.
مشخصه بایاس معکوس تریستور:
مشخصه معكوس يعني حالتي كه كاتود ،در شرایط مثبت قرار دارد ، تا زماني كه ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شكست پيوند كنترل مركزی بيشتر نشود ، فقط جريان نشتي عبور خواهد كرد . ولتاژهاي شكست مستقيم و معكوس از نظر اندازه مساوی می باشند . چون در حالت انسداد معكوس تقريباً همه ولتاژ روی پيوند P-Nآنود نشان داده می شود ، پيوند P-Nكاتود در ولتاژی حدود10Vمي شكند .
هنگامي در جهت مستقيم شكست اتفاق مي افتد ، جريان لايه مركزیP توسط الكترون های كاتود خنثی مي گردد و قطعه مانند يك ديود در حال رسانايی کار مي كند كه داراي دو پيوند با افت ولتاژ مستقيم دو برابر يك ديود می باشد . براي اين كه تريستور به حالت روشن رفته و در آن حالت باقي بماند ، جريان آنود بايد به سطح جريان تثبيت كننده برسد و از جريان نگهدارنده كمتر نشود . اغلب جريان تثبيت كننده دو برابر جريان نگهدارنده می باشد ، ولی هر دو جريان مقدار كمي دارند و كمتر از يك درصد مقدار نامي در بار كامل مي باشند .
مشخصه باياس مستقيم تریستور:
در حالت باياس مستقيم ( هنگامي آنود مثبت است ) تريستور را مي توان با تزريق جريان به گيت نسبت به كاتود منفي به حالت روشن برد .
تفاوت تریستور و رله
تریستورها سوئیچ هایی هستند که از سرعت بالا برخوردار می باشند به گونه ای که قابلیت آن را دارند که رله های الکترومکانیکی در مدارهای الکترونیکی جایگزین شوند، چرا که هیچ بخش متحرکی ندارند، هیچ منحنی یا قوسی در تماس نیستند، و دچار خوردگی نمی شوند. همچنین می توان "روشن" و "خاموش " را بسادگی تغییر داد.
همچنین تریستورها می توانند منجر به کنترل جریان متوسط بار AC شوند بدون اینکه اتلاف زیادی در توان ایجاد کند. تریستور و رله از تفاوت‌های گوناگونی برخوردارند . رله یک کلید الکترومکانیکی است، ولی تریستور از خانواده کلید‌‌های الکترونیکی بوده چرا که هیچگونه صدا و جرقه ایجاد نمی کند. تریستور کلید یک جهته ای است که جریان را تنها از آند به کاتد عبور داده و برای داشتن جریان دو طرفه لازم است آن‌ها را برعکس یکدیگر موازی متصل کنیم.
در تریستورها برای برقراری جریان بین پایه‌های آند و کاتد، بایستی به پایه‌های کاتد و گیت ولتاژی اعمال نماییم، ساختار و نحوه کارکرد رله با اعمال ولتاژ به بوبین باعث بسته شدن کنتاکت باز رله می‌گردد. تریستور بدون صدا و جرقه و یک کلید الکترونیکی است در صورتی‌که رله یک کلید الکترومکانیکی می‌باشد
تشخیص پایه های تریستور یا SCR
برای تشخیص پایه های تریستور لازم است به نکته ای توجه داشت که در بایاس مستقیم گیت به کاتد هدایت می گردد، در بایاس معکوس هدایت نمی شود، و در وضعیت عادی آند به کاتد هدایت صورت نمی گیرد. به بیان ساده تر باید همانند دیود، به دنبال ترمینالی بگردیم که در بایاس مستقیم عمل می کند که پایه مشکی گیت، پایه قرمز کاتد و دیگری آند می باشد.
نکات ایمنی هنگام کار با تریستور
- بیش از جریان نامی تریستور، جریانی به مدار اعمال نشود.
- ولتاژ مدار یا ولتاژ کار یتریستور بیشتر از ولتاژ نامی آن نباشد.
- جریان اعمال شده به گیت بیشتر از حد آن نباشد.
سخن پایانی
همانطور که دریافتید تریستور یا SCR از تعدادی ویژگی های غیر معمول برخوردار می باشند . این قطعه شامل سه ترمینال هستند : آند، کاتد و گیت که یاد آور تکنولوژی لوله ی گرمایونی است (لوله ی الکترونی که در آن الکترون به وسیله ی حرارت دادن به الکترود منتشر می گردد). همان طور که انتظار می رود گیت ترمینال کنترل کننده است در حالی که جریان اصلی بین ترمینال های آند و کاتد جاری می شود. به طور کلی وقتی از این قطعه در حالت AC استفاده می شود، حداکثر یک نیم سیکل را می تواند عبور دهد. در آخر می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر به وب سایت آژند برق مراجعه نمایید .
