En general, en fem servir molts components elèctrics i electrònics mentre dissenya projectes electrònics i circuits generals. Aquests components bàsics inclouen resistències, transistors, condensadors, díodes, inductors, LEDs, tiristors o rectificadors controlats de silici, circuits integrats, etc. Considerem els rectificadors que es classifiquen en dos tipus, com ara rectificadors incontrolats (díodes) i rectificadors controlats (tiristor). En realitat, molts estudiants d’enginyeria i aficionats a l’electrònica desitgen conèixer els conceptes bàsics sobre components elèctrics i electrònics. Però, aquí, en aquest article, anem a discutir detalladament els conceptes bàsics i característiques del tutorial del rectificador controlat per tiristor o silici.
Rectificador controlat de silici
El rectificador controlat per tiristor o silici és un dispositiu semiconductor multicapa i és similar al transistor. Rectificador controlat amb silici consta de tres terminals (ànode, càtode i porta) a diferència del rectificador de dos díodes terminals (ànode i càtode). Els díodes s’anomenen rectificadors incontrolats ja que condueixen (durant la condició de biaix cap endavant sense cap control) sempre que la tensió de l’ànode del díode sigui superior a la tensió del càtode.
Diodo i Tiristor
Però, els rectificadors controlats per silici no condueixen tot i que la tensió de l’ànode és superior a la tensió del càtode tret que fins que s’activi el terminal de la porta (tercer terminal). Així, proporcionant el pols d’activació al terminal de la porta, podem controlar el funcionament (ON o OFF) del tiristor. Per tant, el tiristor també s’anomena rectificador controlat o rectificador controlat de silici.
Fonaments bàsics del rectificador controlat per silici
A diferència de dues capes (P-N) al díode i tres capes (P-N-P o N-P-N) en transistors, el rectificador de silici està format per quatre capes (P-N-P-N) amb tres Unions P-N que estan connectats en sèrie. El rectificador o tiristor controlat per silici està representat pel símbol tal com es mostra a la figura.
Rectificador controlat de silici
El rectificador controlat amb silici també és un dispositiu unidireccional, ja que només es condueix en una direcció. En disparar adequadament, el tiristor es pot utilitzar com a interruptor de circuit obert i també com a díode de rectificació. Tanmateix, el tiristor no es pot utilitzar com a amplificador i només es pot utilitzar per a una operació de commutació controlada amb un impuls de desencadenament del terminal de la porta.
El tiristor es pot fabricar utilitzant una gran varietat de materials com ara silici, carbur de silici, arsenur de gal·li, nitrur de gal·li, etc. Però, la bona conductivitat tèrmica, la capacitat de corrent elevada, la capacitat d’alta tensió i el processament econòmic del silici l’han fet preferir en comparació amb altres materials per fabricar tiristor, de manera que també s’anomenen rectificadors controlats per silici.
Rectificador de silici controlat funcionant
El funcionament del tiristor es pot entendre considerant els modes de funcionament dels tres estats del rectificador controlat amb silici. Els tres modes de funcionament del tiristor són els següents:
- Mode de bloqueig invers
- Mode de bloqueig cap endavant
- Mode de conducció cap endavant
Mode de bloqueig invers
Si invertim les connexions de l’ànode i el càtode dels tiristors, els díodes inferior i superior es polaritzen inversament. Per tant, no hi ha cap camí de conducció, de manera que no correrà cap corrent. Per tant, s’anomena mode de bloqueig invers.
Mode de bloqueig cap endavant
En general, sense cap impuls que desencadeni al terminal de la porta, el rectificador controlat amb silici roman apagat, cosa que indica que no hi ha flux de corrent en la direcció cap endavant (des de l’ànode fins al càtode). Això es deu al fet que hem connectat dos díodes (els díodes superior i inferior estan esbiaixats cap endavant) junts per formar un tiristor. Però, la unió entre aquests dos díodes és esbiaixada inversament, cosa que elimina el flux de corrent De dalt a baix. Per tant, aquest estat es denomina mode de bloqueig directe. En aquest mode, tot i que el tiristor té una condició semblant a un díode esbiaixat cap endavant convencional, no es comportarà ja que el terminal de la porta no s’activa.
Mode de direcció cap endavant
En aquest mode de conducció directa, el fitxer la tensió de l’ànode ha de ser superior a la tensió del càtode i la tercera porta terminal s'ha d'activar adequadament per a la conducció del tiristor. Això es deu al fet que, sempre que s'activa el terminal de la porta, el transistor inferior conduirà el commutador del transistor superior i, a continuació, el transistor superior activarà el transistor inferior i, per tant, els transistors s'activaran mútuament. Aquest procés de retroalimentació positiva interna dels dos transistors es repeteix fins que tots dos s'activen completament i llavors el corrent passarà d'ànode a càtode. Per tant, aquest mode de funcionament del rectificador controlat per silici s’anomena mode de conducció directa.
Característiques del rectificador controlat amb silici
Característiques del rectificador controlat amb silici
La figura mostra les característiques del rectificador controlat per silici i també representa el funcionament del tiristor en tres modes diferents, com ara el mode de bloqueig invers, el mode de bloqueig cap endavant i el mode de conducció cap endavant. El Característiques V-I del tiristor també representen la tensió de bloqueig inversa, la tensió de bloqueig directa, la tensió de ruptura inversa, el corrent de retenció, la tensió de ruptura, etc., tal com es mostra a la figura.
Aplicacions de rectificadors controlats amb silici
L’aplicació d’un rectificador controlat per silici s’utilitza en circuits relacionats amb grans corrents i tensions com sistema d’energia elèctrica circuits amb més de 1kV o més de 100A de corrent.
Els tiristor s’utilitzen especialment per reduir la pèrdua d’energia interna del circuit. Els rectificadors controlats amb silici es poden utilitzar per controlar la potència del circuit sense pèrdues mitjançant el control d’encesa i apagada dels tiristors.
Els rectificadors controlats amb silici també s’utilitzen amb finalitats de rectificació, és a dir, de corrent altern a corrent continu . Normalment s’utilitzen tiristors Convertidors de CA a CA. (cycloconverters) que és l’aplicació més comuna del rectificador controlat per silici.
Aplicació pràctica del rectificador controlat de silici
Cycloconverter basat en SCR per Edgefxkits.com
El Cicloconvertidor basat en SCR és l’aplicació pràctica del rectificador de silici controlat en què la velocitat del motor d’inducció monofàsic es controla en tres passos. Els motors d’inducció són màquines de velocitat constant i s’utilitzen amb freqüència en diverses aplicacions com ara rentadores, bombes d’aigua, etc. Aquestes aplicacions requereixen diferents velocitats del motor que es poden aconseguir utilitzant aquesta tècnica basada en SCR.
Diagrama de blocs Cycloconverter basat en SCR per Edgefxkits.com
El cicloconversor basat en tiristor s’utilitza per controlar la velocitat del motor d’inducció per passos. En aquest projecte, un parell d’interruptors s’interfacen amb el microcontrolador 8051 i s’utilitzen per seleccionar la velocitat desitjada (F, F / 2 i F / 3) del motor. Basat en l'estat dels commutadors, el microcontrolador lliura els polsos d'activació als rectificadors de pont dual controlats per silici. Per tant, la velocitat del motor d’inducció es controla en tres passos en funció del requisit.
Voleu dissenyar projectes electrònics basat en rectificadors controlats per silici? A continuació, publiqueu les vostres idees a la secció de comentaris següent per obtenir assistència tècnica en el disseny dels vostres projectes d’enginyeria.
