1. Co to jest tyrystor

Tyrystor - element półprzewodnikowy składający się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłączone do warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy środkowej - bramką (G, od ang. gate - bramka).

Działanie

Tyrystor przewodzi w kierunku od anody do katody. Jeżeli anoda jest o dodatnim potencjale względem katody, to złącza skrajne typu p-n są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w kierunku zaporowym.

Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia, tyrystor nie przewodzi prądu. Doprowadzenie do bramki dodatniego napięcia względem katody spowoduje przepływ prądu bramkowego i właściwości zaporowe środkowego złącza zanikają w ciągu kilku mikrosekund; następuje wyzwolenie tyrystora. Moment ten nazywany bywa "zapłonem" tyrystora (określenie to pochodzi z czasów, kiedy funkcję tyrystorów pełniły lampy elektronowe - tyratrony, w których przewodzenie objawiało się świeceniem zjonizowanego gazu).

Wyzwolony tyrystor nadal przewodzi prąd po ustaniu sygnału sterującego bramką (brak przyłożonego napięcia do bramki), co jest jego niewątpliwą zaletą (brak dodatkowych strat sterowania). Traci on te właściwości dopiero po zaniku prądu obciążenia (poniżej wartości prądu przewodzenia, minimalny prąd podtrzymania) lub przy odwrotnej polaryzacji elektrod. Wówczas konieczny jest ponowny zapłon tyrystora.

Parametry

Graniczne napięcie powtarzalne URRM i graniczne napięcie niepowtarzalne URSM w kierunku zaporowym.

Graniczne napięcie powtarzalne UDRM i graniczne napięcie niepowtarzalne UDSM w kierunku przewodzenia w stanie blokowania[1]. Napięcie pracy tyrystora nie powinno przekraczać 0,67 UDRM.

Prąd graniczny obciążenia ITAVM, określany jako największa wartość średnia prądu tyrystora o kształcie półfali sinusoidy o częstotliwości sieci energetycznej (50 lub 60 Hz) w określonych warunkach chłodzenia

Właściwości sterowania określone przez charakterystyki napięciowo-prądowe bramki UG = f (IG).

Zastosowanie

Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako sterowniki prądu stałego są stosowane w stabilizatorach napięcia stałego i w automatyce silników prądu stałego. Jako sterowniki prądu przemiennego - w automatyce silników indukcyjnych i w technice oświetleniowej. Jako łączniki i przerywacze prądu stałego i przemiennego - w automatyce napędu elektrycznego, końcowe tory falowników, układach stabilizacji napięcia i w technice zabezpieczeń. Jako przemienniki częstotliwości - w automatyce silników indukcyjnych, technice ultradźwięków, w urządzeniach zapłonowych silników spalinowych, gdzie ma duże znaczenie szybkość narastania prądu w cewce zapłonowej, a więc płynącego przez tyrystor - od tego zależy wysokość indukowanego przez nią napięcia.

Są stosowane w energetycznych układach przekształtnikowych najwyższych napięć i mocy. Przykładem tego jest stacja przekształtnikowa w Ustce zasilająca stałoprądowy kabel podmorski łączący polski system energetyczny ze szwedzkim na napięcie znamionowe 400 kV.

Były stosowane w stopniach mocy układów odchylenia poziomego strumienia elektronowego w kineskopach telewizorów np. pierwszy kolorowy Neptun 501A, skąd zostały jednak szybko i całkowicie wyparte przez tranzystory impulsowe z powodu niekorzystnych właściwości układów tyrystorowych.

Odmiany

fototyrystor

tyrystor asymetryczny

tyrystor dwukierunkowy - triak

tyrystor elektrostatyczny

tyrystor sterowany

tyrystor triodowy blokujący wstecznie SCR

tyrystor triodowy przewodzący wstecznie

tyrystor wyłączalny prądem bramki GTO (gate turn-off)

tyrystor ze zintegrowanym obwodem komutacji bramką IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)

Zalety

małe rozmiary

niewielka masa

duża odporność na wstrząsy

duża odporność na narażenia środowiskowe - możliwość pracy w temp. -65 °C do +125 °C

mały spadek napięcia na elemencie przewodzącym rzędu 0,6 - 1,6 V

krótki czas przejścia ze stanu zaporowego w stan przewodzenia i na odwrót

możliwość pracy przy dużych napięciach i natężeniach (do 10 kV i kilku kA)

Wady

jednokierunkowe przewodzenie (nie dotyczy tyrystora dwukierunkowego - triaka)

"wygasanie" tyrystora po zaniku prądu przewodzenia, wymagające ponownego "zapłonu" prądem bramki (wada ta bywa wykorzystywana i w niektórych zastosowaniach staje się zaletą)

Jaka różnica między tyrystorem a triakiem ?

Tyrystor jest czterowarstwową diodą sterowaną, a triak pięciowarstwową.
Tyrystor charakteryzuje przewodnictwo jednokierunkowe - podobnie jak dioda, triak natomiast jest elementem symetrycznym - dwukierunkowym.
Wyprowadzenia tyrystora to anoda, katoda i bramka, natomiast triak ma dwie anody oznaczane A1 i A2 oraz bramkę. Tyrystorową bramkę sterujemy względem Katody, a triak względem A1.
Wartość prądu jaką "wytrzyma" dany przyrząd półprzewodnikowy trzeba odczytać z katalogu lub noty katalogowej producenta.

2. Wielofazowe prostowniki niesterowane

Przy dużych prądach obciążenia o wartości setek i tysięcy amperów korzysta się z trójfazowych żródeł zasilających. Stosuje się wtedy ułady prostownicze wielofazowe. Wyróżnia się dwa podstawowe ich rodzaje.

Wielofazowy układ prostowniczy zasilany z transformatora , zawiera w każdej fazie jedną diodę.Wszystkie są skierowane zgodnie i ich katody są zwarte ze sobą i połączone zaciskiem odbiornika. Każda z faz przewodzi kolejno przez 1/m okresu, wówczas gdy napiecje ma wartość większą niż napięcja pozostałych faz .Wskutek tego prąd w obciążeniu płynie ciągle i ma charakter tętniący.Układ taki nazywa się półfalowym.

Sprawność  mocowa

Zmienia się w dość szerokim zakresie, w zależności od wartości  π/m. Maksymalną sprawność osiąga się przy 0=π/m= 1,13, co odpowiada m=2,69. W praktyce możliwe jest stosowanie układów prostowniczych tylko o całkowitej liczbie faz i stąd do optimum najbardziej zbliża  się układ trójfazowy .Zwiększenie liczby faz ponad dwanaście powoduje szybkie zmniejszanie się sprawności.

Jak więc widać układy wielofazowe odznaczają się dużą sprawnością  i stosunkowo małymi  tętnieniami o dużej pulsacji podstawowej  mω

Kształt prądu wyprostowanego w układzie wielofazowym obciążonym rezystencją jest identyczny jak kształt napięcia wyprostowanego. Natomiast prądy fazowe w uzwojeniach wtórnych transformatora są impulsami o kształcie wycinków sinusoidy i czasie trwania 2π/m. Wartość maksymalna i skuteczna prądu fazowego

Napięcie wsteczne na diodach nie przewodzących chwilowo prądu osiąga wartość maksymalną równą  największemu napięciu międzyfazowemu danego układu w układzie trójfazowym

Urm=3Ufm

W drugim rodzaju wielofazowych   układów prostowniczych , tzn. w układzie mostkowym , każda faza jest połączona z dwiema diodami . Prąd płynie przez taką diodę pierwszej grupy , której napięcie anody ma największą dodatnią wartość chwilową i taką diodę drugiej grupy, której napięcie anody ma największą dodatnią wartość  chwilową i taką diodę drugiej grupy , której napięcie anody ma największą ujemną wartość chwilową. Prąd obciążenia płynie zawsze przez dwie diody i dwie fazy uzwojenia wtórnego transformatora . Przebieg napięcia na obciążeniu wynika z chwilowych wartości napięć międzyfazowych. Składowa stała jest opisana zależnością analogiczną do z tym,że zamiast Uf należy podstawić Up=3 Uf, a zamiast m podstawić 2m.

Prad każdej fazy składa się natomiast z dwóch impulsów o czasie trwania 1/m okresu.Kierunek ich przepływu jest przeciwny, dzięki czemu prąd fazowy nie zawiera składowej stałej i nie powoduje podmagnesowania rdzenia.Dzięki temu uzyskuje się lepsze wykorzystanie transformatora i większa sprawność energetyczną.

Układy mostkowe zawierają dwukrotnie większąliczbę diod. Katody tych diod mają różne potencjały.Stwarza to kłopoty przy stosowaniu radiatorów.Pomimo to układy mostkowe są często używane przy dużych mocach,ze względu na dobre wykorzystanie transformatora.

W celu poprawy właściwości w układach prostowniczych stosuje się elementy reaktacyjne L, C. Spełniają one dwa podstawowezadania: zmniejszają tętnienia oraz magnezują energię, w czasie gdy zmienne napięcje prostowane ma dużą wartość, by zwrócić ją obciążenia wówczas, gdy napięcje to maleje .Elementy te dołącza się w dwójaki sposób:pojemnościowe równoległe do obciążenia, a indukcyjne w szereg obciążenia.Otrzymuje się w ten sposób prostowniki z obciążeniem rezystancyjno-pojemnościowym oraz z obciążeniem rezystancyjno-  indukcyjnym.

Zależność sprawności prostownika od stosunku π/m

Prostownik trójfazowy półfalowy

b)   przebiegi napięć i prądów

Prostownik trójfazowy mostkowy .

przebiegi napięć i prądów

3. Zasada działania układu obniżającego napięcie
4. Zminimalizować funkcję .......

X1	X2	Y		X1	X2	Y
0	0	0		0	0	1
0	1	1		0	1	0
1	0	1		1	0	0
1	1	1		1	1	0

AND NAND

X1	X2	Y		X1	X2	Y
0	0	0		0	0	1
0	1	0		0	1	1
1	0	0		1	0	1
1	1	1		1	1	0

NAND NAND

X1	X2	X3	Y		X1	X2	X3	X4	Y
0	0	0	1		0	0	0	0	1
0	0	1	1		0	0	0	1	1
0	1	0	1		0	0	1	0	1
0	1	1	1		0	0	1	1	1
1	0	0	1		0	1	0	0	1
1	0	1	1		0	1	0	1	1
1	1	0	1		0	1	1	0	1
1	1	1	0		0	1	1	1	1
					1	0	0	0	1
					1	0	0	1	1
					1	0	1	0	1
					1	0	1	1	1
					1	1	0	0	1
					1	1	0	1	1
					1	1	1	0	1
					1	1	1	1	0

EX-OR NOT

A	B	Y		X	Y
0	0	0		0	1
0	1	1		1	0
1	0	1
1	1	0

Budowa bramki EX-OR z bramek OR, AND i NOT Budowa bramki EX-OR z bramek NOR, NAND i NOT

1. Konstrukcja przerzutnika RS przy użyciu bramek logicznych

Przerzutnik RS z bramek NOR Przerzutnik RS z bramek NAND

R	S	Q	Q		R	S	Q	Q
0	0	0	1		0	0	1	1
0	1	1	0		0	1	1	0
1	0	0	1		1	0	0	1
1	1	0	0		1	1	0	1

---