कैसे Thyristors (SCR) कार्य - ट्यूटोरियल

मूल रूप से एक एससीआर (सिलिकॉन नियंत्रित आयताकार) जिसे थायरिस्टर नाम से भी जाना जाता है, एक ट्रांजिस्टर की तरह काम करता है।

क्या एससीआर के लिए खड़ा है

डिवाइस को बहुस्तरीय अर्धचालक आंतरिक संरचना के कारण इसका नाम (SCR) मिलता है जो इसके नाम की शुरुआत में 'सिलिकॉन' शब्द को संदर्भित करता है।

'नियंत्रित' नाम का दूसरा भाग डिवाइस के गेट टर्मिनल को संदर्भित करता है, जिसे डिवाइस के सक्रियण को नियंत्रित करने के लिए बाहरी सिग्नल के साथ स्विच किया जाता है, और इसलिए 'नियंत्रित' शब्द।

और 'रेक्टिफायर' शब्द एससीआर के आयताकार गुण को दर्शाता है जब इसके गेट को ट्रिगर किया जाता है और पावर को एनोड के कैथोड टर्मिनलों में प्रवाहित करने की अनुमति दी जाती है, यह एक रेक्टिफायर डायोड के साथ सुधार के समान हो सकता है।

उपरोक्त स्पष्टीकरण यह स्पष्ट करता है कि डिवाइस एक 'सिलिकॉन नियंत्रित आयताकार' की तरह कैसे काम करता है।

यद्यपि एक SCR एक डायोड की तरह ठीक होता है, और बाहरी संकेत के साथ इसकी ट्रिगरिंग विशेषता के कारण एक ट्रांजिस्टर का अनुकरण करता है, एक SCR आंतरिक कॉन्फ़िगरेशन में एक चार परत अर्धचालक व्यवस्था (PNPN) होती है जो एक डायोड के विपरीत 3 श्रृंखला पीएन जंक्शनों से बनी होती है। 2-लेयर (PN) या एक ट्रांजिस्टर है जिसमें तीन लेयर (PNP / NPN) सेमीकंडक्टर कॉन्फ़िगरेशन शामिल है।

आप समझाए गए अर्धचालक जंक्शनों के आंतरिक लेआउट को समझने के लिए निम्नलिखित छवि को संदर्भित कर सकते हैं, और थाइरिस्टर (एससीआर) कैसे काम करते हैं।

एक अन्य एससीआर संपत्ति जो एक डायोड के साथ विशिष्ट रूप से मेल खाती है, यह यूनिडायरेक्शनल विशेषताओं है जो वर्तमान को केवल एक दिशा में इसके माध्यम से प्रवाह करने की अनुमति देती है, और दूसरी तरफ से इसे ब्लॉक करते हुए चालू होता है, यह कहते हुए कि एससीआर में एक और विशेष प्रकृति है जो उन्हें संचालित करने की अनुमति देती है स्विच ऑफ मोड में रहते हुए एक खुले स्विच के रूप में।

SCRs में यह दो चरम स्विचिंग मोड इन उपकरणों को एम्पलीफायिंग सिग्नल्स से प्रतिबंधित करता है और इन्हें pulsating सिग्नल एम्पलीफायर करने के लिए ट्रांजिस्टर की तरह इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है।

सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टिफायर्स या SCRs जैसे Triacs, Diacs, orUJT, जो सभी को एक दिए गए AC पोटेंशियल या करंट को रेगुलेट करते हुए तेजी से सॉलिड स्टेट AC स्विच की तरह परफॉर्म करने का गुण रखते हैं।

तो इंजीनियरों और शौकियों के लिए ये डिवाइस एक उत्कृष्ट ठोस राज्य स्विच विकल्प बन जाते हैं जब यह अधिकतम स्विचिंग उपकरणों जैसे लैंप, मोटर्स, डिमर स्विच को विनियमित करने की बात आती है।

एक एससीआर एक 3 टर्मिनल सेमीकंडक्टर डिवाइस है जिसे एनोड, कैथोड और गेट के रूप में सौंपा गया है, जो बदले में आंतरिक रूप से 3 पी-एन जंक्शनों के साथ बनाया गया है, जिसमें संपत्ति बहुत अधिक गति से स्विच करने के लिए है।

इस प्रकार डिवाइस को किसी भी वांछित दर पर स्विच किया जा सकता है और किसी विशेष औसत स्विच को चालू करने के लिए या बंद समय को लोड पर स्विच करने के लिए अलग से चालू / बंद अवधि निर्धारित की जाती है।

तकनीकी रूप से, एक एससीआर या थाइरिस्टर के लेआउट को बैक टू बैक ऑर्डर में जोड़े गए ट्रांजिस्टर (BJT) के एक जोड़े से तुलना करके समझा जा सकता है, ताकि एक पूरक पुनर्योजी जोड़ी के स्विच की तरह बने, जैसा कि निम्नलिखित छवि में दिखाया गया है। :

थिएरिस्टर दो ट्रांजिस्टर सादृश्य

दो ट्रांजिस्टर समतुल्य सर्किट से पता चलता है कि NPN ट्रांजिस्टर TR2 का कलेक्टर वर्तमान सीधे PNP ट्रांजिस्टर TR1 के आधार में फीड होता है, जबकि TR1 का कलेक्टर वर्तमान TR2 के आधार में फीड होता है।

ये दो अंतर-जुड़े ट्रांजिस्टर एक दूसरे पर चालन के लिए भरोसा करते हैं क्योंकि प्रत्येक ट्रांजिस्टर को दूसरे के कलेक्टर-एमिटर करंट से इसका बेस-एमिटर करंट मिलता है। इसलिए जब तक कि ट्रांजिस्टर में से कुछ को आधार नहीं दिया जाता तब तक कुछ भी नहीं हो सकता है, भले ही एनोड-टू-कैथोड वोल्टेज मौजूद हो।

एससीआर टोपोलॉजी को दो ट्रांजिस्टर एकीकरण के साथ बनाने से पता चलता है कि एनपीएन ट्रांजिस्टर की कलेक्टर धारा सीधे पीएनपी ट्रांजिस्टर TR1 के आधार पर आपूर्ति कर रही है, जबकि TR1 का कलेक्टर वर्तमान आपूर्ति के साथ जुड़ रहा है। TR2 का आधार।

नकली दो ट्रांजिस्टर विन्यास एक दूसरे के संग्राहक उत्सर्जक से आधार ड्राइव प्राप्त करके एक दूसरे के प्रवाहकत्त्व को इंटरलॉक करते और पूरक करते प्रतीत होते हैं, इससे गेट वोल्टेज बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है और यह सुनिश्चित करता है कि जब तक गेट की क्षमता लागू नहीं हो जाती है तब तक दिखाया गया कॉन्फ़िगरेशन कभी भी संचालित नहीं हो सकता, यहां तक ​​कि एनोड की उपस्थिति में कैथोड की क्षमता लगातार हो सकती है।

ऐसी स्थिति में जब डिवाइस का एनोड लीड अपने कैथोड की तुलना में अधिक नकारात्मक होता है, एन-पी जंक्शन को आगे के पक्षपाती रहने की अनुमति देता है, लेकिन बाहरी पी-एन जंक्शनों को रिवर्स पक्षपाती होना सुनिश्चित करता है कि यह मानक रेक्टिफायर नोड की तरह काम करता है।

एक एससीआर की यह संपत्ति इसे रिवर्स करंट फ्लो को ब्लॉक करने में सक्षम बनाती है, जब तक कि वोल्टेज की उच्च मात्रा जो कि इसकी चोंच से नीचे हो सकती है ऐनक के नीचे उल्लेखित लीडों में प्रवाहित होती है, जो एससीआर को गेट ड्राइव की अनुपस्थिति में संचालित करने के लिए मजबूर करती है। ।

उपरोक्त thyristors की एक महत्वपूर्ण विशेषताओं को संदर्भित करता है जो डिवाइस को रिवर्स हाई वोल्टेज स्पाइक और / या एक उच्च तापमान, या एक तेजी से बढ़ते डीवी / डीटी वोल्टेज क्षणिक के माध्यम से अवांछित रूप से ट्रिगर करने का कारण बन सकता है।

अब मान लीजिए कि एनोड टर्मिनल अपने कैथोड लेड के संबंध में अधिक सकारात्मक अनुभव करता है, इससे बाहरी P-N जंक्शन को आगे के पक्षपाती बनने में मदद मिलती है, हालांकि केंद्रीय N-P जंक्शन रिवर्स बायस्ड रहता है। यह परिणामी रूप से सुनिश्चित करता है कि फॉरवर्ड करंट भी अवरुद्ध है।

इसलिए, एनपीएन ट्रांजिस्टर TR2 के आधार पर प्रेरित एक सकारात्मक संकेत के परिणामस्वरूप, बेस f TR1 की ओर कलेक्टर करंट का परिणाम होता है, जो ट्रून में कलेक्टर को PNP ट्रांजिस्टर TR1 और TR2 के बेस ड्राइव को बढ़ाने के लिए पास करने के लिए मजबूर करता है। प्रक्रिया सुदृढ़ हो जाती है।

उपरोक्त स्थिति दो ट्रांजिस्टर को उनके चालन को बढ़ाने की अनुमति देती है जब तक कि संतृप्ति के बिंदु उनके दिखाए गए पुनर्योजी कॉन्फ़िगरेशन फीडबैक लूप के कारण नहीं होते हैं जो स्थिति को इंटरलॉक और लैच करता रहता है।

इस प्रकार जैसे ही एससीआर को ट्रिगर किया जाता है, यह अपने एनोड से कैथोड तक प्रवाह करने की अनुमति देता है, जो मार्ग में आने वाले लगभग न्यूनतम प्रतिरोध के साथ ही एक कुशल चालन और उपकरण के संचालन को सुनिश्चित करता है।

जब एक एसी के अधीन होता है, तो एससीआर एसी की दोनों शैलियों को ब्लॉक कर सकता है जब तक कि एससीआर को उसके गेट और कैथोड पर ट्रिगर वोल्टेज के साथ पेश नहीं किया जाता है, जो तुरंत एनोड कैथोड की ओर जाने वाले एसी के सकारात्मक आधे चक्र को पार करने की अनुमति देता है, और डिवाइस एक मानक रेक्टिफायर डायोड की नकल करना शुरू कर देता है, लेकिन जब तक गेट ट्रिगर चालू रहता है, तब तक चालन टूट जाता है गेट ट्रिगर को हटा दिया जाता है।

एक सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टिफायर के सक्रियण के लिए लागू वोल्टेज-वर्तमान या I-V विशेषताओं को निम्न छवि में देखा जा सकता है:

थाइरिस्टर I-V अभिलक्षण वक्र

हालाँकि डीसी इनपुट के अनुसार, जैसे ही थाइरिस्टर चालू होता है, समझाए गए पुनर्योजी प्रवाहकत्त्व के कारण यह एक लेचिंग क्रिया से गुजरता है, जैसे कैथोड चालन के लिए एनोड पर पकड़ होती है और गेट ट्रिगर को हटाए जाने पर भी संचालन करता रहता है।

इस प्रकार एक डीसी पावर के लिए फाटक पूरी तरह से अपना प्रभाव खो देता है, जब पहली ट्रिगर पल्स डिवाइस के गेट के पार लगाया जाता है, तो इसके एनोड से कैथोड तक एक लेटेड करंट सुनिश्चित होता है। गेट को पूरी तरह से निष्क्रिय करते समय इसे एनोड / कैथोड करंट सोर्स को पल-पल तोड़ कर निकाला जा सकता है।

SCR BJTs की तरह काम नहीं कर सकता

SCR ट्रांजिस्टर समकक्षों की तरह पूरी तरह से अनुरूप होने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, और इसलिए लोड के लिए कुछ मध्यवर्ती सक्रिय क्षेत्र पर आचरण करने के लिए नहीं बनाया जा सकता है जो पूर्ण चालन और प्रतिस्पर्धा स्विच ऑफ के बीच कहीं हो सकता है।

यह भी सच है क्योंकि गेट ट्रिगर पर कैथोड को संचालित करने या संतृप्त करने के लिए कितना एनोड हो सकता है, इस पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, इस प्रकार यहां तक ​​कि एक छोटा क्षणिक गेट पल्स है, जो एनोड को कैथोड चालन में पूर्ण पूर्णांक पर प्रवाहित करने के लिए पर्याप्त है।

उपरोक्त सुविधा एक SCR को तुलना करने में सक्षम बनाती है और इसे दो स्थिर अवस्थाओं वाले एक कंपैटिबल लैच की तरह माना जाता है, या तो पूर्ण या पूर्ण ऑफ़ पर। यह उपरोक्त खंडों में वर्णित एसी या डीसी इनपुट के जवाब में एससीआर की दो विशेष विशेषताओं के कारण होता है।

एक एससीआर के गेट का उपयोग अपने स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए कैसे करें

जैसा कि पहले चर्चा की गई है, एक बार एक एससीआर को डीसी इनपुट के साथ चालू किया जाता है और इसके एनोड कैथोड को स्वप्रेरित किया जाता है, इसे अनलॉक किया जा सकता है या स्विच किया जा सकता है या तो पल भर में एनोड आपूर्ति स्रोत (एनोड करंट आइए) को पूरी तरह से हटाकर या कुछ को कम करके डिवाइस के निर्दिष्ट होल्डिंग करंट या 'न्यूनतम होल्डिंग करंट' Ih से काफी कम स्तर।

इसका तात्पर्य यह है कि एनोड को कैथोड न्यूनतम होल्डिंग करंट में फेंक दिया जाना चाहिए, जब तक कि थाइरिस्टर आंतरिक पी-एन लैचिंग बॉन्ड कार्रवाई में अपनी प्राकृतिक अवरोधन सुविधा को बहाल करने में सक्षम नहीं हो जाता।

इसलिए इसका मतलब यह भी है कि एससीआर काम करने के लिए या गेट ट्रिगर के साथ आचरण करने के लिए यह अनिवार्य है कि कैथोड लोड करंट को एनोड निर्दिष्ट 'न्यूनतम होल्डिंग करंट' Ih से अधिक हो, अन्यथा SCR लोड चालन को लागू करने में विफल हो सकता है, इसलिए यदि IL लोड करंट है, तो यह IL> IH के रूप में होना चाहिए।

हालाँकि, जैसा कि पहले से ही पिछले खंडों में चर्चा की जा चुकी है, जब SCR Anode.Cathode पिन में एक AC का उपयोग किया जाता है, यह सुनिश्चित करता है कि गेट ड्राइव को हटाने पर SCR को लैचिंग प्रभाव को निष्पादित करने की अनुमति नहीं है।

इसका कारण यह है कि एसी सिग्नल अपनी शून्य क्रॉसिंग लाइन के भीतर चालू और बंद होता है जो एसी तरंग के सकारात्मक आधे चक्र के प्रत्येक 180 डिग्री बदलाव को चालू करने के लिए एससीआर एनोड को कैथोड करंट में रखता है।

इस घटना को 'प्राकृतिक रूपांतर' के रूप में जाना जाता है और यह SCR चालन के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता प्रदान करता है। डीसी आपूर्ति के साथ इसके विपरीत यह सुविधा एससीआर के साथ अपरिवर्तित हो जाती है।

लेकिन जब से एक SCR एक रेक्टिफायर डायोड की तरह व्यवहार करने के लिए बनाया गया है, यह केवल AC के धनात्मक आधे चक्रों के लिए प्रभावी ढंग से प्रतिक्रिया करता है और एक गेट सिग्नल की उपस्थिति में भी AC के दूसरे आधे चक्र के लिए पक्षपाती और पूरी तरह से अनुत्तरित रहता है।

तात्पर्य यह है कि गेट ट्रिगर की उपस्थिति में, एससीआर अपने एनोड के माध्यम से संबंधित पॉजिटिव एसी हाफ साइकल के लिए कैथोड तक ही संचालित होता है और अन्य आधे चक्रों के लिए मौन रहता है।

उपर्युक्त समझाया गया लैचिंग फीचर और एसी वेवफॉर्म के दूसरे आधे चक्र के दौरान कट-ऑफ के कारण, एससीआर का उपयोग चरण एसी चक्रों को काटने के लिए प्रभावी रूप से किया जा सकता है, ताकि लोड को किसी भी वांछित (समायोज्य) निम्न शक्ति स्तर पर स्विच किया जा सके ।

इसे चरण नियंत्रण के रूप में भी जाना जाता है, इस सुविधा को SCR के गेट पर लगाए गए बाहरी समयबद्ध सिग्नल के माध्यम से लागू किया जा सकता है। यह संकेत तय करता है कि एसी चरण के सकारात्मक आधा चक्र शुरू होने के बाद एससीआर में कितनी देरी हो सकती है।

तो यह केवल एसी लहर के उस हिस्से को स्विच करने की अनुमति देता है जिसे गेट ट्रिगर के बाद पारित किया जा रहा है..इस चरण का नियंत्रण एक सिलिकॉन नियंत्रित थाइरिस्टर की मुख्य विशेषताओं में से है।

चरण नियंत्रण में thyristors (SCR) कैसे काम करते हैं, नीचे दिए गए चित्रों को देखकर समझा जा सकता है।

पहला आरेख एक एससीआर दिखाता है जिसका गेट स्थायी रूप से चालू होता है, जैसा कि पहले आरेख में देखा जा सकता है यह पूरी सकारात्मक तरंग को आरंभ से अंत तक शुरू करने की अनुमति देता है, जो कि केंद्रीय शून्य क्रॉसिंग लाइन से होता है।

Thyristor चरण नियंत्रण

प्रत्येक सकारात्मक आधे चक्र की शुरुआत में SCR 'OFF' है। गेट वोल्टेज के प्रेरण पर एससीआर को चालन में सक्रिय करता है और इसे सकारात्मक चक्र चक्र में पूरी तरह से 'चालू' करने की अनुमति देता है। जब thyristor को आधे चक्र (o = 0o) की शुरुआत में स्विच किया जाता है, तो कनेक्टेड लोड (एक दीपक या कोई समान) एसी तरंग (आधा-लहर आयताकार एसी) के पूरे सकारात्मक चक्र के लिए 'चालू' होगा। ) 0.318 x Vp के ऊंचे औसत वोल्टेज पर।

जैसा कि गेट स्विच ऑन का इनिशियलाइज़ेशन आधा चक्र (0 = 0o से 90o) तक उठाया जाता है, कनेक्टेड लैंप को थोड़ी मात्रा में समय के लिए रोशन किया जाता है और दीपक को लाया गया शुद्ध वोल्टेज आनुपातिक रूप से इसकी तीव्रता को कम कर देता है।

इसके बाद एक सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टिफायर को एसी लाइट डिमर के रूप में और उदाहरण के लिए कई अलग-अलग अतिरिक्त एसी बिजली अनुप्रयोगों में शोषण करना आसान है: एसी मोटर-गति नियंत्रण, गर्मी नियंत्रण उपकरण और बिजली नियामक सर्किट, और इसी तरह।

अब तक हमने देखा है कि एक thyristor मूल रूप से एक आधा-लहर उपकरण है जो केवल चक्र के सकारात्मक आधे में वर्तमान को पारित करने में सक्षम है जब भी एनोड सकारात्मक होता है और उन मामलों में डायोड की तरह ही वर्तमान प्रवाह को रोकता है जहां एनोड नकारात्मक है भले ही गेट करंट एक्टिव रहे।

फिर भी आपको समान सेमीकंडक्टर उत्पादों के कई और वेरिएंट मिल सकते हैं, जिनमें से चुनने के लिए 'थायरिस्टर' के शीर्षक के तहत आधे चक्र, पूर्ण-तरंग इकाइयों के दोनों दिशाओं में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, या गेट सिग्नल द्वारा 'बंद' स्विच किया जा सकता है। ।

इस तरह के उत्पादों में 'गेट टर्न-ऑफ थायरिस्टर्स' (GTO), 'स्टेटिक इंडक्शन थायरिस्टर्स' (SITH), 'MOS कंट्रोल्ड थ्रिस्टर्स' (MCT), 'सिलिकॉन कंट्रोल स्विच' (SCS), 'ट्रायड थाइरिस्टोर्स' (TRIAC) शामिल हैं। और 'लाइट ट्रिगर थाइरिस्टोर्स' (LASCR) कुछ की पहचान करने के लिए, इन उपकरणों के कई अलग-अलग वोल्टेज और वर्तमान रेटिंग में सुलभ हैं जो उन्हें बहुत उच्च शक्ति स्तरों पर प्रयोजनों में उपयोग करने के लिए दिलचस्प बनाता है।

Thyristor कार्य अवलोकन

सिलिकॉन नियंत्रित नियतांक जिसे आमतौर पर थायरिस्टर्स के रूप में जाना जाता है, तीन-जंक्शन पीएनपीएन सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं, जिन्हें दो इंटर-कनेक्टेड ट्रांजिस्टर माना जा सकता है, जिसका उपयोग आप मुख्य संचालित भारी विद्युत भार के स्विचिंग में कर सकते हैं।

उन्हें लेट होने की विशेषता है- 'ऑन' पॉजिटिव करंट के एक पल्स द्वारा उनके गेट लीड पर लगाई गई और 'ऑन' होने पर बिना किसी रोक-टोक के कैथोड करंट को उनके निर्दिष्ट न्यूनतम लैचिंग माप से कम या उलटा होने तक 'चालू' रखा जा सकता है।

एक थीयरिस्टर के स्थैतिक गुण

थिरिस्टर्स सेमीकंडक्टर उपकरण हैं जो केवल स्विचिंग फ़ंक्शन में कार्य करने के लिए कॉन्फ़िगर किए गए हैं। Thyristor वर्तमान नियंत्रित उत्पाद हैं, एक छोटा गेट वर्तमान एक अधिक पर्याप्त एनोड वर्तमान को नियंत्रित करने में सक्षम है। गेट पर लागू होने वाले पक्षपाती और चालू चालू को केवल एक बार चालू करने में सक्षम करता है।

जब भी यह 'चालू' होता है, तब थाइरिस्टर एक रेक्टिफ़ायर डायोड के समान काम करता है। चालन को बनाए रखने के लिए एनोड करंट का मौजूदा मूल्य बनाए रखने से अधिक होना चाहिए। गेट के चालू होने या न होने के बावजूद, पक्षपाती होने के मामले में वर्तमान मार्ग को रोकता है।

जैसे ही 'चालू' चालू किया जाता है, वैसे ही गेट चालू होने पर भी 'चालू' प्रदर्शन किया जाता है, लेकिन यदि केवल एनोड करंट लेटिंग करंट के ऊपर है।

थाइरिस्टर तेजी से स्विच होते हैं, जिनका उपयोग आप कई प्रकार के सर्किट में इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले को स्थानापन्न करने के लिए कर सकते हैं क्योंकि उनके पास बस कोई वाइब्रेटिंग पुर्ज़े नहीं होते हैं, न ही कोई संपर्क उत्पन्न होता है या इसके खराब होने या खराब होने की समस्या होती है।

लेकिन इसके अलावा केवल 'पर' और 'बंद' पर्याप्त धाराओं को स्विच करने के लिए, thyristors को काफी मात्रा में बिजली को भंग किए बिना एक एसी लोड वर्तमान के आरएमएस मूल्य का प्रबंधन करने के लिए पूरा किया जा सकता है। बिजली के प्रकाश, हीटर और मोटर गति के नियंत्रण में थायरिस्टर बिजली नियंत्रण का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।

अगले ट्यूटोरियल में हम कुछ बुनियादी पर गौर करेंगे Thyristor सर्किट और अनुप्रयोग एसी और डीसी आपूर्ति दोनों का उपयोग करना।