تریستور چیست؟
تریستور کلیدهای روشن و خاموش قدرتمند برای طیف وسیعی از تجهیزات جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) هستند، در درجه اول در صنعت. یکسو کننده‌ها اجزای الکترونیکی هستند که وقتی شارژ از آنها عبور می‌کند، جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کنند.
این دستگاه‌های قدرتمند سوئیچ‌های حالت جامد هستند. به این معنی که از اجزای نیمه هادی مانند ترانزیستورها و دیودها ساخته شده‌اند. دستگاه‌های نیمه‌هادی دارای رسانایی الکتریکی هستند که در نیمه‌راه بین یک هادی کامل مانند مس و یک عایق مانند شیشه قرار دارد. با مقاله امروز سپیانی همراه باشید تا با انواع ماژول تریستور و دیود آشنا شوید
حتما بخوانید:
مرور تاریخچه تریستور:
نام تریستور از ترکیب ترانزیستور و تیراترون (یک لوله پر از گاز اولیه با عملکرد مشابه) گرفته شده است. این دستگاه‌ها که در ابتدا در دهه 1950 ساخته شدند، اغلب بعنوان یکسو کننده‌های کنترل‌شده با سیلیکون (SCR) نیز شناخته می‌شوند، زیرا از چهار لایه سیلیکون ساخته شده‌اند که یک ماده نیمه‌رسانا پرکاربرد است. در اصل، SCR یک نام تجاری بود که توسط جنرال الکتریک برای یک نوع تریستور استفاده می‌شد. این دو اصطلاح در حال حاضر معمولاً مترادف استفاده می‌شوند.
تریستور چه کاری انجام می‌دهد؟
تریستورها سوئیچ‌های دوپایدار هستند، به این معنی که آنها فقط دو حالت ممکن دارند – روشن یا خاموش (0 یا 1). اینها حتی زمانی که دستگاه خاموش است پایدار می‌مانند. به محض اینکه جریان به گیت کنترل (نقطه ورودی) برسد، مدل‌های فعلی فعال می‌شوند – یعنی از حالت خاموش به روشن حرکت می‌کنند. آنها همچنان به جریان اجازه می‌دهند تا از آنها عبور کند تا زمانی که به صفر برسد یا زمانی که جریان به پایان می‌رسد یا تغییر جهت می‌دهد.
دومی بعنوان بایاس معکوس یا ولتاژ معکوس شناخته می‌شود. مدل‌های قبلی برای انتقال از حالت روشن به حالت خاموش بر معکوس جریان متکی بودند، اما می‌توان مدل‌های جدیدتر را از طریق گیت کنترل غیرفعال کرد. گاهی اوقات به این تریستورهای گیت خاموش (GTO) می‌گویند. یکسو کننده‌های کنترل شده دستگاه‌هایی با بهره بالا هستند. به این معنی که جریان موجود در گیت کنترل می‌تواند سطح بسیار بالاتری از جریان بین آند و کاتد را کنترل کند. در نتیجه، آنها بعنوان تجهیزات فعلی طبقه‌بندی می‌شوند.
کاربردهای تریستور:
تریستورها علیرغم اینکه از نظر فیزیکی کوچک هستند، می‌توانند ولتاژها و سطوح جریان بالا را کنترل کنند و بنابراین در خطوط انتقال برق ولتاژ بالا و جریان مستقیم استفاده می‌شوند.
کاربردهای دیگر آنها عبارتند از:
- کلیدهای برق در کارخانه‌ها و تنظیمات صنعتی مشابه
- سوئیچ‌های جرقه خودرو
- کنترل سرعت موتورهای الکتریکی
- تنظیم کننده‌های سطح مایع
- سیستم‌های کنترل فشار
- موج محافظین
این دستگاه‌ها همچنین به طور گسترده در طیف وسیعی از مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند. کاربردهای آن عبارتند از:
- مدارهای اینورتر
- مدارهای نوسانگر
- مدارهای خرد کن
- مدارهای سوئیچینگ برق
- مدارهای تعویض رله
- مدارهای آشکارساز سطح
- مدارهای منطقی
- مدارهای کنترل فاز
- مدارهای کنترل سرعت
- مدارهای تایمر
تریستور چگونه کار می‌کند؟
آنها معمولا دارای سه سرب یا الکترود (نقاطی که الکتریسیته وارد یا خارج می‌شود) دارند. اینها آند، کاتد و گیت (یا گیت کنترل) نامیده می‌شوند. اولی ترمینال مثبت و دومی منفی است، در حالی که گیت جریان اصلی آند به کاتد را کنترل می‌کند و این جریان را از طریق یک پالس خارجی فعال می‌کند. برخی از مدل‌ها دارای دو یا چهار الکترود هستند.
در یک SCR معمولی، دو لایه متناوب از نیمه‌هادی نوع N (منفی) و نیمه‌هادی نوع P (مثبت) وجود دارد. این باعث می‌شود که چهار لایه در مجموع، با سه اتصال بین آنها. سیلیکون چهار لایه در هر یک بصورت الکتریکی پردازش می‌شود تا تعداد الکترون‌های حامل بار منفی یا مثبت افزایش یابد. آنها همچنین به عنوان نیمه هادی‌های NPN و PNP شناخته می‌شوند و به الگوی الکترون‌های مثبت و منفی در هر یک اشاره می‌کنند.
اگر جریانی از طریق گیت به دستگاه وارد نشود، در حالت خاموش قرار می‌گیرد، با اتصال مرکزی (سه تایی) برعکس آند و کاتد، بنابراین جریان نمی‌تواند از هر جهتی دستگاه عبور کند. بسته به جهت، به حالت مسدود کردن رو به جلو یا حالت مسدود کردن منفی گفته می‌شود.
برای اینکه جریان مورد نیاز جریان یابد، آند باید مثبت و کاتد منفی باشد. هنگامی که جریان دروازه راه اندازی می‌شود. بار مثبت و منفی به چهار لایه سیلیکون جریان می‌یابد و هر یک به نوبه خود هنگام حرکت از یک لایه نیمه‌هادی به لایه بعدی از طریق دستگاه فعال می‌شود. پس از فعال شدن هر چهار لایه، جریان می‌تواند آزادانه از دستگاه عبور کند. تریستور اکنون در حال هدایت به جلو وصل شده است (به حالت روشن منتقل می‌شود) و تا زمانی که جریان خارج از دستگاه قطع نشود – معمولاً جریان به کل مدار – بسته می‌شود. جریان گیت برای حفظ جریان بین آند و کاتد لازم نیست.
انواع تریستور:
بیشتر تریستورها سه دستگاه سربی هستند، به این معنی که دارای سه الکترود هستند – یک آند، یک کاتد، و یک دروازه کنترل برای ایجاد جریان بین دو الکترود دیگر. با این حال، دو مدل سرب کمتر رایج تنها دو الکترود دارند، و جریان جریان زمانی ایجاد می‌شود که اختلاف بار بین هر یک از ولتاژ شکست تعریف‌شده برخورد یا از آن بیشتر شود و آنها را از حالت خاموش به روشن سوئیچ کند.
سوئیچ‌های کنترل شده سیلیکونی (SCS):
اینها دارای یک گیت آند اضافی هستند که برای غیرفعال کردن دستگاه در صورت اعمال ولتاژ مثبت استفاده می‌شود.
دیاک ها:
این هیبریدهای تریستور-دیود دارای چهار لایه هستند و جریان در هر جهت را می‌پذیرند. با وجود نامی که از سوئیچ AC دیود گرفته شده است، دیاک‌ها با هر دو AC و DC کار می‌کنند
تریاک ها:
این دستگاه‌ها دو طرفه هستند، به این معنی که جریان الکتریکی را در هر جهت هدایت می‌کنند. آنها هر دو AC و DC را سوئیچ می‌کنند
IGBT:
ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق دارای چهار لایه و سه پایانه هستند اما برای عملکرد صرفاً به عنوان یک ترانزیستور و نه تریستور طراحی شده‌اند.
PCT:
تریستورهای کنترل فاز برای محدود کردن جریان AC با حرکت تجهیزات به داخل و خارج از حالت رسانا در فواصل از پیش تعیین شده استفاده می‌شوند.
مزایای تریستورها:
تریستورها به اجزای استانداردی تبدیل شده اند زیرا مزایای متعددی دارند. این مزیت‌ها شامل موارد زیر است:
- سرعت و توانایی تغییر جریان در حد میکروثانیه
- قابلیت کنترل ولتاژهای بالا و توان بالا
- عدم وجود قطعات متحرک و قابلیت اطمینان بالا
- توانایی کنترل دستگاه‌های جریان مستقیم، نه فقط جریان متناوب معمولی
- فعال سازی سریع و آسان
- ارزان
- سهولت عملیات
- سادگی نسبی
- اندازه کوچک
نحوه بررسی تریستور:
مانند هر وسیله الکتریکی، لازم است هر از چند گاهی تریستورها را بررسی کنید تا مطمئن شوید که درست کار می‌کنند. ساده ترین راه برای انجام این کار استفاده از مولتی متر است. مولتی مترها دستگاه‌های تست الکتریکی استاندارد صنعتی هستند که قادر به اندازه گیری ولتاژ، جریان و قدرت مقاومت‌های الکتریکی هستند. در اینجا نحوه آزمایش یکسوساز کنترل شده با سیلیکون با استفاده از مولتی متر آورده شده است:
- آند (ترمینال ورودی) روی تریستور را به سیم مثبت (قرمز) روی مولتی متر وصل کنید. کاتد (ترمینال خروجی) را به سیم منفی (سیاه) وصل کنید. متر را به حالت آزمایش دیود تغییر دهید – دیود (جزء دو ترمینال) در این مورد خود تریستور است ارزیابی کنید.
- مولتی متر را روی حالت مقاومت بالا قرار دهید. باید مدار باز را نشان دهد. سپس موقعیت سرنخ‌ها را معکوس کنید و دستگاه همچنان باید مدار باز را نشان دهد. لیدها را به موقعیت اصلی خود برگردانید، این بار ترمینال گیت را به لید مثبت اضافه کنید. مولتی متر باید سطح پایینی از مقاومت الکتریکی را نشان دهد. این نشان می‌دهد که SCR در موقعیت روشن است، و این باید پس از قطع شدن ترمینال گیت ادامه یابد
- اگر مولتی متر بررسی‌های فوق را رد کند، به درستی کار می‌کند.
حتما بخوانید:
میکروسوئیچ چیست؟ انواع و کاربرد آن
ترانسفورماتور چیست؟ انواع و کاربرد آن
دیود چیست؟
دیود وسیله‌ای است که اجازه می‌دهد جریان فقط در یک جهت جریان یابد. این بدان معناست که اگر یک دیود را به یک مدار الکتریکی اضافه کنید، جریان فقط می‌تواند در یک جهت جریان یابد. بعنوان مثال، در اینجا جریان فقط می‌تواند از نقطه 2 به نقطه 1 برسد، اما اگر بخواهد از نقطه 1 به نقطه 2 برسد، توسط دیود مسدود می‌شود. در واقع، این نماد دیود نیز همین موضوع را به ما می‌گوید. فلش می‌گوید جریان می‌تواند در یک جهت جریان داشته‌باشد، یعنی از نقطه 2 به نقطه 1، و اگر بخواهد در جهت دیگر جریان یابد، مسدود می‌شود. بنابراین خط کوچک در اینجا علامت بلوک است.
ماژول دیود چگونه کار می‌کند؟
اکنون که به ماژول دیود خود بازگردیم، می‌بینید که ما چهار دیود در داخل این ماژول داریم. ما چهار نقطه یا پایانه در هر طرف این ماژول داریم. بین هر یک از این دو ترمینال یک دیود وجود دارد. یعنی ما یک دیود بین ترمینال 1 و 2 و سه دیود دیگر برای بقیه ترمینال‌ها داریم.
اکنون ما فکر می‌کنیم که شما از قبل ایده خوبی در مورد نحوه کار این ماژول دارید. بله، همانطور که قبلاً به درستی حدس زدید، این ماژول فقط اجازه می‌دهد جریان از ترمینال 2 به 1، 4 به 3، 6 به 5 و 8 به 7 عبور کند. این بسادگی به این معنی است که اگر این ماژول را به یک مدار الکتریکی اضافه کنیم، جریان فقط می‌تواند از چهار پایانه پایینی به چهار پایانه در بالا جریان یابد. و اگر جریان سعی کند از جهت مخالف جریان یابد، به سادگی مسدود می‌شود! همانطور که می‌دانید، این چیزی است که به وضوح توسط چهار نماد دیود روی ماژول نیز بیان شده است.
ساختار ماژول دیود:
اگر به ماژول دقت کنید، می‌توانید دیودهای داخل ماژول را در اینجا نیز ببینید. همانطور که می‌بینید، در هر انتهای این دیودها یک خط وجود دارد که نشان می‌دهد اگر جریان از بالا به پایین جریان یابد، مسدود می‌شود. بنابراین شما از این ماژول دیود زمانی استفاده می‌کنید که نیاز دارید جریان فقط از یک جهت جریان یابد.
تریستور یا ترانزیستور؟
ترانزیستور یک قطعه الکتریکی استاندارد است که برای روشن یا خاموش کردن سیگنال‌های الکتریکی و تقویت آنها استفاده می‌شود. اختراع آنها در اوایل قرن بیستم امکان توسعه رادیو و تلفن از راه دور را فراهم کرد. با وجود تطبیق پذیری آنها، آنها بخوبی با جریان‌های ولتاژ بالا کار نمی‌کنند و برای جریان‌های میلی آمپر کم توان مناسب هستند. برای درک این موضوع، میلی آمپر یک هزارم آمپر است. در مقابل، تریستورها می‌توانند با سطوح بسیار بالاتر قدرت، 5-10 آمپر و صدها، حتی هزاران ولت، کار کنند.
آنها همچنین برای عملکرد صحیح به ورودی برق ثابت متکی هستند. در ترانزیستور، جریان کم در هنگام ورود تقویت می‌شود، اما در برخی از دستگاه ها، این کافی نیست. زنگ هشدار مزاحم به نوع دیگری از واکنش نیاز دارد. برای راه‌اندازی جریان بالاتر در زنگ هشدار به سطح پایینی از جریان در ماشه هشدار (مثلاً یک آشکارساز حرکت) نیاز دارید – و این جریان بالاتر برای ادامه حتی زمانی که جریان ماشه متوقف می‌شود.
یک ترانزیستور نمی‌تواند این کار را انجام دهد، اما یک تریستور می‌تواند. آشکارساز حرکت یا دستگاه مشابه جریان گیت را تحریک می‌کند و این به نوبه خود باعث ایجاد جریان بین آند و کاتد می‌شود. مورد دوم ادامه خواهد داشت – حتی زمانی که جریان دروازه متوقف شود – همچنان در حالت چفت باقی می‌ماند.
تریستور یا دیود؟
دیودها اجزای نسبتا ساده و ارزانی هستند که تنها دارای دو پایانه (یکی مثبت و دیگری منفی)، یک آند (همچنین بعنوان صفحه شناخته می‌شود) و یک کاتد هستند. برق فقط در یک جهت جریان دارد. در اصطلاح الکتریکی، آنها به جای بایاس معکوس، به سمت جلو هستند. دیودها عمدتاً برای سوئیچینگ یا تبدیل جریان استفاده می‌شوند. آنها فقط دو لایه نیمه هادی دارند – یکی مثبت و دیگری منفی – با یک اتصال الکتریکی واحد بین آنها.
در مقابل، اکثر تریستورها دارای سه پایانه و چهار لایه هستند که سه اتصال آنها را از هم جدا می‌کند. آنها برای کاربردهای با قدرت بالا طراحی شده اند. دیودها برای ولتاژهای پایین طراحی شده اند اما برخلاف تریستورها برای فعال کردن آنها نیازی به پالس گیت ندارند.
جمع بندی:
در مقاله امروز سپیانی به انواع ماژول‌های تریستور و دیود پرداختیم. از ماژول‌های تریستور و نحوه کار و انواع آن شروع کردیم و سپس ساز و کار و انواع ماژول‌های دیود را مرور کردیم. چنانچه پس از مطالعه این مقاله سوال یا ابهامی در رابطه با ماژول تریستور و دیود دارید می‌توانید بصورت رایگان از مشاوره متخصصین سپیانی کمک بگیرید. همچنین برای خرید دستگاه‌های ذکر شده و دیگر تجهیزات لازم و آگاهی از قیمت و مشخصات فنی آنها می‌توانید به بخش فروشگاه ما مراجعه کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر همین الان از طریق واتس‌اپ با ما در تماس باشید.