Mengapa penyongsang moden menggunakan transistor, bukan thyristors

Thyristors tergolong dalam peranti semikonduktor struktur p-n-p-n, dan, sebenarnya, tergolong dalam kelas khas transistor bipolar, empat lapisan, tiga (atau lebih) peranti peralihan dengan kekonduksian bergantian.

Peranti thyristor membenarkan ia bekerja seperti diod, iaitu, untuk lulus semasa dalam satu arah sahaja.

Dan juga seperti transistor kesan medan, thyristor terdapat elektrod kawalan. Selain itu, sebagai diod, thyristor mempunyai keanehan - tanpa suntikan pembawa caj minoriti kerja melalui elektrod kawalan ia tidak akan masuk ke dalam keadaan yang menjalankan, iaitu, ia tidak akan terbuka.

Model thyristor yang dipermudahkan membolehkan kami memahami bahawa elektrod kawalan di sini adalah sama dengan pangkalan transistor bipolar, namun terdapat batasan yang mungkin untuk membuka kunci thyristor menggunakan pangkalan ini, tetapi ia tidak dapat dikunci.

Thyristor, seperti transistor kesan medan yang kuat, boleh menukar arus yang ketara. Dan tidak seperti transistor kesan medan, kekuatan thyristor-switched dapat diukur dalam megawatt pada tegangan operasi yang tinggi. Tetapi thyristors mempunyai satu kelemahan yang serius - masa pusingan penting.

Untuk mengunci thyristor, adalah perlu untuk mengganggu atau mengurangkan secara langsung arus terus untuk masa yang cukup lama, di mana pembawa cas kerja utama yang tidak seimbang, pasangan pasang elektron, akan mempunyai masa untuk menggabungkan atau menyelesaikan. Sehingga semasa terganggu, thyristor akan tetap berada dalam keadaan yang menjalankan, iaitu, ia akan terus berkelakuan sebagai diod.

AC sinusoidal litar pensuisan semasa menyediakan thyristors dengan mod operasi yang sesuai - voltan sinusoidal bias peralihan ke arah yang bertentangan, dan thyristor secara automatik mengunci. Tetapi untuk mengekalkan operasi peranti, adalah perlu untuk menggunakan denyut kawalan buka kunci kepada elektrod kawalan dalam setiap kitaran separuh.

Dalam litar dengan kuasa DC, mereka menggunakan litar bantu tambahan, fungsi yang secara paksa dapat mengurangkan arus anoda thyristor, dan mengembalikannya ke keadaan terkunci. Dan kerana pengangkut caj menggabungkan apabila terkunci, kelajuan beralih tiang thyristor jauh lebih rendah daripada transistor kesan medan yang kuat.

Jika kita membandingkan masa penutupan thyristor dengan masa penutupan sepenuhnya transistor kesan medan, perbezaannya mencapai ribuan kali: transistor kesan medan memerlukan beberapa nanodetik (10-100 ns) untuk ditutup, dan thyristor memerlukan beberapa mikrosecond (10-100 μs). Rasakan perbezaannya.

Sudah tentu, terdapat bidang aplikasi thyristors di mana transistor kesan medan tidak menahan persaingan dengan mereka. Untuk thyristors, terdapat praktikal tiada sekatan pada kuasa beralih maksimum yang dibenarkan - ini adalah kelebihan mereka.

Thyristors mengawal megawatt kuasa di loji kuasa besar, dalam mesin kimpalan industri mereka menukar arus beratus-ratus amperes, dan mereka juga secara tradisional mengawal tungku induksi megawatt dalam kilang-kilang keluli. Di sini, transistor kesan medan tidak terpakai dalam apa jua cara. Dalam penukar berdenyut kuasa sederhana, transistor kesan medan menang.

Penutupan thyristor yang lama, seperti yang dinyatakan di atas, dijelaskan oleh fakta bahawa apabila dihidupkan, ia memerlukan untuk mengalih keluar voltan pemungut, dan seperti transistor bipolar, thyristor mengambil masa yang terbatas untuk menggabungkan atau membuang pembawa minoriti.

Masalah yang menyebabkan thyristors berkaitan dengan keanehan ini dikaitkan terutamanya dengan ketidakupayaan untuk beralih pada kelajuan tinggi, sebagai transistor kesan medan boleh dilakukan.Dan sebelum voltan pengumpul digunakan untuk thyristor, thyristor mesti ditutup, jika tidak, menukar kerugian kuasa tidak dapat dielakkan, semikonduktor akan terlalu panas.

Dalam erti kata lain, batasan dU / dt menghadkan prestasi. Peluang pelesapan kuasa sebagai fungsi semasa dan masa menghidupkan menggambarkan masalah ini. Suhu tinggi di dalam kristal thyristor bukan sahaja boleh menyebabkan penggera palsu, tetapi juga mengganggu pemancaran.

Dalam inverter resonan pada thyristors, masalah penguncian diselesaikan dengan sendirinya, di mana lonjakan polaritas terbalik membawa kepada mengunci thyristor, dengan syarat pendedahan itu agak panjang.

Ini mendedahkan kelebihan utama transistor kesan medan berbanding thyristors. Transistor kesan medan mampu beroperasi pada frekuensi ratusan kilohertz, dan kawalan hari ini tidak menjadi masalah.

Thyristors akan berfungsi dengan tepat pada frekuensi sehingga 40 kilohertz, lebih kurang 20 kilohertz. Ini bermakna jika thyristors digunakan dalam penyongsang moden, maka peranti dengan kuasa yang cukup tinggi, katakan, 5 kilowatt, akan sangat rumit.

Dalam pengertian ini, transistor kesan medan membuat penyongsang lebih padat kerana saiz dan berat teras yang lebih besar daripada transformer kuasa dan pencekik.

Semakin tinggi kekerapan, semakin kecil saiz transformer yang diperlukan dan mencekik untuk menukar kuasa yang sama, diketahui oleh semua orang yang biasa dengan litar penukar nadi moden.

Sudah tentu, dalam sesetengah aplikasi, thyristors sangat berguna, contohnya dimmers untuk menyesuaikan kecerahan cahayayang beroperasi pada kekerapan rangkaian 50 Hz, dalam apa jua keadaan, ia lebih menguntungkan untuk menghasilkan pada thyristors, mereka lebih murah daripada jika transistor kesan medan digunakan di sana.

Dan dalam penyongsang kimpalansebagai contoh, ia lebih menguntungkan untuk menggunakan transistor kesan medan, tepatnya kerana kemudahan kawalan bertukar dan kelajuan tinggi bertukar ini. Dengan cara ini, apabila beralih dari thyristor ke litar transistor, walaupun kos yang tinggi kedua, komponen mahal yang tidak perlu dikecualikan daripada peranti.