Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Vícevrstvé polovodičové Orbis pictus 21. století Vícevrstvé polovodičové součástky I. Obor: Elektrikář Ročník: 1. Vypracoval: Ing. Jiří Šebesta, Ph.D. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Vícevrstvé polovodičové součástky zahrnují takové prvky, které obsahují více polovodičových přechodů (obvykle 3). Typickými představiteli vícevrstvých polovodičových součástek jsou tyristory, triaky a diaky. Základními aplikacemi vícevrstvých polovodičových součástek jsou řízené usměrňovače (umožňují regulaci výkonu na zátěži, např. stmívače, řízení otáček ss. motorů), řízené spínače (např. dálkově ovládané spínání spotřebičů, elektronické přepěťové a nadproudové ochrany a odpojovače). Vícevrstvé polovodičové součástky mohou pracovat s velkými výkony (proudy desítek Ampérů až jednotek kA), spínací frekvence může být až několik kHz (např. řízení výkonu motorů v trolejbusech).

Tyristor je základní vícevrstvou polovodičovou součástkou představuje řiditelnou polovodičovou diodu obsahuje 4 polovodičové vrstvy a 3 PN přechody A = anoda C (K) = katoda G = hradlo, řídící elektroda, gate (čti gejt)

Tyristor si lze představit jako dvojici tranzistorů, které jsou zapojené podle následujícího obrázku.

Z funkčního modelu lze odvodit dva základní způsoby sepnutí tyristoru (otevření cesty mezi anodou a katodou – tyristor se chová jako dioda v propustném směru): 1) Sepnutí tyristoru pře-kročením blokovacího napětí - Mezi anodu a katodu se přivede velké kladné napětí, tranzistory v modelu vlivem tohoto napětí teče malý zbytkový proud. Zbytkový proud PNP tranzitoru T1 teče z emitoru do kolektoru a dál do báze NPN tranzistoru T2. Pokud je zbytkový proud dost velký (tj. napětí mezi anodu a katodou je dost velké), tím že teče do báze T2 otevírá tranzistor T2. Otevření tranzistoru T2 má za následek zvětšení jeho kolektoro-

vého proudu a tím proudu bází tranzistoru T1, který se také otevře, čímž se zvětší jeho kolektorový proud a současně bázový proud T1. Oba tranzistory se tedy vzájemně podporují v otevření. Oba otevřené tranzistory znamenají plně otevřenou cestu mezi anodou a katodou – říkáme, že tyristor je sepnutý. Pokud chceme tyrisor opět vypnout musíme snížit proud mezi ano-dou a katodou (I1 = I2) na velmi malou hodnotu pod tzv. přídržný proud, kdy se již tranzistory přivřou a tyristor se vypne.

Tyristor tedy vypneme tak, že výrazně zmenšíme jím protékající proud, neboli výrazně snížíme napětí mezi anodou a katodou – tzv. komutace anody.

Volt-ampérová charakteristika pro nulový proud hradlem IG = 0. V závěrném směru se tyristor chová jako dioda v závěrném směru.

2) Sepnutí tyristoru proudovým impulsem do hradla - Mezi anodou a katodu je přivedeno určité kladné napětí, které však samo o sobě nestačí k sepnutí tyristoru. Tyristor, který je napájený takovým napětím, lze sepnout vhodným proudovým pulsem do hradla. V případě, že je tyristor vypnut a napětí UAC je menší než blokovací napětí, teče tranzistory takový zbytkový

proud (bázový proud druhého tranzistoru), který není schopen otevřít tranzistory otevřít. Když ale do hradla G přivedeme dostatečný proudový impuls (na chvíli připojíme spínačem napěťový zdroj mezi hradlo a katodu), tento proudový impuls posílí zbytkový proud z tranzistoru T1 a přičte se k němu v podobě celkového bázového proudu T2. Dostatečný bázový proud T2 pak tranzistor T2 otevře, zvětší se jeho kolektorový proud, který současně bázovým proudem T1. Ten pak otevře i tranzistor T2 – tyristor je sepnutý. Nyní již můžeme odpojit zdroj od hradla protože proud otevřeným tranzistorem T1 je dostateční k udržení otevřeného tranzistoru T2.

Tyristor opět vypneme pouze tak, že výrazně zmenšíme jím protékající proud, neboli výrazně snížíme napětí mezi anodou a katodou, proud klesne pod hodnotu přídržného proudu – tzv. komutace anody.

Volt-ampérové charakteristiky pro různé proudy hradlem. V závěrném směru se tyristor chová jako dioda v závěrném směru.

Názorný model principu tyristoru Tyristor a jeho funkci si můžeme představit jako vodovodní trubku s pohyblivou klapkou a zarážkou a ventilem – obr. a). Jestliže do trubky s klapkou pustíme vodu zprava, tlak vody klapku zatlačí na zarážku a voda nemůže proudit trubkou dále – obr. b). Proud vody v trubce zprava před-stavuje tyristor v závěrném směru. Jestliže pustíme do trubky vodu zleva, klapka se tlakem při menším tlaku nemůže vychýlit a voda

nemůže proudit, protože se klapka zarazí o pohyblivý ventil – obr. c) nemůže proudit, protože se klapka zarazí o pohyblivý ventil – obr. c). Pokud však za ventil na chvíli zatáhneme (ve směru puls), klapka se tlakem vody otevře. – obr. d). Ventil můžeme vrátit zpátky, proud vody však teče dál – obr. e) do té doby dokud je dostatečný tlak vody (přídržný proud). V opačném případě váha klapky překoná pohyblivý ventil a klapka bude opět zaražená – obr. a). Bude-li tlak vody zleva příliš velký, ventil povolí i sám od sebe – překonání blokovacího napětí.

Použitá literatura: [1] SUCHÁNEK, V. Dioda, tranzistor a tyristor názorně. SNTL, Praha, 1989. [2] FROHN, M. et al. Elektronika - polovodičové součástky a základní zapojení. BEN – technická literatura, Praha, 2006. [3] ZIEGELHEIM, O. Obvody s křemíkovými diodami a tyristory. SNTL, Praha, 1973.

Děkuji Vám za pozornost Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Jiří Šebesta Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky