Управляемые кремниевые выпрямители (SCR): полное руководство

Управляемые кремниевые выпрямители (SCR): принципы работы и применение

В промышленности широко применяются управляемые устройства. Что такое устройство управления? Простейший пример — выключатель (размыкает/замykaет цепь). Для регулировки скорости вентилятора используется диммер — управляющее устройство, меняющее напряжение на нагрузке.

Что такое SCR (тиристор)?

SCR (Silicon Controlled Rectifier) относится к семейству тиристоров. Тиристор — полупроводниковое прибор с четырьмя слоями P-N-P-N и тремя выводами: анод, катод, затвор. SCR — однополярное ключевое устройство: ток течет только в одном направлении (от анода к катоду).

В структуре SCR три p-n-перехода (J1, J2, J3). При подаче положительного напряжения на анод относительно катода переходы J1 и J3 открыты (прямое смещение), а J2 закрыт (обратное смещение, область истощения расширяется). В этом состоянии SCR закрыт (OFF), напряжение на нем максимально — это эквивалентно разомкнутому выключателю.

Чтобы открыть SCR (ON), можно повысить напряжение анод-катод до пробойного (Vbo). Тогда происходит пробой перехода J2: меньшинственные носители внедряются, сопротивление падает, ток растет. Этот метод (пробойный) может повредить кристалл. Безопаснее — затворное управление: импульс на затворе относительно катода открывает J3, ток начинает течь, напряжение на SCR падает до ~0,7 В (в идеале 0).

Ключевые параметры: удерживающий и срабатывающий токи

• Срабатывающий ток (Latching current) — минимальный ток анода, необходимый для перехода SCR в открытое состояние после снятия импульса на затворе.
• Удерживающий ток (Holding current) — порог тока, ниже которого SCR возвращается в закрытое состояние.

Двухтранзисторная модель SCR

Структуру P-N-P-N можно представить как два транзистора: PNP (Q1) и NPN (Q2), соединенных обратной связью. Импульс на затворе (Ig) открывает Q2, его эмиттерный ток становится базовым для Q1, открывая его. Коллекторный ток Q1 питает базу Q2. Таким образом, возникает регенеративная петля: после снятия Ig оба транзистора остаются открытыми за счет внутренних токов. Для выключения SCR нужно прервать цепь питания анода (например, открыть выключатель в цепи анода).

На схеме: S2 — нормально замкнутый контакт. При разомкнутом S1 затворной ток отсутствует, SCR закрыт, на нем полное напряжение, светодиод не горит. При замыкании S1 появляется затворной ток, SCR открывается, напряжение на нем падает до ~0,7 В, светодиод загорается.

В следующей статье будут рассмотрены применение SCR и методы их проверки.

IC 741 (Операционный усилитель): основы, схема, характеристики

Цифровые логические элементы: обзор, типы, принцип работы