Tiristoarele sunt dispozitive semiconductoare de mare viteză care pot fi utilizate pentru a controla motoare, încălzitoare și lămpi. Vom analiza modul în care putem utiliza tiristorul și circuitele de comutare cu tiristor pentru a controla sarcini mult mai mari etc.

Am spus anterior că, pentru a face tiristorul să comute "ON", trebuie să injectăm un mic impuls de curent de declanșare (nu curent continuu) în terminalul Gate (G) când tiristorul este polarizat direct, adică Anodul (A) este pozitiv în raport cu catodul (K), pentru a avea loc o blocare regenerativă.

Dar amintiți-vă că, odată ce un tiristor începe să conducă, el continuă să conducă chiar și fără semnal Gate, până când curentul de anod scade sub curentul de menținere al dispozitivului (IH), iar sub această valoare va comuta automat "OFF". Deci, spre deosebire de tranzistoarele bipolare și FET, tiristoarele nu pot fi utilizate pentru amplificare sau comutare controlată.În general, acest impuls de declanșare trebuie să fie de numai câteva micro-secunde în durată, dar cu cât este aplicat mai lung impulsul pe Gate, cu atât apare mai rapid străpungerea de avalanșă internă și cu atât este mai rapid timpul de comutare-ON a tiristorului, dar nu trebuie să fie depășit curentul maxim de poartă. Odată declanșat și în conducție deplină, căderea de tensiune pe tiristor, Anod-Catod, este rezonabil constantă la circa 1,0 V pentru toate valorile curentului de anod până la valoarea sa nominală.

Tiristoarele sunt dispozitive semiconductoare care sunt proiectate special pentru utilizarea în aplicații de comutare de mare putere și nu au abilitatea unui amplificator. Tiristoarele pot funcționa numai în mod de comutare, acționând ca un comutator deschis sau închis. Odată declanșat în conducție de către terminalul poartă, un tiristor va rămâne în conducție (curent trece) întotdeauna. Prin urmare, în circuitele de curent continuu și în unele circuite AC foarte inductive, curentul trebuie să fie redus artificial printr-un circuit separat de comutare sau oprire.

Circuit DC cu tiristor

Când este conectat la o sursă de curent continuu DC, tiristorul poate fi utilizat ca un comutator DC pentru a controla curenții și sarcinile DC mai mari. Când se folosește tiristorul ca întrerupător, el se comportă ca un zăvor electronic, deoarece odată activat rămâne în starea "ON" până când se resetează manual. Luați în considerare circuitul DC cu tiristor de mai jos.

Circuitul DC de comutare a tiristorului

Acest circuit simplu de pornire a tiristorului "on-off" folosește tiristorul ca un comutator pentru a controla o lampă, dar ar putea fi folosit și ca circuit de comandă on-off pentru un motor, un încălzitor sau o altă sarcină de curent continuu. Tiristorului este polarizat direct și este declanșat în conducție închizând scurt butonul normal deschis „ON“ S1, care leagă terminalul Gate la sursa de curent continuu prin intermediul rezistorului Gate RG permițând astfel curentului să curgă în Poartă. Dacă valoarea RG este prea mare în raport cu tensiunea de alimentare, este posibil ca tiristorul să nu declanșeze.

Odată ce circuitul a fost comutat-"ON", se blochează automat și rămâne "ON" chiar și atunci când butonul este eliberat, asigurând că curentul de sarcină este mai mare decât curentul de blocare a tiristorului. Operarea suplimentară a butonului de comandă S1 nu va avea niciun efect asupra stării circuitului, deoarece o dată "blocat" Poarta pierde tot controlul. Tiristorul este acum complet "ON" (conducție), permițând curentului din circuitul de sarcină să curgă prin dispozitiv în direcția înainte și să se întoarcă la sursa de alimentare.

Unul dintre principalele avantaje ale utilizării unui tiristor ca un comutator într-un circuit DC este că are un câștig de curent foarte ridicat. Tiristorul este un dispozitiv acționat în curent deoarece un mic curent de poartă poate controla un curent anodic mult mai mare.

Rezistența poartă-catod RGK este în general inclusă pentru a reduce sensibilitatea porții și a crește capabilitatea sa dv/dt, împiedicând astfel declanșarea falsă a dispozitivului.

Deoarece tiristorul se autoblochează în starea "ON", circuitul poate fi resetat numai prin întreruperea sursei de alimentare și reducerea curentului anodic sub valoarea curentului de menținere minim al tiristoruluii (IH).

Deschiderea butonului OFF normal-închis S2 întrerupe circuitul, reducând curentul circuitului care trece prin tiristor la zero, forțând astfel să comute "OFF" până la aplicarea din nou a unui alt semnal Gate.

Dar, unul dintre dezavantajele acestui circuit DC cu tiristor este că întrerupătorul mecanic normal închis „OFF“ S2 trebuie să fie suficient de mare pentru a gestiona puterea din circuit care curge atât prin tiristor și lampă atunci când contactele sunt deschise. Dacă este cazul, am putea înlocui tiristorul cu un comutator mecanic mare. O modalitate de a depăși această problemă și de a reduce necesitatea unui comutator mai mare, mai robust, este conectarea comutatorului în paralel cu tiristorul, așa cum se arată.

Circuit DC alternativ cu tiristor

Aici tiristor primește tensiunea terminală necesară și semnalul de impuls pe Gate ca înainte, dar comutatorul mai mare, normal închis, al circuitului anterior a fost înlocuit de un comutator mai mic, normal deschis, în paralel cu tiristorul. Activarea comutatorului S2 aplică momentan un scurtcircuit între Anodul și Catodul tiristorului oprind dispozitivul din conducție, prin reducerea curentului de menținere sub valoarea lui minimă.

Circuit AC cu tiristor

Când este conectat la o sursă alternativă de curent alternativ, tiristorul se comportă diferit față de circuitul precedent conectat DC. Acest lucru se datorează faptului că curentul alternativ inversează periodic polaritatea și, prin urmare, orice tiristor utilizat într-un circuit de curent alternativ va fi în mod automat polarizat invers, determinându-l să comute - "OFF" în timpul alternanței negative. Luați în considerare circuitul AC cu tiristor, aflat mai jos.

Circuitul de declanșare a tiristorului de mai sus este similar cu circuitul DC cu SCR, cu excepția omisiunii unui comutator suplimentar "OFF" și a includerii diodei D1 care împiedică aplicarea polarizării inverse la poartă. Pe durata alternanței pozitive a formei de undă sinusoidală, dispozitivul este polarizat direct, dar cu comutatorul S1 deschis, curent de poartă zero este aplicat tiristorului și rămâne „OFF“. Pe alternanța negativă, dispozitivul este polarizat invers și va rămâne "OFF" indiferent de starea comutatorului S1.

Dacă comutatorul S1 este închis, la începutul fiecărei alternanțe pozitive tiristorul este complet "OFF", dar la scurt timp după ce va exista o tensiune suficientă pozitivă de declanșare și, deci, curent prezent la Poartă va comuta tiristorul și lampa "ON".

Tiristorul este acum blocat -"ON" pe durata alternanței pozitive și va reveni automat la "OFF" când se termină alternanța pozitivă și curentul anodic va scădea sub valoarea curentului de menținere.

În timpul următoarei alternanțe negative, dispozitivul este complet "OFF" oricum până la următoarea alternanță pozitivă atunci când procesul se repetă și tiristorul conduce din nou, atât timp cât comutatorul este închis.

Atunci, în această condiție, lampa va primi doar jumătate din puterea disponibilă din sursa AC, deoarece tiristorul acționează ca o diodă de redresare și conduce curentul numai pe durata alternanței pozitive atunci când este polarizat direct. Tiristorul continuă să furnizeze jumătate de energie la lampă, până când comutatorul este deschis.

Dacă a fost posibilă pornirea rapidă a comutatorului S1 ON și OFF, astfel încât tiristorul să primească semnalul Gate la punctul de "vârf" (90°) al fiecărei alternanțe pozitive, dispozitivul ar conduce numai o jumătate din alternanța pozitivă. Cu alte cuvinte, conducția ar avea loc numai în timpul unei jumătăți de jumătate a unei unde sinusoidale și această condiție ar determina lampa să primească "un sfert" sau o pătrime din puterea totală disponibilă din sursa AC.

Prin modificarea cu precizie a raportului de sincronizare dintre impulsul Gate și alternanța pozitivă, tiristorul ar putea fi făcut să furnizeze orice procentaj de putere dorit la sarcină între 0% și 50%. Evident, folosind această configurație de circuit nu poate furniza mai mult de 50% energie la lampă, deoarece nu poate conduce în timpul alternanțelor negative, deoarece este invers polarizat. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Control de fază monoalternanță

Controlul de fază este cea mai comună formă de control a puterii AC și un circuit AC de bază de control al fazei poate fi construit așa cum se arată mai sus. Aici tensiunea de poartă a tiristorului este derivată din circuitul de încărcare RC prin dioda de declanșare D1.

Pe durata alternanței pozitive, când tiristorul este polarizat direct, condensatorul C se încarcă prin rezistorul R1 la tensiunea de alimentare AC. Poarta este activată numai atunci când tensiunea din punctul A a crescut suficient pentru a provoca dioda D1 să conducă și descărcarea condensatorului în poarta tiristorului, comutându-l "ON". Durata de timp în alternanța pozitivă a ciclului la care începe conducția este controlată de constanta de timp RC stabilită de rezistorul variabil R1.

Creșterea valorii lui R1 are efectul de întârziere a tensiunii de declanșare și a curentului furnizat porții tiristorului, care la rândul său cauzează o întârziere în timpul de conducție al dispozitivului. Ca urmare, fracțiunea din alternanță pe care conduce dispozitivul poate fi controlată între 0 și 180°, ceea ce înseamnă că puterea medie disipată de lampă poate fi ajustată. Dar, tiristorul este un dispozitiv unidirecțional, astfel încât numai o putere de maximum 50% poate fi furnizată pe durate fiecărui alternanțe pozitive.

Există o varietate de moduri de a realiza controlul AC de 100% cu ambele alternanțe folosind "tiristoare". O modalitate este de a include un singur tiristor într-un circuit redresor cu punte de diode care convertește AC la un curent uni-direcțional prin tiristor, în timp ce metoda cea mai obișnuită este de a folosi două tiristoare conectate invers, în paralel. O abordare mai practică este utilizarea unui singur Triac deoarece acest dispozitiv poate fi declanșat în ambele direcții, făcându-l astfel potrivit pentru aplicațiile de comutare AC.