يعرف على انها جهاز أشباه موصلات متعدد الطبقات ، ومن هنا جاء اسم "السيليكون" من اسمه. يتطلب إشارة بوابة لتشغيله "ON" ، والجزء "المتحكم فيه" من الاسم وبمجرد أن "ON" يتصرف مثل الصمام الثنائي المعدل ، وهو جزء "المعدل" من الاسم. في الواقع ، يشير رمز الدائرة للثايرستور إلى أن هذا الجهاز يعمل مثل الصمام الثنائي المعدل المتحكم فيه.
رمز الثايرستور
ومع ذلك ، على عكس الصمام الثنائي الوصل وهو جهاز شبه موصل ذو طبقتين (PN) ، أو الترانزستور ثنائي القطب الشائع الاستخدام وهو جهاز تبديل ثلاثي الطبقات (PNP ، أو NPN) ، فإن الثايرستور عبارة عن جهاز شبه موصل له أربع طبقات (PNPN) يحتوي على ثلاثة تقاطعات PN في سلسلة ، ويمثلها الرمز كما هو موضح.
الثايرستور ، مثل الصمام الثنائي ، هو جهاز أحادي الاتجاه ، أي أنه سيجري تيارًا فقط في اتجاه واحد فقط ، ولكن على عكس الصمام الثنائي ، يمكن جعل الثايرستور يعمل إما كمفتاح دائرة مفتوحة أو كصمام ثنائي مقوم اعتمادًا على الكيفية يتم تشغيل بوابة الثايرستور. بمعنى آخر ، يمكن أن يعمل الثايرستور فقط في وضع التبديل ولا يمكن استخدامه للتضخيم.
المعدل الذي يتم التحكم فيه بالسيليكون SCR ، هو واحد من العديد من أجهزة أشباه موصلات الطاقة جنبًا إلى جنب مع Triacs (Triode AC's) و Diacs (Diode AC's) و UJT (Unijunction Transistor) والتي جميعها قادرة على التصرف مثل مفاتيح التيار المتردد ذات الحالة الصلبة السريعة جدًا للتحكم في الفولتية الكبيرة للتيار المتردد والتيارات. لذلك بالنسبة لطلاب الإلكترونيات ، فإن هذا يجعل هذه الأجهزة ذات الحالة الصلبة سهلة الاستخدام للغاية للتحكم في محركات التيار المتردد والمصابيح وللتحكم في الطور.
الثايرستور عبارة عن جهاز ثلاثي الأطراف يطلق عليه اسم: "الأنود" و "الكاثود" و "البوابة" ويتكون من ثلاثة تقاطعات PN يمكن تبديلها إلى "تشغيل" و "إيقاف" بمعدل سريع للغاية ، أو يمكن تبديلها " ON ”لفترات زمنية متغيرة خلال نصف دورات لتوصيل كمية محددة من الطاقة للحمل. يمكن تفسير تشغيل الثايرستور بشكل أفضل من خلال افتراض أنه يتكون من ترانزستورين متصلين متتاليين كزوج من المفاتيح التجديدية التكميلية كما هو موضح.
تماثل الترانزستور الثنائي الثايرستور
تُظهر الدارتان المكافئتان للترانزستور أن تيار المجمع لترانزستور NPN TR 2 يغذي مباشرة قاعدة ترانزستور PNP TR 1 ، بينما يغذي تيار المجمع TR 1 قاعدة TR 2 . يعتمد هذان الترانزستور المترابطان على بعضهما البعض للتوصيل حيث يحصل كل ترانزستور على تيار باعث القاعدة من تيار المجمع-الباعث للآخر. لذلك ، حتى يتم إعطاء أحد الترانزستورات بعض التيار الأساسي ، لا يمكن أن يحدث شيء حتى إذا كان جهد الأنود إلى الكاثود موجودًا.
عندما تكون محطة أنود الثايرستور سالبة فيما يتعلق بالكاثود ، يكون تقاطع المركز NP متحيزًا للأمام ، لكن تقاطعي PN الخارجيين يكونان متحيزين ويتصرفان إلى حد كبير مثل الصمام الثنائي العادي. لذلك ، يقوم الثايرستور بمنع تدفق التيار العكسي حتى يتم تجاوز نقطة جهد الانهيار للتقاطعين الخارجيين عند مستوى الجهد العالي ، ويتم إجراء الثايرستور دون تطبيق إشارة البوابة.
هذه خاصية سلبية مهمة للثايرستور ، حيث يمكن تشغيل الثايرستور عن غير قصد بالتوصيل عن طريق الجهد الزائد العكسي وكذلك ارتفاع درجة الحرارة أو ارتفاع سريع في الجهد dv / dt مثل ارتفاع.
إذا كانت محطة الأنود موجبة فيما يتعلق بالكاثود ، فإن تقاطعي PN الخارجيين يكونان الآن متحيزين للأمام ولكن تقاطع المركز NP متحيز عكسيًا. لذلك يتم حظر التيار الأمامي أيضًا. إذا تم حقن تيار موجب في قاعدة الترانزستور NPN TR 2 ، يتدفق تيار المجمع الناتج في قاعدة الترانزستور TR 1 . يؤدي هذا بدوره إلى تدفق تيار المجمع في ترانزستور PNP ، TR 1 مما يزيد من تيار القاعدة لـ TR 2 وما إلى ذلك.
الثايرستور النموذجي
يجبر الترانزستوران بعضهما البعض بسرعة كبيرة على إجراء التشبع حيث أنهما متصلان في حلقة ردود فعل متجددة لا يمكن أن تتوقف. بمجرد تشغيله في التوصيل ، يكون التيار المتدفق عبر الجهاز بين الأنود والكاثود محدودًا فقط بمقاومة الدائرة الخارجية حيث يمكن أن تكون المقاومة الأمامية للجهاز عند التوصيل منخفضة جدًا عند أقل من 1 درجة وبالتالي ينخفض الجهد عبرها كما أن فقدان الطاقة منخفض أيضًا.
ثم يمكننا أن نرى أن الثايرستور يحجب التيار في كلا اتجاهي مصدر التيار المتردد في حالته "OFF" ويمكن تشغيله "ON" وجعله يعمل مثل الصمام الثنائي المعدل الطبيعي عن طريق تطبيق تيار موجب على قاعدة الترانزستور ، TR 2 الذي يطلق عليه بالنسبة لمعدّل التحكم بالسيليكون محطة "البوابة".
يتم إعطاء منحنيات خصائص التشغيل للجهد الحالي IV لتشغيل المعدل الذي يتم التحكم فيه بالسيليكون على النحو التالي:
منحنيات خصائص الثايرستور الرابع
بمجرد تشغيل الثايرستور "ON" ويمرر التيار في الاتجاه الأمامي (القطب الموجب الموجب) ، تفقد إشارة البوابة كل التحكم بسبب عمل الإغلاق المتجدد للترانزستورات الداخلية. لن يكون لتطبيق أي إشارات بوابة أو نبضات بعد بدء التجديد أي تأثير على الإطلاق لأن الثايرستور يجري بالفعل التوصيل ويعمل بشكل كامل.
على عكس الترانزستور ، لا يمكن تحيز SCR للبقاء داخل بعض المناطق النشطة على طول خط التحميل بين حالات الحجب والتشبع. حجم ومدة نبضة "تشغيل" البوابة لها تأثير ضئيل على تشغيل الجهاز حيث يتم التحكم في التوصيل داخليًا. بعد ذلك ، يكون تطبيق نبضة بوابة مؤقتة على الجهاز كافيًا لتوصيله وسيظل "قيد التشغيل" بشكل دائم حتى إذا تم إزالة إشارة البوابة تمامًا.
لذلك يمكن أيضًا اعتبار الثايرستور بمثابة مزلاج ثنائي الاستقرار له حالتان ثابتتان "إيقاف التشغيل" أو "التشغيل". هذا لأنه مع عدم وجود إشارة بوابة مطبقة ، يقوم المقوم المتحكم فيه بالسيليكون بحظر التيار في كلا الاتجاهين لشكل موجة التيار المتردد ، وبمجرد تشغيله في التوصيل ، يعني إجراء الإغلاق المتجدد أنه لا يمكن إيقاف تشغيله مرة أخرى بمجرد استخدام البوابة الخاصة به .
فكيف نطفئ الثايرستور؟ . بمجرد أن يتم غلق الثايرستور ذاتيًا في حالة "التشغيل" الخاصة به وتمرير تيار ، يمكن فقط "إيقاف التشغيل" مرة أخرى إما عن طريق إزالة جهد الإمداد وبالتالي تيار الأنود ( I A ) تمامًا ، أو عن طريق تقليل الأنود الخاص به إلى تيار الكاثود ببعض الوسائل الخارجية (فتح مفتاح على سبيل المثال) إلى أقل من قيمة تسمى عادةً "الحد الأدنى لتيار التثبيت" ، I H.
لذلك يجب تقليل تيار الأنود إلى ما دون مستوى الاحتفاظ الأدنى هذا لفترة كافية حتى يتمكن الثايرستور المغلق داخليًا من التقاطعات pn لاستعادة حالة الانسداد قبل تطبيق جهد أمامي مرة أخرى على الجهاز دون إجراء توصيل ذاتي تلقائيًا. من الواضح إذن لكي يجري الثايرستور في المقام الأول ، تيار الأنود الخاص به ، وهو أيضًا تيار الحمل ، يجب أن يكون I L أكبر من قيمته الحالية. هذا هو أنا L > أنا H.
نظرًا لأن الثايرستور لديه القدرة على إيقاف "إيقاف التشغيل" كلما انخفض تيار الأنود إلى ما دون هذه القيمة الدنيا للاحتفاظ ، فإنه يتبع ذلك أنه عند استخدامه على مصدر تيار متردد جيبي ، فإن SCR سيحول نفسه تلقائيًا إلى "إيقاف التشغيل" عند بعض القيمة بالقرب من التقاطع أكثر من نقطة في كل نصف دورة ، وكما نعلم الآن ، ستبقى "إيقاف التشغيل" حتى تطبيق نبض الزناد التالي للبوابة.
نظرًا لأن الجهد الجيبي المتناوب ينعكس باستمرار في القطبية من الموجب إلى السالب في كل نصف دورة ، فإن هذا يسمح للثايرستور بالتحول إلى "إيقاف التشغيل" عند نقطة الصفر 180 من الشكل الموجي الموجب. يُعرف هذا التأثير باسم "التبديل الطبيعي" وهو خاصية مهمة جدًا لمعدل التحكم بالسيليكون.
الثايرستور المستخدم في الدوائر التي يتم تغذيتها من إمدادات التيار المستمر ، لا يمكن أن تحدث حالة الاستبدال الطبيعية هذه لأن جهد إمداد التيار المستمر مستمر ، لذا يجب توفير طريقة أخرى لإيقاف تشغيل الثايرستور في الوقت المناسب لأنه بمجرد تشغيله سيظل موصلاً.
ومع ذلك ، يحدث التبديل الطبيعي في الدوائر الجيبية AC كل نصف دورة. ثم خلال الدورة النصف الموجبة لشكل موجة جيبية متناوبة ، يكون الثايرستور متحيزًا للأمام (الأنود موجب) ويمكن تشغيله "ON" باستخدام إشارة البوابة أو النبض. خلال دورة النصف السالب ، يصبح الأنود سالبًا بينما يكون الكاثود موجبًا. الثايرستور متحيز عكسيًا عن طريق هذا الجهد ولا يمكنه إجراء حتى في حالة وجود إشارة البوابة.
لذلك من خلال تطبيق إشارة البوابة في الوقت المناسب خلال النصف الموجب لشكل موجة التيار المتردد ، يمكن تشغيل الثايرستور في التوصيل حتى نهاية دورة النصف الموجبة. وبالتالي ، يمكن استخدام التحكم في الطور (كما يطلق عليه) لتحريك الثايرستور في أي نقطة على طول النصف الموجب لشكل موجة التيار المتردد ، وأحد الاستخدامات العديدة لمقوم السيليكون المتحكم به هو التحكم في الطاقة لأنظمة التيار المتردد كما هو موضح.