Tiristorul

I. MEMORIU JUSTIFICATIV.

O categorie importantă de dispozitive semiconductoare, utilizată în electrotehnică, energetică, automatică şi electronică industrială, o constituie dispozitivele de putere cu funcţionare în comutaţie. Astfel în cazul unei simulări dispozitivul comutator poate fi modelat printr-o rezistenţă, care ia două valori: una mare, reprezentând starea de blocare şi una mică, reprezentând starea de conducţie.

Creşterea capabilităţii de comutare în putere a dispozitivelor semiconductoare realizate în ultimii ani, coroborată cu reducerea costului acestora, face posibilă utilizarea lor într-o gamă foarte largă de aplicaţii cu convertoare electronice de putere cu structuri tot mai diversificate.

Pentru a înţelege funcţionarea convertoarelor de putere, din care categorie fac parte şi invertoarele se impune prezentarea, chiar sumară, a dispozitivelor semiconductoare de putere: caracteristicile statice curent – tensiune şi cele dinamice, care se referă la posibilităţile şi parametrii de comutare, de comandă ş.a.

Dispozitivele semiconductoare de putere pot fi clasificate în trei grupe, în funcţie de posibilitatea de a le controla:

- Diode – dispozitive a căror stare de conducţie (ON) şi respectiv blocare (OFF) este controlată de circuitul de putere;

- Tiristoare – dispozitive comutabile în conducţie de un semnal de comandă, iar în blocare de circuitul de putere;

- Comutatoare (statice) controlabile – comutabile în conducţie şi respectiv în blocare prin semnale de comandă.

Dispozitivele semiconductoare de putere comandabile (ex. tiristorul) au funcţionarea controlată prin intermediul unor semnale de comandă de putere mică, furnizate de circuite de comandă cu structuri variabile, realizate cu dispozitive semiconductoare de mică putere, circuite integrate ş.a.

Unul din domeniile de aplicabilitate al tiristoarelor îl constituie construcţia invertoarelor. Ori de câte ori este nevoie de tensiune alternativă, şi se dispune de surse de curent continuu, sunt folosite invertoarele ce vor da semnale adecvate intereselor consumatorilor. Principalele direcţii de utilizare sunt: reţelele de bord (vagoane, avioane, vapoare), alimentări de siguranţă (instalaţii din spitale, calculatoare, instalaţii de radiocomunicaţii şi telecomunicaţii) etc.

Lucrarea de faţă îşi propune să trateze invertoarele cu tiristoare. Ea este structurată pe patru capitole (“Tiristorul”, “Stingerea tiristoarelor”, “Invertoare cu tiristoare”, “Noţiuni specifice de protecţia muncii”) şi cuprinde şi câteva anexe cu parametri de catalog ai dispozitivelor semiconductoare, simboluri şi tipuri de capsule.

Lucrarea este utilă studiului disciplinei “Electronică analogică” studiată în clasa a XI-a liceu tehnologic.

II.TIRISTORUL

Tiristorul obişnuit este un dispozitiv semiconductor de putere cu o mare capacitate în curent şi tensiune, care face ca utilizarea lui în convertoare să aibă încă o răspândire foarte mare. Uneori acest tiristor este denumit şi SCR – redresor semiconductor cu control (semiconductor controlled rectifier). Caracteristica principală a acestui dispozitiv constă în faptul că poate fi comandat pe poartă pentru intrarea în conducţie, fără a avea posibilitatea de a bloca conducţia printr-o comandă asemănătoare.

1. STRUCTURĂ

Tiristorul obişnuit este construit într-o structură cu patru straturi şi trei electrozi (fig.1). Stratul anodului este de tipul cu o impurificare de 1019 / cm3. Stratul catodului este de tipul

cu o impurificare asemănătoare.

Stratul porţii, , are o impurificare medie de 1017 /cm3. Al patrulea strat permanent este , cu o impurificare de 1013 … 5x1014 / cm3 , având acelaşi rol cu stratul similar de la diode. Suplimentar este prevăzut stratul care împreună cu formează de fapt stratul anodului şi care conferă proprietăţile tiristorului. Grosimile orientative ale straturilor sunt de asemenea indicate in fig.1.

În ceea ce priveşte secţiunea transversală a unui tiristor, aceasta este de obicei circulară, cu diametre până la 10 cm şi ridică probleme deosebite privind realizarea ansamblului poartă-catod astfel încât amorsarea conducţiei să se facă simultan în toată secţiunea. La curenţi mici structura este de tip concentric, fig.2, iar la curenţi mari de tip grilă, fig.3.

Simbolul tiristorului este prezentat în fig.4.

Fig.1.Structura unui tiristor. Fig.2.Structură concentrică.

Fig.3.Structură tip grilă distribuită. Fig.4.Simbolul tiristoarelor.

2. POLARIZARE

Considerând poarta izolată, polarizarea tiristorului se poate face direct, + pe A şi pe K, sau invers, polarităţile fiind evident inversate.

În primul caz joncţiunea , de tip , fig.1, este polarizată invers şi valoarea tensiunii posibil de aplicat depinde de grosimea stratului , la fel ca la diode.

În cazul al doilea, jonctiunile şi sunt polarizate invers. Joncţiunea , de tip , va asigura o barieră redusă, în timp ce , de tip , va asigura o tensiune de aceeaşi mărime ca in cazul polarizării directe.

Rezultă că tiristorul poate suporta tensiuni inverse şi directe de aceeaşi mărime, fiind realizate unităţi pentru tensiuni de ordinul miilor de volţi.

3. CARACTERISTICA STATICĂ

Se consideră tiristorul alimentat de la sursa şi având o rezistenţă de sarcină (fig.5). Caracteristica statică, fig.6, este dependenţă dintre curentul prin tiristor, , şi tensiunea anod-catod, .