Кіріспе
Төрт қабатты қатты күйдегі токты басқару құрылғысы
A silicon controlled rectifier or semiconductor controlled rectifier is a four layer solid state current controlling device. The name "silicon controlled rectifier" is General Electric's trade name for a type of thyristor. The principle of four layer p–n–p–n switching was developed by Moll, Tanenbaum, Goldey, and Holonyak of Bell Laboratories in 1956. The practical demonstration of silicon controlled switching and detailed theoretical behavior of a device in agreement with the experimental results was presented by Dr Ian M. Mackintosh of Bell Laboratories in January 1958. The SCR was developed by a team of power engineers led by Gordon Hall
and commercialized by Frank W. "Bill" Gutzwiller in 1957. Some sources define silicon controlled rectifiers and thyristors as synonymous while other sources define silicon controlled rectifiers as a proper subset of the set of thyristors; the latter being devices with at least four layers of alternating n and p type material. According to Bill Gutzwiller, the terms "SCR" and "controlled rectifier" were earlier, and "thyristor" was applied later, as usage of the device spread internationally. SCRs are unidirectional devices (i. e. can conduct current only in one direction) as opposed to TRIACs, which are bidirectional (i. e. charge carriers can flow through them in either direction). SCRs can be triggered normally only by a positive current going into the gate as opposed to TRIACs, which can be triggered normally by either a positive or a negative current applied to its gate electrode.
Кремниймен басқарылатын тіктеуіш немесе жартылай өткізгішпен басқарылатын тіктеуіш – төрт қабатты қатты күйдегі токты басқару құрылғысы. "Кремниймен басқарылатын тіктеуіш" атауы General Electric компаниясының тиристордың бір түріне берген саудалық атауы болып табылады. Төрт қабатты p–n–p–n схемасы бойынша коммутациялау принципі 1956 жылы Белл зертханасының Молл, Таненбаум, Голдей және Холоняк ғалымдарымен әзірленді. Кремниймен басқарылатын коммутацияның практикалық демонстрациясы және құрылғының егжей-тегжейлі теориялық сипаттамасы, тәжірибелік нәтижелермен сәйкес келіп, 1958 жылдың қаңтарында Белл зертханасының докторы Ян М. Маккинтошпен ұсынылды. SCR Гордон Холл басқарған энергетикалық инженерлер тобымен әзірленді және 1957 жылы Франк В. "Билл" Гутцвиллермен коммерцияландырылды. Кейбір дереккөздер кремниймен басқарылатын тіктеуіштер мен тиристорларды мағынасы бірдей сөздер ретінде қарастырады, ал басқалары кремниймен басқарылатын тіктеуіштерді тиристорлар жиынтығының ішкі жиынтығы деп санайды; соңғылары кем дегенде төрт қабаттан тұратын, n және p типті материалдардан кезек-кезек құралған құрылғылар болып табылады. Билл Гутцвиллердің сөзіне сүйенсек, "SCR" және "бақыланатын тіктеуіш" терминдері бұрын қолданылған, ал "тиристор" термині құрылғының қолданылу аймағы халықаралық деңгейде кеңейген кезде пайда болды. SCR – бір бағытты құрылғы (яғни ток тек бір бағытта ғана өте алады), TRIAC-терге қарағанда, TRIAC-тер екі бағытты (яғни заряд тасымалдаушылар екі бағытта да ағуы мүмкін) құрылғылар болып табылады. SCR әдетте тек қанаға кіретін оң токпен қосылады, TRIAC-терге қарағанда, оларды қанаға кіретін электродқа оң немесе теріс токпен қосуға болады.
A silicon controlled rectifier or semiconductor controlled rectifier is a four layer solid state current controlling device. The name "silicon controlled rectifier" is General Electric's trade name for a type of thyristor. The principle of four layer p–n–p–n switching was developed by Moll, Tanenbaum, Goldey, and Holonyak of Bell Laboratories in 1956. The practical demonstration of silicon controlled switching and detailed theoretical behavior of a device in agreement with the experimental results was presented by Dr Ian M. Mackintosh of Bell Laboratories in January 1958. The SCR was developed by a team of power engineers led by Gordon Hall
and commercialized by Frank W. "Bill" Gutzwiller in 1957. Some sources define silicon controlled rectifiers and thyristors as synonymous while other sources define silicon controlled rectifiers as a proper subset of the set of thyristors; the latter being devices with at least four layers of alternating n and p type material. According to Bill Gutzwiller, the terms "SCR" and "controlled rectifier" were earlier, and "thyristor" was applied later, as usage of the device spread internationally. SCRs are unidirectional devices (i. e. can conduct current only in one direction) as opposed to TRIACs, which are bidirectional (i. e. charge carriers can flow through them in either direction). SCRs can be triggered normally only by a positive current going into the gate as opposed to TRIACs, which can be triggered normally by either a positive or a negative current applied to its gate electrode.
Алға қарай бұғаттау режімі
Бұл жұмыс режимінде анодқа (+, p-типті жағы) оң кернеу, ал катодқа (-, n-типті жағы) теріс кернеу беріледі, қақпа нөлдік (0) потенциалда, яғни құрылғыдан ажыратылған күйде ұсталады. Бұл жағдайда J1 және J3 тораптары тікелей бағытта бұрмаланған, ал J2 кері бағытта бұрмаланған, нәтижесінде анодтан катодқа тек аз ғана шағын ток өтеді. Егер қолданған кернеу J2 үшін бұзылу мәніне жетсе, онда J2 лавиналық бұзылуға ұшырайды. Осы бұзылу кернеуінде J2 ток өткізе бастайды, бірақ бұзылу кернеуінен төменде J2 токқа өте жоғары қарсылық көрсетеді және SCR өшірілген күйде болады.
Кері бұғаттау режімі
Анодқа теріс кернеу, катодқа оң кернеу қолданғанда, SCR кері бұғаттау режиміне енеді, бұл J1 және J3-ті кері бұрмалайды, ал J2-ні тікелей бұрмалайды. Бұл құрылғы тізбекке жалғанған екі диод сияқты жұмыс істейді. Шамалы шашыраңқы ток ағып тұрады. Осылай кері бұғаттау режимі жұмыс істейді. Егер кері кернеу артыса, онда кері кернеудің бұзылу деңгейіне жеткенде (VBR), J1 және J3-те лавина құбылысы орын алып, кері ток күрт өседі. Кері бұғаттау қабілетіне ие SCR-лер бар, бұл ұзын, аз қоспаланған P1 аймағын қажет ететіндіктен алға бағытталған кернеудің төмендеуіне себеп болады. Әдетте, кері бұғаттау кернеуінің және алға бағытталған бұғаттау кернеуінің мөлшері бірдей болады. Кері бұғаттауға қолданылатын SCR-дің ең көп қолданылатын жері – ток көзі инверторлары. Кері кернеуді бұғаттауға қабілетсіз SCR асимметриялық SCR деп аталады, оны ASCR деп қысқартуға болады. Оның кері бұзылу деңгейі ондаған вольтқа жетеді. ASCR-лер кері өткізгіш диодтың параллель жалғануын қажет ететін жағдайларда (мысалы, кернеу көзі инверторларында) немесе кері кернеудің пайда болмауы тиіс жерлерде (мысалы, қуат көзі ауыстырғыштарында немесе DC жетегінде) қолданылады. Асимметриялық SCR-лер кері өткізгіш диодпен бірге бір корпуста жасалуы мүмкін. Мұндай құрылғылар RCT (reverse conducting thyristors) деп аталады.
Қарапайым SCR схемасы
Қарапайым SCR схемасын резистивті жүктемесі бар SCR-ге қосылған айнымалы кернеу көзі арқылы түсіндіруге болады. Егер SCR қақпасына ток импульсі берілмесе, SCR алға бағытталған тоқтау күйінде қалады. Бұл SCR-дың өткізгіштікке кіруін басқаруға мүмкіндік береді. Кешігу бұрышы α, яғни табиғи өткізгіштік сәтіне (ωt = 0) қатысты қақпаға ток импульсы берілген сәт, өткізгіштік басталуын анықтайды. SCR өткізгіштікке кіргеннен кейін, SCR арқылы өтетін ток теріс мәнге ие болғанша өшпейді. SCR келесі қақпалық ток импульсы берілгенге дейін 0 мәнінде қалады, содан кейін қайтадан өткізгіштікке кіріседі.
Қолданбалар
SCR негізінен жоғары қуатты, мүмкін жоғары кернеуді басқару қажет болатын құрылғыларда қолданылады. Олардың жұмыс принципі оларды шамдарды димдеу, қуатты реттегіштер және моторларды басқару сияқты орташа және жоғары кернеулі айнымалы ток қуатын басқару салаларында пайдалануға ыңғайлы етеді. SCR және оған ұқсас құрылғылар жоғары кернеулі тұрақты токпен электр қуатын беруде жоғары қуатты айнымалы токты түзету үшін қолданылады. Олар сондай-ақ дәнекерлеу машиналарын басқаруда, әсіресе газды вольфрамды доғалық дәнекерлеу және ұқсас процестерде қолданылады. Бұл құрылғы әртүрлі құрылғыларда электрондық қосқыш ретінде қолданылады. Алғашқы қатты күйдегі пинбол автоматтарында шамдарды, соленоидтарды және басқа функцияларды механикалық емес, электрондық түрде басқару үшін осы технология қолданылған, содан бері бұл автоматтары "қатты күйдегі" деп аталды. Басқа қолданымдарға қуатты коммутациялық тізбектер, басқарылатын түзеткіштер, DC шунт моторларының жылдамдығын басқару, SCR қосқыштары, компьютерлік логикалық тізбектер, таймерлік тізбектер және инверторлар кіреді.
SCS-мен салыстыру
Кремниймен басқарылатын коммутатор (ККК) SCR сияқты жұмыс істейді, бірақ бірнеше ерекшеліктері бар. SCR-ден айырмашылығы, ККК басқа анодтық қақпасына оң кернеу/кіріс тогы берілгенде өшеді. SCR-ден айырмашылығы, ККК сол қақпаға теріс кернеу/шығыс тогы берілгенде қосылуы мүмкін. ККК екі бөлек басқару импульсі арқылы қосылып, өшірілетін коммутатор қажет болатын барлық тізбектерде пайдалы. Бұған қуаттық қосқыштар, логикалық тізбектер, шамдарды басқару құрылғылары және сандар санағыштары жатады.
TRIAC-пен салыстырғанда
TRIAC SCR-ге ұқсас, себебі екеуі де электрмен басқарылатын коммутаторлар ретінде жұмыс істейді. SCR-ден өзгешелігі, TRIAC токты екі бағытта да өткізе алады. Сондықтан TRIAC-тар айнымалы ток қолданылатын жағдайларда ерекше пайдалы. TRIAC-тың үш қосылысы бар: басқару қосылысы және екі тоқ өткізгіш қосылыс, олар MT1 және MT2 деп аталады. Егер басқару қосылысына ток/кернеу қосылмаса, TRIAC өшіріледі. Ал басқару қосылысына импульстік кернеу берілсе, TRIAC қосылады. TRIAC-тар шамдарды күшін реттеу тізбектеріне, фазалық басқару тізбектеріне, айнымалы токпен қосу тізбектеріне, айнымалы токпен жұмыс істейтін қозғалтқыштарды басқару тізбектеріне және тағы да басқаларға қолданылады.