Tyrystory

Zasada działania tyrystora:
Tyrystor jest sterowany przyrządem półprzewodnikowym o strukturze czterowarstwowej PNPN z wyprowadzonymi elektrodami: anoda, katodą i bramką.
W zależności od polaryzacji anody względem katody tyrystor może znajdować się w stanie zaworowym lub blokowania. Po doprowadzeniu dodatniego impulsu prądowego do bramki tyrystora (gdy przyrząd znajduje się w stanie blokowania), następuje jego załączenie i przejście do stanu przewodzenia. Właściwości tyrystora w tych stanach pracy przedstawia charakterystyka główna, obrazująca zależność prądu anodowego od napięcia anoda-katoda. (Rys.1)

Stan zaworowy - występuje ( podobnie jak dla diody ) przy ujemnej polaryzacji anody względem katody. W stanie zaworowym podanie dodatniego sygnału bramkowego nie powoduje załączenia tyrystora, a jedynie wzrost prądu wstecznego ( rys 2.), tym samym wzrost strat mocy. Zwiększony prąd wsteczny może doprowadzić do przegrzania struktury PNPN i w efekcie do jej zniszczenia. Z tego powodu w obwodzie bramki należy eliminować możliwość pojawienia się dodatniego prądu bramki przy polaryzacji zaworowej tyrystora.
Stan blokowania - występuje przy dodatniej polaryzacji anody względem katody tyrystora, przy jednoczesnym braku prądu bramki. Dla tyrystora konwencjonalnego charakterystyka napięciowo-prądowa w stanie blokowania jest bardzo zbliżona do charakterystyki w stanie zaworowym.
Stan przewodzenia - występuje przy dodatniej polaryzacji anody względem katody oraz gdy w obwodzie sterującym bramka-katoda popłynie prąd wystarczający do załączenia tyrystora. W stanie przewodzenia, prąd w obwodzie bramki nie oddziałuje na prąd główny. Właściwości i parametry tyrystora będącego w stanie przewodzenia są takie same jak diody.

Tyrystor możemy załączyć impulsem bramkowym, ale tylko gdy jest prawidłowo spolaryzowany (anoda:+ katoda:-). Oczywiście może załączyć się także jak dynistor przy dużych du/dt - skokach napięcia między anodą a katodą. Jednak takiego załączania unikamy (w końcu chcemy sterować). Metoda przekroczania napięcia przełączenia (w dynistorze napięcie włączenia) jest niedopuszczalna - może nastąpić trwałe uszkodzenie elementu!

Załączenie tyrystora jak wcześniej wspomniałem następuje przy odpowiedniej polaryzacji i podaniu dodatniego względem katody impulsu bramkowego. Im mniejsze jest napięcie między anodą a katodą, tym większy musi być prąd bramki. Wyłączenie tyrystora następuje przy obniżeniu napięcia anoda-katoda lub spadku wartości przepływającego prądu poniżej I_H - prądu podtrzymania.

Jeśli znasz tranzystory bipolarne to może ten schemat zastępczy pomoże zrozumieć Ci zasadę działania:

W stanie spoczynkowym oba tranzystory są zatkane (nie przewodzą). Po wciśnięciu przycisku pojawi się prąd bazy - otworzy się tranzystor npn. Prąd jego kolektora spowoduje otwarcie tranzystora pnp. Z kolei prąd kolektora pnp popłynie do bazy npn - podtrzymując jego otwarcie, po puszczeniu przycisku.
Wystarczy więc podać nawet krótki impuls na bramkę, aby otworzyć element na stałe. Układ będzie przewodził aż do zaniku lub zmiany polaryzacji napięcia zasilającego.

Triak
Uproszczoną strukturę blokową przedstawia poniższy rysunek.

Działanie triaka jest analogiczne do przeciwsobnego połączenia dwóch tyrystorów (SCR) - patrz poniższy rysunek.

Na rysunku bramki tyrystorów pokazane są oddzielnie dla każdego tyrystora. Triak posiada tylko jedną bramkę - włączenie następuje niezależnie od polaryzacji (w przeciwieństwie do tyrystora, który może być załączony tylko jeśli potencjał anody jest większy od potencjału katody).
Triak działa w obu kierunkach polaryzacji i zachowuje się jak tyrystor w dodatniej części swojej charakterystyki (stan blokowania bądź przewodzenia) - charakterystyka triaka jest symetryczną względem początku układu charakterystyką tyrystora:

Zakresy pracy triaka
Są cztery podstawowe zakresy pracy. Przedstawia je poniższy rysunek:

Najczęściej triaki pracują w ćwiartce I i III (QI, QIII), gdzie zasilanie bramki ma tą samą polaryzację co końcówka robocza (MT). Optymalna czułość bramki wynikająca ze struktury wewnętrznej triaków przypada właśnie na QI i QIII.
Jeżeli jednak praca w tych zakresach nie jest możliwa, kolejnym korzystnym zakresem pracy są ćwiartki QII i QIII (bramka jest zasilana ujemnymi impulsami).
Zazwyczaj czułość bramki jest w przybliżeniu taka sama w QI i QII jednak w QII czułość prądu załączania jest niższa. Dlatego też, trudno jest załączyć triaki w ćwiartce QII kiedy prąd końcówki roboczej (głównej z ang. main terminal MT) ma małą wartość. Czułość bramki jest najniższa w ćwiartce QIV, dlatego należy unikać pracy w np. QI i QIV.

---