In questo articolo impareremo molti circuiti applicativi SCR interessanti e impareremo anche le caratteristiche principali e proprietà di un SCR chiamato anche dispositivo a tiristori.
Che cos'è un SCR o un tiristore
SCR è l'acronimo di Silicon Controlled Rectifier, come suggerisce il nome, si tratta di una sorta di diodo o di un agente rettificante la cui conduzione o operazione può essere controllata tramite un trigger esterno.
Significa che questo dispositivo si accenderà o spegnerà in risposta a un piccolo segnale o tensione esterno, abbastanza simile a un transistor, ma estremamente diverso per le sue caratteristiche tecniche.
Piedinatura SCR C106
Guardando la figura possiamo vedere che un SCR ha tre derivazioni che possono essere identificate come segue:
Mantenendo il lato stampato del dispositivo rivolto verso di noi,
- L'estremità destra del cavo è chiamata 'cancello'.
- Il cavo centrale è l ''anodo' e
- L'estremità sinistra del cavo è il 'catodo'
Come collegare un SCR
Il gate è l'ingresso trigger di un SCR e richiede un trigger CC con una tensione di circa 2 volt, la CC dovrebbe essere idealmente superiore a 10 mA. Questo trigger viene applicato attraverso il gate e la massa del circuito, il che significa che il positivo della CC va al gate e il negativo a terra.
La conduzione della tensione attraverso l'anodo e il catodo viene attivata quando viene applicato il trigger del gate e viceversa.
Il cavo dell'estrema sinistra o il catodo di un SCR deve essere sempre collegato alla massa del circuito di attivazione, il che significa che la massa del circuito di attivazione deve essere resa comune collegandosi al catodo SCR altrimenti l'SCR non risponderà mai ai trigger applicati .
Il carico è sempre collegato attraverso l'anodo e una tensione di alimentazione CA che può essere richiesta per l'attivazione del carico.
Gli SCR sono particolarmente adatti per la commutazione di carichi CA o carichi CC a impulsi. I carichi CC puri o puliti non funzioneranno con gli SCR, poiché la CC causerà un effetto di blocco sull'SCR e non consentirà lo spegnimento anche dopo che il grilletto del gate è stato rimosso.
Circuiti di applicazione SCR
In questa parte, esamineremo alcune delle applicazioni più diffuse di SCR che sono sotto forma di interruttore statico, una rete di controllo di fase, caricabatterie SCR, regolatore di temperatura e illuminazione di emergenza a sorgente singola
sistema.
Serie-Statico-Switch
Nella figura seguente è possibile osservare un interruttore statico della serie a semionda. Quando si preme l'interruttore per consentire l'alimentazione, la corrente al gate dell'SCR diventa attiva durante il ciclo positivo del segnale di ingresso, accendendo l'SCR.
Il resistore R1 controlla e limita la quantità di corrente di gate.
Nella condizione di acceso la tensione anodo-catodo VF dell'SCR diminuisce al livello del valore di conduzione di RL. Ciò fa sì che la corrente di gate si riduca drasticamente e la perdita minima sul circuito di gate.
Durante il ciclo di ingresso negativo, l'SCR viene spento, a causa dell'anodo che diventa più negativo del catodo. Il diodo D1 protegge l'SCR dall'inversione della corrente di gate.
La sezione sul lato destro dell'immagine sopra mostra la forma d'onda risultante per la corrente di carico e la tensione. La forma d'onda sembra un'alimentazione a semionda attraverso il carico.
La chiusura dell'interruttore consente all'utente di raggiungere un livello di conduzione inferiore a 180 gradi agli sfasamenti che si verificano durante il periodo positivo del segnale CA in ingresso.
Per ottenere angoli di conduzione compresi tra 90 ° e 180 ° si può utilizzare il seguente circuito. Questo design è simile al precedente, ad eccezione del resistore, che ha la forma del resistore variabile qui, e l'interruttore manuale viene eliminato.
La rete che utilizza R e R1 garantisce una corrente di gate adeguatamente controllata per l'SCR durante il semiciclo positivo dell'ingresso CA.
Spostando il braccio scorrevole del resistore variabile R1 al massimo, o verso il punto più basso, la corrente del gate potrebbe diventare troppo debole per raggiungere il gate dell'SCR e questo non consentirà mai all'SCR di accendersi.
D'altra parte, quando viene spostato verso l'alto, la corrente del gate aumenterà lentamente fino a raggiungere l'ampiezza di accensione dell'SCR. Pertanto, utilizzando il resistore variabile, l'utente è in grado di impostare il livello della corrente di accensione per l'SCR ovunque tra 0 ° e 90 °, come indicato sul lato destro del diagramma sopra.
Per il valore R1, se è piuttosto basso, farà scattare rapidamente l'SCR, portando ad un risultato simile ottenuto dalla prima figura sopra (conduzione a 180 °).
Tuttavia, se il valore R1 è maggiore, sarà necessaria una tensione di ingresso positiva più alta per attivare l'SCR. Questa situazione non ci consentirebbe di estendere il controllo oltre lo sfasamento di 90 °, poiché l'ingresso è al livello più alto in questo punto.
Se l'SCR non è in grado di attivarsi a questo livello o per i valori inferiori delle tensioni di ingresso alla pendenza positiva del ciclo AC, la risposta sarà esattamente la stessa per le pendenze negative del ciclo di ingresso.
Tecnicamente, questo tipo di funzionamento di un SCR è chiamato controllo di fase a resistenza variabile a semionda.
Questo metodo può essere utilizzato efficacemente in applicazioni che richiedono il controllo della corrente RMS o il controllo della potenza del carico.
Caricabatteria utilizzando SCR
Un'altra applicazione molto popolare dell'SCR è sotto forma di controller per caricabatterie.
Un progetto di base di un caricabatterie basato su SCR può essere visto nel diagramma seguente. La parte ombreggiata sarà la nostra principale area di discussione.
Il funzionamento del suddetto caricabatteria controllato da SCR può essere compreso con la seguente spiegazione:
L'ingresso ridotto AC viene raddrizzato a onda intera attraverso i diodi D1, D2 e fornito attraverso i terminali anodo / catodo SCR. La batteria in carica può essere vista in serie con il terminale del catodo.
Quando la batteria è scarica, la sua tensione è sufficientemente bassa da mantenere l'SCR2 nello stato spento. A causa dello stato aperto di SCR2, il circuito di controllo SCR1 si comporta esattamente come il nostro interruttore statico di serie discusso nei paragrafi precedenti.
Con alimentazione rettificata in ingresso adeguatamente dimensionata, attiva l'SCR1 con una corrente di gate regolata da R1.
Questo accende istantaneamente l'SCR e la batteria inizia a caricarsi tramite la conduzione dell'SCR anodo / catodo.
All'inizio, a causa del basso livello di scarica della batteria, il VR avrà un potenziale inferiore come impostato dal preset R5 o potenziale divisore.
A questo punto il livello VR sarà troppo basso per accendere il diodo zener 11 V. Nel suo stato non conduttivo, lo zener sarà quasi come un circuito aperto, causando lo spegnimento completo dell'SCR2, a causa della corrente di gate praticamente nulla.
Inoltre, la presenza di C1 assicura che l'SCR2 non venga mai acceso accidentalmente a causa di transitori di tensione o picchi.
Man mano che la batteria si carica, la sua tensione ai terminali aumenta gradualmente e, infine, quando raggiunge il valore di carica completa impostato, VR diventa appena sufficiente per accendere il diodo zener a 11 V, accendendo successivamente su SCR2.
Non appena SCR2 si attiva, genera effettivamente un cortocircuito, collegando il terminale di estremità R2 a terra e abilitando il divisore di potenziale creato da R1, la rete R2 al gate dell'SCR1.
L'attivazione del divisore di potenziale R1 / R2 al gate di SCR1 provoca una caduta istantanea della corrente di gate di SCR1, costringendolo allo spegnimento.
Ciò provoca l'interruzione dell'alimentazione alla batteria, assicurando che la batteria non possa caricarsi eccessivamente.
Dopodiché, se la tensione della batteria tende a scendere al di sotto del valore preimpostato, lo zener a 11 V si spegne, facendo sì che SCR1 si riaccenda per ripetere il ciclo di carica.
Controllo riscaldatore CA utilizzando SCR
Il diagramma sopra mostra un classico controllo del riscaldatore applicazione utilizzando un SCR.
Il circuito è progettato per accendere e spegnere il riscaldatore da 100 watt a seconda della commutazione del termostato.
Un mercurio in vetro termostato viene utilizzato qui, che dovrebbe essere estremamente sensibile ai cambiamenti nei livelli di temperatura che lo circondano.
Per essere precisi può rilevare anche una variazione di temperature di 0,1 ° C.
Tuttavia, poiché questi tipi di termostati sono normalmente classificati per gestire valori molto piccoli di corrente nell'intervallo di 1 mA circa, e quindi non è troppo popolare nei circuiti di controllo della temperatura.
Nell'applicazione di controllo del riscaldatore discussa, l'SCR viene utilizzato come amplificatore di corrente per amplificare la corrente del termostato.
In realtà, l'SCR non funziona come un amplificatore tradizionale, ma piuttosto come un sensore di corrente , che consente alle diverse caratteristiche del termostato di controllare la commutazione del livello di corrente più elevato dell'SCR.
Possiamo vedere che l'alimentazione all'SCR viene applicata attraverso il riscaldatore e un raddrizzatore a ponte intero, che consente un'alimentazione CC raddrizzata a onda intera per l'SCR.
Durante il periodo, quando il termostato è nello stato aperto, il potenziale attraverso il condensatore da 0,1uF viene caricato al livello di accensione del potenziale di gate SCR tramite impulsi generati da ciascun impulso CC raddrizzato.
La costante di tempo per caricare il condensatore è stabilita dal prodotto degli elementi RC.
Ciò consente all'SCR di condurre durante questi trigger di semiciclo CC a impulsi, consentendo alla corrente di passare attraverso il riscaldatore e consentire il processo di riscaldamento richiesto.
Quando il riscaldatore si riscalda e la temperatura aumenta, in un punto predeterminato, il termostato conduttivo si attiva e crea un cortocircuito attraverso il condensatore da 0,1 uF. Questo a sua volta spegne l'SCR e interrompe l'alimentazione al riscaldatore, provocando un graduale abbassamento della sua temperatura, fino a quando non scende a un livello in cui il termostato viene nuovamente disabilitato e l'SCR si accende.
Lampada di emergenza tramite SCR
La prossima applicazione SCR parla di un'unica fonte design della lampada di emergenza in cui a Batteria da 6 V. viene mantenuto in una condizione di carica completa, in modo che la lampada collegata possa essere accesa senza problemi ogni volta che si verifica un'interruzione di corrente.
Quando l'alimentazione è disponibile, un'alimentazione CC raddrizzata a onda intera utilizzando D1, D2 raggiunge la lampada 6 V collegata.
C1 può caricare a un livello leggermente inferiore alla differenza tra il picco CC dell'alimentazione completamente rettificata e la tensione su R2, come determinato dall'ingresso di alimentazione e dal livello di carica della batteria da 6 V.
In qualsiasi circostanza, il livello di potenziale catodico dell'SCR è di aiuto superiore al suo anodo e anche la tensione di gate al catodo viene mantenuta negativa. Questo assicura che l'SCR rimanga nello stato non conduttivo.
La velocità di carica della batteria collegata è determinata da R1 e abilitata tramite il diodo D1.
La carica è sostenuta solo finché l'anodo D1 rimane più positivo del suo catodo.
Finché la potenza in ingresso è presente, l'onda piena raddrizzata attraverso la lampada di emergenza la mantiene accesa.
Durante la situazione di interruzione di corrente, il condensatore C1 inizia a scaricarsi attraverso D1, R1 e R3, fino al punto in cui il catodo SCR1 diventa meno positivo del suo catodo.
Inoltre, nel frattempo la giunzione R2, R3, diventa positiva con conseguente aumento della tensione di gate to catodo per l'SCR, accendendolo.
L'SCR ora si attiva e consente alla batteria di connettersi con la lampada, illuminandola istantaneamente tramite l'alimentazione della batteria.
La lampada può rimanere nello stato illuminato come se nulla fosse accaduto.
Al ritorno dell'alimentazione, i condensatori C1 vengono nuovamente ricaricati, provocando lo spegnimento dell'SCR e l'interruzione dell'alimentazione della batteria alla lampada, in modo che la lampada ora si illumini attraverso l'alimentazione CC in ingresso.
Applicazioni SCR varie raccolte da questo sito web
Allarme pioggia semplice:
Il circuito di cui sopra di un allarme pioggia può essere utilizzato per attivare un carico CA, come una lampada o una copertura o paralume pieghevole automatico.
Il sensore viene realizzato posizionandolo su pioli metallici o viti o metallo simile su un corpo di plastica. I fili di questi metalli sono collegati attraverso la base di uno stadio a transistor di attivazione.
Il sensore è l'unica parte del circuito che è posizionata all'aperto, per rilevare una caduta di pioggia.
Quando inizia la pioggia, le gocce d'acqua collegano i metalli del sensore.
Una piccola tensione inizia a fuoriuscire attraverso i metalli del sensore e raggiunge la base del transistor, il transistor conduce immediatamente e fornisce la corrente di gate richiesta all'SCR.
L'SCR risponde e accende anche il carico CA collegato per tirare un coperchio automatico o semplicemente un allarme per correggere la situazione come desiderato dall'utente.
Allarme antifurto SCR
Abbiamo discusso nella sezione precedente in merito a una proprietà speciale di SCR in cui si blocca in risposta ai carichi CC.
Il circuito descritto di seguito sfrutta la proprietà di cui sopra dell'SCR in modo efficace per attivare un allarme in risposta a un possibile furto.
Qui, inizialmente l'SCR viene tenuto in una posizione OFF finché il suo cancello rimane attrezzato o avvitato con il potenziale di terra che risulta essere il corpo dell'asset che deve essere protetto.
Se si tenta di rubare l'asset svitando il relativo bullone, il potenziale di terra all'SCR viene rimosso e il transistor viene attivato tramite il resistore associato collegato alla sua base e positivo.
L'SCR si attiva anche immediatamente perché ora riceve la sua tensione di gate dall'emettitore del transistor e si blocca suonando l'allarme CC collegato.
L'allarme rimane acceso fino a quando non viene spento manualmente, si spera dall'attuale proprietario.
Caricatore per recinzione semplice, circuito energizzante
Gli SCR diventano ideali per la realizzazione circuiti di ricarica del recinto . I caricabatterie per recinti richiedono principalmente uno stadio generatore di alta tensione, in cui un dispositivo di commutazione elevata come un SCR diventa altamente indispensabile. Gli SCR diventano così specificamente adatti per tali applicazioni in cui vengono utilizzati per generare le tensioni d'arco elevate richieste.
Circuito CDI per automobili:
Come spiegato nella domanda di cui sopra, gli SCR sono anche ampiamente utilizzati nelle automobili, nei loro sistemi di accensione. Circuiti di accensione a scarica capacitiva o i sistemi CDI utilizzano SCR per generare la commutazione ad alta tensione richiesta per il processo di accensione o per avviare l'accensione di un veicolo.
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