Generalmente ne usiamo molti componenti elettrici ed elettronici durante la progettazione di progetti di elettronica e circuiti generali. Questi componenti di base includono resistori, transistor, condensatori, diodi, induttori, LED, tiristori o raddrizzatori controllati al silicio, circuiti integrati e così via. Consideriamo i raddrizzatori che sono classificati in due tipi come raddrizzatori non controllati (diodi) e raddrizzatori controllati (tiristori). In realtà, molti studenti di ingegneria e appassionati di elettronica desiderano conoscere le basi sui componenti elettrici ed elettronici. Ma qui in questo articolo discutiamo in dettaglio delle basi e delle caratteristiche del tutorial del raddrizzatore controllato da tiristori o silicio.
Raddrizzatore controllato al silicio
Il tiristore o il raddrizzatore controllato dal silicio è un dispositivo semiconduttore multistrato ed è simile al transistor. Raddrizzatore controllato al silicio consiste di tre terminali (anodo, catodo e gate) a differenza del raddrizzatore a due diodi terminali (anodo e catodo). I diodi sono definiti come raddrizzatori non controllati poiché conducono (durante la condizione di polarizzazione diretta senza alcun controllo) ogni volta che la tensione anodica del diodo è maggiore della tensione catodica.
Diodo e tiristore
Tuttavia, i raddrizzatori controllati dal silicio non conducono anche se la tensione anodica è maggiore della tensione del catodo a meno che non venga attivato il terminale del gate (terzo terminale). Pertanto, fornendo l'impulso di attivazione al terminale di gate, possiamo controllare il funzionamento (ON o OFF) del tiristore. Quindi, il tiristore è anche chiamato raddrizzatore controllato o raddrizzatore controllato al silicio.
Nozioni di base sul raddrizzatore controllato al silicio
A differenza di due strati (P-N) nel diodo e tre strati (P-N-P o N-P-N) nei transistor, il raddrizzatore controllato al silicio è costituito da quattro strati (P-N-P-N) con tre Giunzioni P-N collegati in serie. Il raddrizzatore o tiristore controllato al silicio è rappresentato dal simbolo come mostrato in figura.
Raddrizzatore controllato al silicio
Anche il raddrizzatore controllato al silicio è un dispositivo unidirezionale poiché conduce solo in una direzione. Attivandosi in modo appropriato, il tiristore può essere utilizzato come interruttore a circuito aperto e anche come diodo raddrizzatore. Tuttavia, il tiristore non può essere utilizzato come amplificatore e può essere utilizzato solo per operazioni di commutazione controllate con impulso di attivazione del terminale di gate.
Il tiristore può essere prodotto utilizzando una varietà di materiali come silicio, carburo di silicio, arseniuro di gallio, nitruro di gallio e così via. Ma la buona conduttività termica, la capacità di corrente elevata, la capacità di alta tensione, la lavorazione economica del silicio lo hanno reso preferibile rispetto ad altri materiali per la produzione di tiristori, quindi sono anche chiamati raddrizzatori controllati dal silicio.
Raddrizzatore controllato al silicio funzionante
Il funzionamento del tiristore può essere compreso considerando le modalità di funzionamento a tre stati del raddrizzatore controllato al silicio. Le tre modalità di funzionamento del tiristore sono le seguenti:
- Modalità di blocco inversa
- Modalità di blocco in avanti
- Modalità di conduzione diretta
Modalità di blocco inverso
Se invertiamo le connessioni dell'anodo e del catodo dei tiristori, i diodi inferiore e superiore sono polarizzati inversamente. Pertanto, non esiste un percorso di conduzione, quindi non fluirà corrente. Quindi, è chiamato come modalità di blocco inverso.
Modalità di blocco in avanti
In generale, senza alcun impulso di attivazione al terminale di gate, il raddrizzatore controllato dal silicio rimane spento, indicando l'assenza di flusso di corrente nella direzione in avanti (dall'anodo al catodo). Questo perché abbiamo collegato due diodi (entrambi i diodi superiore e inferiore sono polarizzati in avanti) insieme per formare un tiristore. Ma la giunzione tra questi due diodi è polarizzata inversamente, il che elimina il flusso di corrente da cima a fondo. Quindi, questo stato è definito come modalità di blocco in avanti. In questa modalità, anche se il tiristore si trova in condizioni come un diodo polarizzato in avanti convenzionale, non condurrà poiché il terminale di gate non viene attivato.
Modalità di conduzione diretta
In questa modalità di conduzione in avanti, il la tensione anodica deve essere maggiore della tensione catodica e la terza porta terminale deve essere attivata in modo appropriato per la conduzione del tiristore. Questo perché, ogni volta che il terminale di gate viene attivato, allora il transistor inferiore condurrà che accende il transistor superiore e quindi il transistor superiore accende il transistor inferiore e quindi i transistor si attivano a vicenda. Questo processo di feedback positivo interno di entrambi i transistor si ripete fino a quando entrambi non vengono attivati completamente e quindi la corrente passerà dall'anodo al catodo. Quindi, questa modalità di funzionamento del raddrizzatore controllato dal silicio è chiamata modalità di conduzione diretta.
Caratteristiche del raddrizzatore controllato al silicio
Caratteristiche del raddrizzatore controllato al silicio
La figura mostra le caratteristiche del raddrizzatore controllato dal silicio e rappresenta anche il funzionamento del tiristore in tre diverse modalità come la modalità di blocco inverso, la modalità di blocco in avanti e la modalità di conduzione diretta. Il Caratteristiche V-I del tiristore rappresentano anche la tensione di blocco inversa, la tensione di blocco diretta, la tensione di rottura inversa, la corrente di mantenimento, la tensione di break-over e così via come mostrato nella figura.
Applicazioni con raddrizzatore controllato al silicio
L'applicazione del raddrizzatore controllato al silicio viene utilizzata nei circuiti che trattano grandi correnti e tensioni come sistema di alimentazione elettrica circuiti con più di 1kV o maggiore di 100A di corrente.
I tiristori sono usati specialmente per ridurre la perdita di potenza interna nel circuito. I raddrizzatori controllati al silicio possono essere utilizzati per controllare la potenza nel circuito senza alcuna perdita utilizzando il controllo di commutazione on-off dei tiristori.
I raddrizzatori controllati al silicio sono anche usati per scopi di rettifica, cioè da corrente alternata a corrente continua . In genere, i tiristori vengono utilizzati in Convertitori da CA a CA. (cicloconvertitori) che è l'applicazione più comune del raddrizzatore controllato al silicio.
Applicazione pratica del raddrizzatore controllato al silicio
Cycloconverter basato su SCR di Edgefxkits.com
Il Cicloconvertitore basato su SCR è l'applicazione pratica del raddrizzatore controllato al silicio in cui la velocità del motore a induzione monofase è controllata in tre fasi. I motori a induzione sono macchine a velocità costante e frequentemente utilizzati in diverse applicazioni come lavatrici, pompe dell'acqua e così via. Queste applicazioni richiedono diverse velocità del motore che possono essere ottenute utilizzando questa tecnica basata su SCR.
Diagramma a blocchi del cicloconvertitore basato su SCR di Edgefxkits.com
Il cicloconvertitore a tiristori viene utilizzato per controllare la velocità del motore a induzione in fasi. In questo progetto, una coppia di interruttori è interfacciata al microcontrollore 8051 e questi vengono utilizzati per selezionare la velocità desiderata (F, F / 2 e F / 3) del motore. In base allo stato degli interruttori, il microcontrollore invia gli impulsi di attivazione ai raddrizzatori controllati al silicio del doppio ponte. Pertanto, la velocità del motore a induzione viene controllata in tre fasi in base al requisito.
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