Tiristor (Thyristor, SCR) je elektronski element, ki ga najpogosteje srečamo v industrijski elektroniki, kjer krmili razsvetljavo, delovanje elektromotorjev ali pa je uporabljen v kakšnih drugih aplikacijah, kjer je potrebno krmiliti moč električne energije. Poleg močnostnih komponent proizvajajo tudi takšne, ki so primernejši za aplikacije z manjšimi tokovi (do 1 A) in pri nižji napetosti (nekaj deset V), njihove zanimive lastnosti pa bodo iznajdljivejši elektroniki najbrž želeli uporabiti tudi v svojih projektih. Delovanje tiristorjev bomo spoznali z nekaj preprostimi poizkusi.
Tako kot polprevodniške diode, imajo tudi tiristorji usmerniške lastnosti, tok namreč prevajajo le v eni smeri. Vendar obstaja med njima precejšnja razlika, saj začne dioda prevajati takoj, ko je njena anoda (A) na bolj pozitivnem potencialu kot katoda (K), tiristor pa je poleg tega potrebno še aktivirati (»sprožiti«). Temu je namenjen krmilni priključek G (gate).
Delovanje tiristorja v enosmernih tokokrogih
Delovanje tiristorja bomo najbolj razumeli, če si pomagamo z vezjem na sliki 1. Namesto predlaganega BRX44 lahko uporabimo katerikoli tiristor z oznakami med BRX44 in BRX49. S1 je tipka, S2 pa je stikalo. Kot LED diodo lahko uporabimo katerokoli, kot napajalni vir pa lahko uporabimo baterijo napetosti ali pa adapter, ki na izhodu daje napetost nekje med 5 in10 V. Kadar vklopimo stikalo S2, LED dioda ne bo svetila čeprav je tiristor T1 polariziran v prevodni smeri (če bi bila namesto tiristorja priključena dioda, bi LED dioda svetila).
Šele takrat, ko za trenutek sklenemo kontakte tipke S1, bo tiristor začel prevajati in LED dioda bo zasvetila. LED dioda bo ostala prižgana tudi potem, ko spustimo tipko S1 – ko je enkrat vklopljen, tiristor še naprej prevaja tok, padec napetosti na njem pa znaša okrog 1V. Tipko S1 lahko pritiskamo po mili volji, vendar to ne bo niti najmanj vplivalo na stanje tiristorja. Do spremembe bo prišlo šele takrat, ko izklopimo stikalo S2, s čimer prekinemo tokokrog, v katerem se nahajata T1 in LED dioda, zaradi česar ta takoj ugasne. Ko spet vklopimo stikalo S2, LED dioda ne bo zasvetila vse dotlej, dokler spet ne aktiviramo tiristorja s tipko S1. Če je tiristor dovolj občutljiv, tipka S1 niti ne bo potrebna: čisto dovolj bo, če se s prstom dotaknemo »zgornjega« priključka upora R1.
Doslej smo izvedeli:
- da bi tiristor začel prevajati, je potreben kratek pozitivni napetostni impulz na njegovem krmilnem priključku G;
- ko začne tiristor prevajati, ostane v stanju prevajanja toliko časa, dokler tokokroga ne prekinemo (ali če povemo še bolj natančno, dokler tok skozi tiristor ni manjši od »toka držanja«, ki pri malih tiristorjih znaša nekaj mA).
Delovanje tiristorja lahko simuliramo s komplementarnim tranzistorskim parom (NPN in PNP tranzistor), kot ju vidimo povezana na sliki 2. Razen teh, s predlaganimi oznakami, lahko uporabimo katerekoli univerzalne tranzistorje za majhne signale. Upora R3 in R4 zagotavljata stabilno delovanje tranzistorske vezave. Krožci, ki so označeni s črkami A, K in G ponazarjajo, kje na sliki 1 je bil prej priključen tiristor T1.
Kadar vklopimo stikalo S2, sta oba tranzistorja izklopljena in LED dioda ne sveti. Če sedaj za trenutek sklenemo tipko S1, bo prek upora R1 stekel tok v bazo tranzistorja T1. Tranzistor T1 bo začel prevajati in LED dioda bo zasvetila. Istočasno bo del kolektorskega toka tranzistora T1 stekel v bazo tranzistorja T2. Zato bo začel prevajati tudi tranzistor T2, del njegovega kolektorskega toka pa bo stekel v bazo tranzistorja T1. Tako se T1 in T2 vzajemno vzdržujeta v prevodnem stanju, zato tudi ni več potrebno, da bi bila tipka S1 pritisnjena: tranzistorski par T1, T2 bo prevajal še naprej in LED dioda bo seveda svetila tudi ko tipko S1 spustimo. Če izklopimo stikalo S2 in s tem prekinemo glavni tokokrog, izklopimo tudi oba tranzistorja, kot smo videli tudi v primeru s tiristorjem. Vezje s tranzistorjema nazorno prikazuje delovanje tiristorja, saj je celo padec napetosti na tranzistorjih med prevajanjem enak, torej okrog 1 V.
Delovanje tiristorja v izmeničnem tokokrogu
Če želimo za napajanje vezja s slike 1 uporabiti polvalno usmerjen izmenični tok, lahko to naredimo z vezjem, ki ga vidimo na sliki 3. Tr1 je lahko katerikoli majhen mrežni transformator s sekundarno napetostjo 6-9 V in moči nekje med 1 in 10 VA (oziroma takega, ki zmore dajati najmanj 100 mA sekundarnega toka).
POZOR! Primarna stran transformatorja se priključi na omrežno napetost 230 V, ki je življenjsko nevarna! Zato upoštevajte opozorilo in uporabljajte le transformatorje z dobro izoliranima primarnima priključkoma ali pa pred priključitvijo na omrežno napetost transformator vgradite v primerno plastično ohišje, ki mora biti zaprto!
Z vklopom stikala S2 pripeljemo na vezje s tiristorjem polvalno usmerjeno napetost. Tudi sedaj bo LED dioda zasvetila takoj, ko bomo pritisnili tipko S1, vendar bo ugasnila takoj, ko tipko spustimo. Zakaj tiristor sedaj ne ostane prevoden? Kot lahko vidimo na sliki 3 zgoraj levo, je polvalno usmerjena napetost sestavljena iz niza »zaobljenih« impulzov, ki se izmenično izmenjujejo s pavzami, torej stanjem, ko napetosti ni.
Frekvenca napetosti omrežja je 50 Hz, zato se bo napajanje tiristorskega vezja vklopilo in izklopilo 50-krat v eni sami sekundi. Potem, ko spustimo tipko S1, bo že pri prvi prekinitvi napajanja prenehal teči tok skozi tiristor, zato bo ta kar »pozabil« da je bil nekaj trenutkov prej še vklopljen. Dokler držimo pritisnjeno tipko S1, bo tiristor pri vsakem novem napetostnem impulzu dobil prek upora R1 potrebni impulz za vklop in zdelo se nam bo, kot da bi bil ves čas vklopljen.
Čeprav se takšno vedenje tiristorja pri napajanju z izmeničnim tokom zdi nekoliko nerodno, ga lahko s pridom uporabimo za regulacijo jakosti osvetlitve. Shemo s slike 3 smo preuredili tako, da smo tipko S1 zamenjali z vezjem, ki ga sestavljajo C1-D1-R3-R4; nova shema je prikazana na sliki 4.
Spoznajmo tiristor!
2014_SE216_52
