thyristors ના ઉપકરણ અને પરિમાણો

થાઇરિસ્ટર એ ત્રણ (અથવા વધુ) p-n જંકશન ધરાવતું સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે, જેની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા નકારાત્મક વિભેદક પ્રતિકાર વિભાગ ધરાવે છે અને જેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટમાં સ્વિચ કરવા માટે થાય છે.

બે આઉટપુટ સાથેનો સૌથી સરળ થાઇરિસ્ટર એ ડાયોડ થાઇરિસ્ટર (ડાયનિસ્ટર) છે. ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટર (SCR) વધુમાં ત્રીજો (નિયંત્રણ) ઇલેક્ટ્રોડ ધરાવે છે. બંને ડાયોડ અને ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટોર્સ ત્રણ p–n જંકશન સાથે ચાર-સ્તરનું માળખું ધરાવે છે (ફિગ. 1).

અંતિમ વિસ્તારો p1 અને n2 અનુક્રમે એનોડ અને કેથોડ કહેવાય છે, કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ p2 અથવા n1 મધ્યમ વિસ્તારોમાંથી એક સાથે જોડાયેલ છે. P1, P2, P3- p- અને n- પ્રદેશો વચ્ચે સંક્રમણો.

બાહ્ય સપ્લાય વોલ્ટેજનો સ્ત્રોત E કેથોડને સંબંધિત હકારાત્મક ધ્રુવ સાથે એનોડ સાથે જોડાયેલ છે. જો ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટરના કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ દ્વારા વર્તમાન Iу શૂન્ય હોય, તો તેનું ઑપરેશન ડાયોડના ઑપરેશનથી અલગ નથી. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, વિવિધ પ્રકારના વિદ્યુત વાહકતા p-n-p અને n-R-n (ફિગ. 1, b) સાથે ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને, થાઇરિસ્ટરને બે ટ્રાન્ઝિસ્ટરની સમકક્ષ સર્કિટ તરીકે રજૂ કરવું અનુકૂળ છે.

ફિગ. 1.ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટરનું માળખું (a) અને બે-ટ્રાન્ઝિસ્ટર સમકક્ષ સર્કિટ (b)

અંજીરમાંથી જોઈ શકાય છે. 1, b, સંક્રમણ P2 એ સમકક્ષ સર્કિટમાં બે ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું સામાન્ય કલેક્ટર સંક્રમણ છે, અને સંક્રમણો P1 અને P3 એ એમિટર જંકશન છે. જેમ જેમ ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ Upr વધે છે (જે પાવર સ્ત્રોત E ના emf ને વધારીને પ્રાપ્ત થાય છે), ત્યાં સુધી થાઈરીસ્ટર કરંટ થોડો વધે છે જ્યાં સુધી વોલ્ટેજ Upr બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજના ચોક્કસ નિર્ણાયક મૂલ્યની નજીક ન પહોંચે, જે ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ Uin (ફિગ) ની બરાબર હોય. 2).

ચોખા. 2. વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ અને ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટરનું પરંપરાગત હોદ્દો

P2 સંક્રમણમાં વધતા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ વોલ્ટેજ Upr માં વધુ વધારા સાથે, અણુઓ સાથે ચાર્જ કેરિયર્સની અથડામણ દરમિયાન અસર આયનીકરણના પરિણામે રચાયેલા ચાર્જ કેરિયર્સની સંખ્યામાં તીવ્ર વધારો જોવા મળે છે. પરિણામે, જંકશન પ્રવાહ ઝડપથી વધે છે કારણ કે n2 સ્તરમાંથી ઇલેક્ટ્રોન અને p1 સ્તરમાંથી છિદ્રો p2 અને n1 સ્તરોમાં ધસી જાય છે અને લઘુમતી ચાર્જ કેરિયર્સ સાથે તેમને સંતૃપ્ત કરે છે. સ્ત્રોત E ના EMF માં વધુ વધારા સાથે અથવા રેઝિસ્ટર R ના પ્રતિકારમાં ઘટાડો સાથે, I — V લાક્ષણિકતા (ફિગ. 2) ના વર્ટિકલ વિભાગ અનુસાર ઉપકરણમાં વર્તમાન વધે છે.

લઘુત્તમ ફોરવર્ડ કરંટ કે જેના પર થાઇરિસ્ટર ચાલુ રહે છે તેને હોલ્ડિંગ કરંટ Isp કહેવામાં આવે છે. જ્યારે ફોરવર્ડ કરંટ Ipr <Isp (ફિગ. 2 માં I — V લાક્ષણિકતાની ઉતરતી શાખા) મૂલ્ય સુધી ઘટે છે, ત્યારે જોડાણનો ઉચ્ચ પ્રતિકાર પુનઃસ્થાપિત થાય છે અને થાઇરિસ્ટર બંધ થાય છે. p — n જંકશનનો પ્રતિકાર પુનઃપ્રાપ્તિ સમય સામાન્ય રીતે 1 — 100 µs છે.

વોલ્ટેજ Uin કે જેના પર હિમપ્રપાત જેવો વર્તમાન વધારો શરૂ થાય છે તે P2 જંકશનને અડીને આવેલા દરેક સ્તરોમાં લઘુમતી ચાર્જ કેરિયર્સ દાખલ કરીને ઘટાડી શકાય છે. આ વધારાના ચાર્જ કેરિયર્સ P2 p-n જંકશનમાં આયનીકરણ ક્રિયાઓની સંખ્યામાં વધારો કરે છે અને તેથી ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ Uincl ઘટે છે.

ફિગમાં બતાવેલ ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટરમાં વધારાના ચાર્જ કેરિયર્સ. 1, સ્વતંત્ર વોલ્ટેજ સ્ત્રોત દ્વારા સંચાલિત સહાયક સર્કિટ દ્વારા p2 સ્તરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. કન્ટ્રોલ કરંટ વધવાથી ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ કેટલી હદે ઘટે છે તે ફિગમાં વળાંકોના પરિવાર દ્વારા બતાવવામાં આવ્યું છે. 2.

ખુલ્લી (ચાલુ) સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત, જ્યારે નિયંત્રણ વર્તમાન Iy શૂન્ય થઈ જાય ત્યારે પણ થાઇરિસ્ટર બંધ થતું નથી. થાઇરિસ્ટરને કાં તો બાહ્ય વોલ્ટેજને ચોક્કસ લઘુત્તમ મૂલ્ય સુધી ઘટાડીને બંધ કરી શકાય છે, જેના પર વર્તમાન હોલ્ડિંગ વર્તમાન કરતા ઓછો થઈ જાય છે, અથવા કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડના સર્કિટને નકારાત્મક વર્તમાન પલ્સ સપ્લાય કરીને, જેનું મૂલ્ય, જો કે , ફોરવર્ડ સ્વિચ વર્તમાન Ipr ના મૂલ્ય સાથે સુસંગત છે.

ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટરનું એક મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ એ અનલોકિંગ કંટ્રોલ કરંટ Iu ઓન છે - કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડનો વર્તમાન, જે ખુલ્લી સ્થિતિમાં થાઇરિસ્ટરને સ્વિચ કરવાની ખાતરી આપે છે. આ પ્રવાહનું મૂલ્ય કેટલાક સો મિલિઅમ્પીયર સુધી પહોંચે છે.

ફિગ. 2 તે જોઈ શકાય છે કે જ્યારે થાઇરિસ્ટર પર રિવર્સ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાં એક નાનો પ્રવાહ થાય છે, કારણ કે આ કિસ્સામાં સંક્રમણો P1 અને P3 બંધ છે. થાઇરિસ્ટરને વિપરીત દિશામાં નુકસાન ન થાય તે માટે (જે સ્ટ્રોકના થર્મલ બ્રેકડાઉનને કારણે થાઇરિસ્ટરને ઓપરેશનમાંથી બહાર મૂકે છે), રિવર્સ વોલ્ટેજ Urev.max કરતાં ઓછું હોવું જરૂરી છે.

સપ્રમાણ ડાયોડ અને ટ્રાયોડ થાઇરિસ્ટર્સમાં, વ્યસ્ત I — V લાક્ષણિકતા આગળની સાથે એકરુપ હોય છે. આ બે સરખા ચાર-સ્તર સ્ટ્રક્ચર્સના વિરોધી સમાંતર જોડાણ દ્વારા અથવા ચાર p-n જંકશન સાથે વિશિષ્ટ પાંચ-સ્તર રચનાઓનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.

ચોખા. 3. સપ્રમાણ થાઇરિસ્ટરનું માળખું (a), તેની યોજનાકીય રજૂઆત (b) અને વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા (c)

હાલમાં, થાઇરિસ્ટોર્સ 3000 A સુધીના પ્રવાહો અને 6000 V સુધીના ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ માટે ઉત્પન્ન થાય છે.

મોટાભાગના થાઇરિસ્ટર્સના મુખ્ય ગેરફાયદામાં અપૂર્ણ નિયંત્રણક્ષમતા (કંટ્રોલ સિગ્નલ દૂર કર્યા પછી થાઇરિસ્ટર બંધ થતું નથી) અને પ્રમાણમાં ઓછી ઝડપ (દસ માઇક્રોસેકન્ડ્સ) છે. તાજેતરમાં, જો કે, થાઇરિસ્ટોર્સ બનાવવામાં આવ્યા છે જેમાં પ્રથમ ખામી દૂર કરવામાં આવી છે (કંટ્રોલ કરંટનો ઉપયોગ કરીને લોકીંગ થાઇરીસ્ટર્સને બંધ કરી શકાય છે).

પોટાપોવ એલ.એ.