القائمة الرئيسية

الصفحات

 الثايرستور - Thyristor

يطلق عليه اختصار (SCR) و هي تعني (Silicon Controlled Rectifier)

ما هو الثايرستور؟!

عبارة عن عنصر الكتروني من أشباه الموصلات يسمح بتمرير التيار في اتجاه واحد مثل الدايود، و يختلف عن الدايود العادي بأن له طرف تحكم إضافي يسمى البوابة (Gate) يسمح بالتحكم في اللحظة التي يبدأ عندها التوصيل، و هو قادر على تحمل جهود و تيارات عالية مما يجعله مناسب لدوائر الكترونيات القوى، إذ يعمل كمفتاح الكتروني مثالي للتحكم في وصل وفصل التيار بواسطة إشارة متحكم تأتي من أي دائرة أخرى. يعمل الثايرستور تحت جهود تتراوح بين 50 فولت حتى 2000 و فولت وأكثر، وتيارات تتراوح بين واحد أمبير حتى 1200 أمبير. ولهذا، يتوفر بأشكال وأحجام مختلفة في سوق العمل.


تركيب الثايرستور؟!

يتكون الثايرستور من أربع طبقات من النوع الموجب P و النوع السالب N، مرتبة على التوالي بحيث تكون طبقة واحدة على الشكل
PNPN  و يتكون من ثلاث وصلات ( PN Junction) متصلة على التوالي J1 J2 J3 كما هو موضح في الصورة في الأسفل.
و يمتلك الثايرستور ثلاث أطراف و عي المصعد (Anode) يتصل بالطبقة الطرفية الموجبة (P)، و المهبط (Cathode) الذي يتصل بالطبقة الطرفية السالبة (N)، و البوابة (Gate) التي تتصل بالطبقة الموجبة الوسطى.


رمز الثايرستور؟!

رمز الثايرستور يشبه الدايود و لكن مع وجود طرف ثالث يمثل البوابة.



منحني خواص الثايرستور؟!


حالة الانحياز الأمامي: عندما يكون جهد الأنود (A) موجبا بالنسبة للكاثود (K) تصبح الوصلتان J1 و J2 في انحياز أمامي، بينما الوصلة J2 ستكون في حال انحياز عكسي، و لهذا لا يوجد تيار في الثايرستور الا تيار قليل جداً يسمى بتيار التسرب (Leakage Current) و بالتالي يمون الثايرستور في حالة عدم التوصيل أو مغلق أمامياً و عند زيادة الجهد على طرف البوابة يتم توصيله، و تسمى هذه العملية بعملية إشعال الثايرستور، و تتراوح قيمة جهد القدح على البوابة بين (0.5 فولت إلى 2 فولت) و تبلغ شدة تيار البوابة من 0.1 ميلي أمبير إلى عشرات الميلي أمبير و تتناقص مقاومة الثايرستور عند التوصيل مع زيادة التيار، و يستمر الثايرستور في العمل أو التوصيل حتى إذا تم فصل الجهد على البوابة،  هناك عدة طرق لفصل الثايرستور و هي تقليل التيار المار خلاله إلى أن يصل إلى قيمة أقل من تيار الإمساك، أو فصل التغذية عن الدائرة بشكل كامل، أو تطبيق نبضة معاكسة على البوابة.
حالة الانحياز العكسي: عندما يكون جهد الأنود (A) سالباً بالنسبة لجهد الكاثود (K) أي عندما يتم وصل مصدر الثايرستور بالقطب السالب لمصدر التغذية والمهبط بالقطب الموجب لمصدر التغذية، يصبح الثايرستور في حالة عدم توصيل أو مغلق عكسياً (Reverse Blocking) ولا يسمح بتمرير تيار باستثناء تيار صغير جداً يطلق عليه تيار التسريب العكسي، و عند زيادة الجهد العكسي بين طرفي الأنود و الكاثود إلى أن يصل إلى قيمة تدعى بجهد الانهيار العكسي و يحصل انهيار للثايرستور، عندها يتعرض للتلف و لا يمكن استعماله.


كيف يعمل الثايرستور و طريقة إطفائه؟!

عند تطبيق نبضة موجبة على طرف البوابة للثايرستور، سوف يعمل ويسمح بمرور تيار من طرف الأنود إلى طرف الكاثود و يصبح مثل الدايود العادي ولكن إذا أزلت النبض الموجبة المطبقة على طرف البوابة فإن الثايرستور لن يتأثر ويبقى في حالة تشغيل دائم ويمكن تحويله إلى حالة إيقاف في الحالات التالية 
1. اذا تحول الجهد على طرف الأنود إلى سالب.
2. اذا تم فصل المصدر الكهربائي عنه كلياً.
3. اذا تم الوصل بين الأنود و الكاثود بواسطة مقاومة صغيرة أو مفتاح.

ملاحظة: لن يعمل الثايرستور في حالة مرور تيار أقل من القيمة الموجودة في الداتا شيت، أو بمعنى آخر الثايرستور يحتاج إلى تيار معين حتى يعمل و يتحول إلى حالة on، و مقدار التيار يمكن إيجاده في الداتا شيت و يختصر عادة بالرمز I🇭

طريقة استعمال الثايرستور؟!

تتم عملية إشعال الثايرستور بتطبيق جهد موجب بين طرفي البوابة (G) والكاثود (K) حينها يتحول إلى التوصيل الأمامي ويسمح بمرور تيار أمامي، ولكن لتتم عملية الإشعال بنجاح لا بد من تحقيق الشرطين الآتيين:
1. أن يكون جهد المصعد موجباً بالنسبة للمهبط.
2. توفير نبضة قدح موجبة مناسبة على بوابة الثايرستور. 

دوائر الإشعال المستعملة لقدح الثايرستورات؟!

دائرة الإشعال بالتيار المستمر DC: 


توضح الصورة التالية مثال عن دائرة الإشعال بالتيار المستمر، فهي تتكون من مصدر مستمر و مقاومة متغيرة، وداوود لإشعال الثايرستور. يغلق المفتاح SW فيمر تيار مستمر من المصدر إلى البوابة عبر المقاومة المتغيرة، ويعمل الدايود على حماية البوابة ضد أي جهد كهربائي عكسي.
أما المقاومة المتغيرة فوظيفتها الأساسية هي التحكم في قيمة التيار المار في بوابة الثايرستور لتغيير الزاوية.
إن مثل هذا النوع من دوائر الإشعال تستهلك قدرة كهربائية مستمرة في دائرة البوابة مما يسبب طاقة مفقودة، و عيب هذه الطريقة أيضاً انها لا يمكن عزل دائرة الاشعال ذات القدرة المنخفضة عن الدائرة الرئيسية ذات القدرة العالية، و لهذه الأسباب لا تستخدم في التطبيقات الصناعية.

دائرة الإشعال بالتيار المتناوب: 

للتحكم في إشعال الثايرستور المستعمل في دوائر القوى للتيار المتردد يستخدم نفس مصدر التغذية للحصول على إشارة قدح، كما هو موضح بالصورة في الأسفل مثال عن هذه الدائرة حيث تستعمل فيها المقاومتين R1 و R2 لتخفيض جهد الدخل المتردد إلى قيمة مناسبة لدائرة الإشعال، بينما يقوم الدايود بتوحيد الجهد على طرفي المقاومة R2 لاستخدامها في تغذية بوابة الثايرستور.
يتم التحكم في قيمة التيار المار في البوابة عن طريق التحكم بالمقاومتين R1 R2.
من عيوب هذه الدائرة عدم إمكانية عزل دائرة القدرة عن دائرة الإشعال، و أقصى قيمة لزاوية الإشعال يمكن الحصول عليها بواسطة هذه الدائرة هي 90 درجة.

دائرة الإشعال بالنبضات:

لتخفيض القدرة المفقودة في بوابة الثايرستور تستعمل نبضة واحدة أو مجموعة نبضات لإشعال الثايرستور، هذا يساعد على دقة تحديد لحظة الإشعال، كما يسمح أيضاً بعزل الثايرستور عن دائرة الإشعال باستعمال محولات النبضة (Pulse Transformers) ، و توضح الصورة التالية دائرة إشعال مذبذب الاسترخاء المكونة من ترانزستور وحيد الوصلة ₁𝚹مع مقاومة متغيرة و مكثف وذلك لضبط القيمة الزمنية بين النبضات، يشحن المكثف عن طريق المقاومة المتغيرة R حتى يصل الجهد على طرفيه إلى قيمة جهد الباعث العظمى V🇵 حيث ينهار الترانزستور وحيد الوصلة و بالتالي يمر تيار من خلال المقاومة R2 مما يسبب بدوره توصيل الترانزستور₂𝚹 و توليد النبضات على الملف الثانوي لمحول النبضة.

طرق أخرى لإشعال الثايرستور؟!

1. الإشعال بالحرارة:      

زيادة درجة حرارة الثايرستور تؤدي إلى زيادة في معدل تولد حاملات الشحنات إذا كانت هذه الزيادة عالية عن حد معين فإنها تعمل على زيادة تيار التسرب مؤدياً إلى تحويل الثايرستور إلى حالة الوصل، و عادة هذه الطريقة غير مرغوب فيها، و في حالة استخدامها نحتاج لإزالة الحرارة الزائدة المتولدة باستخدام وسيلة لتبريد الحرارة مثل تثبيت الثايرستور على قطعة من المعدن لتعمل على خفض الحرارة.

الإشعال بالضوء:

إذا تم تسليط ضوء معين على وصلة الثايرستور فإن ذلك سوف يؤدي إلى زيادة عدد الالكترونات الحرة و زيادة تيار التسرب مما يؤدي إلى تحويل الثايرستور إلى حالة توصيل، و بناء على هذه الفكرة تم تصنيع ثايرستور يعتمد إشعاله على الضوء، و يسمى الثايرستور المثار بالضوء (LASCR).

الإشعال بالجهد الزائد:

كما ذكرنا سابقاً أنه إذا زاد جهد الانحياز الأمامي بين المصعد و المهبط عن جهد الانهيار الأمامي فإن تيار التسرب للثايرستور يكون كافياً لتحويل الثايرستور إلى حالة التوصيل الأمامي، و طريقة الإشعال هذه تدمر الثايرستور لذلك يجب تجنبها و لا يفضل استخدامها.

الإشعال بزيادة معدل تغبر الجهد الأمامي المسلط (dvldt):

من المفترض أن الجهد الأمامي المسلط يزداد بالتدرج، و لو سُمح لهذا الجهد بالزيادة المفاجئة فقد تؤدي إلى إشعال الثايرستور من دون تسليط إشارة على البوابة أو زيادة الجهد الأمامي أكثر من مستوى الانهيار، إن هذا النوع من الإشعال غير مرغوب فيه أيضاً، و يمكن تجنبه بتحديد معدل تغير الجهد الأمامي (dvldt) و تتراوح قيم التحديد هذه في الثايرستور التقليدي بين 20v إلى 200v لكل ميكروثانية.

الإشعال بنبضة موجبة على البوابة:

عند تطبيق نبضة موجبة على البوابة بالنسبة للكاثود (K) فإن التيار المار في البوابة يؤدي إلى إشعاله و هي الطريقة الاعتيادية الشائعة و عادة تكون الإشارة المسلطة على شكل نبضة تستغرق زمناً معيناً كافياً لتشغيل الثايرستور.

لا بدّ من أخذ الأمور التالية بعين الاعتبار عند تصميم دوائر قدح الثايرستور:
  1. تطبيق جهد بين البوابة و المهبط من أجل تحويل الثايرستور إلى حالة الوصل عندما يكون الثايرستور في حالة انحياز أمامي.
  2. يجب إزالة إشارة البوابة عندما يتحول الثايرستور إلى حالة توصيل.
  3. لا تطبق هذه الإشارة عندما يكون الثايرستور منحازاً انحيازاً عكسياً.
  4. عندما يكون الثايرستور في حالة قطع  (عدم توصيل) فإنه بتطبيق الجهد السالب بين البوابة و المهبط سوف يؤدي إلى تحسين خواص الثايرستور، و بالتالي تحتاج إلى جهد موجب كبير للتغلب على الجهد السالب من أجل تحول الثايرستور إلى حالة التوصيل.

طريقة فحص الثايرستور؟!

يتم فحص الثايرستور باستخدام جهاز الملتيميتر، و ذلك بضبطه على وضع الأوم أو الثنائي و كتابة المواصفات و البيانات و البدائل للثايرستور، و يمكن التأكد من عمل الثايرستور باتباع الخطوات التالية:
  • وصل الطرف الموجب لجهاز القياس مع الأنود (A) و الطرف السالب مع الكاثود (K) في هذه الحالة ستكون قيمة المقاومة عالية جداً (دائرة مفتوحة) ما يعني أن الثايرستور في حالة عدم توصيل Off.
  • وصل الطرف الموجب لجهاز القياس مع الأنود (A) و البوابة (G) لإعطاء نبضة موجبة على البوابة، بينما الطرف السالب مع الكاثود (K) في هذه الحالة ستكون قيمة المقاومة منخفضة ما يعني أن الثايرستور تحول إلى حالة التوصيل On.
  • بحرص شديد قم بإزالة الطرف الموجب عن البوابة فقط دون فصل الأنود و الكاثود في هذه الحالة يستمر الثايرستور في التوصيل حتى بعد إزالة الجهد الموجب.


لا تنسوا دعمنا بتعليق.. والاشتراك بصفحاتنا على مواقع التواصل الاجتماعي..
اذا كان لديكم أي استفسار يرجى الاتصال بنا.

شارك المقال لتعمّ الفائدة💙

تعليقات