$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Thyristors, ook wel siliciumgestuurde gelijkrichters of SCR's genoemd, zijn elektronische apparaten die worden gebruikt in dimmers voor verlichting, motorsnelheidsregelaars en spanningsregelaars. Net als een diode heeft een thyristor een anode en een kathode en leidt hij slechts in één richting. In feite lijkt het schematische symbool voor een thyristor op een diode, maar met een derde aansluiting die de poort voorstelt, die de stroomdoorlaat regelt. In tegenstelling tot een diode is echter een kleine stroompuls in de poort vereist om de thyristor aan te schakelen zodat de stroom van anode naar kathode kan stromen. De thyristor schakelt uit als deze voorwaartse stroom onder een vastleggingsdrempel daalt. In de uitgeschakelde toestand blokkeert een thyristor de geleiding in beide richtingen. Het vermogen om aan en uit te schakelen stelt de thyristor in staat om te gelijkrichten, dat wil zeggen om stroom van slechts één polariteit door te laten en de hoeveelheid wisselstroom naar de lading te regelen. Deze video zal demonstreren hoe een thyristor kan worden bestuurd door de poort op verschillende punten tijdens een wisselstroomcyclus te activeren.
Thyristors zijn samengesteld uit vier afwisselende lagen van P-type en N-type halfgeleiders, die een PNPN-structuur vormen. De anodeleiding is verbonden met het P-type materiaal aan het ene uiteinde. De kathodeleiding is verbonden met het N-type materiaal aan het andere uiteinde. En de poortleiding is verbonden met de P-type laag naast de kathode. In deze eenvoudige kring, met een wisselstroombron in serie met de thyristor en een belasting, kan de wisselstroominvoer op zichzelf de thyristor niet in voorwaartse geleiding drijven. Stroom kan alleen van anode naar kathode stromen nadat een stroompuls naar de poort de aangezette toestand heeft geactiveerd. Deze puls moet optreden terwijl de bronspanning positief is. Anders blijft de thyristor uitgeschakeld en blokkeert stroom. Thyristors zijn bi-stabiel, wat betekent dat ze in twee verschillende toestanden kunnen rusten. Dus de voorwaartse geleidende modus blijft bestaan zolang de bronspanning positief is en de stroom boven de vastleggingsdrempel is. Als de stroom onder deze drempel daalt, gaat de thyristor over in de blokkeermodus en blijft in die toestand totdat hij opnieuw wordt geactiveerd. Het faseverschil tussen de poortpuls en het nuldoorgang van een sinusoïdale wisselstroombron is de ontstekingshoek. Bijvoorbeeld, een triggerpuls op hetzelfde moment als de initiële nuldoorgang heeft een ontstekingshoek van nul graden, wat resulteert in volledige halfgolfgelijkrichting, zoals een diode. In dit geval passeert de thyristor alle energie van het positieve gedeelte van de cyclus naar de belasting. Als de puls samenvalt met het hoogste punt van de wisselspanning, is de ontstekingshoek 90 graden en ontvangt de belasting energie van slechts de helft van de positieve cyclus. Ten slotte resulteert een puls op hetzelfde moment als de negatieve nuldoorgang in een ontstekingshoek van 180 graden, met geen stroom doorlaat en geen energieoverdracht. Het doel van dit experiment is om een thyristorgelijkrichterkring te bestuderen die op verschillende ontstekingshoeken wordt geactiveerd, en om de resulterende gemiddelde uitgangsspanningen te vergelijken.
Omdat deze experimenten 120 volt wisselstroom gebruiken, vermijd contact met blootgestelde draden, die elektrocutie en letsel of de dood kunnen veroorzaken. Raak geen enkel onderdeel van de kring aan terwijl deze onder spanning staat en aard de VARIAC niet. Voor meer informatie over elektrische veiligheid, bekijk de Jove Science Education video "Veiligheidsmaatregelen en basisapparatuur". Stel eerst het oscilloscoop in door de standaardoscilloscooppen aan te sluiten op één kanaal en de differentiële sonde op een tweede kanaal. Configureer de differentiële sonde naar één over 20 demping. Stel de versterking in op het oscilloscoopmenu voor het differentiële sondekanaal. Gebruik 20x als deze beschikbaar is voor de differentiële sonde. Gebruik anders 10x en verdubbel eventuele oscilloscoopmetingen. Annuleer eventuele oscilloscoopoffset door de aansluitingen van de differentiële sonde samen te klemmen en de verticale positie van de sporen aan te passen naar nul volt. Tijdens dit experiment levert de VARIAC wisselspanning met een lijnfrequentie van 60 hertz. Zorg ervoor dat de VARIAC is uitgeschakeld en er niets aan de uitgang is aangesloten voordat u de VARIAC aanpast. Draai vervolgens de bedieningsknobbel naar 15 procent uitgang. Verbind de uitgangskabel met de VARIAC en verbind de terminals van de differentiële sonde met de banaanstekkers van de kabel. Schakel de VARIAC in, observeer de golfvorm op de oscilloscoop en pas de VARIAC aan zodat de amplitude van de uitgang V0 35 volt is. Verander de tijdsbasis, dat wil zeggen het tijdsinterval per horizontale verdeling van de oscilloscoop om twee tot vijf cycli spanning weer te geven. Leg een kopie van deze golfvorm vast en sla deze op en noteer deze tijdsbasis en geef hem TB0 aan voor later gebruik. Schakel ten slotte de VARIAC uit en verander de instelling niet.
Dit eerste experiment activeert een thyristorgelijkrichter met een ontstekingshoek van nul graden. Monteer de kring zoals weergegeven op een protoboard. Gebruik de VARIAC voor de ingang wisselstroombron V in. En een draadjumper in plaats van weerstand R2. Verbind de standaard sonde over de ingangsspanning V in, verbind vervolgens de differentiële sonde over de belastingsweerstand R om de uitgangsspanning V uit te observeren. Schakel de VARIAC in en stel de oscilloscoop in op de tijdsbasis TB0, die eerder is opgenomen. Omdat de ontstekingshoek nul graden is, werkt de thyristor als een diode en is de uitgangsspanning een half-gegelijkrichte sinusgolf. Gebruik de ingebouwde wiskundige functie van de oscilloscoop om de gemiddelde uitgangsspanning te meten. Pas de tijdsbasis aan om in te zoomen tussen de punten wanneer de thyristor uitgaat en dan weer aangaat. Gebruik de cursors van de oscilloscoop om dit tijdsverschil te meten. Schakel de VARIAC uit en verander de spanningsinstelling niet. Houd alle VARIAC en oscilloscoopverbindingen hetzelfde voor het volgende experiment.
Om de resultaten te ver
