Tristör Doğrultucu

Silikon kontrollü doğrultucular veya SCR'ler olarak da adlandırılan tristörler, ışık kısıcılarda, motor hız kontrol cihazlarında ve voltaj regülatörlerinde kullanılan elektronik cihazlardır. Bir diyot gibi, bir tristörün bir anot ve bir katodu vardır ve yalnızca bir yönde iletir. Aslında, bir tristörün şematik sembolü bir diyotu andırır, ancak akım akışını kontrol eden kapıyı temsil eden üçüncü bir terminal vardır. Bununla birlikte, bir diyottan farklı olarak, tristörü açmak için kapıya küçük bir akım darbesi gerekir, böylece ileri akım anottan katoda akabilir. Bu ileri akım bir kilitleme eşiğinin altına düşerse tristör kapanır. Kapalı durumda, bir tristör her iki yönde iletimi engeller. Açma ve kapama yeteneği, tristörün düzeltmesine, yani yalnızca bir polaritenin akımını geçirmesine ve tahsis edilecek AC gücü miktarını düzenlemesine izin verir. Bu video, bir AC döngüsü sırasında çeşitli noktalarda kapıyı tetikleyerek bir tristörün nasıl kontrol edileceğini gösterecektir.

Tristörler, bir PNPN yapısı oluşturan dört alternatif P ve N tipi yarı iletken katmanından oluşur. Anot ucu bir uçta P tipi malzemeye bağlanır. Katot ucu diğer uçtaki N tipi malzemeye bağlanır. Ve kapı kablosu, katodun yanındaki P tipi katmana bağlanır. Bu basit devrede, tristör ile seri olarak bir AC güç kaynağı ve bir yük ile, AC girişi kendi başına tristörü ileri iletime süremez. Akım anottan katoda ancak kapıya giden bir akım darbesi açık durumunu tetikledikten sonra akabilir. Bu darbe, kaynak voltajı pozitif olduğunda gerçekleşmelidir. Aksi takdirde, tristör kapalı kalır ve akımı bloke eder. Tristörler iki kararlıdır, yani iki farklı durumda dinlenebilirler. Bu nedenle, ileri iletken mod, kaynak voltajı pozitif olduğu ve akım kilitleme eşiğinin üzerinde olduğu sürece devam eder. Akım bu eşiğin altına düşerse, tristör engelleme moduna girer ve tekrar tetiklenene kadar bu durumda kalır. Kapı darbesi ile sinüzoidal bir AC kaynağının sıfır geçişi arasındaki faz farkı, ateşleme açısıdır. Örneğin, ilk sıfır geçişi ile aynı anda bir tetikleme darbesi, sıfır derecelik bir ateşleme açısına sahiptir, bu da bir diyot gibi tam yarım dalga düzeltmesi ile sonuçlanır. Bu durumda, tristör tüm enerjiyi döngünün pozitif kısmından yüke geçirir. Darbe, AC voltajının tepe noktasına denk gelirse, ateşleme açısı 90 derecedir ve yük, pozitif döngünün sadece yarısından enerji alır. Son olarak, negatif sıfır geçişi ile aynı anda bir darbe, 180 derecelik bir ateşleme açısı ile sonuçlanır, akım iletilmez ve hiç enerji aktarılmaz. Bu deneyin amacı, farklı ateşleme açılarında tetiklenen bir tristör doğrultucu devresini incelemek ve elde edilen ortalama çıkış voltajlarını karşılaştırmaktır.

Bu deneyler 120 volt AC güç kullandığından, elektrik çarpmasına ve yaralanmaya veya ölüme neden olabilecek açıkta kalan kablolarla temastan kaçının. Enerji verilirken devrenin herhangi bir parçasına dokunmayın ve VARIAC'ı topraklamayın. Elektrik güvenliği hakkında daha fazla bilgi için lütfen Jove Science Education "Güvenlik Önlemleri ve Temel Ekipmanlar" videosunu izleyin. İlk olarak, standart kapsam probunu bir kanala ve diferansiyel probu ikinci bir kanala bağlayarak osiloskopu kurun. Diferansiyel probu 20'nin üzerinde bir zayıflamaya göre yapılandırın. Diferansiyel prob kanalı için osiloskop menüsünde amplifikasyonu ayarlayın. Diferansiyel prob için mevcutsa 20x kullanın. Aksi takdirde, 10x kullanın ve herhangi bir osiloskop ölçümünü iki katına çıkarın. Diferansiyel prob terminallerini birbirine klipsleyerek ve izlerin dikey konumunu sıfır volta ayarlayarak herhangi bir osiloskop ofsetini iptal edin. Bu deney sırasında VARIAC, 60 hertz'lik bir hat frekansına sahip AC voltajı sağlar. VARIAC'ı ayarlamadan önce, kapalı olduğundan ve çıkışa hiçbir şeyin bağlı olmadığından emin olun. Ardından kontrol düğmesini yüzde 15 çıkışa çevirin. Çıkış kablosunu VARIAC'a bağlayın ve diferansiyel kapsam prob terminallerini kablonun banana fişlerine bağlayın. VARIAC'ı açın, osiloskoptaki dalga biçimini gözlemleyin ve VARIAC'ı, V0 çıkışının genliği 35 volt olacak şekilde ayarlayın. İki ila beş voltaj döngüsünü görüntülemek için osiloskopun yatay bölünmesi başına zaman aralığı olan zaman tabanını değiştirin. Bu dalga formunun bir kopyasını yakalayın ve kaydedin ve bu zaman tabanını kaydedin ve daha sonra kullanmak üzere TB0 olarak belirleyin. Son olarak, VARIAC'ı kapatın ve ayarını değiştirmeyin.

Bu ilk deney, sıfır derecelik bir ateşleme açısına sahip bir tristör doğrultucuyu tetikler. Devre bir proto-kart üzerinde gösterildiği gibi monte edin. Giriş AC kaynağı V girişi için VARIAC'ı kullanın. Ve direnç R2 yerine bir tel jumper. Standart probu V giriş voltajı boyunca bağlayın, ardından çıkış voltajı V çıkışını gözlemlemek için diferansiyel probu yük direnci R boyunca bağlayın. VARIAC'ı açın ve kapsamı daha önce kaydedilen TB0 zaman tabanına ayarlayın. Ateşleme açısı sıfır derece olduğundan, tristör bir diyot gibi davranır ve çıkış voltajı yarı doğrultulmuş bir sinüs dalgasıdır. Ortalama çıkış voltajını ölçmek için kapsamın yerleşik matematiksel işlevini kullanın. Tristör kapandığında ve ardından tekrar açıldığında noktalar arasında yakınlaştırma yapmak için zaman tabanını ayarlayın. Bu zaman farkını ölçmek için kapsamın imleçlerini kullanın. VARIAC'ı kapatın ve voltaj ayarını değiştirmeyin. Bir sonraki deney için tüm VARIAC ve kapsam bağlantılarını aynı tutun.

Sonuçları sıfır olmayan iki farklı ateşleme açısıyla karşılaştırmak için, bir sonraki deney tristörü R2 için küçük, sonra büyük bir dirençle tetikleyecektir. Dirençler bu durumda 300 ohm ve 620 ohm'dur. Tristörü küçük bir ateşleme açısında tetiklemek için daha küçük direnci kullanın. R2'ye kısa devre yaptıran jumper'ı çıkarın. Ardından 300 ohm direnci yerine yerleştirin. VARIAC'ı açın ve kapsamı TB0 zaman tabanına ayarlayın. Ateşleme açısı artık sıfır dereceden büyüktür ve sonuç olarak tristör daha sonra AC döngüsünün pozitif kısmında tetiklenir. Daha önce açıklandığı gibi ortalama çıkış voltajını ölçün. Ardından yakınlaştırın ve tristörün kapanması ve tekrar açılması arasındaki zaman aralığını ölçün. VARIAC'ı kapatın. VARIAC ayarını veya diğer bağlantıları değiştirmeden, R2'yi daha büyük dirençle değiştirin ve testi tekrarlayın. Deneyler tamamlandıktan sonra VARIAC'ı kapatın, sıfıra ayarlayın ve devreyi sökün.

Tristör doğrultucu devresinin çıkış voltajı, bir kapı darbesi tristörü tetikleyene kadar sıfırdır. Tetiklemeden sonra, çıkış voltajı yarı doğrultulmuş bir dalganın kalan kısmıdır. Ateşleme açısı arttıkça çıkış voltajı girişe göre daha fazla kesilir ve bu nedenle ortalama çıkış voltajı düşer. Sonuç olarak, ateşleme açısı, bir tristörün yüke geçirdiği güç miktarını belirler.

Tristörler, bir yüke aktarılan güç miktarını kontrol edebilir ve eski ayarlanabilir DC güç kaynaklarında yaygındı. Hala birçok orta ila yüksek voltajlı AC güç kontrol uygulamasında kullanılmaktadırlar. İlk olarak, evlerde ve ofislerde kullanılan yaygın ışık kısıcıları, değişken bir direnç olan bir potansiyometreyi kontrol eden bir düğmeye veya kaydırıcıya sahiptir. Direncin değiştirilmesi, bir tristörün ateşleme açısını değiştirir ve buna bağlı olarak bir ampulü aydınlatan gücü artırır veya azaltır. Anodik ark deşarjı, karbon nanotüpleri ve grafeni sentezlemenin pratik ve verimli bir yoludur. Araştırmacılar, sürecin kontrol edilebilirliğini ve esnekliğini artırmak için bir manyetik alan kullandılar. Bu uygulamadaki elektrik boşalması, ark kaynağınınkine benzer. Ve her ikisi de arkı oluşturan gücü kontrol etmek için yüksek voltajlı tristörler kullanır.

Jove'un Tristör Doğrultuculara Giriş kitabını az önce izlediniz. Artık tristörlerin nasıl çalıştığını ve elektrikli cihazlara giden AC gücünün kontrolünü nasıl sağladıklarını anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler.