پایان نامه

 

  تحقیق در مورد تیریستور در pdf دارای 29 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق در مورد تیریستور در pdf   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق در مورد تیریستور در pdf ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن تحقیق در مورد تیریستور در pdf :

تیریستور

تیریستور (یا یکسو کننده قابل کنترل p-n-p-n )
تیریستور یک وسیله نیمه هادی چهار لایه سه اتصالی با سه خروجی است و از لایه های نوع p و n سیلیکونی که به طور متناوب قرار گرفته اند ساخته شده اند .. ناحیه p انتهایی آند ، ناحیه n انتهای کاتد و ناحیه p داخلی دریچه یا گیت است . آند از طریق مدار به طور سری به کاتد وصل می شود . این وسیله اساساً یک کلید است و همواره تا زمانی که به پایانه های آند و دریچه ولتاژ مثبت مناسبی به کاتد اعمال نشده است در حالت قطع (حالت ولتاژ مسدود کننده ) باقی می

ماند و امپدانس بینهایتی از خود نشان خواهد داد . در حالت وصل و عبور جریان بدون احتیاج به علامت (یا ولتاژ) بیشتری روی دریچه به عبور جریان ادامه خواهد داد . در این حالت به طور ایده آل هیچ امپدانسی در مسیر جریان از خود نشان نمی دهد . برای قطع کلید و یا برگرداندن تیریستور به حالت خاموشی بایستی روی دریچه علامت و یا ولتاژی نباشد و جریان در مسیر آند به کاتد به صفر تقلیل یابد . تیریستور عبور جریان را فقط در یک جهت امکان پذیر می سازد .

اگر به پایانه های تیریستور ولتاژ بایاس خارجی اعمال نشود ، حاملهای اکثریت در هر لایه تا زمانی که ولتاژ الکتروستاتیکی داخلی به وجود آمده از انتشار بیشتر حاملها جلوگیری کند ، منتشر می شوند . اما بعضی از حاملهای اکثریت انرژی کافی جهت عبور از سد تولید شده توسط میدان الکتریکی ترمزکن هر اتصال را دارد . این حاملها پس از عبور ، تبدیل به حاملهای اقلیت می شوند و می توانند با حاملهای اکثریت ترکیب شوند . حاملهای اقلیت هر لایه نیز می توانند توسط میدان الکتریکی ثابتی در هر یک از اتصالها شتابدار شوند ، ولی چون در این حالت (از خارج ولتاژی اعمال نمی شود) مدار خارجی وجود ندارد مجموع جریانهای حاملهای اقلیت و اکثریت بایستی صفر شود .

حال اگر یک ولتاژ بایاس با یک مدار خارجی برای حمل جریانهای داخلی منظور شود ، این جریان ها شامل قسمتهای زیر خواهند
بود.
جریان ناشی از :
1-عبور حاملهای اکثریت (حفره ها ) از اتصال

2-عبور حاملهای اقلیت از اتصال
3-حفره های تزریق شده به اتصال که از طریق ناحیه n اشاعه
می یابند اتصال را قطع می کند .
4-حاملهای اقلیت از اتصال که از طریق ناحیه n اشاعه یافته و از اتصال عبور کرده است . عیناً نیز از شش قسمت و از چهار قسمت تشکیل خواهد یافت .
برای تشریح اصول کار تیریستور از دو روش متشابه مدلهای دیودی و یا دو ترانزیستوری می توان استفاده کرد .

(الف) مدلهای دیودی تیریستور
تیریستور که یک نیمه هادی سه اتصالی ، شبیه سه دیودی است که به طور سری اتصال یافته اند . اگر دریچه بایاس نشود ولی به دو سر آند و کاتد ولتاژ بایاسی اعمال شود این ولتاژ هر قطبیتی که داشته باشد همواره حداقل یک اتصال معکوس بایاس شده ، وجود خواهد داشت تا از هدایت تیریستور جلوگیری کند .
اگر کاتد توسط ولتاژ منبع تغذیه (نسبت به آند ) منفی شود و دریچه نسبت به کاتد به طور مثبت بایاس شود لایه p دریچه توسط کاتد از الکترون لبریز می شود و خاصیت خودش را به عنوان لایه p از دست می دهد . در نتیجه تیریستور به دیود هدایتی معادلی تبدیل می شود .

(ب)مدل دو ترانزیستوری تیریستور
پولک p-n-p-n را می توان به صورت دو ترانزیستور با دو ناحیه پایه در نظر گرفت . کلکتور ترانزیستور n-p-n ، جریان محرکی برای پایه ترانزیستور p-n-p که جریان کلکتورش اضافه جریان دریچه به مثابه جریان محرک پایه ترانزیستور n-p-n است ، مهیا کند .

برای روشن کردن تریستور جریان دریچه به جزء خیلی حساس ترانزیستور n-p-n از اتصال p-n-p-n اعمال می شود . اولین ده درصد افزایش جریان آند ، در اصل جریان کلکتور ترانزیستور n-p-n است . پایه n ترانزیستور p-n-p توسط جریان کلکتور ترانزیستور n-p-n باردار می شود . در نتیجه فیدبک مثبتی توسط جریان کلکتور ترانزیستور p-n-p به منظور افزایش بارهای ایجاد شده در پایه p ترانزیستور n-p-n دایر می شود . به این ترتیب جریان تیریستور شروع به افزایش می کند ، به سرعت به مقدار اشباع می رسد و جریان تیریستور فقط توسط امپدانس بار محدود
می شود .

بهتر است به منظور تشریح مشخصه و خواص تیریستور حالتهای مختلف آن را (از نظر بایاس ) مورد بررسی قرار دهیم .

1-2-مشخصات تیریستور
برای اینکه بتوان وسیله های الکترونیکی را با کیفیت کافی مورد استفاده قرار داد و از آنها محافظت کرد بایستی مشخصات و خواص آنها کاملا معلوم شوند . مشخصات تیریستور را می توان با ملاحظه سه حالت مختلف اصلی این وسیله تعیین کرد :
1- شرایط بایاس معکوس

2- بایاس مستقیم و مسدود
3- بایاس مستقیم و هدایت
1-2-1-بایاس معکوس تیریستور (کاتد نسبت به آند مثبت)
در این حالت اتصالات اول و سوم به طور معکوس اتصال دوم به طور مستقیم بایاس می شوند و درست مثل یک اتصال p-n مقدار کمی جریان نشتی از کاتد به آند عبور خواهد کرد .

اعمال ولتاژ محرک مثبتی به دریچه تیریستور در حالی که آند هنوز منفی است سبب می شود که تیریستور رفتاری شبیه ترانزیستور داشته باشد و جریان معکوس نشتی آند تا مقدار قابل ملاحظه مقایسه ای با جریان دریچه افزایش یابد ، از این رهگذر اتلاف قدرت قابل ملاحظه ای در تیریستور وقوع خواهد یافت . زیاد گرم شدن اتصال می تواند سبب افسار گسیختگی حرارتی شود .

جریان آند با جریان اشباع معکوس اتصال اول به اضافه کسری از
جریان دریچه برابر است . جریان اشباع بستگی به درجه حرارت دارد . بنابراین بالا رفتن درجه حرارت اتصال باعث افزایش جریان اشباع می شود که آن نیز موجب گرم شدن بیشتر اتصال می شود . ولتاژ بیشینه دریچه در شرایط بایاس معکوس غالباً توسط سازندگان برای محدود کردن اثر حرارت معین می شود .
افزایش ولتاژ بایاس معکوس باعث پهن شدن لایه های تهی اتصالات اول و سوم می شود . اتصال اول معمولاً بخش اعظم ولتاژ آند به کاتد را مسدود می کند ، لذا منطقه تهی این اتصال غالباً پهن است . به خاطر اینکه ولتاژ مسیر سوراخ کنی توسط تماس لایه های تهی اتصالات و به وجود نیاید لایه n وسطی را کمی پهن می سازند .

 

1-3-2-تیریستور بایاس مستقیم و مسدود (آند نسبت به کاتد مثبت)
اتصالات اول و سوم بایاس مستقیم و اتصال دوم بایاس معکوس
می شود . جریان آند در خلال مدتی که یک اتصال p-n بایاس معکوس وجود دارد ، خیلی کم است و مقدارش برابر با جریان اشباع اتصال دوم به اضافه قسمتی از جریان دریچه است . جریان دریچه در طول این شیوه عمل با این که خودش بایستی کوچک باشد جریان آند را افزایش می دهد .

1-2-3-تیریستور بایاس مستقیم و هدایت
چهار روش برای روشن کردن تیریستور وجود دارد و به محض اینکه هدایت شروع شد امپدانس صفر در مسیر عبور جریان از خود نشان می دهد . همان طوری که از مشخصه کلی ولتاژ جریان یک تریستور ، در طول زمانی که تریستور هدایت می کند افت ولتاژ بین آند و کاتد در حدود 1 تا 5/1 ولت است و اصولاً مستقل از جریان آند است . چهار روش راه اندازی تیریستور وجود دارد : 1) فعال سازی نوری 2) علائم الکتریکی 3)ولتاژ بایاس مستقیم با دامنه زیاد و 4)ولتاژ بایاس مستقیم با میزان صعود سریع وجود دارد . روش دوم ، یعنی راه اندازی توسط علائم الکتریکی مهمترین و معمول ترین روش است ، در حالی که آخرین روش به علت طبیعت مزاحمی که دارد قابل اجتناب است .

(الف) روشن کردن توسط نور
یک شعاع نوری که از دریچه به سوی اتصال کاتد ، جهت داده
می شود ، می تواند انرژی کافی برای شکستن پیوندهای الکترونیکی در نیمه هادی را تولید و حاملهای اقلیت اضافی لازم جهت وصل کلید یا روشن کردن تریستور را مهیا کند .

 

(ب) روشن کردن توسط علائم الکتریکی اعمال شده به دریچه :
اگر تریستور در بایاس مستقیم قرار داشته باشد ، تزریق جریان به دریچه منجر به روشن شدن تریستور می گردد . این کار با اعمال پالس مثبت مناسب بین گیت و کاتد عملی خواهد شد . ، با افزایش جریان دریچه ، ولتاژ سد کنندگی مستقیم کاهش پیدا می کند .

تاخیر زمانی بین لحظه اعمال سیگنال به دریچه و لحظه هدایت تیریستور را زمان روشن شدن ton می نامیم . ton بنا به تعریف برابر است با فاصله زمانی بین لحظه ای که جریان دریچه 10% جربان حالت پایدار دریچه ( ) و جریان تیریستور 90% جریان حالت پایدار روشن شدن خود ( ) می رسد .

ton مجموع زمان تاخیر td و زمان صعود tr می باشد . td بنا به تعریف فاصله زمانی بین لحظاتی است که جریان دریچه به 10% مقدار نهایی خود و جریان حالت روشن تیریستور به 10 مقدار نهایی خود ( ) می رسد . ti نیز فاصله زمانی مورد نیاز است تا جریان آند از 10% جریان حالت روشن به 90% جریان حالت روشن برسد .

در طراحی مدار کنترل دریچه باید نکات زیر را رعایت کرد :
1-پس از روشن شدن تیریستور باید سیگنال دریچه را از روی دریچه برداریم ادامه اعمال سیگنال ، تلفات توان را در پیوند دریچه افزایش می دهد .
2-پهنای پالس دریچه tg باید طولانی تر از زمان رسیدن جریان آند به جریان نگهدارنده باشد . در عمل پهنای پالس دریچه را بیشتر از زمان روشن شدن تیریستور ton در نظر می گیرند .

اگر علامت دریچه قبل از اینکه جریان صعودی آند به جریان قفلی (به حداقل جریان لازم برای ادامه هدایت ) برسد به صفر تنزل یابد ، تیریستور دوباره خاموش خواهد شد . بلافاصله پس از آنکه جریان در آند از جریان قفلی تجاوز کرد تریستور تا زمانی که جریان آند از جریان نگهدارنده ، که کمتر از جریان قفلی است ، کمتر نشده است روشن خواهد ماند (این مساله پس زنی الکتریکی است) . در جریانهای بار کم ، به منظور اینکه در طول روشن بودن تیریستور متجاوز بودن جریان آن از جریان نگهدارنده تضمین شود ، ممکن است از یک مدار تخلیه خازنی یا مقاومت سالم ساز استفاده شود . جریان قفلی با جریانهای دریچه بزرگتر به آهستگی اضافه می شود .
در فاصله اولین روشن شدن تیریستور فقط سطح کوچکی در نزدیکی الکترود دریچه جریان آند را هدایت می کند به همین علت افزایش قابل ملاحظه ای جریان آند در مدتی کوتاه ، یعنی بزرگ ، قبل از گسترش هدایت در بین اتصال ممکن است سبب بالا رفتن حرارت موضعی به اندازه ای که کافی برای خسارت دیدن تیریستور است ، شود . این گرم شدگی بیشینه تغییرات را در طول روشن شدن بین 3 تا 30 آمپر بر میکروثانیه محدود می کند ، گرچه تیریستورهای مخصوص سریع ممکن است قابلیت تغییرات جریانی تا آمپر بر میکرو ثانیه را هم داشته باشند .یک سلف سری شده با آند تغییرات را کاهش می دهد و پس از انکه تریستور به هدایت کامل رسید ممکن است کاری کرد تا سلف به حد اشباع برسد و مقدار بیشتری تا جریان بار کامل داشته باشد . این سلف همچنین باعث کاهش تلفات روشن و خاموش شدن می شود . ولی قادر است سبب صعود ولتاژ گذاری معکوس ، که به نوبه خود مخرب است ، نیز شود . جریان دریچه بالاتر نیز به افزایش قابلیت ایستادگی آند در مقابل منجر می شود .

زمان ، شروع روشن شدن تریستور توسط ولتاژ پله ای اعمال شده به دریچه را معین می کند . دوره تاخیر زمانی بین پیشانی پالس دریچه و شروع افزایش سریع جریان آند است . بنابراین پالس دریچه بایستی حداقل دارای دوره ثانیه باشد . اتلاف قدرت در تیریستور در دوره ، به علت افزایش سریع جریان در روی یک سطح کوچک در حالی که افت ولتاژ هنوز قابل ملاحظه است بیشرین مقدار را خواهد داشت . دوره زمان گسترش رسانندگی است و نیز مدت زمانی است که افت ولتاژ در تیریستور به حالت پایدار می رسد .

 

(پ) روشن کردن با ولتاژ شکست
افزایش ولتاژ مستقیم آند به کاتد باعث افزایش پهنای منطقه تهی اتصال 2 و همچنین ازدیاد ولتاژ شتاب دهنده حاملهای اقلیت همان اتصال می شود . این حاملها با اتمهای ثابت برخورد می کنند و حاملهای اقلیت بیشتری را تا رسیدن به شکست بهمنی در اتصال به جلو می رانند . این شکست اتصل 2 رادر جهت مستقیم بایاس می کند ، و در این حالت جریان آند تنها توسط امپدانس بار مدار خارجی محدود می شود .
در ولتاژ شکست تیریستور از وضعیت ولتاژ زیاد در دو سر خود با جریان نشتی خیلی کم به وضعیت ولتاژ خیلی کم با جریان مستقیم زیاد تغییر مشخصه می دهد ، یعنی ، با ولتاژ تیریستور روشن
می شود .
اثرات سطحی پولک سیلیکونی احتمالاً لایه بار فضا را به طور موضعی
فشرده می سازد و ولتاژ قطع را کاهش می دهد . این پدیده معمولاً در اطراف سطح برونی پیوندگاه به طور غیریکنواخت اتفاق می افتد . در نتیجه ممکن است کل جریان بهمنی از طریق سطح کوچکی عبور کند و اتصال p-n در اثر گرمازدگی از بین برود . در ساختمان تیریستورهای ولتاژ بالا این نقیصه محیطی رایج است . کناره مناسب یا پخ بودن لبه پولکی جایی که انتشار اتصال سطح را قطع می کند ، ساخت و تولید تیریستورهای ولتاژ بالا و قابل اعتمادی را ممکن می سازد .
ولتاژ شکست از ولتاژ معکوس اسمی بیشتر است ، و این روش روشن کردن فقط برای دیودهای چهارلایه p-n-p-n مورد استفاده قرار می گیرد .

(ت) روشن کردن
میزان افزایش سریع ولتاژ مستقیم آند به کاتد سبب می شود که توسط خارنهای موجود بین آند – دریچه و دریچه – کاتد جریان گذرا در دریچه ایجاد شود . ابن تغییر سریع ولتاژ می تواند تیریستور را روشن کند ولی بایستی از آن اجتناب ورزید . تیریستورها محدودیتی از 20 الی 200 ولت بر میکرو ثانیه تغییرات ولتاژ بر حسب زمان در آند دارند ، با این تیریستور های ولتاژ بالای 1600 ولت با مقدار بیشتر از 500 ولت بر میکروثانیه وجود دارد که در آنها حساسیت دریچه کمتر است . عملاً مقدار برای کلید زنی با استفاده از یک مقاومت خارجی در مسیر دریچه به کاتد قابل افزایش است .

1-2-4-خاموش شدن تیریستور
خاموش شدن تیریستور به این معنی است که هدایت در جهت مستقیم قطع می شود و اعمال دوباره ولتاژ مثبت در آند بدون وجود علامت دریچه باعث عبور جریان نخواهد شد ، جا به جایی فرآیند خاموش شدن تیریستور است .
سه روش زیر برای قطع تیریستور وجود دارد که عبارتند از : جابجایی طبیعی ، خاموشی با بایاس معکوس و خاموشی دریچه .

الف) جابجایی طبیعی
موقعی که جریان آند به مقدار کمتر از جریان نگهدارنده کاهش یابد تیریستور خاموش یا قطع می شود . به هر حال لازم به تذکر است که میزان اسمی جریان آند معمولاً بیشتر از 1000 برابر جریان نگهدارنده است . از آنجا که در مدارهای جریان مستقیم ولتاژ آند نسبت به کاتد همواره مثبت باقی
می ماند ، جریان آند فقط در موقع کلید خط ، افزایش امپدانس مدار ، و یا انشعاب قسمتی از بار توسط مدار موازی (از طریق موازی کردن مداری) باتیریستور یعنی همانا اتصال کوتاه کردن تیریستور می تواند کاهش
یابد .

ب)خاموش یا بایاس معکوس :
به منظور ایجاد ولتاژ بایاس معکوس در دو سر تریستوری که در خط جریان مستقیم قرار دارد ، می توان از خازنها استفاده کرد . روش تخلیه خازن به طور موازی با تیریستور برای خاموشی تیریستور را ، جا به جایی اجباری گویند .

مدارهای جا به جایی اجباری چون دارای جریان زیاد هستند و افت حرارتی در مسائل مربوط به طراحی اولویت زیادی دارد ، بیشتر مورد توجه قرار می گیرند .
این عمل را به طرق زیادی می توان عملی کرد . ساده ترین روش ، جا به جایی فاز است یعنی موقعی که منبع تغذیه متناوب است ، پس از نیم سیکل تیریستور به طور معکوس بایاس ، و خاموش خواهد شد . گذشت 20 میکروثانیه از زمان مثبت شدن کاتد الزاماً موجب خاموشی نمی شود ، بلکه تیریستور

موقعی قطع یا خاموش می شود که جریان مستقیم در آن به صفر تنزل کند و این بستگی به راکتانس بارخواهد داشت . اگر بار خازنی باشد جریان قبل از ولتاژ به صفر تقلیل می یابد ، که این خود را ، به مثابه جا به جایی اجباری از طریق تشدید و در حالی که منبع تغذیه مدار از نوع جریان مستقیم است نشان می دهد . در زیر چهار نوع مدار خاموش کننده خازنی تشریح شده است . لیکن انتخاب یکی از چهار نوع و یا روش دیگر اغلب به کاربرد تیریستور ارتباط دارد .

خود جابه جایی توسط مدار تشدید

صفحه X خازن C موقعی که تیریستور می خواهد روشن شود و جریان بار را هدایت کند مثبت است ، و به محض روشن شدن تیریستور خازن از طریق تیریستور و سلف L (در مدار تشدید ) تخلیه ، و قطبیت صفحاتش عوض می شود . جریان تشدید پس از نیم سیکل معکوس خواهد شد و اگر مقدارش بزرگتر از مقدار جریان بار باشد تیریستور خاموش می شود . حال اگر بار اتصال کوتاه شود در آن صورت مدار تشدید نمی تواند جریان زیادی به اندازه کافی برای خاموش کردن تیریستور مهیا سازد . لذا ، بایستی برای کلیه بارها رابطه زیر برقرار باشد .

 

که در آن زمان جابجایی بر حسب میکرو ثانیه و مقاومت بار است . عملاً مقدار خازن C از این مقدار به مقدار کمینه ای که جابجایی قابل اعتمادی ایجاد کند تقلیل می یابد .
مدار مشابهی که ولتاژ معکوس توسط خاصیت تشدید مدار فراهم
می کند یعنی اینکه وقتی خازن باردار شد مدار تشدید سعی در ایجاد جریان معکوسی برای خاموش کردن تیریستور می کند. دوره هدایت با مقادیر L و C که مقادیر ثابتی هستند تعیین می شود.

 

(ب) خاموش کردن تیریستور توسط مدار تشدید کمکی
تیریستور بایستی به منظور باردار شدن خازن C قبل از تیریستور اصلی روشن شود تا به محض باردار شدن خازن و افت جریان مدار به مقدار زیر جریان نگهدارنده ، تیریستور خاموش شود . اکنون تیریستور می تواند برای عبور جریان بار و جریان تشدید مدار LC روشن شود . موقعی که خازن C قطبیت خود را عوض کرد ، یعنی موقعی که صفحه Y نسبت به صفحه X مثبت شد و اختلاف پتانسیل بین دو صفحه به دو برابر ولتاژ منبع تغذیه نزدیک شد ، دیود از تغییر بیشتر بار در صفحات خازن جلوگیری می کند . در این لحظه اگر تیریستور برای دومین بار روشن شود ولتاژ دو سر خازن تیریستور را بایاس معکوس ، و آن را خاموش می کند . همانند قسمت الف در این مدار بایستی بین ظرفیت خازن و زمان خاموش شدن و مقاومت بار رابطه زیر برقرار باشد .

زمان هدایت تیریستور نبایستی خیلی طولانی شود چون وجود جریان نشتی معکوس در دیود و تیریستور باعث تخلیه خازن می شود و در طول زمان معینی ولتاژ دو سرخازن برای خاموش کردن توام با اطمینان تیریستور کافی نخواهد بود. بنابراین معمولآً از این مدار در مواقعی که جریان مستقیم متوسط متغیری مورد لزوم است استفاده می شود ، با کلید زنی سریع تیریستور و تغییر نسبت به زمان وصل به قطع ، به این منظور نائل می شوند .

(پ)خاموش کردن تیریستور توسط خازن موازی
طرز کار این مدار به این صورت است که در زیر تشریح می شود : مدار با خاموش بودن تیریستور و هدایت جریان بار توسط تیریستور شروع به کار می کند . صفحه Y از خازن C تقریباً به علت افت کم ولتاژ در دو سر تیریستور دارای پتانسیل معادل زمین یا صفر است و صفحه X دارای پتانسیل مثبتی معادل پتانسیل منبع تغذیه خواهد بود ، زیرا خازن C از طریق C ، R و باردار می شود . اگر انرژی ذخیره شده در خازن C موقعی که روشن می شود به اندازه کافی زیاد باشد خازن C شروع به خالی شدن می کند و را به مدتی بیش از زمان خاموش شدن (تیریستور) بایاس معکوس می کند . روشن شدن یکی از تیریستورها
باعث خاموش شدن تیریستور دیگر می شود ، این سیستم مرتباً تکرار
می شود .

 

کلمات کلیدی :