تریستور یک قطعه نیمه‌هادی است که از سیلیکون و 3 پایه مختلف تشکیل شده است. از تریستورها برای هدایت و تنظیم جریان استفاده می‌کنند. این قطعه به‌صورت یک‌طرفه کار می‌کند و به آن یکسوکننده هم گفته می‌شود.
اصلی‌ترین دلیل استفاده از تریستورها، کنترل قدرت و جریان الکتریکی با عملکرد سوئیچ است. در ادامه همراه بایا‌کنترل باشید تا با هرآنچه باید درباره تریستور چیست بدانید و طرز کار آن آشنا شوید.
تریستور چیست؟
تریستور Thyristor یک دستگاه 4 لایه است. کاربرد اصلی تریستور، کلید قطع وصل توان و جریان الکتریکی است. این قطعه می‌تواند برای قطعات فشرده تا سبک از مدارها با جریان‌های بزرگ محافظت کند.
به تریستور (Silicon Controlled Rectifier) یا SCR هم گفته می‌شود. از این قطعه به‌عنوان یک سوئیچ برای کنترل جریان و قدرت در مدار استفاده می‌کنند. همچنین تریستور با اینکه یک قطعه کوچک و سبک است؛ اما قابلیت کنترل جریان تا 6000 ولت و 4500 آمپر را دارد.
کاربرد دیگر این قطعه، استفاده به‌عنوان یکسوساز است. تریستور قادر است خیلی سریع از یک جریان رسانا به یک جریان نارسانا تغییر مکان بدهد. همچنین تریستور یک قطعه نیمه‌هادی است که شامل 4 لایه متناوب از P و N به‌صورت (P-N-P-N) است. ساده‌ترین شکل این قطعه دارای 3 ترمینال است:
- کاتود یا ترمینال منفی
- آنود یا ترمینال مثبت
- گیت یا ترمینال کنترل
کاربرد تریستور چیست؟
کارایی اصلی تریستورها این است که جریان متناوب در مدارهای الکترونیکی با جریان و ولتاژ بالا را کنترل کنند. مهم‌ترین کاربردهای تریستور عبارت‌اند از:
- اینورترها: در مدارهای اینورتر، تریستورها برای تبدیل برق DC به AC نصب می‌شوند. این کارایی در مدارهای تجدیدپذیر، USB و موتورهای خودروهای الکتریکی و… مورد‌توجه قرار می‌گیرد.
- کنترل‌کننده مدارهای پرقدرت: در سیستم‌های کنترل قدرت مانند روشنایی یا گرمایش یا سرعت موتور از تریستورها استفاده می‌شود. این قطعه می‌تواند جریان و ولتاژ را در مقدار زیاد کنترل کند.
- تبدیل برق DC/AC: استفاده از تریستورها در شارژر باتری و انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا، از دیگر کاربردهای تریستور است. این قطعه به‌عنوان یک یکسوکننده کاربرد دارد و قادر است در تبدیل جریان AC به DC موثر باشد. به‌این‌ترتیب تریستور برای تبدیل ولتاژ کاربرد دارد.
- تنظیم ولتاژ: تریستورها می‌توانند با تنظیم ولتاژ از لوازم برقی، محافظت کنند. تریستور قادر است اضافه‌بار را تشخیص دهد. به‌این‌ترتیب از آن‌ها در مدارهای تنظیم ولتاژ برای ثابت نگه داشتن میزان ولتاژ استفاده می‌شود.
نحوه کار تریستور
در تریستور 4 لایه، چینش P-N-P-N و سه نقطه اتصال PN، NP و PN وجود دارد. با توجه به منفی بودن ترمینال کاتود و مثبت بودن ترمینال آنود، نقطه اتصال PN به PN بایاس رو به جلو و اتصال مرکزی NP بایاس معکوس محسوب می‌شود.
در این حالت در اتصال NP جریان مثبت در مسیر آند به کاتد مسدود می‌شود.
با مسدود شدن جریان مثبت، حالت مسدود رو به جلو اتفاق می‌افتد. همچنین اگر جریان منفی توسط اتصال PN بیرونی مسدود شود؛ حالت مسدود شوندگی معکوس رخ می‌دهد.
مزایا و معایب تریستور
تریستور به‌عنوان یک قطعه کاربردی در انواع مدارها، مزایا و معایب مختلفی دارد.
اصلی‌ترین مزایا تریستورها عبارت‌اند از:
- تریستور عملکرد خوبی در تبدیل توان دارد و شاهد کمترین میزان تلفات توان در عملکرد این قطعه هستیم.
- این قطعه برای تحمل مقدار زیاد جریان و ولتاژ توانایی بالایی دارد.
- تریستورها در شرایط محیطی مختلف، دوام و ماندگاری بالایی دارند.
معایب تریستورها:
- تریستورها کنترل‌پذیری کمی دارند. به‌این‌ترتیب تا زمانی که جریان صفر یا معکوس شود؛ تریستور متصل باقی می‌ماند. در‌نتیجه این قطعه در مدارهایی که به کنترل دقیق نیاز دارند، کارایی ندارند.
- تریستورها تنها برای هدایت جریان یک‌طرفه کاربرد دارند. برای هدایت جریان‌های دوطرفه نمی‌توان از این قطعه استفاده کرد.
- این قطعه به‌خاطر افت ولتاژ در پایانه‌های خود، بخش زیادی از انرژی را هدر می‌دهند.
انواع تریستور
تریستورها را به نسبت توانایی که در روشن ماندن دارند و همچنین ویژگی‌های V-I، می‌توان در دسته‌های مختلف جای داد. به‌این‌ترتیب سه نوع تریستور در صنعت داریم:
تریستور روشن‌شونده
رایج‌ترین تریستورها، تریستورهای روشن‌شونده هستند. تریستور روشن‌شونده بعد از حذف پالس، همچنان به هدایت جریان ادامه می‌دهند. به‌این‌ترتیب این نوع از تریستور کارکرد خوبی برای کنترل فاز دارند. در مدارهای سوئیچینگ، اینورترها، سوئیچ‌های استاتیک و درایورهای موتور DC از تریستورهای روشن‌شونده استفاده می‌کنند.
تریستورهای روشن‌شونده شامل دو نوع تریستور است:
- تریستور رسانای معکوس: این تریستورها تنها در یک جهت حرکت می‌کنند و هر جریان معکوس را خنثی می‌کنند.
- یکسوکننده‌های سیلیکونی فعال‌شده با نور: این تریستورها با رسیدن به محل اتصال بایاس‌های معکوس، تعداد جفت الکترون‌های حفره را افزایش می‌دهد.
تریستورها با قابلیت خاموش شدن
محدودیتی که در تریستورهای روشن‌کننده وجود دارد؛ این است که امکان خاموش شدن با صفر شدن جریان وجود ندارد. در این موارد استفاده از تریستورهایی که امکان خاموش شدن دارند، از این محدودیت جلوگیری می‌کند. انواع تریستورهای خاموش‌شونده عبارت‌اند از:
- تریستورهای خاموش‌کننده دروازه (GTO): اینورترهای پرقدرت درایوهای موتور DC و AC از این نوع تریستورها هستند. این تریستورها می‌توانند قطبیت جریان دروازه را معکوس کنند.
- تریستورهای خاموش‌کننده MOS: در این نوع از تریستورها یک تریستور خاموش‌شونده دروازه به یک ماسفت در یک MOS کوپل شده‌اند. این ترکیب سبب می‌شود که زمان خاموش شدن بیشتر شود.
- تریستور خاموش‌کنند امیتر (ETO): این نوع از تریستورهای خاموش‌شونده شبیه به تریستور دروازه هستند. با این تفاوت که گیت دوم به‌صورت سری به ماسفت متصل می‌شود. این تریستور در جبران‌کننده‌های سنکرون استاتیک (STATCOM)، اینورترها با ولتاژ بالا و انتقال خط AC انعطاف‌پذیر (FACTs) به کار می‌روند.
کنترل‌های دوطرفه
وقتی از دو مدار به‌صورت ضد‌موازی استفاده شود، دو مدار کنترل به وجود می‌آید. برای کاهش پیچیدگی در این مدارها، از تریستورهای دوطرفه استفاده می‌شود تا با فعال شدن، در هر دو جهت هدایت شوند. انواع کنترل‌های دوطرفه عبارت‌اند از:
- تریود برای جریان متناوب (TRIAC): این تریود شامل 5 لایه است که به واسطه ساختار نامتقارنی که دارند، معولا برای کاربردهای کم‌مصرف استفاده می‌شوند. با این تریستورها می‌توان سرعت را کنترل کرد.
- دیودهای جریان متناسب (DIAC): این تریستور معمولا به همراه تریستور جریان متناسب استفاده می‌شود. این تریستورها مانع عبور جریان از طریق TRIAC می‌شوند. بیشترین کاربرد این قطعه در دیمرهای نور است.
- دیود سیلیکونی برای جریان متناوب (SIDAC 🙁SIDAC به‌عنوان کلید به‌جای ماشه به کار می‌روند. کاربرد این قطعه در دستگاه‌های خاص مانند نوسان‌سازهای آرامش است. SIDAC ساختاری مشابه DIAC دارد؛ با این تفاوت که ظرفیت و ولتاژ در این قطعات بیشتر است.
سخن آخر
تریستورها دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که کار اصلی آن‌ها هدایت جریان‌های الکتریکی بزرگ است. این قطعات می‌توانند انرژی را در سطوح و ولتاژ و توان بالا هدایت کنند. تریستورها در موارد زیادی کارایی دارند. از این قطعه می‌توان در کنترل و تبدیل برق، تنظیم ولتاژ، تنظیم برق یا اینورترها استفاده کرد.
سوالات متداول
- تریستور چه پایه‌هایی دارد؟
تریستورها از سه پایه آنود، کات و گیت ساخته می‌شوند. تریستور یک قطعه یک طرفه است و جریان را تنها در یک طرف هدایت می‌کند.
- تریستور چه تفاوتی با ترانزیستور دارد؟
ترانزیستور با قطع جریان خاموش می‌شود؛ اما تریستور بعد از یک بار تحریک کردن، روشن می‌ماند. در مدارهایی که باید تمام مدت روشن بمانند، ترانزیستور کاربرد ندارد و باید از تریستور استفاده کرد.
