قدمنا سابقاً مجموعة من المقالات عن العديد من العناصر الإلكترونية، و اليوم سوف أقدم لكم دليلاً كاملاً عن الثايرستور . و الذي سيعرفكم بالثيرستورات، مبدأ عملها، فوائدها بالإضافة إلى مقارنة بينها و بين الديود و الترانزستور. لمعرفة المزيد تابع معنا القراءة.
ما هو الثايرستور؟
هذه الأجهزة القوية عبارة عن مفاتيح ذات حالة صلبة، مما يعني أنها مصنوعة من مكونات شبه موصلة مثل الترانزستورات والثنائيات. تحتوي الأجهزة شبه الموصلة على توصيل كهربائي يقع في منتصف المسافة بين الموصل الكامل، مثل النحاس، والعازل مثل الزجاج.
اسم الثايرستورات مشتق من مزيج من الترانزستور والثيراترون (أنبوب سابق مملوء بالغاز له وظيفة مماثلة). تم تطوير هذه الأجهزة في الأصل في الخمسينيات من القرن الماضي، وغالبًا ما يشار إليها أيضًا باسم المقومات التي يتم التحكم فيها بالسيليكون (SCR) لأنها مصنوعة من أربع طبقات من السيليكون، وهي مادة شبه موصلة تستخدم على نطاق واسع.
في الأصل، كان SCR اسمًا تجاريًا تستخدمه شركة جنرال إلكتريك لنوع واحد من الثايرستور. يتم الآن استخدام المصطلحين عادة بشكل مترادف.
ماذا يمكن للثايرستورات أن تفعل؟
الثايرستور عبارة عن مفاتيح ثنائية الاستقرار، مما يعني أن لديها حالتين محتملتين فقط – تشغيل أو إيقاف (0 أو 1). تظل هذه مستقرة حتى عند إيقاف تشغيل الجهاز. سيتم التنشيط – أي الانتقال من حالة إيقاف التشغيل إلى حالة التشغيل – بمجرد وصول التيار إلى بوابة التحكم (نقطة الدخول). وسوف تستمر في السماح للتيار بالتدفق من خلالها حتى ينخفض إلى الصفر أو عندما ينتهي التيار أو يتغير اتجاهه. يُعرف الأخير باسم الانحياز العكسي أو الجهد العكسي. اعتمدت النماذج السابقة على انعكاس التيار للانتقال من حالة التشغيل إلى حالة الإيقاف، ولكن من الممكن إلغاء تنشيط النماذج الأحدث عبر بوابة التحكم. وتسمى هذه أحيانًا بثايرستور بوابة إيقاف التشغيل (GTO).
كيفية عمل الثايرستور:
في البداية تتكون هذه االعناصر الإلكترونية الفريدة من ثلاثة أقطاب. و هي المصعد، المهبط و البوابة. الأول هو الطرف الموجب والثاني هو الطرف السالب، بينما تتحكم البوابة في تيار المصعد الرئيسي إلى المهبط، و ذلك عبر نبضة خارجية يتم تطبيقها على البوابة.
يوجد داخل SCR النموذجي طبقتان متناوبتان من أشباه الموصلات من النوع N (السالب) وأشباه الموصلات من النوع P (الإيجابي). وهذا يجعل أربع طبقات معًا، مع ثلاث تقاطعات بينها. إذا لم يتدفق أي تيار إلى الجهاز عبر البوابة، فسوف يستقر في حالة إيقاف التشغيل، لكي يتدفق التيار بالشكل المطلوب، يجب أن يكون المصعد موجبًا، والمهبط سالبًا. بمجرد إطلاق تيار البوابة، تتدفق الشحنات الموجبة والسالبة إلى طبقات السيليكون الأربع، لتنشيط كل منها بدورها أثناء انتقالها من طبقة واحدة من شبه الموصل إلى الطبقة التالية. بمجرد تنشيط الطبقات الأربع، يمكن للتيار أن يتدفق بحرية. و هذه هي حالة الانحياز الأمامي، كما أن تيار البوابة غير مطلوب للحفاظ على تدفق التيار .
تطبيقات استخدام الثايرستور:
على الرغم من كونه أجهزة صغيرة ماديًا، إلا أن الثايرستور يمكنه التحكم في الفولتية العالية ومستويات التيار، ولذلك يستخدم في خطوط نقل الطاقة ذات الجهد العالي والتيار المستمر. تشمل الاستخدامات الأخرى ما يلي:
- مفاتيح الطاقة في المصانع والأماكن الصناعية المماثلة.
- مفاتيح إشعال السيارة.
- التحكم في سرعة المحركات الكهربائية.
- منظمات مستوى السائل.
- أنظمة التحكم بالضغط.
وتستخدم هذه الأجهزة أيضًا على نطاق واسع في مجموعة من الدارات الكهربائية. تشمل التطبيقات:
- الدارات العاكسة.
- دارات المذبذب.
- دارات المروحية.
- دارات تبديل الطاقة.
- دارات التحكم في الطور.
- دارات التحكم في السرعة دوائر الموقت.
مقارنة بين الثايرستورات و بعض العناصر الإلكترونية:
سنجري الآن مقارنة بسيطة بين الثايرستورات و الترانزوستورات و من ثم الديودات:
أولاً: المقارنة مع الترانزستورات:
الترانزستور هو مكون كهربائي قياسي يستخدم لتشغيل الإشارات الكهربائية أو إيقافها ولتضخيمها. وقد مكّن اختراعهم في أوائل القرن العشرين من تطوير الراديو والاتصال الهاتفي لمسافات طويلة. على الرغم من تعدد استخداماتها، إلا أنها لا تعمل بشكل جيد مع تيارات الجهد العالي وهي مناسبة بشكل أفضل لتيارات المللي أمبير منخفضة الطاقة. لوضع ذلك في الاعتبار، المللي أمبير هو جزء من ألف من الأمبير. على النقيض من ذلك، يمكن للثايرستور أن يعمل بمستويات أعلى بكثير من الطاقة، 5-10 أمبير ومئات، بل آلاف، الفولتات.
كما أنها تعتمد على مدخلات طاقة ثابتة للعمل بشكل صحيح. في الترانزستور، يتم تضخيم مستوى منخفض من التيار عند الدخول، ولكن في بعض الأجهزة أنت بحاجة إلى مستوى منخفض من التيار في مشغل الإنذار (مثل كاشف الحركة) لإطلاق تيار أعلى داخل المنبه لإطلاق الجرس أو التنبيه – وهذا التيار العالي يستمر حتى عندما يتوقف تيار المشغل. لا يمكن للترانزستور أن يفعل هذا، لكن الثايرستور يستطيع ذلك. يقوم كاشف الحركة أو أي جهاز مشابه بتشغيل تيار البوابة وهذا بدوره يؤدي إلى تدفق التيار بين الأنود والكاثود. سيستمر هذا الأخير – سيظل مغلقًا – حتى عندما يتوقف تيار البوابة.
ثانياً:المقارنة مع الديود:
الثنائيات عبارة عن مكونات بسيطة نسبيًا وغير مكلفة، وتحتوي على طرفين فقط (أحدهما موجب والآخر سالب)، أي مصعد و مهبط. تتدفق الكهرباء في اتجاه واحد فقط. في المصطلحات الكهربائية، فهي متحيزة للأمام وليست متحيزة عكسيًا. تستخدم الثنائيات بشكل رئيسي لتبديل أو تحويل التيار. تحتوي على طبقتين فقط من أشباه الموصلات – واحدة موجبة والأخرى سالبة – مع وجود تقاطع كهربائي واحد بينهما. على النقيض من ذلك، فإن معظم الثايرستور لديه ثلاث أطراف وأربع طبقات، مع ثلاث وصلات تفصل بينها. وهي مصممة لتطبيقات الطاقة العالية. تم تصميم الثنائيات للجهود المنخفضة ولكنها لا تتطلب نبضة بوابة لتنشيطها، على عكس الثايرستور.
إيجابيات استخدام الثايرستورات:
لقد أصبح الثايرستور مكونات قياسية لأنه يوفر العديد من المزايا. وتشمل هذه:
- السرعة والقدرة على تبديل التيارات في ميكروثانية.
- القدرة على التحكم في الفولتية العالية ومستويات الطاقة العالية.
- عدم وجود أجزاء متحركة وموثوقية عالية القدرة على التحكم في أجهزة التيار المستمر وليس التيار المتردد الروتيني فقط.
- تفعيل سريع وسهل غير مكلفة سهولة التشغيل البساطة النسبية حجم صغير.
للمزيد:
