Чем отличается тиристор от транзистора

В чем отличие тиристора от транзистора

Транзисторы и тиристоры — это электронные устройства, изготовленные на базе монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния), в которых сформирован определённый набор p—n-переходов. Транзисторы являются универсальными элементами современной электроники, позволяющими осуществлять генерацию, усиление, коммутацию и трансформацию электрических сигналов. Основная сфера применения тиристоров — использование в качестве ключевого (переключающего) элемента в схемах коммутации электросигналов. Отличие полупроводникового тиристора от транзистора обусловлено количеством и конфигурацией p—n-переходов, из которых состоят данные устройства.

Структура и принцип действия транзистора

В полупроводниковой электронике различают два вида транзисторов — биполярные и полевые. В рамках данной статьи рассмотрим разницу биполярного транзистора и тиристора. На рисунке схематично показана структура p—n—p-транзистора, состоящего из двух p—n-переходов, и его условное обозначение на электрических схемах. Устройство имеет три электрода: эмиттер (Э), коллектор (К) и базу (Б).

Аналогичную структуру имеет биполярный n—p—n-транзистор, в котором электрод базы соединён с p-слоем полупроводника, обладающего дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — с n-слоями, имеющими электронную проводимость. Два встречных p—n-перехода способны работать как в ключевом режиме, так и в режиме усилителя, когда электроток малой величины, поданный на базу, возрастает в 10 2 -10 3 раз. База играет роль управляющего электрода.

Структура и принцип действия тиристора

На рисунке ниже схематично показана структура полупроводникового p—n—p—n-тиристора, состоящего из трёх p—n-переходов, а также его условное обозначение (слева) на электрических схемах.

Как и транзистор, тиристор имеет три электрода: катод, анод и управляющий (затвор). Структура устройства состоит, как минимум, из четырёх слоёв легированного полупроводника с чередующимися типами проводимости p и n. Работа тиристора может быть реализована комбинацией двух транзисторов, но это более громоздкий с точки зрения схемотехники вариант.

Принцип работы тиристора такой же, как у диода. Протекание тока возможно только в одном направлении — от анода к катоду (состояние «открыто»). Возврат в состояние «закрыто» происходит в двух случаях:

• Отключение нагрузки.
• Уменьшение рабочего тока ниже уровня тока удержания I_уд (минимальная величина тока, возникающая при открытии).

Включение тиристора происходит при подаче на управляющий электрод (УЭ) небольшого кратковременного сигнала. То есть, открывание (включение) тиристора происходит при подаче напряжения на управляющий электрод, а закрывание (выключение) — с помощью снижения тока анод-катод. УЭ аналогичен базе транзистора, но отличие заключается в том, что открыть тиристор с помощью УЭ можно, а закрыть нельзя.

Таким образом, тиристор может быть или полностью в открытом состоянии, или полностью в закрытом. Отсюда следует основное предназначение тиристоров в качестве электронного ключа, выполняющего функцию включения (замыкания) и выключения (размыкания) электрических цепей.

Основные отличия

Несмотря на структурную схожесть, транзистор и тиристор существенно отличаются друг от друга:

• Транзисторы состоят из трёх полупроводниковых p и n слоёв, а тиристоры, как минимум, из четырёх.
• У транзистора присутствует два p—n-перехода, а у тиристора не менее трёх.
• Имеется существенное различие вольт-амперных характеристик.
• Транзистор может работать в линейном режиме, то есть, в режиме усиления поданного на него сигнала. Тиристор — это фактически переключатель, имеющий два состояния — «включен» или «выключен».
• Тиристор относится к классу устройств с внутренней положительной обратной связью, которая является следствием его внутренней структуры. В транзисторе внутренняя связь отсутствует.
• Транзистор используется чаще в цепях постоянного и переменного тока, а тиристор в основном в цепях переменного тока.

Заключение

Биполярный транзистор отличается от тиристора, прежде всего, структурными особенностями, связанными с разным количеством p—n-переходов в составе устройств. Свойства тиристора используются в схемах коммутации и управления электрическими приборами в широком диапазоне мощностей. На базе физических характеристик транзисторов создаются дискретные устройства усиления, генерации, коммутации, а также интегральные схемы.

Почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры

В современной электронике использование транзисторов в инверторах является предпочтительным, поскольку они имеют много преимуществ перед тиристорами.

Во-первых, транзисторы имеют более высокую электрическую изоляцию и низкую чувствительность к помехам, что обеспечивает более надежную работу инвертора.

Во-вторых, транзисторы имеют более высокую скорость реакции и более высокую мощность, чем тиристоры, что позволяет использовать их в более сложных и высокоэффективных системах.

Наконец, транзисторы имеют меньшую стоимость производства и легче для массового производства, чем тиристоры, что делает их более доступными для широкого круга потребителей.

В целом, транзисторы являются более эффективным и предпочтительным выбором для использования в современных инверторах, благодаря их высокой надежности, скорости реакции, мощности и доступности.

Хотя тиристоры имеют свои преимущества, они уступают транзисторам в многих важных аспектах, таких как надежность и эффективность.

Тиристоры относятся к полупроводниковым приборам структуры p-n-p-n, и принадлежат, по сути, к особому классу биполярных транзисторов, четырехслойных, трех (и более) переходных приборов с чередующейся проводимостью.

Устройство тиристора позволяет ему работать подобно диоду, то есть пропускать ток лишь в одном направлении.

И также как у полевого транзистора, у тиристора имеется управляющий электрод. При этом как диод, тиристор имеет особенность, — без инжекции неосновных рабочих носителей заряда через управляющий электрод он не перейдет в проводящее состояние, то есть не откроется.

Упрощенная модель тиристора позволяет нам понять, что управляющий электрод здесь аналогичен базе биполярного транзистора, однако имеется ограничение, которое заключается в том, что отпереть то тиристор с помощью этой базы можно, а вот запереть нельзя.

Тиристор, как и мощный полевой транзистор, конечно может коммутировать значительные токи. И в отличие от полевых транзисторов, мощности, коммутируемые тиристорами, могут исчисляться мегаваттами при высоких рабочих напряжениях. Но имеют тиристоры один серьезный недостаток — значительное время выключения.

Для того чтобы запереть тиристор, необходимо прервать или сильно уменьшить его прямой ток на достаточно продолжительное время, за которое неравновесные основные рабочие носители заряда, электронно-дырочные пары, успели бы рекомбинировать или рассосаться. Пока не прерван ток, тиристор будет оставаться в проводящем состоянии, то есть будет продолжать вести себя как диод.

Схемы коммутации переменного синусоидального тока обеспечивают тиристорам подходящий режим работы — синусоидальное напряжение смещает переход в обратном направлении, и тиристор автоматически запирается. Но для поддержания работы прибора, на управляющий электрод необходимо в каждом полупериоде подавать отпирающий управляющий импульс.

В схемах с питанием на постоянном токе прибегают к дополнительным вспомогательным схемам, функция которых — принудительно снизить анодный ток тиристора, и вернуть его в запертое состояние. А поскольку при запирании рекомбинируют носители заряда, то и скорость переключения тиристора сильно ниже, чем у мощного полевого транзистора.

Если сравнить время полного закрытия тиристора с временем полного закрытия полевого транзистора, то разница достигает тысяч раз: полевому транзистору чтобы закрыться нужно несколько наносекунд (10-100 нс), а тиристору требуется несколько микросекунд (10-100 мкс). Почувствуйте разницу.

Конечно, есть области применения тиристоров, где полевые транзисторы не выдерживают конкуренции с ними. Для тиристоров практически нет ограничений в предельно допустимой коммутируемой мощности — это их преимущество.

Тиристоры управляют мегаваттами мощности на больших электростанциях, в промышленных сварочных аппаратах они коммутируют токи в сотни ампер, а также традиционно управляют мегаваттными индукционными печами на сталелитейных заводах. Здесь полевые транзисторы никак не применимы. В импульсных же преобразователях средней мощности полевые транзисторы выигрывают.

Долгое выключение тиристора, как говорилось выше, объясняется тем, что будучи включенным, он требует для выключения снятия коллекторного напряжения, и подобно биполярному транзистору, у тиристора уходит конечное время на рекомбинацию или удаление неосновных носителей.

Проблемы, которые вызывают тиристоры в связи с этой своей особенностью, связаны прежде всего с невозможностью переключения с высокими скоростями, как это могут делать полевые транзисторы. А еще перед подачей на тиристор коллекторного напряжения, тиристор должен обязательно быть закрытым, иначе неизбежны коммутационные потери мощности, полупроводник чрезмерно при этом нагреется.

Иначе говоря, предельное dU/dt ограничивает быстродействие. График зависимости рассеиваемой мощности от тока и времени включения иллюстрирует эту проблему. Высокая температура внутри кристалла тиристора может не только вызвать ложное срабатывание, но и помешать переключению.

В резонансных инверторах на тиристорах проблема запирания решается сама собой, там выброс напряжения обратной полярности приводит к запиранию тиристора, при условии, что воздействие это достаточно длительное.

Так выявляется главное преимущество полевых транзисторов перед тиристорами. Полевые транзисторы способны работать на частотах в сотни килогерц, и управление сегодня не является проблемой.

Тиристоры же будут надежно работать на частотах до 40 килогерц, ближе к 20 килогерцам. Это значит, что если бы в современных инверторах использовались тиристоры, то аппараты на достаточно высокую мощность, скажем, на 5 киловатт, получались бы весьма громоздкими.

В этом смысле полевые транзисторы способствуют тому, что инверторы получаются более компактными за счет меньшего размера и веса сердечников силовых трансформаторов и дросселей.

Чем выше частота, тем меньшего размера требуются трансформаторы и дроссели для преобразования одной и той же мощности, это знает каждый, кто знаком со схемотехникой современных импульсных преобразователей.

Безусловно, в некоторых применениях тиристоры оказываются очень полезными, например диммеры для регулировки яркости света, работающие на сетевой частоте 50 Гц, в любом случае выгоднее изготавливать на тиристорах, они получаются дешевле, чем если бы там применялись полевые транзисторы.

А в сварочных инверторах, например, выгоднее использовать полевые транзисторы, именно в силу простоты управления переключением и высокой скорости этого переключения. Кстати, при переходе с тиристорной схемы на транзисторную, несмотря на большую стоимость последних, из приборов исключаются лишние дорогостоящие компоненты.

• Что такое монтажные схемы и где они применяются
• Полярные и неполярные конденсаторы — в чем отличие
• Цветовая маркировка проводов

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

чем транзистор от тиристора отличается?)))

Транзистор и тринистор (тиристор) отличаются в первую очередь строением кристалла и количеством PN переходов, у транзистора их 2 у тринистора 3. Транзистор предназначен прежде всего для управления в цепи постоянного тока, тринистор же наоборот в большинстве случаев применяется в цепях переменного тока, то есть как активные диодные мосты для преобразования переменного тока в постоянный с возможностью регулировки напряжения.

Александр БелоевУченик (196) 3 года назад
Нифига, у транзистора их тоже 3! ..еще лучшим ответом сделали. .
Остальные ответы
тиристор — управляемый диод
. написанием и назначением

транзистор – полностью управляемый вентиль, может быть открытым; закрытым; приоткрытым (линейный режим)
тиристор – полу управляемый может быть открытым или закрытым. Он может пропускать очень большие токи при этом имеет очень маленькую мощность управления, за это его и ценят, но его нельзя закрыть пока проходящий через него ток не станет меньше тока удержания.

Тем, что у транзистора есть линейный режим работы, а у тиристора — нет. Транзистор может нормально усиливать входной сигнал, при этом выходной будет пропорционален входному (это и есть линейный режим) . Тиристор, благодаря внутренней положительной обратной связи, — принципиально ключевой элемент. Он может находиться либо в закрытом состоянии, либо в открытом.

В чем отличие работы тиристора и транзистора?

Транзисторы – распространенные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а также микросхем. Главное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Изменяя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще довольно распространенный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом в принципе отличается от транзисторов. В этой небольшой статье путем сравнения рассмотрены эти различия.

За основу возьмем простую схему с лампочкой. Коммутируя малый ток в цепи управляющего электрода будем управлять в разы большим током лампочки.

Вот как выглядит эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. При наличии питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Изменяя величину тока в базе с помощью переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор больше или меньше, меняя таким образом яркость свечения лампочки. Последовательно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не вышел из строя. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, выполненной на тиристоре.

При наличии питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь главное отличие. Мы не можем изменять яркость лампочки изменяя сопротивление в цепи управляющего электрода. Более того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но только в том случае, если ток лампочки протекающий через открытый тиристор будет больше определенного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора свой. Чем мощнее тиристор, тем большее значение тока удержания. Погасить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).

Это главная особенность применения тиристоров и главное их отличие от транзисторов.

Другими словами, тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и достоинство, и недостаток. Достоинство в том, что падение напряжения небольшое и потери ниже, чем, например, у наполовину открытого транзистора. Недостаток в том, что схема управления усложняется.

Тиристоры проще использовать в цепях переменного тока. Мы должны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна спадает, тиристор сам закроется. Задерживая время открывания при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, следовательно, значение тока в нагрузке.

Как пример, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, гаснуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с приходом новой полуволны тиристор не откроется.

Тиристоры целесообразно использовать в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод достаточно подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после окончания импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод снова нужно подавать отпирающий импульс и так далее.

Материал статьи продублирован на видео: