מדוע הממירים המודרניים משתמשים בטרנזיסטורים, לא בתיריסטורים

תיריסטורים שייכים למכשירי מוליכים למחצה במבנה p-n-p-n, ולמעשה הם שייכים לכיתה מיוחדת טרנזיסטורים דו קוטביים, התקני מעבר ארבע שכבות, שלושה (או יותר) עם מוליכות לסירוגין.

מכשיר התיריסטור מאפשר לו לעבוד כמו דיודה, כלומר להעביר זרם בכיוון אחד בלבד.

וגם כמו טרנזיסטור אפקט שדה, תיריסטור יש אלקטרודת בקרה. יתרה מזאת, כדיודה, לתייריסטור יש ייחודיות - ללא הזרקת נושאי מטען פועלים של מיעוט דרך אלקטרודת הבקרה היא לא תעבור למצב הולכה, כלומר היא לא תיפתח.

מודל ת'וריסטור מפושט מאפשר לנו להבין שאלקטרודת השליטה כאן דומה לבסיס של טרנזיסטור דו קוטבי, עם זאת, קיימת מגבלה שאפשר לפתוח את נעילת התיריסטור באמצעות בסיס זה, אך לא ניתן לנעול אותו.

טיריסטור, כמו טרנזיסטור אפקט שדה רב עוצמה, יכול כמובן לעבור זרמים משמעותיים. ובניגוד לטרנזיסטורים מאפקט שדה, ניתן למדוד את הספקים המותאמים של תיריסטור במגה וואט במתחי פעולה גבוהים. אך לתיריסטים יש חיסרון אחד רציני - זמן כיבוי משמעותי.

על מנת לנעול את התיריסטור, יש צורך להפריע או להפחית באופן משמעותי את הזרם הישיר שלו למשך זמן ארוך מספיק, שבמהלכו נשאיות המטען העיקרי שאינן מאוישות, זוגות חור אלקטרונים, יספיקו לשלב מחדש או לפתור. עד שלא יופסק הזרם, התייריסטור יישאר במצב מוליך, כלומר הוא ימשיך להתנהג כמו דיודה.

מעגלי מיתוג זרם זרם סינוסואידי מספקים לתיריסטורים מצב הפעלה מתאים - מתח סינוסואידי מהווה את המעבר בכיוון ההפוך, והתיריסטור ננעל אוטומטית. אך כדי לשמור על פעולת המכשיר, יש צורך להפעיל דופק שליטה נעילה על אלקטרודת הבקרה בכל מחזור מחזור.

במעגלים בעלי הספק DC הם נוקטים למעגלי עזר נוספים שתפקידם להפחית בכוח את זרם האנודה של התיריסטור ולהחזירו למצב הנעול. ומכיוון שנשאי מטען מתחברים מחדש כאשר נעולים, מהירות המיתוג של תיריסטור נמוכה בהרבה מזו של טרנזיסטור אפקט שדה רב עוצמה.

אם נשווה את זמן הסגירה המלא של התיריסטור לזמן הסגירה המלא של טרנזיסטור אפקט השדה, ההבדל מגיע לאלפי פעמים: טרנזיסטור אפקט שדה זקוק למספר ננו-שניות (10-100 נ"ס) כדי להיסגר, ותיריסטור דורש מספר מיקרו-שניות (10-100 מיקרו-שניות). מרגיש את ההבדל.

כמובן, ישנם תחומי יישום של טיריסטורים בהם טרנזיסטורים להשפעת שדה אינם עומדים בתחרות איתם. עבור תיריסטורים, כמעט ואין מגבלות על כוח המיתוג המותר המרבי - זה היתרון שלהם.

תיריסטורים שולטים במגה וואט כוח בתחנות כוח גדולות, במכונות ריתוך תעשייתיות הם מחליפים זרמים של מאות אמפר, והם גם מסורתיים שולטים בתנורי אינדוקציה של מגה וואט בטחנות פלדה. כאן טרנזיסטורים לאפקט שדה אינם ישימים בשום דרך. בממרים פועמים בעלי עוצמה בינונית, טרנזיסטורים מאפקט שדה מנצחים.

כיבוי ממושך של התיריסטור, כאמור, מוסבר על ידי העובדה שכאשר הוא מופעל, הוא דורש להסיר את מתח האספנים, וכמו טרנזיסטור דו קוטבי, התיריסטור לוקח זמן מוגבל לשלב מחדש או להוביל נשאי מיעוט.

הבעיות הגורמות לתיריסטורים בקשר למוזרות זו קשורות בעיקר לחוסר היכולת לעבור במהירות גבוהה, כפי שעשויים לעשות טרנזיסטורים בהשפעת שדה.ועוד לפני שמתח המתח של האספנים מוחל על התיריסטור, יש לסגור את התיריסטור, אחרת איבוד כוח מיתוג הוא בלתי נמנע, מוליך המוליכים למחצה יתר על המידה.

במילים אחרות, ה- DU / dt המגביל מגביל את הביצועים. עלילת פיזור כוח כפונקציה של זרם ומועד ממחישה בעיה זו. הטמפרטורה הגבוהה בתוך גביש הטיריסטור יכולה לא רק לגרום לאזעקת שווא, אלא גם להפריע למיתוג.

בממירים מהדהדים על תיריסטורים, בעיית הנעילה נפתרת מעצמה, כאשר גל הקוטביות ההפוכה מוביל לנעילת התיריסטור, בתנאי שהחשיפה ארוכה למדי.

זה חושף את היתרון העיקרי של טרנזיסטורים בהשפעת שדה על פני טיריסטורים. טרנזיסטורי אפקט שדה מסוגלים לפעול בתדרים של מאות קילוהרץ, והשליטה כיום אינה בעיה.

תיריסטורים יעבדו באופן אמין בתדרים של עד 40 קילוהרץ, קרוב יותר ל 20 קילוהרץ. המשמעות היא שאם משתמשים בתיריסטורים בממירים מודרניים, אז מכשירים בעלי הספק גבוה מספיק, נניח, 5 קילוואט, היו מסורבלים מאוד.

במובן זה, טרנזיסטורים בהשפעת שדה הופכים את הממירים לקומפקטיים יותר בגלל הגודל והמשקל הקטן יותר של ליבות שנאי הכוח והחנקים.

ככל שהתדירות גבוהה יותר, כך הגודל הנדרש שנאים ונחנקים להמרת אותו כוח הוא ידוע לכל מי שמכיר את מעגלי ההמרה המודרניים של הדופק.

כמובן שביישומים מסוימים תיריסטורים הם מאוד שימושיים, למשל עמעום להתאמת בהירות האורהפועל בתדירות רשת של 50 הרץ, בכל מקרה, כדאי יותר לייצר על טיריסטורים, הם זולים יותר מאשר אם נעשה שימוש שם בטרנזיסטורים להשפעת שדה.

ובתוך ממירי ריתוךלדוגמא, משתלם יותר להשתמש בטרנזיסטורי אפקט שדה, דווקא בגלל קלות השליטה במיתוג והמהירות הגבוהה של מיתוג זה. אגב, בעת מעבר מטיריסטור למעגל טרנזיסטור, למרות העלות הגבוהה של אלה האחרונים, רכיבים יקרים מיותרים אינם נכללים במכשירים.