- Diaky: struktura, charakteristiky, požití
- Tyristory: struktura, princip činnosti, základní stavy, způsoby spínání, VA-charakteristiky
- Tyristor ve střídavém a stejnosměrném obvodu, řízené usměrňovače
- Triaky: princip činnosti, charakteristiky, řízení
- IGBT: princip činnosti
1. Tyristor
-
Tyristor je čtyřvrstvá polovodičová spínací součástka se strukturou PNPN, vybavená třemi elektrodami: anodou (A), katodou (K) a řídicí elektrodou (G). Na rozdíl od triaku se jedná o jednosměrnou součástku, která propouští elektrický proud pouze ve směru od anody ke katodě, a to za předpokladu, že je anoda kladná vůči katodě.
-
V klidovém (blokovacím) stavu tyristor nevede elektrický proud. K přechodu do vodivého stavu dochází přivedením proudového impulzu do řídicí elektrody. Tento proces je lavino-vitý a vede k rychlému sepnutí s minimálním úbytkem napětí na přechodu. Charakteristickou vlastností tyristoru je jeho bistabilní chování; po iniciaci sepnutí zůstává součástka ve vodivém stavu i po zániku řídicího signálu.
-
Návrat do nevodivého stavu nastává samovolně v okamžiku, kdy hodnota anodového proudu klesne pod úroveň tzv. přídržného proudu (), nebo dojde-li k přepólování napětí na hlavních elektrodách (komutaci). V technické praxi se tyristory využívají především v řízených usměrňovačích, střídačích, pro regulaci výkonu stejnosměrných motorů a v obvodech pro bez-kontaktní spínání vysokých výkonů.
2. Diak
-
Diak je polovodičová součástka tvořená dvěma PN přechody, která se vyznačuje symetrickým chováním – její funkce je nezávislá na polaritě přiloženého napětí.
-
Při nízkém napětí je diak v nevodivém stavu a prochází jím pouze zanedbatelný proud. Jakmile napětí dosáhne průrazného (spínacího) napětí, obvykle v rozmezí 24–48 V, dojde k prudkému přechodu do vodivého stavu, přičemž jeho dynamický odpor výrazně klesne.
-
Po sepnutí zůstává diak vodivý až do okamžiku, kdy proud klesne pod tzv. držící proud, po jehož dosažení se součástka opět uzavře a přejde zpět do nevodivého stavu.
2.1 Schéma použití diaku
-
Zapojení představuje fázové řízení výkonu střídavého napětí pomocí triaku řízeného přes diak. Kondenzátor C se v každé půlvlně síťového napětí nabíjí přes rezistory a , čímž se vytváří časové zpoždění. Po dosažení průrazného napětí diaku dojde k jeho sepnutí a k přivedení řídicího impulzu na řídicí elektrodu triaku, který se následně sepne.
-
Triak zůstává vodivý po zbytek půlvlny, dokud proud neklesne pod držící hodnotu. Změnou odporu Rg se upravuje doba nabíjení kondenzátoru, a tím i okamžik sepnutí triaku, což umožňuje plynulou regulaci dodaného výkonu do zátěže.
3. Triak
- Triak je tříelektrodová polovodičová součástka určená pro řízení střídavého proudu, kterou lze považovat za dva tyristory zapojené antiparalelně s jednou společnou řídicí elektrodou. Jeho funkce je nezávislá na polaritě přiloženého napětí mezi hlavními elektrodami.
- V klidovém stavu je triak nevodivý. Po přivedení řídicího impulzu na řídicí elektrodu dojde k jeho sepnutí a přechodu do vodivého stavu s nízkým úbytkem napětí. Po sepnutí zůstává triak vodivý až do okamžiku, kdy proud klesne pod držící proud, typicky při průchodu napětí nulou.
- Triaky se běžně používají ve fázových regulátorech výkonu, například pro regulaci osvětlení, otáček motorů nebo výkonu topných těles.
4. IGBT
-
IGBT (Insulated-Gate Bipolar Tranzistor) je hybridní polovodičová spínací součástka, která kombinuje výhody unipolárního tranzistoru řízeného elektrickým polem (MOSFET) na vstupu a bipolárního tranzistoru (BJT) na výstupu. Součástka disponuje třemi elektrodami: kolektorem (C), emitorem (E) a izolovanou řídicí elektrodou (G).
-
Funkce IGBT je založena na napěťovém řízení. V nevodivém stavu je odpor mezi kolektorem a emitorem velmi vysoký. K sepnutí dochází přivedením kladného napětí na řídicí elektrodu vůči emitoru. Jakmile řídicí napětí překročí prahovou hodnotu (), otevře se vodivý kanál a tranzistor přejde do stavu nasycení s nízkým úbytkem napětí. Díky izolované hradlové elektrodě vyžaduje IGBT, podobně jako MOSFET, jen minimální řídicí výkon.
-
Na rozdíl od tyristoru nebo triaku je IGBT plně řiditelná součástka (turn-off device). To znamená, že jej lze kdykoliv vypnout odebráním řídicího napětí na hradle, aniž by bylo nutné čekat na pokles kolektorového proudu k nule.
-
IGBT tranzistory jsou klíčovými prvky ve výkonové elektronice pro aplikace se středním a vysokým výkonem a spínacími frekvencemi v řádu desítek kilohertzů. Typické využití zahrnuje frekvenční měniče pro řízení asynchronních motorů (např. v elektromobilech nebo průmyslových pohonech), střídače ve fotovoltaických elektrárnách, zdroje nepřerušovaného napájení (UPS) a svářečky.
