Özellikle yüksek güç harcayan devrelerde devrenin elektriğini kesip açmak büyük sorun olur.Bu devreleri açmak için zaman zaman röle kullanılsa da gerek röle kontaklarının oksitlenmesi gerekse röle hızının bazı devrelerde yetersiz kalması bizi başka çözüm arayışlarına iter. Bazen de büyük bir DC motorun hız kontrolü gereklidir. Bunu transistör ile yapmaya kalkarsak biraz verim sorunları yaşarız. Bir sürü neden sayabiliriz hızlı, hafif, ucuz… bir anahtarlama elemanını kullanmak için. Tabi ki yarı iletken bir anahtardan söz ediyoruz.
Bu tür ve daha pek çok farklı işleri yapan ailenin genel adı THYRISTOR ailesidir.
Tristörler fonksiyonlarına göre ve yapılarına göre hatta bacak sayılarına göre pek çok türe ayrılırlar. Bunlardan bazıları çok yaygın olarak kullanılmasına rağmen bazılarının kullanımı çok dar alanlarla sınırlıdır.
Detaylı bilgi için ” Tristör Nedir ? “ Sayfasını İnceleyin
Tristörlerin ortak özellikleri;
1- Fiziksel ölçüleri kontrol ettikleri güce göre çok küçüktür.
2- Ömürleri, yarı iletken oldukları için teorik olarak sonsuzdur.
3- Çok az ısındıkları için fazla soğutma problemleri yoktur.
4- Ateşleme için küçük gerilimler yeterlidir.
5- Çok az kayıpla çalışırlar, verimleri yüksektir.
6- Yarı iletken oldukları için mekanik darbelere karşı duyarsızdırlar.
7- Bakım gerektirmezler
8- t/2 saniyede açılabilir ve birkaç mikrosaniyede kapanabilirler.
Tristörlerin genel olarak türleri;
1- Tek yönlü akım ileten tristörler
a- SCR Silicon Controlled Rectifier yada Silikon Kontrollü Doğrultucu.
b- SUS Silicon Unidirectional Switch yada Silikon Tek yönlü Anahtar .
c- PUT Prgrammable Unijunction Transistor yada Programlanabilir Tek jonksiyonlu (bağlantılı) Transistör.
Yukarıdaki 1. gurub aslında bu kadar kısa değil. Bu türlerin kendi içlerinde de ışığa vs. duyarlı türleri de bulunmaktadır. Yukarıdaki gurup tek yönlü akım ileten tristörlerin en temel üyeleridir.
2-Çift yönlü akım ileten tristörler
a- DIAC
b- TRIAC
2. gurupta da daha başka elemanlar da olmasına rağmen DIAC ve TRIAC temel elemanlardır.
Şimdi bunların bazılarının basit çalışma şekillerini ve bazı uygulamalarını inceleyelim.
SCR
SCR, silisyumla yapılmış 4 katmanlı yarıiletken bir elemandır.
Bu katmanları oluştururken Gate (kapı) BJT transistör imalatındaki beyzler gibi ince yapılmaz. SCR nin çalışmasını anlamak için daha basit olan BJT transistör modeli kullanılır. Buna göre bir SCR iki BJT transistörden oluşmaktadır.
Transistörden oluşan modeli incelediğimizde, T1 transistörünün beyzi ile yani GK ya, T2 transistörünün emitörü arasına yani K (Katot) arasına pozitif bir gerilimin bir an için uygulandığını düşünelim. Buna ateşleme denir. Bu anda T1 transistörü iletime geçerek T2 transistörünün beyzi ile kollektörünü birleştirecektir. Yani PNP olan T2 transistörünün kollektörü ile beyzi T1 transistörünün emitör gerilimine çekilecektir. Bunun sonucu olarak da T2 transistörü iletime geçecek ve T2 transistörünün emitöründen ya da SCR nin Anodundan T1 transistörünün emitörüne doğru yada SCR’nin Katoduna doğru bir akım akmaya başlayacaktır.
Anod akımı akmaya başladığı durumda her iki transistörün beyz ile kollektörleri diğeri tarafından kısa devre edilmiş durumdadır. Bu anda SCR nin gate sine uygulanan pozitif gerilimi kaldırsak bile Anod akımı akmaya devam edecektir. Yani SCR ateşlendikten sonra ateşleme gerilimi ortadan kalksa bile anod akımı akmaya devam edecektir.
Yukarıdaki iki paragrafta anlattığım olayları grafik üzerinde gösterirsek SCR nin karakteristik eğrisini elde ederiz.
SCR nin karaktestik eğrisindeki terimlerin anlamları;
IA: Anod akımı
iF: O anki en büyük anod akımı
IH: SCR yi açık (ON) durumunda tutan akım yada tutma akımı.
iR: En büyük negatif kapama (OFF) akımı.
VRSL: En büyük negatif kapama gerilimi.
VF: Geçirme durumunda (On durumunda) anod – katod gerilimi.
VFmin: Geçirme durumundaki minimum (On durumunda) anod – katod gerilimi.
V(BO): Devrilme (anod – katod arası iletime geçilme) gerilimi. Bu an IG akımı akar.
V(BO)0: Devrilme (anod – katod arası iletime geçilme) gerilimi. Bu an IG akımı yoktur.
Bir SCR nin ateşlenmesi için basit yöntemler vardır. Aslında bu yöntemler bütün tristörler için de geçerlidir. Bu yöntemler;
1- Yüksek gerilimle ateşleme:
Bu durumda tristörün Anodu ile katodu arasına yeteri kadar bir yüksek gerilim uygulamakla yapılan ateşleme türüdür. VA >= V(BO) oluşması yeterlidir. Bu tür ateşleme genellikle tristör türlerinden dört katlı diyot yapılarından SCHOKLEY ve DIAC larda kullanılır.
2- (dv/dt) ateşlemesi:
Her PN birleşimi arasında bir kapasitans vardır. PN birleşimin yüzeyleri büyüdükçe bu kapasitans ta artar. Tristörün ateşlenmesi için herhangi bir gate akımı uygulanmadan Anod – Katod arasına bir pals gerilimi uygulanır. Bu pals gerilimi tristörün PN birleşimleri arasındaki kapasiteleri dolduran ani bir akım oluşturur. Bu akım tyristörün ON olma zamanından daha hızlı ise tristör iletime geçer.
3- Termik ateşleme:
Bir PN birleşimde yüzey sıcaklığının her 80oC artması sızıntı akımını yaklaşık iki kat arttırır. Eğer tristör üzerindeki sıcaklık yeteri katar arttırılırsa devrilme gerilimi olan V(BO)azalır ve tristör iletime geçer.
4- Kumanda ile ateşleme:
Bu ateşleme yöntemi özellikle SCRler de yaygın olarak kullanılır. SCR’nin gate ile katodu arasına yeterli gerilim uygulanarak yapılır.
Söndürme Yöntemleri:
Bir tristörü söndürmek (Anod akımını durdurmak) için üzerinden geçen akımı, tutma akımının altına düşürmekle gerçekleştirilir.
1- Kumanda akımı ile söndürme:
Genellikle küçük tristörler için geçerlidir. Gate – Katot arasına uygulanan ters kumanda akımı ile gerçekleşir. Büyük akım geçen devrelerde kullanılmaz.
2- Komütasyon gerilimi ile söndürme:
Bu yöntemde tristör üzerinden geçen akım bir an için sıfır yapılır. IA akımı sıfır olduğu zaman tristör kendiliğinden söner. Anod akımı sıfır yapmak için anod akımını oluşturan kaynak gerilimi ters olarak uygulanmalıdır. Kaynak gerilimi kendiliğinden tersine dönemez. Bunu gerçekleştirmek için tristörün anodu ile katodu arasına bir komütasyon devresi yapılır. Komütasyon devresi içinde bir bobin vardır. Komütasyon devresi içindeki S anahtarı kapatıldığında LK bobini üzerinde oluşan gerilim ile komütasyon gerilimi olan VK gerilimi toplanarak ters yönde tristör üzerine uygulanır. Tristör üzerine uygulanan bu ters gerilim bir an için IA akımını yok eder ve tristör OFF olur.
Bu tür komütasyon devrelerinde kapatma gerilimi çok fazla olursa tristör tahrip olabilir.
