ماهو الثايرستور ؟

يعد الثايرستور واحداً من أقدم عناصر اشباه الموصلات Semiconductors حيث تم تصنيعه في عام 1958 أول مرة من طرف شركة أمريكية General Electrics وهو الأكثر استعملاً في دوائر الكترونيات القوى. يتكون الثايرستور من أربع طبقات وله ثلاث أطراف: الأنود أو المصعد Anode (A) الكاثود أو المهبط Cathode (K) و البوابة Gate (G) .

هناك اسم آخر للثايرستور وهو موحد سيلكون يمحكوم Sillicon Controlled Rectifier (SCR)  ، بالنسبة للرمز المستعمل للدلالة على الثايرستور فهو يشبه المستخدم لعنصر الدايود ولكن له طرف إضافي يسمي بالبوابة. يدل اتجاه السهم في الرمز على اتجاه التيار المار من خلال الثايرستور عندما يكون في حالة التوصيل ON State .

حالات الثايرستور States of a thyristor

للثايرستور حالتان : حالة الانحياز الأمامي Forward biased State وحالة الانحياز العكسي أو الخلفي Reverse biased state .  ، يطلق على الثايرستور أنه في الحالة الأولى عندما يكون جهد أنوده أعلى من جهد كاثوده . أما في الحالة العكسية فيكون الثايرستور في الانحياز العكسي ( الخلفي).

خواص الثايرستور الإستاتيكية

للمعرفة خواص الثايرستور الإستاتيكية  Static Characteristic of a thyristor ، ينبغي دراسة سلوك الثايرستور في حالتي الانحياز الأمامي والخلفي.

في الحالة الأولى (الانحياز الأمامي) يكون جهد الأنود بالنسبة للكاثود موجباً وبالتالي تكون الوصلتان J1 و J2 في حالة الانحياز الأمامي والوصلة J2 في الانحياز العكسي. تعيق الوصلة الأخيرة مرور التيار من الأنود إلى الكاثود وتسمح لتيار صغير جدا بالمرور من خلال الثايرستور. يعرف هذا التيار بـ

تيار التسريب الأمامي  Forward leakage current ، ويصبح الثايرستور عندئذ في  حالة القطع الأمامي Forward Blocking (off) state  الجزيء OA في الرسم التالي :

إذا ازداد جهد الأنود إلى جهد الكاثود إلى أن يصل قيمة كبيرة جداً تدعى بقيمة  جهد الانهيار Forward Breakdown Voltage ، فإن الوصلة J2 تنكسر ،ويحدث انخفاض مفاجئ في مقاومة الثايرستور حيث تصبح قيمتها صغيرة مما يؤدي إلى مرور التيار عبر الثايرستور من الأنود إلى الكاثود وبذلك نحصل على حالة  التوصيل الأمامي On state ، الجزيء BC في الرسم البياني.

تقل قيمة جهد الانهيار الأمامي والذي يحصل عنده انكسار الوصلة J2 مع زيادة تيار البوابة وبذلك يمكن القول على أن تطبيق النبضة في البوابة يسهل عملية اشعال الثايرستور.

يجب الإشارة هنا إلى أنه بعدما يكون الثايرستور في التوصيل حتى ولو فصلنا البوابة. فالطريقة المستعملة لتوقيف الثايرستور عن العمل هي التقليل في التيار المار من خلال الثايرستور إلى ان يصل إلى قيمة أقل من قيمة

تيار الإمساك IH) ) Holding Current

أما في الحالة الثانية ( الانحياز العكسي ) يكون جهد الأنود بالنسبة للكاثود سالب وبالتالي بكون الوصلة J2 في الانحياز الأمامي والوصلتان J1 ، J3 في الانحياز العكسي. تقاوم الوصلتان الاخيرتان مرور التيار من الكاثود إلى الانود ولا يمر سوى تيار صغير جداً يسمى بتيار

التسرب العكسي Reverse leakage current

ذي قيمة اقل بكثير من قيمة تيار التسرب الأمامي الجزئOD في الرسم البياني.

إذا ازداد جهد الكاثود بالنسبة للأنود بقيم موجبة إلى أن يصل إلى قيمة تدعى بقيمة جهد الانهيار العكسي يحصل انهيار الثايرستور Avalanche فيتلف ولا يعد صالحاً للاستعمال مرة أخرى الجزئ DE كما موضح في الرسم البياني.

الخواص المثالية للثايرستور

عندما يكون الثايرستور في حالة التوصيل فإنه يسلك سلوك مفتاح مغلق حيث يسمح للتيار الكهربائي بالمرور من الأنود إلى الكاثود ( الاتجاه الموجب الافتراضي للتيار) ويصبح عندئذ الجهد طرفيه مساوياً للصفر الجزئ OA في الصورة التالية.

أما في حال كان الثايرستور في حالة القطع فيعمل عمل مفتاح حيث لا يسمح لأي تيار بالمرور. وبالتالي يمكن القول أنه ليس هناك تيار التسريب في الحلات المثالية. أما الجهد على طرفيه فيمكن أن يكون موجباً في حالة القطع الأمامي (الجزء OC ) أو سالباً في حالة القطع العكسي (الجزء OB في كما موضح في الصورة السابقة.

طريقة إشعال الثايرستور Methods of triggering a thyristor

تؤدي  الزيادة في درجة حرارة الثايرستور أو تسلطه إلى حزمة ضوئية إلى زيادة في عدد الالكترونيات والفجوات مما يسبب إشعال الثايرستور . يجب تجنب طريقة تعرض الثايرستور إلى درجة حرارة عالية لأنها يمكن أن تؤدي إلى فساد العنصر. يعرف الثايرستور الذي يتم إشعاله عن طريق الضوء بالموحد السليكوني المحكوم المثار بالضوء Light Activated Silicon Controlled Rectifier (LASCR).

الإشعال بالجهد العلي  High voltage triggering

لقد ذكرنا سابقاً عن دراسة خواص الثايرستور أنه عندما يصبح الجهد على طرفيه أكبر يساوي قيمة جهد الانهيار الأمامي يحصل تغير مفاجئ في مقاومة الثايرستور حيث تصبح قيمتها صغيرة ويسمح بمرور كل التيار من الأنود إلى الكاثود. ينصح عملياً تطبيق نبضة على البوابة لتفادي استخدام جهود عالية لإشعال الثايرستور.

الاشعال بمعدل الجهد المسلط  dv/dt triggering

لقد افترض حتى الآن أن الجهد المطبق على الثايرستور يزداد بالتدريج. ولو سمح لهذا التغير بالزيادة بصفة مفاجئة فهذا يؤدي إلى اشعال الثايرستور دون الحاجة إلى استخدام طرف القدح المعروف الأخرى. إن هذا النوع من الإشعال ضار للثايرستور، ويمكن تجنبه بتحديد معدل تغير الجهد الأمامي dv/dt الذي يتراوح بين 20 و200 فولت لكل ميكرو ثانية في الثايرستورات الاعتيادية.

الإشعال بالبوابة Gate triggering

عندما يكون الجهد على طرفي الثايرستور موجباً ( المربع الأول من الخواص) يكتفي أن نمرر عبر البوابة تياراً ذا قيمة كافية عادة مابين0.1 إلى 50 ميلي امبير وذلك بتطبيق جهد موجب بين البوابة والكاثود لجعله موصل.