riyadh6293
| | | ط¹ط¶ظˆ ط£ط³ط§ط³ظٹ | ط§ظ„ظ…ط´ط§ط±ظƒط§طھ: 50121
ظ†ظ‚ط§ط· ط§ظ„طھظ…ظٹط²: 12896 | | ظ…ط¹ط¯ظ„ ط§ظ„ظ…ط´ط§ط±ظƒط§طھ ظٹظˆظ…ظٹط§: 8.3 | | ط§ظ„ط£ظٹط§ظ… ظ…ظ†ط° ط§ظ„ط¥ظ†ط¶ظ…ط§ظ…: 6017 | | |
الثايرستور
بداية إكتشافنا للثايرستور كانت بابتكار موحد مكون من أربع طبقات PNPN diode أو كما يطلق عليه Shockley diode نسبة لإسم مخترعه "وليم شوكلى William Shockley" - وهو مختلف تماما عن موحد شوتكى Schottky diode وهو الموحد المكون من طبقتين والمعروف بسرعة العالية عند إستخدامه كمفتاح -
وشكل موحد الشوكلى كما نراه فى معظم المراجع يظهر كساندويتش من أربع طبقات P-N-P-N
وهذا الشكل للأسف لا يمكن للمشاهد من خلاله تصور ميكانيكية العمل لهذا الموحد لذا فإنه يمكننا تخيله على الشكل التالى :
والشكل السابق يظهر لنا بأن هذا الموحد الشوكلى يتكون ضمنيا من ترانزستوران two bipolar transistors أحدهما من نوع NPN والأخر من نوع PNP . وبذلك يمكن تبسيط الرسم إلى :
والأن دعنا نصل هذا الشوكلى بمصد تغذية مستمر
بالطبع . عندما لا يكون هناك جهد يغذى الدارة فإنه لا وجود للتيار فيها
وحتى عندما نبدأ بزيادة الجهد فإن التيار لن يمر بالدرة لأن الترانزستوران غير قادران على العمل (كلاهما فى حالة الفطع cutoff mode)
وطبعا فإن الترانزستور يمكنه الخروج من حالة القطع تلك والعمل كمفتاح مغلق عندما يمر تيارا مناسبا فى وصلة القاعدة.
وهذا لم يحدث فى دارتنا هذه لأن الترانزستور العلوى تغذى قاعدته من الترانزستور السفلى والترانزستور السفلى تغذى قاعدته من الترانزستور العلوى.
أى لن يعمل أى من الترانزستوران دون أن يعمل الآخر قبلا !!!!!! ولكن كيف يعمل إذا هذا الموحد ؟
الإجابة تكمن فى معرفة الفرق بين عمل الترانزستور الحقيقى (المباع فى الأسواق) والترانزستور المثالى (المصمم على الورق). فالترانستور المثالى لن يمرر تيارا بين الوصلتين باعث-مجمع دون وجود تيارا على قاعدته.
أما الترانزستور الحقيقى تنهار وصلة الباعث-المجمع عند زيادة فرق الجهد عليها عن حد معين.
لذا فإن الشوكلى دايود (بتصوره كترانزستوران) سيعمل إذا زاد فرق الجهد الموضوع بين مصعده Anode ومهبطه Cathode حتى ينهار أحد الترانزستوران.
وعندما يحدث ذلك (إنهيار أحد الترانزستوران موصلا التيار بين وصلتى المجمع-الباعث) فإن القاعدة للترانزستور الأخر ستغذى بتيار مناسب سيكفى لعمله كمفتاح مغلق.
وهكذا دواليك .. سيظل كلا من الترانزستوران يدفع الأخر للعمل موفرا له تيار القاعدة المناسب.
والسؤال الأن : كيف يمكننا إيقافهما عن العمل مرة أخرى ؟ (جعلهما فى الحالة off)
وللإجابة على هذا السؤال دعونا نرسم العلاقة بين الجهد V والتيار I الماران خلال موحد الشوكلى عند تغيير جهد المصدر.
1- عندما لا يوجد دخل سيكون كلا من الجهد والتيار = 0
2- بزيادة الجهد من القيمة (صفر) حتى ما قبل جهد الإنهيار سيظل التيار المار فى الدارة مساويا للصفر تقريبا .
3- عند زيادة الجهد إلى جهد الإنهيار سيبدأ الترازستوران بالعمل ليزيد التيار المار فى الدارة إلى حده الأقصى (حيث أن الشوكلى فى يمثل مفتاح مغلق ON).
ويظل كلا من الترانزستوران يدفع الأخر للعمل بتغذية قاعدته بتيار مناسب (لاحظ التغذية العكسية الموجبة فى هذه الحالة) حتى ولو تم إنقاص جهد التغذية
4- ولكن : لو أصبح جهد التغذية صغيرا جدا بحيث لن يستطع التيار المأخوذ منه (والمار فى الوصلة باعث-مجمع فى أحد الترانزستوران) تغذية القاعدة للترانزستور الأخر . فإن الموحد شوكلى سيترك حالة الغلق ON إلى حالى الفتح OFF .
ولعلك ترى هذا المنحنى المغلق لأول مرة والذى يسمى منحنى ال hysteretic حيث يزيد أحد المتغيرين ويقل مع زيادة الأخر ويكون طريق العودة مختلفا عن طريق الذهاب.
ومن الشرح السابق يتضح لنا بأن موحد الشوكلى يمثل مفتاح له حالتين فقط وهما الفتح OFF والغلق ON وهكذا كل عائلة الثايرستورات .
ومن المصطلحات التى ستقابلك كثيرا عندما ستقرأ عن الشوكلى أو الثايرستور :
1- "latched" أو حالة الإمساك وهذه الكلمة تصف حالة الغلق ON فى الشوكلى خاصة أو فى الثايرستورات عامة وتعنى بأن الشوكلى سيظل فى حالة الغلق مادمنا وضعناه فيها.
2- "Firing" وهى كلمة تصف بداية الحالة "Latch" -حالة الإغلاق- والتى ستتحقق عندما يزيد الجهد المسلط على الشوكلى عن جهد الإنهيار للترانزستور.
ومن الجدير بالإشارة أيضا بأنه توجد طريقة أخرى لجعل الشوكلى يبدأ فى حالة الإغلاق ON وذلك بزيادة الجهد عليه بصورة مفاجئة فى زمن قصير وذلك بسبب وجود مكثف فى الدائرة المكافئة للشوكلى (يطلق عليه المكثف الطفيلى) والذى يمكنه توفير تيار كافى عند التفريغ لعمل الشوكلى .
وهذه الطريقة تعتبر غير مرغوب فيها لأنها تسبب عمل الشوكلى عند حدوث أى علو غير متوقع فى الجهد وخاصة عند فتح وغلق مصد التغذية فى الدارة .
ولذا فإننا يمكننا تجنب مساوىء هذه الخاصية بفلترة الترددات العالية (الناتجة عن التغير المفاجىء للجهد) بالمرشح الموضح فى الشكل التالى :
ومن فكرة الشوكلى ظهر عنصر جديد يسمى الدياك DIAC. وظهر الدياك للحاجة لمفتاح مزدوج الإتجاه Bidirectional حيث أن الشوكلى يعتبر مفتاح وحيد الإتجاه Unidirectional .
والدياك عبارة عن وحدتين من الشوكلى متصلين على التوازى وباتجاهين مختلفين :
والدياك يعمل تماما مثل الشوكلى عندما يعمل فى دوائر التيار المستمر DC . أما فى حالة التيار المتردد AC فإن الأمر يختلف حيث أن التيار المتردد يغير إتجاهه كل نصف دورة . ولن يظل الدياك فى حالة الLatch أكثر من نصف دورة للتيار المتردد .
وإذا كان الدياك Latched (مفتاح مغلق) فإنه سيظل ذلك فقط عندما يستطيع الجهد الموجود عليه توفير التيار المناسب ليمر خلاله . وعندما يعكس التيار إتجاهه فإن أحد الموحدين (الشوكلى) سيفتح والأخر سيغلق عند توفر الشروط المناسبة ليكون الخرج فى الصورة التالية :
ملاحظة : لن تجد الدياك وحيدا فى الدوائر العملية ولكنه سيكون مقترنا بأحد الثيروسترات
مقوم التحكم السليكونى The Silicon-Controlled Rectifier أو SCR :
وهو الشكل الذى يظهر به الشوكلى فى معظم الدارات العملية حيث تم إضافة طرف ثالث له يسمى gate
ولو ترك هذا الطرف الثالث دون توصيله فى الدارة disconnected فإن العنصر SCR يعمل كموحد شوكلى (كما سبق شرحه) .
ولكن الطرف المضاف Gate على قاعدة أحد الترانزستورين يمكن إستخدامه للمساعدة فى بدأ حالة الغلق Latching وذلك بوضع جهد صغير بينه وبين الكاثود مما يوفر تيارا لقاعدة الترانزستور السفلى يدفعه للعمل كمفتاح مغلق ليغذى قاعدة الترانزستور العلوى وتبدأ حلقة التشغيل .
وهذا الفعل (وضع جهد صغير على الgate لدفع الثايرستور لحالة الLatch) يسمى triggering أو Firing
وتلك الطريقة هى الغالب إستعمالها فى الدارات العملية حيث يتم إختيار الSCrs بجهد إنهيار كبير جدا لا يمكن توفيره من مصدر التغذية فى الدارة وبذلك لا يمكن دفعه للعمل فى حالة ON إلا عن طريق الطرف الثالث Gate .
أما عن إيقاف الثايرستور SCR عن العمل فإن لذلك عدة طرق منها :
1- عمل دارة قطع Short Circuit بين طرفى الكاثود والبوابة Gate
2- أو بإدخال نبضة ذات جهد سالب إلى البوابة reverse-triggering (بالمقارنة بجهد الكاثود)
ولعلك تتسائل كيف يقف الثايرستور عن العمل بالطريقتين السابقتين ؟ ولماذا لا يدفع أحد الترانزستوران (الذى فى حالة ON) الترانزستور الأخر الذى تم إيقافه عن العمل بعد أن نزيل النبضة السالبة أو حالة القطع ؟
وذلك صحيح إذا كان الترانزستوران متشابهان تماما . ولكن الحقيقة أنه تم صنع ترانزستوران مختلفان فى معمل التكبير B وهذا المعامل هو الذى يحدد مدى تأثير تيار القاعدة فى حالة الترانزستور .
فإذا تم إختيار B للترانزستور الأسفل والذى هو من نوع NPN بحيث تكون أكبر بكثير من مثيلتها فى الترانزستور الأخر PNP سيكون للترانزستور الNPN تأثير أكبر فى التحكم فى حالة الفتح والغلق الكلية.
وهذا النوع من الثايرستورات يسمى Gate-Controlled Switch أو GCS .
أما إذا كنت تتسائل عن كيفية قياس صلاحية الثايرستور من عدمها . وفكرت فى قياس الوصلة بوابة-كاثود على إنها وصلة N-P (كالدايود العادى) فبذلك جزء من الخطأ وخصوصا فى الثايرستوات الكبيرة والتى تستخدم مع الجهود العالية .
حيث تضاف مقاومة بين طرفى الوصلة (بوابة-كاثود) أثناء صناعة الثايرستور.
وهذه المقاومة فائدتها جعل الثايرستور أقل تأثرا بالنبضات الخاطئة التى ربما تصله عن طريق شرارة كهربية أو ضوضاء كهربية أو تفريغ لشحنة إستاتيكية . وكما ذكرنا فهذه المقاومة (فى الثايرستورات الكبيرة فقط ستمنعنا من قياس الوصلة Gate-Cathode على أنها دايود عادى) .
أما الثايرستورات التى لا تحتوى هذه المقاومة (غالبا التى تعمل فى دارات ذات جهود صغيرة) تسمى sensitive gate SCRs وذلك لحساسيتها للإشعال Triggered بجهود صغيرة جدا.
والدارة العملية المستخدمة لقياس ال SCR هى كالتالى :
بمجرد غلق المقتاح (الموجود فى حالة فتح طبيعيا Normally opened) يصل لطرف البوابة تيار يكفى لجعل التيار يمر بين الكاثود والأنود . وعندما نترك هذا المفتاح released فإن الثايرستور سيظل فى حالة العمل latched وسيظل التيار يمر بالدارة.
وبالضغط على المفتاح (الموجود فى حالة غلق طبيعيا Normally closed) فإن التيار سيتوقف عن المرور فى الدارة مجبرا الثايرستور على الدخول فى حالة فتح OFF .
إذا لم يستطع الثايرستور الدخول فى حالة العمل Latched بعد ضغط المفتاح (الموجود فى حالة فتح طبيعيا Normally opened) فذلك لا يعنى بالضرورة عطل بالثايرستور ولكن ربما المقاومة (أو الحمل) كبيرة مما يجعلها لا تستطيع إمرار تيار كافى لبدأ عملية الإشعال.
والتيار اللازم لبدأ عملية الإشعال Firing يسمى holding current وهو فى الأغلب يقع بين 1 ملي أمبير إلى 50 ملى أمبير أو أكبر للثايرستورات الأكبر.
|
|
