KONU: A.
TRİSTÖRÜN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
a)
Tristörün yapısı ve çeşitleri :
Tristör en az
dört silisyum yarı iletken parçanın birleştirilmesinden oluşan
, anahtar ve doğrultma görevi yapan bir elemandır. SCR ( Silikon
Kontrollü Redresör) ismi de verilir. Değişik güçte tristörler
imal edilmektedir. Çalışma sahası ; 50 V – 8000 V ,
Tristörler
sırasıyla birbirini takip eden “ P ” ve
“ N ” tipi silisyumdan yapılmış dört yarı iletken tabakadan yapılmıştır. Bu
dört tabakanın en dışındaki “ P ” tabakası anot, diğer dıştaki “ N ” tabakası
katot görevi yapar. Yapısındaki yarı iletkenler çeşitli kalınlıktadır ve değişik
miktarlarda katkılandırılmıştır. Bu yüzden her katmanın iletkenliği farklıdır.
Yukarıdaki şekilde tristörün
yapısı, diyotlu ve transistörlü eşdeğer devresi göstererilmiştir. Transistörlü
eşdeğer devresinde G ucuna bir akım verilince NPN tipi transistör
iletime geçerek kollektör akımı geçirmeye başlar. Bu kollektör akımı PNP tyransistör baz akımını sağladığı için PNP tipi transistörde
hemen iletime geçer ve emiter – kollektör
üstünden NPN tipi transistörün beyzine akım gönderir.
Dolayısı ile G ucundan uygulanan akım kesilse bile transistörler
birbirini besleme devam eder, iletimde kalırlar.
9
çeşit tristör vardır ;
1) Standart tristör: Ağır
sanayi cihazlarında AC ve DC de 400 – 1000 Hz,4000V,1000A
2) Hassas tristörler : Düşük gerilimli elektronik devrelerde. 0,7V – 100uA ile
tetiklenebilir.
3) Hızlı tristörler: 10 KHz’ lik frekans sınırında
çalıştırılabilirler.
4) Komplemanter ( Tamamlayıcı) tristör : Geyt anota
yakındır. Negatif pals ile çalışır.
5) İki geytli tetrod tristör
6) Geyt ile yalıtkan olan tristör (
GTO ) , ( GCS )
7) Fototristör
8) Asimetrik çok hızlı tristör
( ASCR )
9) Amplifikatör geytli tristör.
b)
Tristörün uçlarının açıklanması :
Aşağıda
bir tristörün sembolü gösterilmektedir. Tristör 3 elektrotlu ( uç , ayak )
bir elemandır. Bu uçlar Anot, katot ve geyt ( gate , kapı
)’ dir.
c)
Tristörün çalışması :
Tristörü doğru polarize etmek için anotuna
( + ) katotuna ( - ) gerilim verilmelidir. Uygulanan
bu gerilim değeri çok arttırılırsa bir noktadan sonra tristör
aniden iletime geçip A –K direnci dolayısı ile A – K voltajı düşer geçen
akım artar. Eğer ters polarize edilip gerilim arttırılırsayine
bir noktadan sonra ters yönde ani akım artışı olur. Bu ise istenmeyen bir
durumdur ve tristörü bozar. Tristörün
doğru polarize edilip A –K voltajının arttırılması ile iletime geçirilmesi
kullanılan bir yöntem değildir. Çoğunlukla A – K doğru polarize edildikten
sonra geyte ufak bir gerilim darbesi verilip tristör iletime geçirilir. Tristör
bu şekilde iletime geçtikten sonra geyt gerilimi
kesilse bile tristör iletimde kalır.
d) Tristörün kullanım alanları :
Kumandalı doğrultucular, elektronik kontaktörler, zaman rölesi, DC ve AC motorların hızlarının
ayarlanması ve dönüş yönlerinin değiştirilmesinde kullanılır.
KONU: B. TRİSTÖR
TETİKLEME YÖNTEMLERİ
a)
Tristörü tetikleme ve
yöntemlerinin açıklanması:
Tristör birden fazla yöntemle iletime geçirilebilir. Bu metotlar şunlardır.
· Anot-Katot gerilimdeki hızlı bir değişim: Anot – Katot gerilimi iletim yönünde çok hızlı bir değişim gösterirse tristörü iletime geçirebilir. Nedeni de tristörün birleşim bölgelerinin bir kondansatör gibi davranmasıdır.
· Doğru yönde Anot – Katot geriliminin çok arttırılması : Geyt gerilimi sıfırken ( Ig=0) anot – katot gerilimi çok arttırılırsa tristör kırılma voltajından sonra iletime geçer.
· Işıkla tetikleme : Diyot ve transistörlerde olduğu gibi tristörlerde de foto elektrik etkisi ile elektron hareketi başlatılabilir. Işık bir mercek yardımıyla silisyum yapıya uygulanır. Anot katot arası iç direnç küçülerek tristör iletime geçer.
· Sıcaklığın arttırılması : Sıcaklığın artması ile tristör iletime geçebilir. Ancak bu istenmeyen bir durumdur. Tristörün bileşim noktasındaki ısının artması kaçak akımların artmasına neden olur. Eğer kaçak akım seviyesi eşik seviyesini geçerse tristör kendiliğinden iletime geçer.
· Geyt’ine düşük gerilim, küçük akım uygulama : Ençok kullanılan yöntemdir. Geyt’e uygulanan düşük gerilimlerle, büyük gerilim ve akımlı devreler kontrol edilir. Tristörün anot – katot arası direnci çok büyüktür. Geyt’e uygulanan düşük gerilim, anot – katot arası direnci küçültür ve tristör iletime geçer. Bu yöntem DC ve AC devrelerde uygulanırken devre özelliklerinden dolayı farklı şekillerde uygulanır. Tristörü DC’ de tetiklemek gayet basitken AC’ de tetiklemek için Geyt polarması doğrultulmalıdır.
b) Tristörün DC’ de tetikenmesi yöntemi :
Tristörün DC
tetiklenmesinde geyte tetikleme veren S anahtarı açık
olduğu sürece Anot ve katot’un doğru polarma olması , tristörün çalışması için yeterli değildir. S
anahtarı kapatılınca tristörün geyt
ucu tetikleme voltajını alacağından iletime geçer ve yükü ( lambayı ) çalıştırır. Artık geyt akımı kesilse bile tristör
iletimde kalıp lamba yanmaya devam edecektir. Geyt’i
tetiklemek için birinci şekilde ayrı bir kaynak kullanılmış ikinci şekilde ise
aynı kaynaktan tetikleme voltajı alınmıştır.
c) Tristörün AC’de tetiklenmesi yöntemi :
Tristörü AC’de çalıştırmak DC’ de
çalıştırmaya nazaran biraz daha dikkat isteyen durumdur. Çünkü AC voltajda
bilindiği üzere akım yönü devamlı değişmektedir. Yani tristörün
Anot – Katot ucu devamlı polarma değiştirmektedir. A-K arasına bir süre pozitif
alternans gelirken bir süre de negatif alternans gelir. Pozitif alternanslarda
tristör tetiklenirse iletime geçer negatif alternanslarda ise Anot-Katot zaten ters polarma olduğu
için akım geçirmez. Yani yalıtımdadır. Yalnız her pozitif alternanstan
önce tristör yalıtımda olacağı için her pozitif alternansta tetikleme verilmelidir. Bu işlem AC gerilimin
bir kısmının değerinin düşürülüp sadece pozitif kısımlarının seçilip geyt’e uygulanması ile sağlanır. Yani A-K üstündeki voltaj
paralel bir koldan gerilimi düşürülüp bir diyot ile sadece pozitif kısımlar
seçilir ve geyte uygulanır. Bununla ilgili devre
şeması aşağıda gözükmektedir.
d) Tristörün
tetikleme yöntemlerinin şekille gösterilmesi:
KONU: C.
TRİSTÖRÜ DURDURMA YÖNTEMLERİ
a)
Tristörü durdurma
yöntemlerinin açıklanması :
DC
gerilimde tristör bir defa tetiklendiğinde tetikleme
gerilimi kaldırılsa bile sürekli iletimde kalır. DC gerilimde çalışma devam
ederken tristörü durdurmak gerekebilir. Tristörü durdurmak için , seri
anahtarla durdurma, paralel anahtarla durdurma ve kapasitif
durdurma yöntemleri uygulanır. Temelde bütün bu yöntemler tristörün
anot akımını kesmeyi amaçlamaktadır.
b)
Tristörün seri
anahtarla durdurulması :
Tristörün anot akımının geçtiği yol üstüne anahtar koyup,
açarsak anot akımı kesilip tristör durdurulur.
Anahtar tekrar kapansa bile çalışmaz. Çalışması için geyte
tetikleme vermek gerekir. Şekildeki devrede S1 ve S2 anahtarları açıldığı zaman anot akımı
kesilerek tristör yalıtım durumuna geçer.
Odaklayıcı soru : AC devrede tristörü
durdurmak için anot akımını kesmek gerekli midir?
c)
Tristörün paralel
anahtarla durdurulması :
Tristöre paralel
bir anahtar bağlayarak da anot akımı kesilebilir. Çünkü anahtara basıldığı anda
anot akımının tamamı anahtar üstünden geçer , anahtar tristörün
A – K arasını kısa devre etmektedir.
Anahtardan elimizi çeksek bile artık tristör
çalışmaz. Çalışması için geyte
tekrar
tetikleme vermek gerekir. Şekildeki devrede S2 anahtarı tristörü
durduran anahtardır.
d) Tristörün kondansatör ile durdurulması :
Tristörün A – K arasına bir an ters
gerilim uygulamak tristörü yalıtım durumuna
getirebilir. Ters gerilimi ayrı bir kaynak vasıtasıyla uygulayabileceğimiz gibi
yüklü bir kondansatörü tristör üstünden ters deşarj
etmek vasıtasıyla da sağlayabiliriz. Bu yönteme “zorlanmış komitasyon”
yöntemi de denmektedir. Yukarıdaki devrede S1 ile tristör
iletime geçirildiğinde kondansatör de direnç üstünden kısa bir sürede şarj
olur. Daha sonra S2 butonuna basınca yüklü kondansatör tristörün
katodundan anoduna doğru deşarj olmak isteyecektir. Akmakta olan anot akımına
zıt yönde olan bu deşarj akımı kısa süreli yüksek bir değerde olduğu için anot
akımını bir an engelleyip tristörün yalıtıma gitmesine
neden olur.
e) Tristörü durdurma yöntemlerinin şekil çizerek açıklanması :
Şemadaki devrede tristörlerin her biri iletime geçerken diğerini kapasitif yolla yalıtım durumuna sokar.
KONU:
D. TRİSTÖRÜ KORUMA YÖNTEMLERİ
1.
Tristörü koruma yöntemlerinin açıklanması:
Tristörlerin,
üzerlerinden geçen akımların yüksek olmasından dolayı çok dikkatli
kullanılmaları gerekir. Tristörün bozulması, tristöre zarar verdiği gibi kullanıldığı sisteme veya
makineye da zarar verir.
Örneğin sanayide tristörler
motor kontrol devrelerinde oldukça sık kullanılırlar. En ufak bir hatada tristör bozulursa motorun tam devirde dönmesine yol
açabilir. Bunun sonucunda makinenin zarar görmesi kaçınılmazdır.
Tristörün
korunmasını iki bölümde toplayabiliriz.
a) Geyt tetikleme devresinin korunması
b) Anot – Katot devresinin korunması.
a) Geyt tetikleme devresinin
korunması: Tristörler
P-N bileşimlerinden oluşan yarı
iletken
parçalar olduğu için direkt olarak besleme gerilimine bağlanmaz. Çünkü
üzerlerinden fazla akım geçeceğinden tristör bozulur.
Bu yüzden Tristör geyt
ucundan tetiklenirken seri bir direnç üzerinden gerilim uygulanır. Bu direnç geyt ucundan aşırı akım geçişini engeller. Direnç değeri
hesaplanırken uygulanan Geyt gerilimi ( Vgg ) , Tristörün geyt ucunun çekeceği akım ve tristör
iletimdeyken geyt-katot voltajı dikkate alınır. Tristörlerin geyt voltajı
genellikle bir kaç volt civarındadır.
b)
Anot-katot devresinin korunması : Tristör kullanılırken, anot akımının dayanabileceği değerden
fazla olmaması gerekir. Bu yüzden bir tristör asla
yüksüz çalıştırılmaz. Yükte çalıştırılırken de tristör
yük akımını kaldırabilecek değerde seçilir. Eğer yük akım değeri maksimum anot
akımına yakın değerlerdeyse, bu durumda da tristör
için yeterli bir soğutma sağlanmalıdır. Her ne kadar tristörden
makul bir seviyede akım geçse de , bu akım değeri
sınıra yakın olduğu için tristörün ısınmasına yol
açar ve 130’C civarında tristörün bozulmasına sebep
olur.
Ayrıca tristör
kullanılırken ileri ve ters kırılma gerilimleri de dikkate alınmalıdır. Ters
yöndeki aşırı bir gerilim yine tristörü bozar. Bu
yüzden tristör kırılma voltajları yeterince yüksek olanlar seçilmelidir.
2.
Tristörün aşırı akımda çalışmasının sakıncaları:
Tristör aşırı
akımda çalıştırılırsa tristörde ısınma meydana gelir.
Bu ısı belli bir seviyeyi aşarsa tristör bozulur.
Ayrıca dayanabildiği en fazla geyt ve anot
akımlarının üstünde akım değerleri uygulanırsa p-n bileşimleri ya kısa devre
olur ya da bağlantıları eriyerek kopar ve açık devre olur.
3. Tristörün aşırı gerilimde çalışmasının sakıncaları:
Tristörün
geytine aşırı gerilim uygulanırsa üzerinden fazla
akım geçip bozulmasına yol açar. Eğer aşırı gerilim Anot-Katota
uygulanıyorsa ya düzensiz iletime geçme durumları olur ya da tristörün bozulmasına sebep olur.
4.
Endüktif yüklerde tristörü korumanın önemi:
Bir tristörde yük
olarak bobin kullanılıyorsa, herhangi bir sebeple tristörün
yalıtıma geçirilmesi ve yük akımının aniden kesilmesi sonucunda yük olarak
kullanılan bobin uçlarında besleme geriliminin yaklaşık üç katı genliğe sahip,
yük frekanslı bir gerilim oluşur. Bu gerilimin genliği besleme geriliminin üç
katından başlayarak gittikçe söner ve bir süre sonra sıfıra düşer. Ancak kısa
bir süre için de olsa tristörün dayanma gerilimini
aştığı taktirde tristöre
hasar verebilir.
Tristörü bu gibi
durumlarda korumak için şu gibi tedbirlere başvurulur; Yüksek frekanslı
gerilimin çabuk sönmesini sağlamak için yüke paralel bir kondansatör
bağlanabilir. Ayrıca tristöre zıt yönde gerilim
yüklenmesini önlemek için tristörün anot-katot
arasına veya yüke paralel ters yönde diyot bağlanabilir.
E.
TRISTORLERDE YARIM VE TAM DALGA GUC KONTROLU
1.
Guc kontrolunun tanimi :
Bir cihazin akim, gerilim , frekans, faz, iletim zamani orani ( duty-cycle ) gibi ozelliklerini degistirerek calisma gucunun ayarlanmasina guc kontrolu denir.
2. Tristorlerde guc
kontrolu cesitleri :
Tristorlerde guc kontrolu
tristorun tetiklenme zamaninin degistirilip iletimde kalma oraninin degistirilmesi ile yapilir. Temelde
yarim dalga ve tam dalga
olmak uzere 2 cesit guc kontrolu
vardir. Tristorlerle guc kontrolunun en buyuk avantaji gereksiz guc harcamasinin
olmamasidir.
3. Yarim dalga guc kontrolunun sekil ustunde aciklanmasi :
Tristorler dalga seklinin sadece bir saykilini kontrol eder ( dogrultur) . Negatif alternansta tristor yalitimda oldugu icin yuk akimi sifirdir. Tetikleme pals zamanlamasini degistirerek sebeke voltajinin 0 – 180 dereceleri arasi kontrol edilebiliriz.
4. Yarim ve tam dalga guc
kontrolu arasindaki
farklar:
· Yarim dalga tristorlu dogrultmaclar pozitif alternansi, tam dalga tristorlu dogrultmaclar ise her iki alternansi dogrultur.
· Yarim dalga tristorlu dogrultmaclarda bir tane tristor kullanilir. Tam dalga tristorlu dogrultmaclar ise iki tane tristor kullanilir.
· Yarim dalga tristorlu dogrultmaclarda ortak uclu trafo kullanilmasina gerek yoktur. Tam dalga tristorlu dogrultmaclar ise ortak uclu trafo kullanilmasina gereklidir.