بوهر للتدريب الفنى الهندسة الكهربية والكهروميكانيكية 
الثريوستور (Thyristor)
مقدمة
الدايود عبارة عن وصلة P-N أى طبقتين ، والترانسستور عبارة عن وصلتين P-N-P أى ثلاث طبقات ، أما الثريوستور فهو ثلاث وصلات أى أربع طبقات واسم الثاريستور مستوحى من الترانسستور ذو الوصلات الثلاث (Three-Transistor) .ش (1) والعنصر الإلكترونى رباعى الطبقات PNPN لايمكن استيعاب وفهمه دون دراسة وفهم تركيب وخصائص الدايود الرباعى PNPN والذى أشتق منه عائلة الثريستور (SCR-Triac-Diac) والموضح فى الرابط https://wp.me/paiFWG-3zI
طبيعته وتكوينه
فى تكوينه عبارة عن دايود رباعى الطبقات أى ثلاث وصلات مثل دايود شوكيلى ّو الطرفين أنود وكاثود ويزيد عليهما طرف ثالث يسمى البوابة (G) للطبقة (P) قبل الأخيرة ، ومن منظور تكوين الترانسستور فهو عبارة عن 2 ترانسستور مدمجين كما بالشكل لنحصل على وحدة من ثلاث أطراف بمسمى Anode A- Kathod K- Gate G) ش(2)
ش(2)
وظيفته فى الدوائر
الثريوستور وظيفيا كالدايود يسمح بمرور التيار فى اتجاة واحد أى فى وضع الانحياز الأمامى إلا أنه يختلف عن الدايود فى كون حالة التوصيل مرتبطة بوجود تيار بمدخل بوابته (G) ومن هنا جاء مسمى للثريوستر يتضمن وظيفته الحاكمة لحالة التوصيل (Silicon Controlled Rectifier) – (S.C.R) .
الثريوستر من أشباة الموصلات ذات القدرة العالية ويُصنف أنه من عائلة تحتوى على الترياك(Triac) (ثريستور التيار المتردد AC) و الدياك (Diac) والترانسستور أحادى الأتجاة وجميعها تُوظف كعنصر سوتش (Switching) بديلا للريلاى الكهروميكانيكى والبعض يطلق عليه الريلاى الصامت أو الجامد لعدم وحوج جزء متحرك (الأرمتشر) يصدر صوتا أثناء تشغيله ويتفوق علي الريلاى الكهروميكانيكى فى سرعته الفائقة كسوتش وعدم اعتماده على عناصر ميكانيكية مما أدى إلى انتشاره انتشارا واسعا فى نظم التحكم كمشغل (Actuator) عالى الكفائة لأحمال ذو قدرات عالية مثل المحركات
عمل الثريستور
منحنى الخواص للثريوستر ش(3)
ش(3)
فى وضع الانحياز الأمامى (Forward Bias) للثريوستر أى جهد A أعلى من جهد K فتكون الوصلتين الطرفيتين 1، 2 فى انحياز أمامى أما الوصلة الوسطى فتكون فى انحياز عكسى فتمنع مرور التيار الأمامى (I –Forward)
بضخ تيار فى البوابة (G) قاعدة الترانسستور Tr2 ينتج تيار فى مجمعه أى تيار فى قاعدة الترانسستور Tr1 فينتج تيار فى مجمعه فيزيد من تيار قاعدة الترانسستور Tr2 ويتوالى التغذية العكسية الموجبة بين مجمع وقاعدة كلا الترانسستورين ليتصاعد التيار من الأنود إلى الكاثود لايحده إلا حمل الدائرة
للتغذية المرتدة الموجبة بين الترانسستورين فإن التيار بين الأنود والكاثود يستمر حتى مع قطع التيار الخارجى للبوابة أى أن وظيفة التيار الابتدائى الخارجى للبوابة هو فقط لقدح الثريوستور
بتحول الثريوستر إلى حالة التوصيل بحفز بوابته بنبضة يستمر فى حالته من التوصيل ولا يتحول إلى حالة القطع إلا فى حالتين
أ- زوال الجهد بين الأنود (A) والكاثود (K)
ب- انخفاض تيار القدح دون القيمة الحافظة لوضع التوصيل (Ih)
بتوظيف الثاريستور كموحد للتيار محكوم (Silicon Controlled Rectifier S.C.R)، خلال النصف الموجب من موجة الدخل (المراد ليس فقط توحيدها بل إمرار تيار موحد محكوم ) فرغم أنه يكون فى انحياز أمامى إلا أنه لا يدخل نطاق التوصيل إلا بحفزبوابته (G) بنبضة ، الطاقة المستمرة الناتجة فى الخرج تصبح محكومة بالزاوية التى تم عندها حفز البوابة خلال الزاوية 180 زاوية الموجة المترددة ، فلو جاءت النبضة عند الزاوية 90 لمر من الطاقة نصفها
الثاريستور فى دائرة التوحيد لايمرر النصف السالب منها حتى مع حفز البوابة ولتحقيق التوحيد الكامل يستخدم 2 ثريوستور متعاكسين كما فى ش (4) ونتحكم فى سرعة الموتور بتغير الجهد
ش(4)
فى ش (5) مصدر جهد متردد والحمل لمبة كهربية وثاريوستر كمتحك فى الطاقة المارة للحمل
بوجود نبضة حفز البوابة عند نقطة الصفر من النصف الموجب من الموجة يتحقق شرطى التوصيل للثاريستور ويسمح بمرور نصف الموجة الموجبة كاملة ويمنع النصف السالب ش (6)
فى ش (7) نبضة حفز البوابة عند زاوية Ө فيمرر الثريوستر الجزء من الموجة التالى للزاوية Ө
الثريستور كموحد نصف الموجة المحكوم SCR
فى توحيد نصف الموجة للتيار المتردد بالدايود فإن الدايود يصبح فى انحياز أمامى فى النصف الموجب من موجة التيار ويمر إلى الحمل نصف الموجة الموجب فقط ويقطع التوصيل خلال النصف السالب من الموجة ، بأستبدال الدايود بثاريستور وتطبيق موجة نبضية على البوابة بقيمة فولتيه تسمح بتيار يتجاوز تيار الامساك (Ih) للثاريستور وبنفس تردد جهد المنبع الكهربى فمع توقيت ظهور النبضة يتحول الثاريستور إلى حالة التوصيل ليمر إلى الحمل الجزء الموجب من موجة المصدر والتالى زمنيا لظهور النبضة ، فإن ظهرت النبضة بزاوية 45 تأخيرا من الموجة مر إلى الحمل 75% من نصف الموجة الموجب ومع زاوية 90 يمر نصفها ومع زاوية 135 يمر ربعها وهنا يتضح معنى التحكم فى الجهد الموحد بالثاريستور والذى يطلق عليه Silicon Controlled Rectifier- SCR ، فى التوحيد للموجة الكاملة بالثاريستور نضيف ثاريستور عكسى توازى مع الثاريستور الأول ليسمح بمرور النصف السالب من موجة جهد المصدر
SCR
الدائرة فى ش(5) نموزج لتحفيز البوابة بذات جهد المصدر لإمرار تيار بقيمة محكومة فى مقاومة الحمل
ش(5)
ففى النصف الموجب من موجة جهد المصدر ومع ضبط المقاومة المتغيرة Ru التوالى مع الدايود (D) عندما تصل قيمة تيار الدايود إلى تيار دفع الثاريستور لحالة التوصيل يقتح لمرور الجزء المسموح بمروره عبر الحمل طبقا لزمن تأخير وصول تيار الدايود إلى قيمة تيار التوصيل وفى النصف السالب من موجة المصدر يكون الثاريستور بالطبع Offانتظارا للنصف الموجب ليعاد السيناريو ،،بالقاومة المتغير نتحكم فى زمن وصول تيار البوابة إلى قيمة تيار Ih
ش(7)
اختبار وقياس الثاريستور
فى الثاريستور المعدنى الجسم هو طرف الأنود ويتم ربطه بصامولة فى موزع الحرارة (Heat Sink) ، وطرف الكاثود والبوابة فى ناحية واحدة منه ، ويتم التمييز بينهما بالطول والسمك فالأطول والأسمك هو الكاثود ، ويختبر الثاريستور من مفهوم أن البوابة والكاثود ثنائى (Diode) له مقاومة أمامية (Rf) قيمتها بضع أوم ومقاومة عكسية (Rr)بضع مئات من الميجا أوم فيضبط تدريج الأوم ميتر على تدريج أصغر لقراءة الأولى وعلى أقصى تدريج لقياس الثانية وبالقيسا نستبعد القصر بينهما ،، الخطوة الثانية القياس بالأوم بين جسم الثريوستر وكل من الكاثود والبوابة فتكون المقاومة ما لانهاية أى فى حالة قطع .
الثريستور كموحد محكوم لنصف موجة التيار المتردد SCR
ملخص الثريستور
1- عنصر من أشباة الموصلات ثلاثى الوصلات رباعى الطبقات ثلاثى الأطراف (A-K-G) يعمل كمفتاح إلكترونى فقط ولا يعمل كمكبر .
2- أداة تيارية فبتيار ضئيل (بضعة ميكرو أمبير) تضخ فى البوابة يتحقق تيار توصيل عالى من الأنود للكاثود
3- بحفز البوابة يصبح كدايود موحد للتيار المتردد.
4- يظل على حالتة من التوصيل بحفزه من البوابة سواءا استمرت نبضة الحفز أو اختفت ولايعود لحالة القطع إلا بقطع التغذية عن الأنود أو تغيرها من انحياز أمامر إلى خلفى .
5- للسرعة الفائقة فى تحوله من حالة القطع إلى حالة التوصيل وتحمله للتيار العالى يستخدم فى دوائر القوى الكهربية كمفتاح بديلا للريلاى الكهروميكانيكى .
