หน่วยที่ 3 เรื่องอุปกรณ์ไทริสเตอร์

หน่วยท่ี 3 อปุ กรณ์ไทริสเตอร์

จดุ ประสงคเ์ ชิงพฤตกิ รรม นกั เรียนสามารถ............... 1. อธิบายโครงสรา้ งของซีเนอรไ์ ดโอดได้ 2. บอกสญั ลักษณข์ องซีเนอรไ์ ดโอดได้ 3. อธบิ ายวธิ กี ารไบอสั ซีเนอร์ไดโอดได้ 4. อธบิ ายวธิ กี ารทดสอบซีเนอรไ์ ดโอดได้ 5. อธิบายการเสยี ของซีเนอรไ์ ดโอดได้

เนือ้ หาบทเรียน 1. โครงสรา้ งของซีเนอรไ์ ดโอด 2. สญั ลักษณข์ องซีเนอรไ์ ดโอด 3. การไบอสั ซีเนอรไ์ ดโอด 3.1 การไบอัสตรง 3.2 การไบอัสกลบั 4. การทดสอบซีเนอรไ์ ดโอด 5. การเสยี ของซีเนอรไ์ ดโอด 5.1 ไดโอดชอ็ ต 5.2 ไดโอดร่วั 5.3 ไดโอดขาด

ไทรสิ เตอร์ (Thyristors) เปน็ ชอื่ ท่ีเรียกอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์กลุ่มทีม่ ชี ้นั ของสารกึ่งตวั นา 4 ชั้นขนึ้ ไป (Four Semiconductor Layers : PNPN) ไดแ้ ก่ - ชอคเลย์ไดโอด (Shockley Diode) - เอส.ซี.อาร์ (Silicon Controlled Rectifier : SCR) - เอส.ซี.เอส (Silicon Controlled Switch : SCS) - ไทรแอก (Triac) - ยเู จที (Unijunction Transistor - พียทู ี (Programmable Unijunction Transistor : PUT)

การนาอุปกรณไ์ ทริสเตอร์ไปใชง้ าน นิยมนาไปใชง้ านควบคมุ กาลงั ไฟฟา้ เชน่ ควบคุมแสงสวา่ ง ของหลอดไฟฟา้ ควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ ระบบจุด ระเบิดอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณไ์ ทรสิ เตอร์ ถกู นาไปใช้ประโยชน์สาหรบั การทาสวติ ชิ่ง การควบคมุ เฟสของไฟกระแสสลับ เพื่อใชป้ รบั ความเข้มของไฟ สองสวา่ ง , การปรบั ความเรว็ ของมอเตอร์ , การปรับลวดความรอ้ น และอน่ื ๆ

เอส.ซ.ี อาร์ : SCR ซลิ กิ อน คอนโทรล เร็กตฟิ ายเออร์ : Silicon Control Rectifier เป็นอปุ กรณโ์ ซลิดสเตท (Solid-State) ท่ีทาหน้าทเ่ี ปน็ สวิทซ์ เปิด-ปิด (On-off) วงจรทางอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ และเป็นอปุ กรณส์ ารกงึ่ ตวั นาประเภทไทรสิ เตอร์ (Thyrister) ที่ทาหน้าที่เปน็ สวทิ ซ์ (Switch) ทางอิเลก็ ทรอนกิ ส์ ข้อดีของสวทิ ซ์ทางอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์หรอื โซลิดสเตทสวทิ ซ์ คอื ไมเ่ กิด ประกายไฟที่หนา้ สมั ผสั เนื่องจากสวทิ ซ์ทางอิเลก็ ทรอนิกส์ไมม่ ีหน้า สัมผัส (Contact) จงึ มีความปลอดภัยสงู

โครงสร้าง วงจรสมมลู สญั ลกั ษณ์ A A A TR1 P G G TR2 K N K G P N K โครงสรา้ งของ เอส.ซี.อาร.์ ประกอบด้วยสารกึง่ ตวั นาชนิด P และชนิด N วางสลับกนั 4 ชนั้ เพื่อให้เกิดรอยต่อ 3 รอยต่อ มขี า ใช้งาน 3 ขา คือ ขาอาโนด (Anode : A) แคโถด (Kathod : K) และ ขาเกต (Gate : G)

สภาวะการทางานของเอส.ซี.อาร.์ สามารถแบ่งการทางานออกได้ 2 สภาวะ คอื 1. สภาวะนากระแส (ON) 2. สภาวะหยดุ นากระแส (OFF) สภาวะนากระแส TR1 IA RA IC2 12 V RG S ES IB2 TR2

การทางาน จา่ ยไบอัสตรงทขี่ า A และ K โดยแรงดนั ไฟบวก จา่ ยท่ีขา A แรงดันไฟลบจา่ ยที่ขา K แล้วจุดชนวนหรือทรกิ เกอร์ (Trigger) ที่ขา G จะทาให้เกิดกระแสเบส IB ไหลเขา้ ขาเบส (B) ของทรานซสิ เตอร์ TR2 ทาให้ TR2 อย่ใู นสภาวะนากระแส (ON) จะเกิดกระแสคอลเลค็ เตอร์ IC ไหลผ่าน TR2 ซึง่ เปน็ กระแสเดยี วกับกระแส IB ของทราน ซิสเตอร์ TR1 จึงทาให้ TR1 นากระแสด้วย ค่าความตา้ นทานระหว่าง ขา A กับ K ของ SCR มคี า่ ต่ามาก ส่งผลใหเ้ กิดกระแสอาโนด IA ไหลผา่ น อมิ ติ เตอรข์ อง TR1 ออกไปยังขาอิมติ เตอร์ของ TR2 (SCR กระแสหรอื ทางาน) เมื่อ SCR นากระแส ก็ยงั คงนากระแสตลอดไป ถงึ แม้จะมี การปลดกระแสเกทออก

สภาวะหยดุ นากระแส หลกั การทาให้ SCR หยดุ นากระแส คอื ทาให้กระแสอาโนด (IA) ลดลงจนต่ากวา่ กระแสโฮลด้ิง จึงจะทาให้ SCR หยุดนากระแสได้ วิธีการหยดุ นากระแสของ SCR สามารถทาได้ 2 วธิ ี คอื 1. แอโนด เคอเรนท์ อนิ เทอรพั ชน่ั (Anode Current Interruption) 2. ฟอร์ช คอมมูเทชัน่ (Forced Commutation) กระแสโฮลดง้ิ (Holding Current : IH) คือ ค่ากระแสต่าสดุ ทที่ าให้ SCR นากระแส

อาโนด เคอเรนท์ อินเทอรัพชน่ั (Anode Current Interruption) ทาไดโ้ ดยการตัดกระแส IA ไม่ใหไ้ หลผา่ นขาอาโนดของ เอส.ซ.ี อาร์ วธิ ีการ คอื ต่อสวิทซ์อนกุ รมกับขาอาโนด (A) ของ เอส.ซ.ี อาร.์ เอส.ซ.ี อาร์. สามารถหยดุ นากระแสโดยการเปดิ สวทิ ซ์ + S LAMP E G SCR

ฟอรช์ คอมมเู ทชั่น (Forced Commutation) ทาได้โดยการบังคบั ให้ เอส.ซ.ี อาร.์ ได้รับไบอัสกลบั วิธีการ คอื ต่อสวทิ ซข์ นานกับเอส.ซี.อาร.์ ขณะทสี่ วทิ ซเ์ ปดิ วงจร เอส.ซี.อาร.์ ยังคงนากระแสอยู่ เม่ือสวิทซ์ถูกปิดวงจรเอส.ซ.ี อาร.์ จะหยุดนากระแส + SCR LAMP E G S

การวดั และทดสอบ เอส.ซ.ี อาร์. + 1. ต้งั มลั ตมิ ิเตอร์ ยา่ น Rx10 2. ทาการจับค่ขู าของ เอส.ซี.อาร.์ แลว้ ทาการวดั ท้ังหมด 6 ครัง้ เขม็ มิเตอร์จะข้ึนเพยี ง 1 ครั้ง (ค.ต.ท. ตา่ ) 3. คร้ังที่สามารถอ่านคา่ ความต้านทานได้ 1 ครง้ั สามารถบอกขา ของ เอส.ซี.อาร.์ ได้ คอื สายสดี า (ไฟบวก) จับอยคู่ อื ขาเกท (G) และ สายแดง (ไฟลบ) จับอยคู่ อื ขาแคโถด (K) ส่วนท่เี หลอื คือขาอาโนด (A)

การทดสอบโดยการจดุ ชนวนของเอส.ซ.ี อาร.์ + 1. ตง้ั มลั ตมิ เิ ตอร์ ยา่ น Rx1 2. นาสายดา (ไฟบวก) ของมิเตอรจ์ บั ท่ีขาอาโนด (A) และสายแดง (ไฟลบ) จับทข่ี าแคโถด เข็มมิเตอรจ์ ะไม่ข้นึ (เขม็ ชีท้ ่ีอนิ ฟินิต้ี)

3. ทาการจดุ ชนวนท่ีขาเกท (G) ด้วยไฟบวกจากขาอาโนด จะทาให้ เข็มมเิ ตอร์ขน้ึ (ค.ต.ท. ต่า) 4. ปลดการจุดชนวนทข่ี าเกท เข็มมเิ ตอรย์ งั คงช้ีทีค่ า่ ความต้านทาน ตา่ เหมอื นเดมิ 5. ถา้ ปลดสายมิเตอรท์ ี่จบั ขาอาโนดและแคโถด แลว้ ทาการจบั ขา เอส.ซี.อาร.์ อีกคร้ังหนงึ่ เข็มมิเตอรจ์ ะไมข่ น้ึ (เขม็ ชท้ี ี่อนิ ฟนิ ติ ี้)

สภาพของเอส.ซี.อาร์. สามารถแบ่งออกได้ 3 กรณี คือ 1. สภาพปกติ คอื ทาการวดั 6 คร้งั เขม็ มิเตอร์จะขึ้นเพียงครั้งเดยี ว เทา่ น้นั 2. สภาพขาด คอื ทาการวดั 6 ครัง้ เข็มมิเตอรจ์ ะไมข่ น้ึ เลยแมแ้ ต่ ครง้ั เดียว 3. สภาพช็อท คอื ทาการวดั 6 ครั้ง เข็มมเิ ตอรจ์ ะขึน้ ต้งั แต่ 2 ครั้ง ขนึ้ ไป

ไตรแอค (TRIAC) หรอื ไตรโอด แอค (TRIODE-AC) เป็นอปุ กรณ์ไทรสิ เตอร์และเปน็ อปุ กรณโ์ ซลดิ เสตท ท่ีทาหนา้ ที่ เป็นสวทิ ซเ์ ปดิ -ปิดวงจรทางอิเล็กทรอนิกส์ ทม่ี ีความไว A2 A2 A2 NP GG N N PN โครงสรา้ ง G A1 สัญลักษณ์ A1 วงจรสมมลู A1 ไทรแอค มขี าใช้งาน 3 ขา คือขาอาโนด1 (A1) , ขาอาโนด2 (A2) และขาเกท (G)

คุณสมบตั ขิ องไทรแอค มคี ุณสมบตั ิเหมอื นกับเอส.ซี.อาร.์ คอื เมอื่ นากระแส จะสามารถ นากระแสได้ตลอดเวลา แต่มขี ้อแตกต่างคอื ไทรแอคสามารถนากระแส ได้ 2 ทศิ ทาง จงึ เหมาะท่จี ะนาไปใชใ้ นการควบคมุ กาลังไฟฟ้าของไฟ กระแสสลบั การทางานของไทรแอค สามารถแบ่งออกเปน็ 4 ควอแดรนท์

+ + + ควอแดรนทท์ ี่ 2 ควอแดรนทท์ ี่ 1 + + + ควอแดรนท์ท่ี 4 ควอแดรนทท์ ่ี 3 แสดงการทางานของไทรแอคทงั้ 4 ควอแดรนท์

กราฟแสดงคณุ สมบัตขิ องไทรแอค กระแสทีไ่ หลผ่าน กระแสโฮลดงิ้ แรงดันพงั ทลาย เมือ่ ไม่มกี ารจดุ ชนวน แรงดันตกคร่อม

การทางานของไตรแอค เม่ือให้แรงดันคร่อม A2 - A1 มีคา่ เป็นบวก (+) เทียบกับ A1และ ยงั ไม่มกี ารจุดชนวน (Trigger) จะมคี ่าแรงดนั ระหว่าง A2-A1 ค่าหน่ึง (แรงดันพังทลาย) ทท่ี าใหไ้ ทรแอคนากระแสได้ เมอื่ ใหแ้ รงดันครอ่ ม A2-A1 ทมี่ คี า่ น้อยกวา่ แรงดนั พังทลาย แล้วทาการจุดชนวน (Trigger) กระแสเกทท่ีมีค่าเปน็ บวกหรือเปน็ ลบ ไทรแอคจะนากระแสได้ทนั ที เมือ่ ไทรแอคนากระแส แลว้ ทาการลดกระแสจนตา่ กว่าคา่ กระแสโฮลด้งิ (IH) จะทาให้ไทรแอคหยดุ นากระแส ถ้าไทรแอคยังไมน่ ากระแส จะมกี ระแสรัว่ ไหลเกิดขน้ึ ซ่ึงมคี า่ น้อยมาก

การวัดเพ่อื ทดสอบและหาขาไทรแอค ตั้งยา่ นมิเตอร์ Rx10 A2 , , NP N N PN G A1 ,

ผลการทดสอบ การวดั คา่ ความต้านทานของไตรแอค 1. ทาการวดั ค่าความตา้ นทานทั้งหมด 6 ครง้ั สามารถอ่านคา่ ความ ตา้ นทานหรอื มิเตอรเ์ ข็มขน้ึ 2 คร้งั 2. ขาที่ทาการวดั แล้ว เขม็ ขึน้ 2 ครัง้ คือ ขาอาโนด1 (A1) กับขา เกต (G) แตไ่ มส่ ามารถบอกไดว้ า่ ขาใด เป็นขาอาโนด1 (A1) หรอื ขาใดเป็นขาเกต (G) 3. ทาการตรวจสอบเพอ่ื หาขาอาโนด1 (A1) กบั ขาเกท (G) **** หมายเหตุ การนาไทรแอคไปใช้งานจะตอ้ งตดิ กับแผน่ ระบาย ความร้อนขนาดเพยี งพอกบั กระแสท่ีทาให้ไทรแอคเกิดความร้อน

การตรวจสอบเพอื่ หาขาอาโนด1 (A1) กับขาเกท (G) ++ ++ ขาท่ที าการจุดชนวนไมว่ ่าจะเป็นไฟบวกหรือไฟลบ คา่ ความต้านทาน ท่ีใชข้ าเกทเปน็ ขาจุดชนวน จะมคี ่านอ้ ยกว่าใชข้ า A1 เป็นขาจุดชนวน

เอส.ซี.เอส. : SCS ซลิ ิกอน คอนโทรล สวิทซ์ : Silicon Control Switch เปน็ อุปกรณ์สารกงึ่ ตวั นาท่มี โี ครงสรา้ งเหมอื น เอส.ซี.อาร์. มขี าใชง้ าน 4 ขา คือ ขาอาโนด (A : Anode) ขาแคโถด (K : Kathod) และ ขาเกต (G : Gate) ซ่งึ มี 2 ขา คอื ขาเกตอาโนด {GA : Gate Anode} กบั ขาเกตแคโถด {GK : Gate Kathod}

A A GK GA P GA N K P สญั ลกั ษณ์ GK N K โครงสรา้ ง

A LOAD GA POWER SUPPLY GK K การทางานของเอส.ซี.เอส. เมอื่ จ่ายแรงดันไบอสั ตรงที่ขา A และไบอัสกลบั ทขี่ า K SCS ยงั ไมท่ างาน จะต้องทรกิ ทข่ี า GA หรอื GK ในลักษณะไบอัสตรง คือ ทริกดว้ ยไฟบวกที่ขา GK หรือทริกดว้ ยไฟลบทีข่ า GA การหยุดนากระแส โดยการทรกิ ดว้ ยไฟลบทขี่ า GK หรอื ทรกิ ด้วยไฟบวกที่ขา GA ขอ้ ด้อย ทนกาลงั ไฟได้นอ้ ย นิยมนาไปใช้เป็นสวิทซ์ ในวงจรต้ังเวลา

จีทโี อ : GTO หรอื จีซีเอส : GCS เกต เทิรน์ ออฟ : Gate Turn Off หรือ เกต คอนโทรล สวทิ ซ์ : Gate Control Switch เป็นอปุ กรณ์ไทริสเตอร์ ที่ใชง้ านด้านกาลัง โครงสร้างเหมอื นกบั เอส.ซ.ี อาร์. ซึง่ สามารถเทยี บได้กับทรานซิสเตอร์ 2 ตวั ต่างชนดิ กนั คือ ทรานซิสเตอร์ PNP กบั NPN มขี าใช้งาน 3 ขา คอื ขาอาโนด (A : Anode) ขาแคโถด (K : Kathod) และขาเกต (Gate)

N A G A P N P PNP N K PG NPN K โครงสร้าง วงจรสมมูล A G K สญั ลกั ษณ์

การทางานของจที โี อ เหมือน เอส.ซ.ี อาร.์ คือ จะตอ้ งป้อนแรงดันไฟบวกใหก้ บั ขาอาโนด (A) และป้อนแรงดนั ไฟลบให้กับขาแคโถด (K) แต่ จที ีโอ ยงั ไม่สามารถนากระแส จนกว่าจะมกี ารทรกิ ท่ขี าเกต (G) จงึ จะทาให้ จีทีโอ นากระแส ข้อแตกตา่ งของจีทโี อกบั เอส.ซี.อาร.์ คอื เม่อื ขาเกตไดร้ บั แรงดันไฟลบท่ีต่ากว่าจดุ คทั ออฟ (Cut Off) จะทาใหจ้ ีทีโอ หยดุ นากระแส