آشنایی با قطعات الکترونیک قدرت – مجموعه مقالات مجله فرادرس

الکترونیک قدرت، علمی است که در آن، از نیمه‌رساناها برای کنترل و تبدیل توان الکتریکی استفاده می‌شود. محدوده جریان‌ و ولتاژ در مدارهای الکترونیک قدرت، به هزاران ولت و یا هزاران آمپر می‌رسد. در ادامه مجموعه مقالات جامع مجله فرادرس، مقالات آشنایی با قطعات الکترونیک قدرت را ارائه می‌کنیم.

دیود پیوند PN، یکی از ساده‌ترین انواع نیمه‌هادی‌ها به شمار می‌رود که به معرفی آن پرداخته‌ایم. مشخصه اصلی این دیود، عبور یک جهته جریان از آن است. در دیود بر خلاف مقاومت، جریان بر حسب ولتاژ اعمالی، خطی نیست. مشخصه ولتاژ-جریان در دیود پیوند PN به صورت نمایی است. بنابراین نمی‌توان مثل قانون اهم، یک رابطه ولتاژ-جریان ساده برای دیود تعریف کرد.

دیود زنر نوع خاصی دیود است که برخلاف دیودهای عادی، جریان را در دو جهت عبور می‌دهد. این دیود، قلب تنظیم‌کننده‌ها و مدارهای ولتاژ است و ولتاژ‌ مرجع تقویت‌کننده تفاضلی را تولید می‌کند. ویژگی اصلی یک دیود زنر، هدایت جریان در دو جهت است. یکی دیگر از مقالات این مجموعه، درباره دیود زنر است.

تریستور (Thyristor) یک قطعه نیمه‌رسانای چند لایه است که در مدارهای الکترونیک قدرت و الکترونیک صنعتی از آن استفاده می‌شود و در مقاله‌ای آن را معرفی کرده‌ایم. گاهی تریستور را «یکسوساز کنترل شده با سیلیکون» (Silicon Controlled Rectifier) یا SCR نیز می‌نامند. برای روشن شدن این قطعه پسیو، باید به پایه گیت آن (بخش کنترل شده) یک سیگنال اعمال کرد. در حقیقت، با اعمال سیگنال گیت یک دیود یکسو خواهیم داشت و این متناظر با کلمه یکسوساز در SCR است.

در حقیقت، تریستور یک دیود قابل کنترل است. تریستورها را می‌توان برای سوئیچینگ جریان‌های بزرگ و کنترل مقدار میانگین جریان بار AC بدون اتلاف توان زیاد به کار برد. یک مثال خوب برای کنترل توان توسط تریستور، کنترل روشنایی الکتریکی، هیتر و سرعت موتور است.

«ترانزیستور دو قطبی با گِیت عایق شده» (Insulated Gate Bipolar Transistor) یا به اختصار IGBT، قطعه‌ای نیمه‌رسانا است که عملکردی بین ترانزیستور پیوندی دو قطبی (BJT) و ترانزیستور اثر میدان (MOSFET) دارد. ترانزیستور IGBT بهترین بخش‌های دو ترانزیستور متداول BJT و MOSFET را در ساختار خود دارد. در واقع، امپدانس ورودی بزرگ و سرعت سوئیچینگ بالای MOSFET و ولتاژ اشباع پایین BJT با هم ترکیب شده است و نوع دیگری ترانزیستور به نام IGBT ساخته شده که قابلیت عملکرد در مقادیر بالای جریان کلکتور-امیتر را با ولتاژ گیت تقریباً صفر دارد. IGBTها به طور گسترده در کاربردهای الکترونیک قدرت مانند اینورترها، مبدل‌ها و منابع تغذیه که به قطعات سوئیچینگ حالت جامد نیاز داشته و ماسفت‌ها و BJTها در آن‌جا کارایی لازم را ندارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک مقاله نیز به این قطعه پرکاربرد اختصاص داده شده است.

قطعه نیمه‌هادی دیگری وجود دارد که «کلید AC سه پایه» (Triode AC Switch) یا به اختصار «ترایاک» (Triac) نامیده می‌شود. ترایاک نیز از خانواده تریستورها است که می‌توان آن را به عنوان قطعات سوئیچینگ توان حالت جامد به کار برد. اما چیزی که درباره ترایاک‌ها اهمیت دارد، این است که این قطعات «دو طرفه» هستند. به عبارت دیگر، می‌توان یک ترایاک را با اعمال ولتاژهای مثبت و منفی به آند و نیز پالس مثبت و منفی به گیت، در حالت هدایت قرار داد. این امر سبب می‌شود ترایاک یک قطعه سوئیچینگ کنترل شده با گیت دو ربعی (Two-Quadrant) باشد. تریاک دقیقاً مانند دو تریستور معمولی عمل می‌کند که به صورت موازی معکوس (پشت به پشت) به یکدیگر متصل شده‌اند و به دلیل این ساختار، دو تریستور یک پایه گیت مشترک خواهند داشت. بنابراین، ترایاک قطعه‌ای سه سر است. معرفی ترایاک در مقاله‌ای مجزا ارائه شده است.

دیاک، قطعه دیگری است که در این مجموعه مقالات به آن پرداخته‌ایم. سوئیچ جریان متناوب دیودی (Diode AC Switch) یا به اختصار «دیاک» (DIAC)، یکی دیگر از قطعات نیمه‌هادی حالت جامد است که سه لایه و دو پیوند دارد. برخلاف ترانزیستور، دیاک اتصال بیس ندارد و به همین دلیل، یک قطعه دو پایه یا دو سر است.

فیلم آموزش الکترونیک قدرت ۲ – جامع و با نکات مهم در فرادرس

کلیک کنید

دیاک‌ها قطعاتی هستند که قابلیت کنترل یا تقویت کنندگی ندارند، اما بسیار شبیه به یک دیود سوئیچینگ دو طرفه عمل می‌کنند و می‌توانند جریان را با وجود هر پلاریته‌ای در منبع ولتاژ‌ AC هدایت کنند.

ترانزیستور تک پیوندی یا به‌اختصار UJT، یک قطعه نیمه‌هادی سه سر است که در پالس دریچه‌ای، مدارهای زمان‌بندی و برنامه‌های راه‌انداز ژنراتور برای تغییر و کنترل تریستور و ترایاک برای کاربردهای کنترل منبع تغذیه AC قابل ‌استفاده است. ترانزیستورهای تک پیوندی، مانند دیودها، از قطعات نیمه‌هادی نوع P و نوع N ساخته ‌شده‌اند، به‌طوری‌که قطعه نیمه‌هادی نوع P در کانال قطعه نوع N نفوذ داده‌ شده است. اگرچه ترانزیستور تک پیوندی جزو دسته ترانزیستورها است اما ویژگی‌های سوئیچینگ آن با ترانزیستور دوقطبی معمولی یا ترانزیستور اثر میدان بسیار متفاوت است؛ زیرا این ترانزیستور را نمی‌توان برای تقویت سیگنال استفاده کرد بلکه به‌عنوان ترانزیستور سوئیچ on-off استفاده می‌شود. ترانزیستور UJT دارای ویژگی‌های رسانایی یک جهته و امپدانس منفی است که شبیه یک مقسم ولتاژ (voltage divider) در آستانه از کار افتادن عمل می‌کند. یک آموزش نیز به این قطعه اختصاص داده شده است.

فهرست کامل مجموعه مقالات قطعات الکترونیک قدرت به صورت زیر است:

• تریستور چیست؟ — به زبان ساده
• IGBT چیست؟ — به زبان ساده
• ترایاک (TRIAC) چیست؟ — به زبان ساده
• دیاک (DIAC) چیست؟ — به زبان ساده
• دیود زنر — به زبان ساده
• ترانزیستور تک پیوندی (Unijunction Transistor)
• دیود پیوند PN — به زبان ساده
• ترانزیستور (Transistor) چیست؟ — به زبان ساده

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مبدل های DC به DC — مفاهیم اصلی
• یکسوساز نیم موج — به زبان ساده
• مدارهای جریان مستقیم (DC) — مجموعه مقالات جامع وبلاگ فرادرس
• تقویت کننده های الکترونیکی — مجموعه مقالات جامع وبلاگ فرادرس

^^