تریستور GTO

توضیحات:

  • به نام خدا

    تریستور GTO ( مخفف عبارت Gate Turn-Off) نوع به‌خصوصی از تریستور است که بر مبنای همان تکنولوژی تریستورهای ساده ساخته می‌شود اما ویژگی متمایز کننده آن قابلیت خاموش شدن از طریق پایه‌ی گیت است.

    در واقع این تریستور نوعی از خانواده تریستور‌های استاندارد شده‌ – که می‌توانند به کمک گیت روشن شوند- است و به علاوه‌ی آن دارای امکان خاموش شدن از طریق گیت نیز می‌باشد.
    GTO هم‌چنین مزایای دیگری نیز نسبت به سایر انواع استاندارد شده دارد که به همین واسطه، استفاده از آن در برخی از کاربردها بر سایر انواع رجحان پیدا می‌کند و هرچند که در مجموع کاربرد‌های این نوع تریستور از بقیه محدود تر است، اما در موارد تخصصی‌ای کاربرد دارد که بقیه انواع در آن‌ها ناکارآمد هستند. از جمله این موارد می‌توان به کاربرد در درایور موتور های سرعت متغیر، مدارات توان بالا، اینورترها و … اشاره کرد.
    نکته‌ی جالبی که در مورد آن‌ها وجود دارد این است که علی‌رغم این‌که در مقایسه با انواع دیگر تریستورهای استاندارد ، کمتر شناخته شده هستند، اما با این‌حال به خوبی جای خود را در دنیای الکترونیک و در میان علاقه‌مندان باز کرده‌اند چرا که موارد متعددی از معایب تریستورهای معمولی در آن‌ها مرتفع شده است. در نتیجه امروزه در اغلب مبدل های DC به AC یا DC به DC ولتاژ بالا، ردپایی از حضور تریستورهای GTO مشاهده می‌شود.

    گفتیم که GTO هر دو قابلیت روشن و خاموش شدن از طریق اعمال سیگنال به پایه‌ی گیت را دارد. برای خاموش شدن کافی‌ست یک سیگنال با پلاریته منفی به گیت اعمال کنیم و این ویژگی منحصر به فردی است که این گونه از تریستور داراست.
    برای روشن شدن هم باید یک پالس جریان مثبت بین دو ترمینال گیت و کاتد اعمال شود. ( مسیر گیت – کاتد مشابه یک پیوند P-N رفتار می‌کند. )

    اما مسئله‌ای که وجود دارد این است که پروسه روشن شدن در GTO، به اندازه‌ی بقیه تریستورهای استاندارد  قابل‌اطمینان نیست و ممکن است برداشتن ناگهانی پالس جریان مثبت از روی گیت به منزله‌ی سیگنال منفی تلقی شده و GTO مجددا خاموش شود. لذا لازم است مدت کوتاهی بعد از روشن شدن تریستور نیز جریان مثبت اندکی هم‌چنان اعمال شود تا تریستور به مرحله‌ی پایداری برسد و پس از آن جریان را اندک اندک صفر کرد.

    ساختار تریستور GTO
    مانند تریستور استاندارد، GTO نیز ‌قطعه‌ای با ساختمان چهار لایه است که سه پیوند در آن وجود دارد. ترتیب لایه‌ها نیز به همان شکل PNPN است که بیرونی ترین لایه P آنود را تشکیل می‌دهد و بیرونی‌ترین لایه N کاتد را.

    برای افزایش بهره‌وری امیتر، لایه کاتد بشدت دوپ می‌شود تا تبدیل به N+ شود. اما این مسئله یک ایراد نیز ایجاد می‌کند؛ این‌که پیوند موجود به کاتد ( که معمولا با J3 نام‌گذاری می‌شود) نزدیک‌تر می‌شود و این نزدیکی موجب کاهش ولتاژ شکست پیوند تا حدود 40 – 20 ولت می‌گردد.

    اما میزان دوپ شدن ناحیه‌ی P دارای درجه‌بندی است که بیش از اندازه یا کم‌تر از حد دوپ نشود چرا که برای ایجاد بهره‌وری بالا در امیتر باید میزان دوپ این ناحیه کم باشد و از طرف دیگر برای این‌که قابلیت خاموش شدن به خوبی ایجاد شود باید میزان دوپ بالا باشد.

    معمولا پایه‌ی گیت به منظور دستیابی به قابلیت‌های خاموش و روشن شدن بهینه، از درون به صورت دیجیتال تنظیم می‌شود. گاهی در برخی از دستگاه‌های جریان بالا ( 1000 A و بالاتر) بیش از هزاران قطعه وجود دارند که بسیاری از آن‌ها ممکن است به پایه‌ی گیت متصل باشند. بنابراین نیاز است که کنترل دقیقی بر روی این پایه وجود داشته باشد.

    یک مشخصه کلیدی دیگر در GTO ، حداکثر ولتاژ مسدود سازی مستقیم( forward blocking  ) است. این ولتاژ به میزان دوپ و ضخامت ناحیه‌ N پایه بستگی دارد. از آن‌جا که بسیاری از دستگاه‌ها به ولتاژ مسدود سازی در محدوده‌ی کیلوولت نیاز دارند، میزان دوپ این ناحیه باید پایین نگه داشته شود.
    نحوه عملکرد GTO
    بسیاری از ابعاد عملکردی GTO مشابه تریستورهای معمولی است. می‌توانیم آن را مانند یک ترانزیستور PNP و یک ترانزیستور NPN  که با آرایش بخصوصی به هم متصل شده‌اند تصور کنیم. این آرایش به نحوی است که با روشن شدن ترانزیستورها، سیستم خودش را در همین وضعیت حفظ می‌کند مگر آن‌که پالس منفی‌ای به منظور خاموش کردن تریستور به گیت وارد شود.


  • تهیه و تنظیم توسط آند کیش
    تماس : 09123139086
    انتشار مطلب در :