Thyristor là thiết bị bán dẫn được thiết kế cho các ứng dụng chuyển mạch công suất lớn. Khác với transistor lưỡng cực và FET, thyristor không có khả năng khuếch đại và chỉ được sử dụng để điều khiển các tải điện lớn như đèn, động cơ và lò sưởi. Để kích hoạt một thyristor, cần có xung điện kích hoạt ngắn tại cổng khi thiết bị đang ở trạng thái thuận - tức là anode là cực dương so với cathode. Xung điện này gây ra hiện tượng đánh thủng avalanche breakdown bên trong và nhanh chóng chuyển thiết bị sang trạng thái "BẬT". Thời gian xung kích nên chỉ kéo dài vài microgiây, dù các xung dài hơn có thể tăng tốc thời gian bật. Tuy nhiên, không được vượt quá dòng điện tối đa của cổng để tránh làm hỏng thyristor.

Khi đã được kích hoạt, thyristor sẽ duy trì dẫn điện ngay cả khi tín hiệu cổng bị loại bỏ. Nó chỉ dừng dẫn điện khi dòng điện anode giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định gọi là dòng duy trì. Sau đó, thiết bị sẽ tự động tắt. Đặc điểm này khiến thyristor không phù hợp cho các nhiệm vụ yêu cầu chuyển mạch hoặc khuếch đại có kiểm soát.

Mạch Thyristor DC

Trong một mạch DC, thyristor có thể hoạt động như một công tắc để quản lý các dòng điện và tải lớn. Khi được sử dụng như một công tắc, thyristor hoạt động như một khóa điện tử, duy trì trạng thái "BẬT" cho đến khi được đặt lại thủ công. Hãy xem xét một ví dụ về mạch điện được thiết kế để điều khiển một đèn. Mạch này sẽ sử dụng một thyristor làm công tắc trong đó nút nhấn mở thông thường sẽ kết nối cổng với nguồn DC qua một điện trở và bắt đầu dẫn truyền. Đặt giá trị điện trở quá cao có thể ngăn thyristor kích hoạt. Sau khi được kích hoạt, mạch sẽ tự khóa và duy trì trạng thái "BẬT" ngay cả khi nút nhấn được nhả ra, miễn là dòng tải lớn hơn dòng khóa của thyristor.

Ưu điểm bao gồm hệ số khuếch đại dòng lớn, trong đó dòng cổng nhỏ điều khiển dòng anode lớn hơn nhiều. Để ngăn chặn kích hoạt sai, một điện trở cổng-cathode thường được thêm vào để ổn định độ nhạy của cổng và tăng khả năng dv/dt. Để tắt thiết bị, mạch phải được ngắt bằng cách giảm dòng anode xuống dưới giá trị dòng duy trì, sử dụng nút "TẮT" mở thông thường để ngắt mạch và ngừng dòng điện.

Để khắc phục những hạn chế về thiết kế liên quan đến kích thước và độ bền của công tắc "TẮT", một cấu hình thay thế được sử dụng, trong đó một công tắc nhỏ hơn được đặt song song với thyristor. Công tắc này làm ngắn mạch anode và cathode trong một thời gian ngắn, giảm dòng duy trì và tắt thyristor.

Mạch Thyristor AC

Thyristors có cơ chế hoạt động khác khi được kết nối với nguồn điện xoay chiều (AC). Do sự đảo chiều định kỳ của nguồn AC, thyristor sẽ tự động bị phân cực ngược và tắt trong một nửa của mỗi chu kỳ. Mạch thyristor AC không gồm công tắc "TẮT" bổ sung nhưng gồm một diode để ngăn ngừa phân cực ngược tại cổng.

Trong nửa chu kỳ dương, thyristor sẽ tắt trừ khi có dòng điện cổng được đưa vào bằng cách đóng một công tắc. Khi công tắc đóng, dòng điện cổng kích hoạt thyristor, bật nó và cho phép dẫn điện trong phần còn lại của nửa chu kỳ dương. Thời gian dẫn có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi hằng số thời gian RC trong mạch, kiểm soát góc pha mà thyristor bắt đầu dẫn.

Để kiểm soát chính xác hơn công suất được cung cấp cho tải, mối quan hệ giữa xung cổng và nửa chu kỳ dương có thể được điều chỉnh. Bằng cách này, thyristor có thể cung cấp từ 0% đến 50% công suất vì nó không dẫn trong các nửa chu kỳ âm.

Kiểm soát AC Toàn Sóng

Để cho phép cung cấp 100% công suất qua cả hai nửa chu kỳ AC, một thyristor có thể được tích hợp trong bộ chỉnh lưu cầu diode hoặc hai thyristor có thể được sử dụng trong cấu hình song song ngược. Một phương pháp thực tế khác là sử dụng một triac, thiết bị có khả năng được kích hoạt theo cả hai chiều nên phù hợp cho các ứng dụng chuyển mạch AC.

Tóm lại, để kiểm soát các mạch dựa trên thyristor, bạn cần hiểu biết về các đặc tính của thiết bị, cơ chế kích hoạt phù hợp và các cấu hình mạch được tùy chỉnh cho các ứng dụng cụ thể, dù là điều khiển công suất DC hay AC.