1

6. BLM: G ELEMANLARI

6.1. Tristr (Silicon-Controlled Rectifier, Silikon Kontroll Dorultucu)

Tristrler, genel olarak yksek akm ve gerilimlerde kullanlan bir anahtarlama

elemandr. Tranzistr gibi kuvvetlendirme iin kullanlamaz. Germanyumun sznt

akm silikona gre fazla olduundan Germanyum kullanlmaz. Bundan dolay silikon

kontroll dorultucu olarak adlandrlr. ekil 6.1ada tristrn iyaps bde ise sembol

gsterilmitir. ekil 6.1adan da grld gibi tristr drt katmanl, ulu bir devre

elemandr. Ular anot, katot ve kap ucudur. almas normal bir diyottan farkldr.

Tristrn iletime gemesi iin anot geriliminin katot geriliminden yksek olmas

yetmez. Ayrca kap ucuna ksa sreli darbe uygulamak gerekir. Bu darbenin srekli

olmas gerekmez. Tristr iletime getikten sonra bu darbe kesilebilir. letime getikten

sonra tristrn direnci ile arasndadr. Tkama blgesi direnci ise den

byktr.

(a) (b) ekil 6.1. Tristrn i yaps ve devre sembol.

Tranzistr ile kyaslandnda tristrn en nemli avantajlar, tranzistr n

gerilimlemeye ihtiya duyarken tristrde byle bir eye gerek yoktur. Ayrca tranzistr

anahtar olarak kullanldnda doyum ve kesim blgelerinde alr. Eer iletim

blgesinde giri gerilimi tranzistr doyuma gtrecek kadar yksek deilse tranzistr

kesimde olmaz, ileri aktif blgede olur. Yani iletim ve kesim dnda ara bir durum da sz

konusudur. Tristrde ise byle bir ara durum yoktur. Tristr ya iletimdedir, ya da

kesimdedir.

Tristrler gibi yksek gerilimlerde, gibi yksek akmlarda ve

gibi yksek glerde alabilen bir g elemandr. zellikle, hz kontrol

devrelerinde, g anahtarlama devrelerinde, rle srme devrelerinde, faz kontrol

devrelerinde, dc/ac inverterlerde, k iddeti kontrol devrelerinde sklkla kullanlrlar.

6.1.1. Tristrn yaps ve almas

ekil 6.2de gsterildii gibi tristr npn ve pnp tranzistrlerden olumu gibi

dnlebilir. ekilden de grld gibi anot ucuna katot ucundan daha fazla gerilin

uygulanmas anottan katota doru bir akmn akmas iin yeterli deildir.

2

(a) (b)

ekil 6.2. Tristrn iki tranzistrl edeer devresi.

ekil 6.3ada grld gibi kap ucuna herhangi bir iaret uygulanmad

durumda ve tranzistrleri kesimde kalr ve anottan katota doru sadece sznt

akmlar akar. ekil 6.3bde gsterildii gibi kap ucuna yeterince byk (

tranzistrn iletime geirecek kadar) bir gerilim uygulanrsa ve tranzistrleri

iletime geer (ekil 6.3c). Tristr iletime getikten sonra kap gerilimi kaldrlsa da

tristr iletimde olmaya devam eder. Bu durumda Q2 tranzistrnn baz akm Q1

tranzistr tarafndan salanr. Kapya uygulanacak darbenin sresi dk akmlarda

(Amper mertebelerinde) ile arasndadr. Yksek akmlarda ise (yzlerce

Amper) ile arasndadr.

(a) (b)

3

(c)

ekil 6.3. Tristrn kapal ve ak konumu.

letimdeki tristr, kap gerilimi kesilerek tkamaya gtrlemez. Bunun iin ya

kap ucuna ekil 6.3bde gsterildii gibi negatif bir darbe uygulanr (bu, ok kullanl

bir yntem deildir. Uygulanacak ters gerilim yeterince yksek olmaldr. Bu ters

gerilimle Q2 tranzistrnn baz emetr fakirlemi blgesi geniletilmi olur. Genelde

dk akmlarda 10Aden kk akmlarda kullanlr.) ya da ekil 6.4de gsterildii gibi

tristrden akan akm kesilir (tristrden akan akm tutma akmndan kk ise

tristrn kesime gittii kabul edilir.). Baka bir yntem de anot katot geriliminin

polaritesini evirmektir. Akm kesme ilemi ekil 6.4a ve bde gsterildii gibi iki ekilde

yaplabilir. Bunun iin eitli devreler kullanlabilir. ekil 6.5de bu devrelerin bir rnei

gsterilmitir.

(a)

(b)

ekil 6.4. Tristrden akan akmn kesilmesi.

Bu devrede tranzistrn giriine bir darbe uygulayarak tranzistr iletime

(doyuma) geirilir. Bu durumda tristrn ularna ters gerilim uygulanm gibi olur. Bu

da tristrden ters ynde akm akmasna neden olacaktr. Tristrn kesime gitmesi iin

bu ters gerilimin yaklak ile 30 arasnda tristre uygulanmas gerekir.

4

(a)

(b)

ekil 6.5. Tristrden akan akm kesen elektronik devre rnei.

6.1.2. Tristrn karakteristikleri ve parametreleri

ekil 6.5de tristrn akm - gerilim karakteristii gsterilmitir. Karakteristiin

nemli noktalarn aklayalm.

( ) (breakover voltage), tristrn iletime gemesi iin anot - katot arasna

uygulanmas gereken minimum gerilimdir. Kap ucuna herhangi bir gerilim

uygulamadan yeterince gerilimi uygulayarak da tristr iletime geirilebilir. Ancak bu

gerilimin deeri olduka yksektir (yaklak 50V ile 500V arasnda). Bu gerilim deeri

bir kez aldktan sonra bu deerin altna inse de artk tristr iletimde kalmaya devam

eder. Eer kap ucuna uygun darbe uygulanrsa bu gerilim nemli oranda azalr.

Grafikten de grld gibi bu gerilimin deeri kap akmna baldr.

Peak reverse voltage, tristre ters gerilim uygulandnda diyotta olduu gibi

bir akm akmaz. Ancak bu ters gerilimin deeri geri krlma gerilimini (peak reverse

voltage) aarsa avalans olay balar ve ters ynde byk miktarda akm akar. zellikle

ac gerilimlerde tristr zerinde nemli ters gerilimler olabilir. Dolaysyla ac gerilimlerle

alrken bu ters akmn snrlandrlmas gerekir. Yoksa tristr bozulur.

Holding current, tristr kesime gittiinde zerinden akan akmn maksimum

deeridir. Genelde mA mertebesindedir. rnein bir tristrn tutma akm ise

tristr kesime gittiinde zerinden akan akm altna dm ise tristr artk

kesimdedir.

Forward current / On-state current, tristr iletimde iken zerinden geecek

akmn maksimum deeridir.

Gate trigger current, tristrn iletime gemesi iin kap ucundan akmas

gereken minimum kap akmdr. mAler mertebesindedir.

Gate trigger voltage, tristrn iletime gemesi iin uygulanmas gereken

minimum kap gerilimidir. Birka Volt mertebesindedir.

Forward peak gate current, kap ucuna uygulanacak ks sreli akmn

maksimum deeridir.

5

ekil 6.5. Tristrn akm - gerilim karakteristii.

6.1.3. Tristr uygulamalar

Tristrl yarm dalga dorultma

Tristr kullanlarak faz kontroll dorultma ilemi gerekletirilebilir. ekil

6.6ada tristrl yarm dalga dorultma devresi gsterilmitir. ebeke gerilimi trafo ile

istenen deere drlr. Yk tristrn anodu ile trafo k arasna balanr. Tristrn

kap akmn kontrol etmek iin tristrn kap ucu ile kaynak arasna bir direnci

balanmtr. ebeke geriliminin pozitif alternansnda uygun kap akm da salanrsa

tristr iletime geer. Kap akm ne kadar yksek olursa tristrn iletime gemesi iin

gerekli gerilim o kadar kk olur. Tristrn ac ebeke geriliminin hangi noktasnda

iletime geecei kap akm ile kontrol edilebilir (ekil 6.6b). Negatif alternansta tristr

tkamada olacaktr. Tristr zerinde den negatif gerilim deeri tristrn reverse

breakdown voltage deerinden kk olmaldr. Aksi takdirde tristr zarar grebilir.

Trafonun k gerilimi, ( ) eklinde yazlrsa, yk zerindeki gerilimin

ortalama deeri,

ekil 6.6. Tristrl yarm dalga dorultma.

6

( )

( )

[ |

]

[ ]

(6.1)

olur. Ykten akan ortalama akm ise,

[ ] (6.2)

olur. Formlden de grld gibi as deitirilerek dorultucunun knda elde

edilen iaretin ortalama deeri ayarlanabilir. Dorultma ileminin diyot ile yapldn

daha nce grmtk. Ancak diyotlu dorultma devresi ile trafonun k geriliminin

maksimum deerinde bir dorultma yaplr. Bunun altnda istenen bir deer elde etmek

mmkn deildir. Tristrl dorultma devresinde ise maksimum deerin altnda istenen

bir deer ayarlanabilir.

rnek 6.1: lk bir lambann yayd k iddeti tristrl yarm dalga

dorultma devresi ile ayarlanmak isteniyor. Tristrn tetikleme as ise lamba

zerindeki gerilim efektif deeri ne olur? Hesaplaynz.

zm: ac gerilimin zamanla deiimi,

eklindedir. Lambaya uygulanan gerilimin efektif deeri,

( )|

( ( ))

( )

olur.

7

Tristrl tam dalga dorultma

ekil 6.7ada tristrl tam dalga dorultma devresi gsterilmitir. Devre ortak

ulu trafolu diyotlu dorultma devresi ile birebir ayndr. Sadece diyotlar yerine

tristrler almtr. Ayrca trsittn kap akmn kontrol eden devre de vardr. Pozitif

alternansta SRC1 iletimde iken negatif alternansta SCR2 iletimdedir (trafonun ortak ulu

olduunu dikkat ediniz). Yk zerindeki ortalama gerilim ve ykten akan ortalama akm,

ekil 6.7. Tristrl yarm dalga dorultma.

( )

( )

[ |

]

[ ]

(6.3)

olur. Ykten akan ortalama akm ise,

[ ] (6.4)

olur.

rnek 6.2: lk bir lambann yayd k iddeti tristrl tam dalga

dorultma devresi ile ayarlanmak isteniyor. Tristrn tetikleme as ise lamba

zerindeki gerilim efektif deeri ne olur? Hesaplaynz.

zm: ac gerilimin zamanla deiimi,

eklindedir. Lambaya uygulanan gerilimin efektif deeri,

8

( )|

( ( ))

( )

olur.

6.2. Silikon kontroll anahtar (silicon controlled switch, SCS)

Silikon kontroll anahtarn yaps ekil 6.8ada gsterilmitir. ekilden de

grld gibi yaps, tristre benzer. Anot, katot, anot kaps ve katot kaps olmak

zere drt terminali vardr. ekil 6.8bde devre sembol gsterilmitir.

ekil 6.8. Silikon kontroll anahtarn yaps ve devre sembol.

Silikon kontroll anahtar, hap itibariyle tristre benzemekle beraber tristrden

en nemli fark, kap ucundan iletime ve kesime gtrlebilmesidir. Tristr kap

ucundan tetiklenerek iletime geirilebilirken, ayn kap ucundan kesime gtrlemez.

Silikon kontroll anahtar ise, ekil 6.9da tranzistr edeeri zerinde gsterildii gibi

her iki kap ucundan da iletime ve kesime gtrlebilir. Tristrde olduu gibi burada da

rnein katot kap ucuna yeterince byk ve yeterli srede bir darbe uygulanrsa, npn

tranzistr iletime geer. Kolektr emetr gerilimi azalacandan pnp tranzistrn

emetr gerilimi baz geriliminden yksek olacandan pnp tranzistrde iletime geer.

Bylece Silikon kontroll anahtar iletime gemi olur. Benzer ekilde anot kapsna da

9

yeterince byk ve yeterli srede bir negatif darbe uygulanrsa yine silikon kontroll

anahtar iletime geer.

ekil 6.9. Silikon kontroll anahtarn tranzistr edeeri.

letimdeki silikon kontroll anahtarn katot kapsna yeterince byk ve yeterli

srede negatif bir darbe uygulanrsa, bu darbe npn tranzistrn baz - emetr

jonksiyonun fakirlemi blgesini geniletir ve kesiem gtrr. Dolaysyla pnp

tranzistr de kesime gider ve silikon kontroll anahtar kesime gitmi olur. Tristrde

olduu gibi silikon kontroll anahtar da anot akm kesilerek (tutma akmn altnda

olacak ekilde azaltlarak) de kesime gtrlebilir.

Silikon kontroll anahtar, kontrol acndan tristrden daha avantajl olmakla

birlikte yksek glerde kullanlamazlar. Genel olarak anot akm ile 3

arasnda, zerinde harcanan g ise ile arasndadr. Ayrca tristrn

kesime gitmesi yaklak arasnda olurken silikon kontroll anahtarn kesime

girmesi ise 1 arasnda olur.

ekil 6.10da silikon kontroll anahtarl alarm devresi gsterilmitir. Burada

direnci a veya scakla bal direnci deien bir sensr direntir. Katot kap gerilimi

bu direncin deeri ile ayarl diren tarafndan belirlenir. direncinin deeri azaldnda

ve belirli bir eik deerde katot gerilimi silikon kontroll anahtar iletime geirecek

deere der. Bu durumda SCS iletime geer ve alarm devresinin rlesi eker.

ekil 6.10. Silikon kontroll anahtarl alarm devresi.

10

Anot kaps ile besleme arasndaki luk diren ise SCSnin yanllkla

tetiklenmesini engellemek iin kullanlr. Yksek frekansl bir iaret SCSyi iletime

geirebilir. Bunun temel sebebi de kaplar arasndaki kaak kapasitedir. Sfrlama

anahtar SCSyi aan ve onu kesime gtren, yeniden almaya hazr hale getiren

anahtardr.

6.3. Kapdan kapatlan tristr (Gate Turn-off Tyristor, GTO)

Kapdan kapatlan tristr (GTO), yksek glerde kullanlan zel bir tristr

eididir. Tristrden farkl olarak kap gerilimi ile iletime ve kesime gtrlebilir. ekil

6.11ada yaps, bde ise sembol gsterilmitir. Tranzistr edeeri tristr ile ayndr.

Yaps da tristr ile hemen hemen ayn olmakla birlikte katot blgesi ok blgeden

oluur ve ortak anotu ve kaps olan ok sayda tristrden oluur.

(a)

(b)

ekil 6.11. GTOnun yaps ve sembol.

GTO, kap gerilimi ile iletime kesime gtrlebilmekle birlikte, iletime geirmek

iin gerekli kap akm tristre gre olduka yksektir. Tristr iin tetikleme akm ,

civarnda iken GTOnun tetikleme akm Amperler mertebesindedir. Kesime gtrmek

iin uygulanmas gereken akm ise daha fazladr. letime geme sresi tristr ile hemen

hemen ayn iken kapanma sresi olduka dktr ve SCSden de daha iyidir. Aadaki

tabloda ayn gteki tristr ile GTOnun nemli parametreleri karlatrmal olarak

verilmitir.

Parametre Aklama Tristr (1600V, 350A) GTO (1600V, 350A)

letimde zerinde den gerilim

1,5V 3,4V

letime geme sresi

Kap akm

Kesime gitme sresi

11

6.4. Diyak

Her iki ynde de akm geiren bir g elemandr. Bu da ac uygulamalarda diya

avantajl klar. ekil 6.12de diyan yaps, sembol ve akm - gerilim karakteristii

gsterilmitir. Akm - gerilim karakteristiinden grld gibi her iki ynde de ka

gerilimi (breakover voltage) vardr ve bu deerler birbirine yakndr. Devre

sembollerinden de grld gibi katot ucu yoktur, her iki uta anot olarak adlandrlr

(anot 1, anot 2).

(a)

(b)

(c)

ekil 6.12. Diyan yaps, sembol ve akm - gerilim karakteristii.

6.5. Triyak

letime gemesi kap tarafndan kontrol edilen bir diyaktr. ekil 6.13de triyan

yaps, sembol ve akm - gerilim karakteristii gsterilmitir. Akm - gerilim

karakteristiinde diyaktan farkl olarak tutunma akm da vardr.

12

(a)

(b)

(c)

ekil 6.13. Diyan yaps, sembol ve akm - gerilim karakteristii.

6.6. Tek eklemli tranzistr (Unijonction Transistor, UJT)

ekil 6.14ada tek eklemli tranzistrn i yaps, bde ise sembol gsterilmitir.

ekil 6.14adan da grld tek eklemli tranzistr, alminyum ubuktan, n tipi

yariletkenden ve ommik kontaklardan oluur. Alminyum ubuk ile n tipi yariletken

arasnda p-n eklemi sz konusudur. Tabiki bu p-n diyottaki gibi bir eklem deildir.

Alminyum ubuk ierisinde az sayda bulunan (katklama ile elde edilmediinden) p

tipi yariletken ile n tipi yariletken arasndaki eklemdir. ki adet ommik kontak

olduundan iki kontakl diyot olarak da adlandrlr. Alminyum ubuk B2 kontana

daha yakn yerletirilmitir. ekil 6.14bde de devre sembol gsterilmitir. UJT ulu

bir elemandr. Ular emetr, B1 (Base 1) ve B2 (Base 2)dir. Akm ynleri ve uygulanmas

gereken gerilim polariteleri sembol zerinde gsterilmitir.

13

(a)

(b)

ekil 6.14. Tek eklemli tranzistrn iyaps ve sembol.

ekil 6.15de ise UJTnin edeer devresi gsterilmitir. Edeer devre bir

diyottan, bir direnten ve bir ayarl direnten oluur. Emetr akm sfrken

dir. Emetr akm ile arasnda deitiinde, direnci ile

arasnda deiir. direni genel olarak ile 10k arasnda deiir. direnci

zerindeki gerilim,

ekil 6.15. UJTnin edeer devresi.

(6.5)

olur. Emetr akm sfrken,

(6.6)

oran,

14

(6.6)

ile gsterilir. Emetr ucuna deerinden diyodun eik gerilimden (

arasnda) daha byk bir gerilim uygulanrsa UJT iletime geer. UJTnin iletime gemesi

iin emetr ucuna uygulanmas gereken gerilimin deeri,

(6.7)

olur. ekil 6.16da UJTnin gerilim - akm karakteristii gsterilmitir. Belirli bir

gerilimi iin emetr gerilimi belirli bir deere aarsa UJT iletime geer. Yukarda da

akland gibi UJT iletime getikten sonra akm artarken direnci azalr.

Dolaysyla (eta) azalr, (6.7)ye azalr.

ekil 6.16. UJTnin gerilim - akm karakteristii.

UJTler, osilatr, tetikleme, faz kontrol, zamanlama, reglatr devreleri gibi bir

ok devrede yaygn bir ekilde kullanlr.