Le Thyristor
















  - Nicolas, aujourd'hui, je te présente le thyristor.

- Avant d'aborder le sujet, le mieux est de faire un petit tour sur le chapitre de la diode Shockley. Tu vois donc que le thyristor est une diode Shockley à laquelle on a ajouté une broche (Gâchette). Le thyristor est  unidirectionnel, il laisse passer le courant dans un seul sens..


Figure 1 Figure 2






- Sa représentation symbolique est en Fig1 C. Le thyristor à longtemps été désigné par ses initiales "S.C.R", Silicon Controlled Rectifier (Redresseur Silicium Commandé). On peut dire qu'il s'agit d'un redresseur au silicium commandé par une troisième broche, la gâchette.

- Fonctionnement du thyristor: En courant continu. Figure 2.

- Le thyristor se comporte comme une diode normale quand l'anode est négative par rapport à la cathode, il ne conduit pas, il est bloqué. Par contre si l'anode devient positive par rapport à la cathode le thyristor va conduire à la condition toutefois que la gâchette soit positive, (une simple impulsion  suffit à amorcer le thyristor, poussoir P figure 2).
- Le thyristor, une fois amorcé reste conducteur même si la gâchette n'est plus polarisée, il faut tout de même qu'un courant minimum circule entre anode et cathode (courant de maintien). Le désamorçage ne peut être rétabli quand coupant l'alimentation, où en faisant chuter la tension anode cathode jusqu'à ce que le courant de maintien ne soit plus assuré. (on peut aussi le désamorcer par un très bref court-circuit entre l'anode et la cathode).

- Sur l'animation, on voit très bien l'explication ci-dessus.

Commande du thyristor

1- Action sur SW2. L'anode devient positive par rapport à la cathode, le thyristor reste bloqué, la lampe est éteinte.
2- Action sur SW1. La gâchette devient positive via R1, le thyristor conduit et la lampe s'allume.
3- Relâchement de SW1. La gâchette n'est plus positive, mais le thyristor reste conducteur et la lampe allumée. (plusieurs impulsions sur la gâchette ne changent rien).
4- Le blocage du thyristor ne peut être obtenu qu'en relâchant SW2, la lampe s'éteint.

- La résistance R1 limite le courant dans la gâchette. Le courant de gâchette est en moyenne de 10 mA environ.

Help!

Quoi Help? Ah, je vois, monsieur Nicolas à les neurones en papillote ce matin. Aucune carburation dans le ciboulot.
- Hum... Bon je récapitule.

Pour que le thyristor conduise, il faut 2 conditions.

1- Comme pour la diode Shockley, il faut que la tension anode-cathode soit supérieure à la tension de seuil. (quelques volts).
2- Un courant positif sur la gâchette.



- Fonctionnement du thyristor :

- En courant alternatif. Figure 3.

- Le thyristor fonctionne aussi en alternatif. Comme en courant continu, si la gâchette n'est pas polarisée positivement le thyristor ne conduit pas, quelle que soit l'alternance appliquée sur l'anode.
Via l'interrupteur I, on applique une tension positive et seulement à cet instant le thyristor conduit. On remarque la diode D, celle-ci ne laisse passer que les alternances positives dont on a besoin, la résistance R limite le courant dans la gâchette.
- Le blocage du thyristor se fait automatiquement à chaque alternance négative sur l'anode. Le thyristor ne laisse donc passer que des demi-alternances. Sur la charge, on ne dispose que des alternances positives.

- Plutôt qu'un long discourt, un graphique.

Figure 3
Oscillogramme 1

Cliquer pour agrandir

En rouge les alternances présentes sur l'anode du thyristor. En jaune les alternances présentes sur la charge


- Récapitulation ce qui vient d'être dit. :

Animation

 
Une tension alternative est envoyée sur le circuit.

Image 1_2- Alternance positive sur l'anode, la gâchette non alimentée (SW1 ouvert), la lampe est éteinte.
Image 3- Alternance négative sur l'anode, la gâchette non alimentée (SW1 ouvert), la lampe est éteinte.
Image 4- Alternance positive sur l'anode, la gâchette est alimentée via SW1, la lampe s'allume.
Image 5- Alternance négative sur l'anode, la gâchette est alimentée via SW1, la lampe s'éteint.
Image 6_7- Répétition de 4-5

- La quantité de courant envoyé sur la charge peut être dosée, c'est-à-dire que les alternances sur la charge ne seront plus entières, ce qui permet de varier la puissance. Pour ce faire, il faut introduire un circuit déphaseur sur la gâchette.

   Pou youyou... C'est moi qui déphase là, que c'est quoi que tu racontes là ?
Hé bien, ce que c'est quoi que tu regardes l'oscillogramme 1. Tu vois bien que les demi-alternances (jaune) présentes sur la charge sont en phase avec les alternances présentes sur l'anode (rouge). J'entends par déphaseur un circuit qui introduit un retard sur la gâchette par rapport à ces alternances, ainsi une partie seulement de la sinusoïde sera transmise à la charge.

   Tu fais un dessin!
Le voilà.

- Ha ouais...  Super compris... Ouais...
- Donc la charge étant une ampoule, si on déphase complètement le signal de gâchette, l'ampoule s'éteint. Si peu que l'on fasse un déphasage progressif avec un potentiomètre par exemple, on peut faire varier la luminosité de l'ampoule progressivement de 0 à 100%. Ici sur le graphique l'ampoule travaille à 75%. C'est cela ?


- Hé pas si vite... Le raisonnement est bon sur la forme, mais le résultat lui est mauvais.
   Je m'en doutais dès que je dis quelque chose, je me ramasse une bûche...
Qu'est-ce que tu veux... Tu pédales trop vite...
Regarde bien l'oscillogramme, tu ne vois que les alternances positives. C'est normal puisque le thyristor se comporte comme une diode. Il en résulte que dans le meilleur des cas l'ampoule ne peut éclairer qu'à 50% de sa puissance. Par exemple 110 Volts au lieu de 220 Volts.
  Ha bien oui, maintenant que tu me le dis... Hum, donc pour que l'ampoule travaille à 100%, il faut que les alternances négatives deviennent positives. Et là, je te laisse faire.
C'est facile, je vais mettre un pont de diodes pour redresser les alternances négatives, et un simple circuit R-C au niveau de la gâchette pour introduire le retard.

Voici le schéma de principe et l'oscillogramme.

Le schéma de principe
 
L'oscillogramme (cliquer pour agrandir)
R1-P1-C1 introduise un retard au niveau de la gâchette, retard réglable par P1.

- Voila, maintenant, tu peux dire que la lampe va s'allumer à 75% environ de sa puissance, cette puissance variant en fonction du potentiomètre.

- Le thyristor GTO :

- Il existe des  thyristors dit GTO (Gate Turn Off). Ceux-ci offrent la possibilité de désamorcer le thyristor par l'intermédiaire de la gâchette, en lui envoyant une impulsion négative, (0,1 milliseconde typique). Ceux-ci sont destinés pour des applications de fortes puissances, (millier de Volts et millier d'ampères).

- Le thyristor SE :

- Le thyristor SE est plus sensible que le thyristor courant. Il lui faut moins de courant à la gâchette pour le déclencher.

- Caractéristiques à ne pas dépasser :

- Les valeurs à ne pas dépasser se trouvent dans les Datasheet, leurs explications ici. (PDF 200K).


En résumé:

VBO (ou Vmax) - Tension maximale que peut supporter le thyristor à l'état bloqué, il devient conducteur même si aucune tension de commande n'est appliquée sur la gâchette.
It(av) - Courant continu maximal qui peut circuler entre anode et cathode.
Im - Courant de maintien. Valeur du courant au-dessous de laquelle un thyristor qui était dans l'état passant (conducteur), va repasser à l'état bloqué
Igt - Courant minimal de gâchette. Il s'agit du courant minimum à appliquer sur la gâchette pour que le thyristor devienne conducteur. 

- La gamme en puissance des thyristors courants va de 0,5 A à 150 Ampères environ.

   -Voilà Nicolas pour ce qui est du thyristor...

 


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