electronic sinhala lesson - ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් 41

Silicon Controlled Rectifier (SCR)

Silicon Controlled Rectifier (SCR) යනු ද අර්ධ සංනායක යොදාගෙන නිර්මාණය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රොණික උපාංගයකි.ඒ අනුව මෙම උපාංගය නිර්මාණය කරනු ලබන්නේද P-N සංධි මත පදනම්ව වේ.එසේම මෙම SCR බොහෝවිට හදුන්වනු ලබන්නේ thyristor ලෙස වේ.එහෙත් අත්තටම SCR යනු thyristor වර්ගයකි.එනම් thyristor වර්ග බොහෝමයක් ඇති අතර SCR යනු එයින් එක් වර්ගයකි.මෙම thyristor පරිපථ වල යොදාගනු ලබන්නේ අධි වොල්ටීයතා හා ධාරා හසුරවාලීම සදහා ස්විචයක් ලෙස වේ.

මෙම SCR ද බොහෝ විට පරිපථ වල යොදාගනු ලබන්නේ අධි වොල්ටීයතා හා ධාරා හසුරවාලීම සදහා වේ.ඒ අනුව මේවා යොදාගනු ලබන ප්‍රයෝගික  අවස්ථා ලෙස බල නියාමක පරිපථ ,AC මෝටර් වල වේගය පාලනය කිරීම, AC බල්බ වල අලෝකය පාලනය කිරීම ආදී AC විදුලිය යොදාගනු ලබන යෙදවුම්  හදුන්වා දිය හැක.

මෙම SCR  බාහිර ස්වරූපයෙන් ට්‍රාන්සිස්ටරයක හැඩය ගන්නා පින් තුනක් සහිත උපාංගයකි.මෙම පින් තුන  anode ,cathde හා gate ලෙස හදුන්වනු ලබයි.පහත දැක්වෙන්නේ මෙහි ස්වරූපය හා පරිපථ සංකේතය වේ.

පරිපථ සංකේතය සලකා බැලීමේදී මෙය ඩයෝඩයක ස්වරූපය ගන්නා නමත් මෙය ඩයෝඩය මෙන් නොවන අතර  බාහිර ස්වරූපය සලකා බැලීමේදී ට්‍රාන්සිස්ටරයක හැඩය ගන්නා නමුත් ට්‍රාන්සිස්ටරය මෙන් නොවේ.කෙසේ වෙතත්,මෙහි ඩයෝඩයේ හා ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ගති ලක්ෂණ ද ඇත.

ඒ අනුව මෙය ඩයෝඩය මෙන් එක් පැත්තකට පමණක් ධාරාව ගමන් කරනු ලබයි.එනම් ඇනෝඩයේ සිට කැතෝඩය දෙසට ධාරාව ගමන් කරනු ලබයි.එහෙත් මෙලෙස ධාරාව ගමන් කල හැක්කේ ගේට් අග්‍රයට කුඩා වොල්ටීයතාවයක් ලැබුනොත් පමණි.මෙය හරියට BJT ට්‍රාන්සිස්ටරයක බේසය මතට කුඩා වොල්ටීයතාවයක් ලැබුන විට එහි ක්‍රියාකාරිත්වය සිදුවනවා වැනිය.එහෙත් මෙහි ක්‍රියාකාරිත්වය ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ක්‍රියාකාරිත්වයට සම්පූර්ණයෙන්ම වෙනස් ආකාරයකින් සිදු වේ.එනම් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේසය මත වොල්ටීයතාවය ඉවත්කල විට කලෙක්ට හා එමිටරය අතර ධාරාව ගැලීම සිදු නොව්. එහෙත් SCR  හී ගේටය මත වෝල්ටීයතාවය  එක් වරක් ඇති කර පසු ඇනොඩය හා කැතෝඩය අතර ධාරාව නොකඩවා ගමන් කරනු ලබයි.එය ගේටය මත වොල්ටීයතාවය ඉවත්කලද සිදු වේ. මෙම ධාරාව ගැලීම නතර කිරීම සදහා විශේෂිත තත්වයන් ඇති කල යුතුය. මේ බව  SCR හි ක්‍රියාකාරිත්වය මගින් පැහැදිලි කර ගත හැක.මෙම කරුනු අනුව පෙනෙන අනෙක් කාරනය නම් , මෙම SCR උපාංග ට්‍රාන්සිස්ටර මෙන් වර්ධක පරිපථවල යොදාගත නොහැකි අතර ස්චින් ක්‍රියාව සදහා පමණක් යොදාගනු ලබයි.

SCR හි ක්‍රියාකාරිත්වය

SCR යනු “ඇනෝඩ්”, “කැතෝඩ්” සහ “ගේට්” යනුවෙන් ලේබල් කර ඇති ඉලෙක්ට්‍රොණික උපාංගයකි. මෙය P-N සංධි  තුනකින් සමන්විත වේ.මෙහි ව්‍යුහය පහත දැක්වෙන ආකාරයට පෙන්වා දිය හැක.

මෙම    P-N සංධි  තුන   නිර්මාණය වී ඇති ආකාරය පහත දැක්වෙන ආකාරයෙන් ද ඉදිරිපත් කල හැක.  

 

මෙහි අභ්‍යන්තර සැකැස්ම ඉහත දක්වා ඇති ආකාරයට PNP හා NPN ට්‍රාන්සිස්ටර දෙක   එකිනෙකට අන්තර් ක්‍රියා කල හැකි ආකාරයට සම්බන්ධ වී පවතී. මෙහි T1 ලෙස දක්වා ඇත්තේ PNP ට්‍රාන්සිස්ටරය වන අතර T2 ලෙස දක්වා ඇත්තේ NPN ට්‍රාන්සිස්ටරය වේ. T1 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කලෙක්ටර් අග්‍රය සහ T2 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රය එකට සම්බන්ද වන අතර එය ගේට් අග්‍රය ලෙස යොදාගනු ලබයි.එලෙසම T2 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කලෙක්ටර් අග්‍රය සහ T1 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රය එකට සම්බන්ද කර ඇත. T1 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ එමිටර් අග්‍රය ඇනොඩය ලෙස යොදාගැනෙන අතර T2 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ එමිටර් අග්‍රය කැතෝඩය ලෙස යොදාගනු ලබයි.ඉහත සැකස්ම අනුව පෙනෙන කාරනය නම් එක් එක් ට්‍රාන්සිස්ටර ක්‍රියාත්මක වීමට අදාල මූලික ධාරාව ලබා දෙන තුරු ඇනෝඩයේ සිට කැතෝඩ වෝල්ටීයතාවයක් පැවතියද කිසිවක් සිදුවිය නොහැකි බවයි.ඒ අනුව ගේට් අග්‍රයට ලබා දෙන කුඩා වෝල්ටීයතාවය අනුව මෙය සිදුවන ආකාරය විමසා බලමු.  

මෙහිදී අවස්ථාවන් දෙකක් ඇත.ඉන් එකක් නම්  කැතෝඩට සාපේක්ෂව ඇනොඩයේ විභවය + වන අවස්ථාව සහ ඇනොඩයට සාපේක්ෂව කැතෝඩයේ විභවය + වන අවස්ථාව වේ.ඉන් ප්‍රථමයෙන් ඇනොඩයට සාපේක්ෂව කැතෝඩයේ විභවය + වන අවස්ථාව සලකා බලමු.මෙහිදී ඇනොඩය හා කැතෝඩය අතර  යොදනු ලබන්නේ DC වොල්ටීයතාවයක් වේ.

ඇනොඩයට සාපේක්ෂව කැතෝඩයේ විභවය + වන විට,අභ්‍යන්තරයේ ඇති  N-P සංධි දෙක පෙර නැබුරු වන අතර පිටත ඇති P-N සංධි  දෙක පසු නැබුරු වී පවතී.එම නිසා දැන් මෙය සාමාන්‍ය ඩයොඩයක් පසු නැබුරු වූ ආකාරයට හැසිරේ.එම නිසා මෙම අවස්ථාවේදී කිසිම ධාරාවක් ගමන් කිරීමට ඉඩ නොදනු ලබයි.ඩයොඩය මෙන් මෙහිදීද මෙම ගති ලක්ෂනය පවතින්නේ බිඳවැටීමේ වෝල්ටීයතා ලක්ෂ්‍යය ඉක්මවා යන තෙක් පමණි.එසේම මෙය බිදවැටීමකට ලක්කල හැක්කේ ප්‍රතිලෝම අධි වෝල්ටීයතාවයකින් මෙන්ම  ඉහළ උෂ්ණත්වයකින් හෝ ෂණිකව වෙනස්වන අධි වොල්ටීයතාවයකින්(spike voltage ) වේ.

කැතෝඩට සාපේක්ෂව ඇනොඩයේ විභවය + වන විට,ඇත්තෙන්ම SCR ක්‍රියාකාරීව යොදාගනු ලබන්නේ මෙම ආකාරයට වේ. ඒ අනුව මෙහිදී පිටත ඇති P-N සංධි  දෙක පෙර නැබුරු වන අතර අභ්‍යන්තරයේ ඇති  N-P සංධි දෙක පසු නැබුරු වේ.ඒ අනුව  පිටත ඇති P-N සංධි  දෙක පෙර නැබුරු වී පවතින නිසා මෙම සංධි දෙක අතර ධාරාව ගැලීමට හැකිය එහෙත්  අභ්‍යන්තරයේ ඇති  N-P සංධි දෙක පසු නැබුරු වී පවතින බැවින් මෙම සංධි දෙක හරහා ධාරාව ගැලීම  සිදුවිය නොහැක.එහෙත් මෙම අභ්‍යන්තර සංධි දෙකට සම්බන්ද ගේට් අග්‍රයට  කුඩා වෝල්ටීයතාවයක් යෙදීම මගින් මෙම සංධි දෙක අතර සංනායකතාවය ඇති කල හැක.එවිට ඇනොඩයේ සිට කැතෝඩය දක්වා ධාරාව ගැලීමට අවස්ථාව සැලසේ.

මෙය සිදුවන ආකාරය මෙලෙස පැහැදිලි කල හැක.එනම් T1 හා  T2 ට්‍රාන්සිස්ටර දෙක එකිනෙකට අන්තර් ක්‍රියා කල හැකි ආකාරයට සම්බන්ද වී පවතී.ඒ අනුව  කැතෝඩ අග්‍රයට සාපේක්ෂව ඇනෝඩ අග්‍රය ධනාත්මක වන ලෙස වෝල්ටීයතාවය ඇති කර ඇත.මේ අවස්ථාවේදී T2  ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රයට කුඩා ධාරාවක් යෙදුවහොත් එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස T1 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කලෙක්ටර ධාරාව T2  ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රයට ලැබේ.මෙය අනෙක් අතටද  T2 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කලෙක්ටර ධාරාව T1 ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රයට ලැබේ. මෙම ක්‍රියාවලිය regenerative feedback loop ලෙස හැදින්වේ. මෙම ක්‍රියාවලිය දිගින් දිගටම සිදු වන නිසා  ඇනොඩයේ සිට කැතොඩය දක්වා ධාරාව ගැලීමට ඉඩ සැලසේ.

මෙහිදී T2  ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස් අග්‍රයට (ගේට් අග්‍රය) කුඩා වොල්ටීයතාවයක් අවශ්‍ය වන්නේ ඉහත විස්තර කරන ලද ක්‍රියාවලිය ආරම්බ කිරීම සදහා පමණකි. මෙම ක්‍රියාවලිය ආරම්භ වූ මෙම කුඩා වෝල්ටීයතාවය ඉවත් කලද මෙම ක්‍රියාවලිය  නොකඩවා සිදු වේ.

ඒ අනුව ගේට් අග්‍රයට යොදනු ලබන කුඩා වෝල්ටීයතාවය අනුව SCR හී ඇනෙඩයේ සිට කැතෝඩය දක්වා ධාරාව ගලන ආකාරය සහ ගේට් අග්‍රයේ වෝල්ටීයතාවය ඉවත්කලද එය නොකඩවා සිදුවන ආකාරය මේ මගින් පැහැදිලි කර ගත හැක.

SCR ස්විච ලෙස යොදාගැනීම

SCR උපාංගය පරිපථවල දී යොදාගනු ලබන්නේ ස්විචින් ක්‍රියාවලිය සිදු කර ගැනීම සදහා වේ.ඒ අනුව  ස්විචින් ක්‍රියාවලිය සිදු කිරීමට ඇනෝඩයේ සිට කැතෝඩය දක්වා ධාරාව ගැලීම නතර කල යුතුය.ඒ සදහා SCR හී සිදුවන regenerative feedback loop ක්‍රියාවලිය නැවත්වීම සිදු කල යුතුය.මේ සදහා ගේට් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාය වෙනස් කිරීම මගින් මෙය සිදු කර ගත නොහැක.

ඒ අනුව පැහැදිලිවන කාරනය නම් SCR හී ගේට් අග්‍රය යෙදෙගෙනු ලබන්නේ SCR උපාංගය ON තත්වයට පත්කර ගැනීම සදහා පමණි.

ඉහත කරුනු අනුව පෙනෙන කාරනය නම් ට්‍රාන්සිස්ටර වල මෙන් බේස් අග්‍රය මත වොල්ටීයතා ස්පන්ද ඇති කිරීම මගින් ස්විචින් ක්‍රියාවලිය සිදු කල ආකාරයට SCR හී ගේට් අග්‍රය මත වොල්ටීයතා ස්පන්ද ඇති කිරීම මගින්   ස්විචින් ක්‍රියාවලිය සිදුකරගත නොහැක. එම නිසා  SCR උපාංගය OFF  තත්වයට  පත්කරන ආකාරය විමසා බලමු.

 

• SCR උපාංගය OFF තත්වයට පත්කිරීම සදහා ක්‍රම දෙකක් අනුගමනය කරනු ලබයි.එනම් සැපයුම් වෝල්ටීයතාවය ඉවත් කිරීම මගින් ඇනෝඩ ධාරාව ඉවත් කිරීම.මේ සදහා ස්විචයක් යෙදීම සිදු කල හැක.
• SCR උපාංගය OFF තත්වයට පත්කිරීම සදහා ඇති අනෙක් ක්‍රමය නම් මෙහි ඇනෝඩයට සාපේක්ෂව කැතෝඩයේ වෝල්ටීයතාවය වැඩි කිරීම. 

මෙම කුමන ආකාරයකින් SCR උපාංගය OFF තත්වයට පත්කල පසු නැවත ON කිරීම සදහා නැවත SCR හී ගේට් අග්‍රයට කුඩා වෝල්ටීයතාවය ඇති කල යුතුය.

 

SCR උපාංගය AC විදුලියට දක්වන හැසිරීම

SCR උපාංග බොහෝවිට යොදාගනු ලබන්නේ AC විදුලි සමග වේ.එම නිසා SCR උපාංගය AC විදුලියට දක්වන හැසිරීම සලකා බලමු.අප දන්නවා AC විදුලිය පහත දක්වා ඇති ආකාරයට දෙපසටම විදුලිය ගමන් කරන බව.

මෙම AC විදුලිය පහත රූපයේ ආකාරයට  ඇනොඩය හා කැතොඩය අතර පවත්වා AC විදුලියේ පළමු අර්ධයේදී ගේට් අග්‍රයට කුඩා වොල්ටීයතාවයක් ඇතිකරන්නේ යැයි සිතමු.

AC විදුලියේ පළමු අර්ධයේදී කැතොඩයට සාපේක්ෂව ඇනෝඩයේ විභවය + වී ඇති හෙයින් ගේට් අග්‍රයට ඇති කරන කුඩා වොල්ටීයතාවය හේතුවෙන් AC විදුලියේ පළමු අර්ධය SCR එක හරහා ගමන් කරනු ලබයි.එහෙත් AC විදුලියේ දෙවන අර්ධයේදී කැතොඩයට සාපේක්ෂව ඇනෝඩයේ විභවය ( -) වන නිසා (එසේත් නොමැතිනම් ඇනෝඩයට සාපේක්ෂව කැතෝඩයේ විභවය  +  වනවිට )  SCR උපාංගය ස්වයංක්‍රීයව අක්‍රිය වේ.ඉන් පසු AC  විදුලියේ ඊලග අර්ධයේදී නැවත කැතොඩයට සාපේක්ෂව ඇනෝඩයේ විභවය + වේ. එහෙත් ගේට් අග්‍රයට කුඩා වෝල්ටීයතාවය නොලැබෙන නිසා  SCR උපාංගය අක්‍රියව පවතී.

ඒ අනුව පැහැදිලිවන කාරනය නම් AC විදුලියේ සෑම + අර්ධයේදීම ගේට් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවයක් ඇති කිරීම මගින්  SCR උපාංගය  ක්‍රියාත්මක කර ගත හැකි අතර AC විදුලියේ සෑම (-) අර්ධයේදීම SCR උපාංගය අක්‍රීය වේ.මෙම අර්ධයේදී ගේට් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවයක් ඇති කල ද SCR උපාංගය  ක්‍රියාත්මක කර ගත නොහැක.මක්නිසාදයත් ඇනෝඩයට (-)  වොල්ටීයතාවයක් හා කැතෝඩයට + වෝල්ටීයතාවයක්  ස්වභාවිකවම ලැබීම නිසා SCR අක්‍රීය වීමයි. මෙලෙස ස්වභාවිකව SCR උපාංගය අක්‍රීය වීමේ සංසිද්දිය natural commutation ලෙස හැදින් වේ.

DC වෝල්ටීයතාවය නියතව පවතින බැවින්, DC විදුලියෙන් පෝෂණය වන පරිපථවල භාවිතා වන SCR උපාංග වල මෙම natural commutation සංසිද්දිය ඇති නොවේ.එමනිසා DC විදුලිය සමග යොදාගැනෙන SCR උපාංග අක්‍රීය කිරීම සදහා සුදුසු ක්‍රමයක් යොදාගත යුතුය.

SCR උපාංගය යොදාගෙනAC විදුලියේ වෝල්ටීයතාවය පාලනය කිරීම

SCR උපාංගය ක්‍රියාත්මක කරගත හැකිවන්නේ AC විදුලියේ + අර්ධයේදී වේ.මේ අර්ධයන් හී ඕනෑම මොහොතක ගේට් අග්‍රය මත වොල්ටීයතාවයක් ඇති කර SCR උපාංගය on තත්වයට පත්කර ධාරාව ගැලීමට ඉඩ සැලැස්විය හැක.ඒ අනුව ගේට් අග්‍රය මත වොල්ටීයතා පල්ස් එකක් ආකාරයෙන් ලබා දී SCR හරහා ගමන්කරන ධාරාව එක දිකට පවත්වා ගත හැක.

 

පහත දැක්වෙන්නේ ගේට් අග්‍රය මත වොල්ටීයතා පල්ස් ඇති කරන ආකාරය අනුව SCR උපාංගය හරහා ගමන් කරන විදුලිය වෙනස් වන ආකාරයයි.

මෙහිදී පෙනෙන වැදගත් කරුන නම් ගේට් අග්‍රය මත ඇති කරන පල්ස් එක අනුව වෝල්ටීයතායේ + අර්ධයේ SCR උපාංගය හරහා ගමන් කරන වෝල්ටීයතාවය වෙනස් කල හැක.මෙම ක්‍රමය තමා යොදාගනු ලබන්නේ SCR උපාංගය යොදාගෙන වෝල්ටීයතාවය පාලනය කිරීමට.

PWM ක්‍රමය යොදාගෙන වෝල්ටීයතාය පාලනය කිරීමේදී ඉගෙන ගත් ආකාරයට මෙහිදී ද කරනු ලබන්නේ AC විදුලියේ + අර්ධයේ වෝල්ටීයතාය පවතින කාලය වෙනස් කිරීම මගින් සමස්ත වොල්ටීයතාවය ඒ මගින් වෙනස් කරනු ලබයි.ඒ අනුව + අර්ධයේ වෝල්ටීයතාවය පවතින කාලය වැඩිනම් සමස්ත වෝල්ටීයතාවය වැඩිවන අතර + අර්ධයේ වෝල්ටීයතාවය පවතින කාලය අඩු නම් සමස්ත වෝල්ටීයතාවය අඩු වේ.

ඒ අනුව AC මෝටරවල වේගය පාලනය කිරීම,AC බල්බවල ආලෝකය පාලනය කිරීම ආදිය  සදහා යොදාගනු ලබන්නේ මෙම මූලධර්මය වේ.