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サイリスタとは?記号、役割、仕組み、インバータ等を解説

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  • サイリスタってなに?
  • 役割は?
  • 仕組みについて知りたい
  • 図記号は?
  • サイリスタインバータって?

上記のような悩みを解決します。

サイリスタは電子回路によく使用されている素子です。

電気は目に見えないものですので、サイリスタの動作に関してはも理解しずらい部分があるかもしれません。ですが実際はそこまで難しいものではありませんので、必要以上に気構える必要はありません。

この記事ではサイリスタとは?といったところから、役割、記号、仕組み、サイリスタインバータについて解説していきます。

難しい専門用語を使わず、初心者でもなるべく分かりやすいよう解説していきますので、よかったら参考にしてみてください。

それではいってみましょう。

 




サイリスタとは?

サイリスタとは、結論「電流を一方向に流すダイオードにゲート端子を追加したもの」です。

普通の回路において、電気は両方向へと流れます。順方向へ流れることもあるし、逆方向へ流れることもあるというのが一般的です。回路にダイオードを噛ませることによって、電気が一方向にしか流れなくなります。

逆を言えば、電気が一方向にしか流れなくする素子のことをダイオードと呼びます。このダイオードに対してゲート端子を追加したものがサイリスタという訳です。

では具体的にゲート端子を追加するとどうなるのでしょうか?

結論から言うと「電路の開閉を制御することができる」です。

そもそもゲートは直訳すると「門」ですよね。門を開いたり閉じたりするのがゲートになります。ゲート信号で電路を開閉することができます。要するに電路を繋げたり止めたりできる訳です。

ダイオードに電路の開閉をすることはできません。電気を一方向に流すことはできます。逆方向からの電気を通さないこともできます。ただ、一方向の電気を止めたり流したりすることはできません。

サイリスタはダイオードの機能に加えて、一方向の電気を止めたり流したりすることができます。ここが大きな違いですね。

ちなみに似たようなもので、トライアックと呼ばれるものもあります。トライアックは両方向のゲートを開いたり閉じたりすることが可能です。

 

サイリスタの役割

サイリスタの役割は、結論「電気の方向と出力を制御すること」です。

先ほどの賞の繰り返しになりますが、サイリスタには2つの役割があります。一つ目は電流を一方向のみに流すことであり、二つ目は電路の開閉です。

そもそもサイリスタとはダイオードにゲート端子を加えたものですから、ダイオードとしての機能を有します。電流を一方向のみに流れるようにするのがダイオードの働きであり、サイリスタの働きでもあるという訳です。

加えて、ゲート端子が加わることに電路のゲート(門)を開けたり閉めたりできます。ゲート(門)を閉めれば電気は通らず、ゲート(門)を開けば電気は通るようになります。ここを制御できることも特徴です。

具体的には下記のような電子機器にて使用されています。

サイリスタが使用されている電気機器

  • テレビ
  • 洗濯機
  • パソコン
  • エアコン
  • 冷蔵庫
  • 冷凍庫

メジャーな電子機器には一通り使われているのがサイリスタです。最近ではIGBTやMOS-FETなどに代替されていることも少なくありません。

機器内での役割は、超簡単に説明するとスイッチのような働き方をします。

ゲート端子があることにより、ゲート信号を送ることが可能です。ここでゲート(門)の開閉を制御できる訳ですが、これは開閉器(スイッチ)と同様の役割を果たします。

スイッチをオンオフすることにより、電路は開閉し、電気を流したり止めたりできます。

サイリスタもゲートを制御することにより、電路を開閉し、電気を流したり止めたりできるんです。

 

サイリスタの記号

サイリスタの記号は上図に示す通りです。

ダイオードが基本となっている為、ダイオードの図記号にゲート端子を加えたものになります。

ちなみに左側はトライアックと言って、双方向に電路を開閉することができる端子です。図記号から見れば分かるかもしれませんが。。。

ちなみに「A」と書いてあるのがアノードでして、「C」と書いてあるのがカソードです。それぞれの意味合いは下記となります。

サイリスタのアノードとカソードの意味

  • アノード(A):陽極
  • カソード(C):陰極

要するにプラスかマイナスかって話ですね。電気はプラスからマイナスへと流れるので、陽極から陰極へと流れます。

つまりはアノードからカソードに電気が流れるという訳です。

 

サイリスタの仕組み

サイリスタの仕組みは、結論「p型n型p型n型の4層構造」です。

図においては左側の部分ですね。サイリスタの仕組みを理解するには、pnpnを「pnp」と「npn」に分けて考える必要があります。

まず電気はプラスからマイナスに流れます。陽極から陰極へと流れますから、アノードからカソード方向に対して電気が流れるという訳です。

電気はアノードから入り、一つ目のp型からn型へと入り、一つ目のn型から二つ目のp型へと入ります。サイリスタは「pnp」と「npn」でできていますから、pnpからnpnへと電気を引き渡さなければなりませんよね。

ここを通過する際に、ゲート信号を使用します。ゲート信号を送ることにより、pnpとnpnが繋がった状態になります。となると、電気が通るようになるんです。

対してゲートを閉じたい場合には、ゲート信号を停止します。するとpnpとnpnが繋がっていなくなりますから、電気は通らなくなるといった仕組みです。

この仕組みを理解しておけば、ゲート端子をどこに接続すればいいか分かります。

結論、二つ目のp型半導体に対してゲート端子を接続すれば良いのです。

 

サイリスタインバータって?

サイリスタインバータとは、結論「電圧形のインバータ」です。

そもそもインバータとは、直流の電気を交流に変えるものになります。インバータには電圧形と電流形があるのですが、電圧形のインバータにはサイリスタとダイオードが使用されています。だからサイリスタインバータと呼ばれているんですね。

では何故、電流形のインバータにはサイリスタが不要なのでしょうか?

電流形のインバータ出力は双方向に電気が流れないことに起因しています。電流形のインバータはそもそも一つの方向にしか電気が流れないので、サイリスタもダイオードも必要ないんです。よって電圧形のインバータのみにサイリスタが採用されています。

電圧形の出力は双方向です。

となると電圧を制御しなければならなくなるので、サイリスタを使用して、電気をオンオフさせたりします。このことからサイリスタはスイッチ半導体とも呼ばれています。

サイリスタはこのように様々な機器の中に組み込まれています。

 

サイリスタに関する情報まとめ

サイリスタに関する情報まとめ

  • サイリスタとは:電流を一方向に流すダイオードにゲート端子を追加したもの
  • サイリスタの役割:電気の方向と出力を制御すること
  • サイリスタの仕組み:p型n型p型n型の4層構造
  • サイリスタの記号:上図参照
  • サイリスタインバータとは:電圧形のインバータ

以上がサイリスタに関する情報のまとめです。

一通り基礎知識は網羅できたと思います。

似たような機器として、ダイオードが挙げられます。そもそもサイリスタはダイオードが元になっていますから、仕組みや役割などを抑えておくと、よりサイリスタに対する理解は深まります。

下に分かりやすい記事のリンクを貼っておくので、よかったら読んでみてください。

それでは!
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