Симистор принцип работы - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Симистор принцип работы

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Симисторы — это полупроводниковые ключи, которые используют для коммутации цепей сетевого напряжения. Узнайте, как работает симистор и для чего он нужен в цепи.

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название – симметричный триодный тиристор. Его особенность – возможно проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электроприборов.

Конструкция и принцип действия

Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением. Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод. Дополняет общую картину управляющий электрод.

Условное обозначение на схеме по ГОСТ:

Внешний вид следующий:

В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.

Как работает симистор? Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется. Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях. Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.

При использовании в цепи переменного тока симистор закрывается на обратной полуволне синусоиды, тогда нужно подавать импульс противоположной полярности (той же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).

Принцип действия системы управления может корректироваться в зависимости от конкретного случая и применения. После открытия и начала протекания подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепь питания разрываться не будет. При надобности отключить питание следует понизить ток в цепи ниже уровня величины удержания или кратковременно разорвать цепь питания.

Управляющие сигналы

Чтобы добиться желаемого результата с симистором используют не напряжение, а ток. Чтобы прибор открылся, он должен быть на определённом небольшом уровне. Для каждого симистора сила управляющего тока может быть разной, её можно узнать из даташита на конкретный элемент. Например, для симистора КУ208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для КУ201 —не менее 70 мА.

Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных.

Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток.

При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания.

Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше. Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.

Полностью избежать минусов разработчикам не удалось. Так, приборы сильно нагреваются под нагрузкой. Приходится обеспечивать отвод тепла. Мощные (или «силовые») симисторы устанавливают на радиаторы. Ещё один недостаток, влияющий на использование, это создание гармонических помех в электросети некоторыми схемами симисторных регуляторов (например, бытовой диммер для регулировки освещенности).

Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение. Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт. Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Область применения

Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:

  1. В стиральной машине.
  2. В печи.
  3. В духовках.
  4. В электродвигателе.
  5. В перфораторах и дрелях.
  6. В посудомоечной машине.
  7. В регуляторах освещения.
  8. В пылесосе.

На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается. Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме. На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.

Основные характеристики

Рассматриваемый полупроводниковый прибор предназначен для управления схемами. Независимо от того, где в схеме он применяется, важны следующие характеристики симисторов:

  1. Максимальное напряжение. Показатель, который будучи достигнут на силовых электродах не вызовет, в теории, выхода из строя. Фактически является максимально допустимым значением при условии соблюдения диапазона температур. Будьте осторожны – даже кратковременное превышение может обернуться уничтожением данного элемента цепи.
  2. Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый для него период, указываемый в миллисекундах.
  3. Рабочий диапазон температур.
  4. Отпирающее напряжение управления (соответствует минимальному постоянному отпирающему току).
  5. Время включения.
  6. Минимальный постоянный ток управления, нужный для включения прибора.
  7. Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывают в сопроводительной документации. Обозначает критическую величину напряжения, предельную для данного прибора.
  8. Максимальное падение уровня напряжения на симисторе в открытом состоянии. Указывает предельное напряжение, которое может устанавливаться между силовыми электродами в открытом состоянии.
  9. Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом. Указываются соответственно в амперах и вольтах за секунду. Превышение рекомендованных значений может привести к пробою или ошибочному открытию не к месту. Следует обеспечивать рабочие условия для соблюдения рекомендованных норм и исключить помехи, у которых динамика превышает заданный параметр.
  10. Корпус симистора. Важен для проведения тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими характеристиками обладает. Рассмотренные простым языком теоретические азы позволят заложить основу для будущей результативной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене — р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

  • А – закрытое состояние.
  • В – открытое состояние.
  • UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
  • URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
  • IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
  • IRRM (IОБ) — допустимый уровень тока обратного включения.
  • IН (IУД) – значения тока удержания.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

  • Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

  • зарядные устройства для автомобильных АКБ;
  • бытовое компрессорное оборудования;
  • различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
  • ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

  1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
  2. Собрать специальную схему.
Читайте также  Как выбрать отпариватель для дома самый лучший?

Алгоритм проверки омметром:

  1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
  2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
  3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
  4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
  5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

  • Резистор R1 – 51 Ом.
  • Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
  • Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
  • Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

  1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
  2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
  3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
  4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
  5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
  • Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

  1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
  2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
  3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
  4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

  • Выполняем пункты 1-4.
  • Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
  • Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 — 0,05 мкФ.
  • Симметричный тринистор BTA41-600.

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 — 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
  • Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
  • Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
  • Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

  • R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
  • R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),

Симистор принцип работы

Симисторы: принцип работы

Симистор — один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходови принципом работы.

Использование симистора

Симистор наиболее часто используется в полупроводниковых устройствах для коммутации и управления мощностью систем переменного тока.

Схема переключения симистора

Приведенная выше схема показывает простую схему переключения симистора с триггером постоянного тока. При разомкнутом переключателе SW1 ток не поступает в затвор симистора, и поэтому лампа выключена. Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на триак от батареи V G через резистор R, и триак приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый переключатель, и полная мощность потребляется лампой от синусоидального источника питания.

Поскольку батарея подает положительный ток затвора на триак всякий раз, когда переключатель SW1 замкнут, триак постоянно находится в режимах g + и ΙΙΙ + независимо от полярности клеммы MT 2 .

Конечно, проблема с этой простой схемой переключения симистора состоит в том, что нам потребовался бы дополнительный положительный или отрицательный источник питания затвора, чтобы запустить триак в проводимость. Но мы также можем активировать триак, используя фактическое напряжение питания переменного тока в качестве напряжения срабатывания затвора. Рассмотрим схему ниже.

Схема показывает триак, используемый как простой статический выключатель питания переменного тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», аналогичную в работе предыдущей схеме постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут, триак действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, триак отключается от «ВКЛ» через токоограничивающий резистор R и самоблокируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на нагрузку лампы.

Поскольку источник питания является синусоидальным переменным током, триак автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока в качестве мгновенного напряжения питания, и, таким образом, ток нагрузки кратковременно падает до нуля, но повторно фиксируется снова, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока выключатель остается замкнутым. Этот тип управления переключением обычно называется двухполупериодным управлением, поскольку контролируются обе половины синусоидальной волны.

Поскольку симистор фактически представляет собой две SCR, подключенные друг к другу, мы можем продолжить эту схему переключения симистора, изменив способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Модифицированная цепь переключения симистора

Как и выше, если переключатель SW1 разомкнут в положении A, то ток затвора отсутствует, а лампа выключена. Если переключатель находится в положении B, то ток затвора протекает в каждом полупериоде так же, как и раньше, и лампа получает полную мощность, когда триак работает в режимах Ι + и ΙΙΙ–.

Однако на этот раз, когда переключатель подключен к положению C, диод предотвратит срабатывание затвора, когда MT 2 будет отрицательным, так как диод имеет обратное смещение. Таким образом, симистор работает только в положительных полупериодах, работающих только в режиме I +, и лампа загорается при половине мощности. Затем, в зависимости от положения переключателя, нагрузка выключена при половине мощности или полностью включена .

Фазовый контроль симистора

Другой распространенный тип схемы симистической коммутации использует управление фазой для изменения величины напряжения и, следовательно, мощности, подаваемой на нагрузку, в данном случае на двигатель, как для положительной, так и для отрицательной половин входного сигнала. Этот тип управления скоростью двигателя переменного тока обеспечивает полностью переменное и линейное управление, поскольку напряжение можно регулировать от нуля до полного приложенного напряжения, как показано на рисунке.

Эта базовая схема запуска фазы использует триак последовательно с двигателем через синусоидальный источник переменного тока. Переменный резистор VR1 используется для управления величиной фазового сдвига на затворе симистора, который, в свою очередь, управляет величиной напряжения, подаваемого на двигатель, путем его включения в разное время в течение цикла переменного тока.

Вызывание напряжение симистора является производным от VR1 — C1 комбинации через Диак (Диак является двунаправленным полупроводниковым устройством , которое помогает обеспечить резкий триггер импульс тока, чтобы полностью включение симистора).

В начале каждого цикла C1 заряжается через переменный резистор VR1. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на С1 не станет достаточным для запуска диака в проводимость, что, в свою очередь, позволяет конденсатору С1 разрядиться в затвор симистора, включив его.

Как только триак запускается в проводимость и насыщается, он эффективно замыкает цепь управления фазой затвора, подключенную параллельно ему, и триак берет на себя управление оставшейся частью полупериода.

Как мы видели выше, триак автоматически отключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 снова запускается в следующем полупериоде.

Однако, поскольку для триака требуются разные величины тока затвора в каждом режиме переключения, например, Ι + и ΙΙΙ–, поэтому триак является асимметричным, что означает, что он не может запускаться в одной и той же точке для каждого положительного и отрицательного полупериода.

Эта простая схема управления скоростью симистора подходит не только для управления скоростью двигателя переменного тока, но и для диммеров ламп и управления электронагревателем, и на самом деле очень похожа на регулятор симистора, используемый во многих домах. Однако коммерческий симисторный диммер не должен использоваться в качестве регулятора скорости двигателя, так как, как правило, симисторные диммеры предназначены для использования только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания.

Принцип работы симистора

Давайте разберем, как работает симистор на примере простой схемы, в которой переменное напряжение подается на нагрузку через электронный ключ на базе этого элемента. В качестве нагрузки представим лампочку — так удобнее будет объяснять принцип работы.

Схема реле на симисторе (триаке)

В исходном положении прибор находится в запертом состоянии, ток не проходит, лампочка не горит. При замыкании ключа SW1 питание подается на на затвор G. Симистор переходит в открытое состояние, пропускает через себя ток, лампочка загорается. Поскольку схема работает от сети переменного напряжения, полярность на контактах симистора постоянно меняется. Вне зависимости от этого, лампочка горит, так как прибор пропускает ток в обоих направлениях.

При использовании в качестве питания источника переменного напряжения, ключ SW1 должен быть замкнуть все время, пока необходимо чтобы нагрузка была в работе. При размыкании контакта во время очередной смены полярности цепь разрывается, лампочка гаснет. Зажжется она снова только после замыкания ключа.

Если в той же схеме использовать источник постоянного тока, картина изменится. После того как ключ SW1 замкнется, симистор откроется, потечет ток, лампочка загорится. Дальше этот ключ может возвращаться в разомкнутое состояние. При этом цепь питания нагрузки (лампочки) не разрывается, так как симистор остается в открытом состоянии. Чтобы отключить питание, надо либо понизить ток ниже величины удержания (одна из технических характеристик), либо кратковременно разорвать цепь питания.

Сигналы управления

Управляется симистор не напряжением, а током.

Для открытия на затвор надо подать ток определенного уровня. В характеристиках указан минимальный ток открывания — вот это и есть нужная величина. Обычно ток открывания совсем небольшой. Например, для коммутации нагрузки на 25 А, подается управляющий сигнал порядка 2,5 мА. При этом, чем выше напряжение, подаваемое на затвор, тем быстрее открывается переход.

Читайте также  Тепловой кабель для водостоков

Схема подачи напряжения для управления симистором

Чтобы перевести симистор в открытое состояние, напряжение должно подаваться между затвором и условным катодом. Условным, потому что в разные моменты времени, катодом является то один силовой выход, то другой.

Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель.

Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания.

Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток.

Как отпирается симистор

При питании от сети переменного тока происходит смена режимов работы за счет изменения полярности у напряжения на рабочих электродах. По этой причине в зависимости от того, какая полярность у тока управления, можно выделить 4 типа проведения этой процедуры.

Допустим, между рабочими электродами приложено напряжение. А на электроде управления напряжение по знаку противоположно тому, которое приложено к цепи анода. В этом случае сместится по квадранту симистор — принцип работы, как можно увидеть, довольно простой.

Существует 4 квадранта, и для каждого из них определен ток отпирания, удерживающий, включения. Отпирающий ток необходимо сохранять до той поры, покуда не превысит в несколько раз (в 2-3) он значение удерживающего тока. Именно это и есть ток включения симистора – минимально необходимый ток отпирания. Если же избавиться от тока в цепи управления, симистор будет находиться в проводящем состоянии. Причем он в таком режиме будет работать до той поры, покуда ток в цепи анода будет больше тока удержания.

Устройство и принцип работы симистора

Симистор — это полупроводниковый механизм. Он представляет собой трехполюсное приспособление на базе полупроводников. Такое устройство содержит 3 вывода: вывод Т1 и Т2 считаются силовыми электродами и делятся по полярности подсоединения на анод и катод; вывод G считается управляющим электродом либо затвором, даёт возможность реализовывать управление симистором.

  • Конструкция и принцип работы
  • Виды
  • Плюсы и минусы
  • Развитие технологий
  • Сфера использования
  • Ограничения при использовании
  • Проверка симисторов

Конструкция и принцип работы

Структура симметричного тиристора складывается из пластинки, состоящей из поочередных слоёв с электропроводами p- и n- вида и из контактов электродов главного и управляющего действия.

Всего в структуре полупроводника находится 5 слоёв p- и n-вида. Область между пластами именуется p-n-переходом, который владеет нелинейной ВАХ с незначительным противодействием в противоположном направлении, где минус — это n-прослойка, а плюс — p-прослойка и высочайшее значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжениях в несколько тысяч вольт.

Во время введения механизма в прямолинейном направлении в работу входит правая половина структуры. Левосторонняя область структуры выключена, она считается для тока с обладанием весьма высоким противодействием.

Характеристики симметричного тиристора динамического и постоянного плана при его воздействии в прямом направлении, при поступлении позитивного управляющего сигнала отвечают аналогичным данным тиристора, работающего в непосредственном направлении.

Как работает симистор? Принцип работы устройства основан на прохождении электросигнала в двух направленностях. Это даёт возможность применять симисторы в качестве электрического реле в различных схемах, где необходимо корректировать нагрузку или проход тока по цепи. Одним из бесспорных превосходств симметричного тиристора считается и тот факт, что для предоставления проходного канала не требуется присутствие постоянного уровня напряжения в управляющем ключе. Нужно только наличие его не выше определённого уровня, в зависимости от использования.

Говоря о видах устройств, необходимо принять тот факт, что это симистор считается одним из типов тиристоров. Если существуют различия по работе, в таком случае и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Отличия заключаются в управляющем катоде и в разных принципах работы данных тиристоров.

Импортные устройства обширно представлены на российском рынке. Их главное отличие от российских симисторов заключается в том, что они не требуют заблаговременной настройки в самой схеме. Это даёт возможность экономить детали и место в печатной плате. Как правило, они начинают работать одновременно уже после введения в схему. Необходимо только точно выбрать нужный симистор по всем необходимым данным.

Плюсы и минусы

После того как мы сориентировались, что такое симистор, давайте исследуем плюсы и минусы этого управляющего устройства.

К плюсам причисляют:

  1. В устройстве отсутствуют механические контакты.
  2. Продолжительный период эксплуатации, при этом поломки почти не происходят.
  3. Принцип работы устройств исключает искрение во время эксплуатации даже при наибольших мощностях проходящего тока.
  4. Низкая стоимость.

Но, как и каждое приспособление, симметричные тиристоры не лишены минусов:

  1. Существенное тепловыделение во время работы.
  2. Восприимчивость к электромагнитным помехам и шумам.
  3. Неумение работать при значительных частотах переменчивого тока.
  4. Падение напряжения до 2-х вольт в устройстве, пребывающем в открытом состоянии. При этом этот коэффициент не зависит от силы проходящего тока. Этот фактор считается препятствием для использования симисторов в маломощных конструкциях.

В то же время симметричные тиристоры при наибольших токах нагреваются, что потребует использования приспособлений для остывания корпуса. В индустрии встречается охлаждение мощных устройств активным методом — при поддержке вентилятора.

Развитие технологий

Особенностью 4-квадрантных симметричных тиристоров считается их ложное включение, что может послужить причиной к выходу из строя. Это требует использования дополнительной предохранительной цепочки, содержащей разнообразные компоненты.

Относительно недавно были изобретены 3-х-квадрантные приборы, какие обладают нужными достоинствами:

  1. За счёт снижения числа требуемых компонентов, плата сделалась ещё более малогабаритной.
  2. Как следствие, понижение потерь усилия и снижение стоимости готового продукта.
  3. При отсутствии демпфера и дросселя стало возможно применять симметричные тиристоры в цепях с высокой частотой.

А также упрощение схемы разрешило применять 3-х-квадрантный симистор в нагревательных устройствах: подобная система меньше нагревается и не реагирует на находящуюся вокруг температуру.

Сфера использования

Принцип работы и малогабаритные размеры симисторов дают возможность использовать их почти повсюду. В самом начале собственного возникновения механизмы применялись при конструировании сильных трансформаторов и заправочных приборов.

На сегодняшний день с формированием производства маленьких полупроводников тиристоры стали компактнее, что даёт возможность применять их в наиболее разных конструкциях и областях.

Симистор является настолько гибким и многоцелевым механизмом, что благодаря его свойству происходит переключение в проводящее положение запускаемым импульсом с позитивным либо негативным знаком, который не зависит от ключа, выражающего свойства моментальной полярности. По сущности наименования анод и катод для прибора не имеют актуальности.

Симистор используют в качестве твердотельного реле. Для него свойственно небольшое значение отправного тока, необходимого для перегрузки с большими токами. Функции ключа в этом устройстве может исполнять переключатель либо обладающее большой чувствительностью реле и другие контактные пары с током до 50 мА, при этом размер тока перегрузки может ограничиваться только признаками, на которые рассчитан симистор.

Не менее обширно применение симистора в качестве регулятора освещения и управления быстротой верчения электромотора. Схема построена на применении запускающих компонентов, какие формируются RC-фазовращателем, а потенциометр регулирует освещённость, и резистор предназначается для ограничения тока перегрузки. Развитие импульсов производится с поддержкой динистора. Уже после пробоев в динисторе, который происходит в результате разницы потенциалов на конденсаторе, импульс разрядов конденсатора, возникающий моментально, включает симистор.

В индустрии мощные приборы применяются для управления станками, насосами и иным электрооборудованием, в каком месте необходимо плавное изменение протекающего тока. В быту использование симисторов ещё более широко:

  1. Это почти весь инструмент: от ручной дрели и шуруповерта вплоть до зарядного устройства для автоаккумуляторов.
  2. Многочисленные домашние электроприборы: пылесосы, вентиляторы, фены и так далее.
  3. В домашних компрессорных конструкциях — кондиционерах и холодильниках.
  4. Электронагревательные приборы: камины, духовки, СВЧ печи.

Повсеместное использование приборов стало толчком для исследования диммеров — популярного на сегодняшний день устройства для мягкой регулировки освещения. Принцип работы автоматического диммера основан на применении симистора.

Ограничения при использовании

Симистор прикладывает несколько ограничений при применении, в частности, при индуктивной перегрузке. Ограничения затрагивают скорости перемены напряжения (dV/dt) между анодами симистора и быстроты изменения рабочего тока di/dt.

Действительно, в период перехода симистора с замкнутого положения в проводящее состояние внешней цепью может быть обусловлен значительный ток. В таком случае период моментального падения усилия в выводе симистора не происходит. Таким образом, одновременно будут присутствовать напряжённость и ток, развивающие моментальную мощность, что может достичь существенных величин.

Энергия, растерянная в малом пространстве, активизирует внезапное увеличение температуры р-п переходов. В случае если критическая температура будет завышена, произойдёт разрушение симистора, вызванное излишней скоростью нарастания тока di/dt.

Кроме того, ограничения распространяются на изменения усилия 2-ух категорий: в dV/dt применительно к замкнутому симистору и в открытом симисторе (последнее, кроме того, именуется быстротой переключения).

Чрезмерная быстрота нарастания усилия, вложенного между заключениями А1 и А2 зарытого симистора, может спровоцировать его открытие при нехватке сигнала в управляющем электроде. Это проявление вызывается внутренней ёмкостью симистора. Электроток заряда этой ёмкости может быть необходимым для отпирания симистора.

Однако не это считается главной предпосылкой несвоевременного раскрытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как принцип, очень незначительна, и очень быстрое изменение усилия в выводах симистора в период его запирания может сразу же спровоцировать за собою новое включение. Подобным образом, симистор опять отпирается, в то время как должен закрыться.

Проверка симисторов

Любой, даже наиболее надёжный прибор может выйти из строя. Не исключение и симистор. По этой причине немаловажно понимать, как можно проконтролировать его на работоспособность, для того чтобы осуществить его замену. Для этого можно применять 2 способа.

Первый способ состоит в применении 2-ух аналоговых омметров. Следующие измерения выполняют следующим способом:

  1. Щупы 1 омметра подсоединяют к катоду и аноду симистора. Будет комфортнее, если щупы закрепить зажимами, для того чтобы они не прыгали. В случае если ввести устройство, сопротивление станет весьма обширно: указатель будет «лежать»;
  2. Щупы 2 омметра подсоединяют следующим способом: единственный щуп закрепляется на аноде, а другим щупом дотрагиваются до управляющего электрода.

Если соразмерный тиристор исправен, то произойдёт его раскрывание, а противодействие в первом омметре опустится до нескольких ом.

Второй способ контроля предполагает прозвонку мультиметром. Для того чтобы измерения были надёжными, переключатель тестера устанавливается в положение «проверка диодов». Потом измерительные щупы закрепляются в аноде и катоде. В случае со щупами-иглами можно применять переходник с проволоки. В отличие от омметра, мультиметр продемонстрирует противодействие равное 1. Потом тонкой проволокой запираем отрицательный электрод и затвор. Случится отпирание полупроводника, и в экране тестера отобразится реальное противодействие симистора.

Симистор: что такое, из чего состоит и как проверить

Доброго времени суток, уважаемые читатели нашего сайта! В данной статье мы решили рассказать вам о таком важном маленьком приборчике, без которого современную электронику представить себе очень сложно. Для того, чтобы понять, что такое симистор, давайте сначала поговорим немного о полупроводниках.

Что такое полупроводник?

Полупроводники – это нечто среднее между проводниками и диэлектриками (про них у нас есть отдельная статья, рекомендуем ознакомиться). Да, они проводят электрический ток, но проводят они их не так хорошо, как проводники. Физики любят говорить, что у них есть “определенный коэффицент” проводимости. Нам же больше нравится называть их такими веществами, которые достаточно плохо проводят ток. Так вот, из полупроводников изготавливают тиристоры. Что это такое?

Читайте также  Крепление кабеля к тросу по воздуху

Перейдем к тиристорам

Тиристоры – это штуки, которые очень напоминают электронные ключи, однако у них нет закрытого состояния? Как? А вот так! У них немного другое предназначение. По сути, это 2 транзистора, которые управляют мощностью нагрузки с помощью очень слабого сигнала. Обычные тиристоры состоят из 3 деталей – катода, управляющего электрода и анода.

Тиристор

Виды тиристоров

Давайте теперь узнаем, какие тиристоры существуют в природе и какие из них будут интересны нам в первую очередь:

  • динисторы (тиристоры, у которых всего 2 вывода – анод и катод)
  • триодный тиристор (с 3 выводами)
  • тетроидный тиристор (с 4 выводами)
  • симистор или симметричный тиристор (именно его мы сегодня изучим доскосконально)

Симистор? Впервые слышу

Симистор – это один из подвидов тиристоров, который обычно состоит из множества тиристоров. По-другому его также называют симметричный симистор.

Из чего состоит этот симистор?

Симистор очень часто физики представляют в виде пятислойного полупроводника. Также бывают и изображения в виде 2 тиристоров. При этом, управление сильно отличается от того, как управляется включенные триодные тиристоры потому их и выделили в отдельную группу. Давайте теперь узнаем, как работает управление.

Управление симистором

Дело в том, что у обыкновенного тиристора есть как катод, так и анод, причем каждый из них выполняет строго определенную функцию, а вот у симистора все немного иначе. Представим, что у нас есть и катод и анод, но когда симистор подключен и работает, то катод становится анодом, а анод – катодом. Вот такое чудесное превращение. Именно поэтому мы не можем сказать, что они здесь присутствуют в явном виде и будет просто называть их выходами (электродами). Для того, чтобы точно не ошибиться, давайте будет называть выходы симистора условными катодом и анодом. Еще немного теории.

У симистора управление работает следующим образом: на входе полярность может быть либо отрицательной – это первый вариант. Второй вариант – это тот, когда она совпадает с полярностью на аноде, что встречается реже. Далее все просто – задаем нужную силу тока и ее хватает для отпирания симистора. Обратите внимание, что для тока специально сделан управляющий электрод, именно им мы и пользуемся для этой цели.

Вуаля! Главная сложность для нас здесь – это подобрать идеальный ток, вот и все!

Симистор схема

Теперь, когда мы уже знаем достаточно много о структуре симисторов и том, каким образом они обычно управляются, пришло время посмотреть, как они выглядят на схемах и что здесь есть интересного. Взгляните, например, на эту схему:

Здесь нам стоит сразу отметить, какие есть условные обозначения, чтобы дальше без проблем разбираться во всех схемах. Симисторы обычно имеют 3 электрода, один из которых – это затвор. Его обозначают через английскую букву G. Что, уже гораздо больше понимания, верно? Отлично! Теперь давайте разберемся со схемой немного другого симистора. Замечаете отличия? Да, ведь здесь симистор составлен из целых 2 тиристоров!

Ага, а почему же тогда это симистор? Почему нельзя было сюда поставить схему обычного эквивалентного тиристора? А все дело в том, что управляется такая схема несколько иначе.

Регулятор на симисторе

Теперь пришло время нам обсудить, каким образом симистор регулирует напряжение. Это на самом деле очень интересно. Смотрите. Как только симистор начинает работать, на один из его электронов сразу же подается напряжение, которое всегда является переменным. Далее на управляющий электрод дается отрицательный ток, который и будет управлять процессом. Как будет преодолен порог включения (он всегда известен заранее, в этом и удобство), симистор откроется и ток начнет проходить через него. Отметим, что симистор перестанет работать в тот момент, когда ток поменяет полярность (другими словами он закроется). Далее все идет цикл за циклом и повторяется.

Ага, вроде понятно. А что влияет на скорость открытия и закрытия симистора? Что влияет на силу на выходе? Здесь все опять же очень просто. При нарастании входного напряжения импульс на выходе также увеличивается. Соответственно, если на входе маленькое напряжение – то и на выходе импульс будет короткий. Приведем в пример обыкновенную лампочку с симистором. Чем больше подаем напряжения – тем ярче лампочка. Здорово, не так ли?

Режимы работы симистора

Симистор может работать как под воздействием отрицательного тока, так и под воздействием положительного. Всего выделяют четыре основных режима работы: все зависит от полярности и входного напряжения.

В чем главные достоинства симистора

Давайте рассмотрим симистор как реле. В такой роли у него много существенных преимуществ :

  • дешево. Да, это тоже плюс. Ну а что? Когда вам нужно сразу много, то будет очень хорошо, если потратить нужно будет меньше
  • служит очень долго (конечно же, по сравнению с другими приборами этого класса)
  • надежность из-за отсутствия контактов

Но есть у него и минусы

Конечно, идеальных приборов пока не придумали, поэтому здесь мы тоже не в праве их скрывать :

  • сильная чувствительность к высоким температурам
  • работает только на низких частотах (уж слишком долго он открывается и закрывается)
  • иногда бывают внезапные срабатывания из-за естественного внешнего электромагнитного воздействия

Как проверить симистор?

Поговорив о положительных и отрицательных моментах симистора, мы плавно подвели наше с вами изучение симисторов к очень важному аспекту, а именно – к проверке. Вы можете сказать? Что это еще за проверка. Наверняка это что-то бесполезное. А мы вам ответим, что проверять симисторы – это очень важно, ведь на нем по сути держится весь электроприбор, и выявив брак или неисправность хотя бы в одном симисторе из партии, у вас есть шанс спасти целые электроприборы от серьезных поломок. Но и здесь новички задают вопрос.

А на фабриках, где изготавливают эти симисторы разве их не проверяют. Вопрос этот очень интересен, но ответ тоже довольно прост. На заводах нет времени на проверку каждого отдельного симистора, поэтому от силы проверке может подвергаться один прибор из партии. Поэтому давайте теперь уже поговорим о том, как же все-таки можно проверить на исправность этот замечательный прибор.

Существует сразу несколько эффективных способов проверки симистора. Давайте подробно разберемся с каждым из них. Для начала сразу скажем, что проверять симистор внутри схемы – это совершенно неверное действие. Вам сначала обязательно нужно извлечь его из платы, а потом уже работать с ним. Почему?

Тут все очень просто. Если вы будете проверять свой симистор и при этом он будет внутри схемы, то вы можете проверить его и он будет неисправен, но на самом деле будет неисправен соседний элемент, подключенный к нему параллельно. Поэтому нужно исключить все факторы, отключив симистор от схемы, выпаяв его. Отметим, что проверять нужно будет каждый отдельный элемент, иначе вы не сможете найти причину поломки. Сначала, как правило, проверяют силовые цепи, потом уже переходят к ключам, сделанным из полупроводниковых материалов. Как же можно проверить полупроводниковые ключи:

    проверка мультиметром (например прозвонкой или омметром). Это работает по следующему принципу: используем мультиметр в режиме измерения сопротивления Контактами присоединяем к нашему симистору, а затем смотрим полученные измерения. Дело в том, что у исправного симистора значение на омметре должно быть большим или очень большим.

Вот так выглядит мультиметр

  • проверка батарейкой в паре с лампочкой. На первый взгляд такая идея может показаться глупой и нерациональной, но на деле же это не так. Давайте узнаем, как это работает. Тут все немного сложнее, но все по порядку. Для начала нам нужно будет подсоединить лампочку одним контактом к катоду (условному) нашего симистора. Далее второй контакт лампочки подключается к “отрицательной” стороне батарейки. Останется только присоединить “плюсовой” конец к аноду. Если лампочка горит нормально, то значит и симистор полностью рабочий.
  • Мощность симистора

    Теперь, когда мы уже достаточно много знаем о симисторах, пришло время перейти к технической части. Как? Уже? Ага, вы уже к этому готовы. Итак, самый главный аспект, который волнует всех покупателей этого замечательного прибора – это мощность. Конечно, под этим понимается обычно целая совокупность технических характеристик симистора. О них и пойдет речь. Отметим, что мы разберем характеристики на примере довольно популярной модели – BT139-800.

    Сначала давайте узнаем. Что вообще из себя представляют технические характеристики. Больше всего нас будут волновать:

    • самое большое напряжение, которое только возможно
    • самое большое напряжение, когда симистор открыт
    • то напряжение, при котором симистор отпирается
    • самый маленький ток, при котором открывается симистор
    • температуры, при которых работает симистор
    • время отклика (срабатывания)

    Ага, вроде бы мы обо всем этом уже говорили, поэтому не так уж и сложно. Хорошо. Теперь о каждой характеристике немного подробнее.

    Время отклика (срабатывания)

    Скорость срабатывания симистора – это тоже очень важный параметр. Почему? Когда в цепи много таких симисторов и если каждый будет долго срабатывать, то большой аппарат будет очень долго реагировать на каждую команду или даже вообще не сможет работать.

    У тока тоже есть своя скорость, а если на его задержку еще будет накладываться куча других, то прибор может стать ну очень медленным, поэтому на это тоже нужно обращать внимание. Наш симистор срабатывает в среднем за 2 микросекунды и это очень хороший результат. Формально, это то время, которое пройдет с момента, когда симистор начинает открываться и уже открыт.

    Температура тоже важна

    Симисторы, конечно же, работают при достаточно обычных для нас температурах. Однако при помещении его в критические условия будет лучше, если этот диапазон будет очень широким. Наш симистор работает при температуре от МИНУС 40, до ПЛЮС 125 градус по Цельсию. В обычной жизни этот диапазон оптимален, поэтому тут добавить нечего.

    Самое большее возможное напряжение

    В симисторе BT139-800 это 800 вольт и других моделей этот параметр может отличаться. Не стоит считать, что это напряжение, при котором симистор отлично работает. Нет, напротив – это теоретическое напряжение, от которого симистор еще не выйдет из строя. То есть при идеальных условиях для конкретной модели этот симистор еще вытянет такое напряжение в цепи, однако при превышении его шансов на дальнейшую работоспособностью почти нет. Идем дальше.

    Минимальный ток управления

    Начнем с того, что этот ток принято измерять в миллиамперах. Разумеется, все зависит от того, как определена полярность симистора в данное время, а также от полярности входного напряжения. Наш симистор имеет мин ток управления от 5 до 22 миллиампер. Однако при проектировании схемы, в которой будет работать симистор, правильнее всего будет ориентироваться на максимальные значения тока. Для нашего симистора это значения, которые находятся между 35 и 70 миллиамперами.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: