Симисторы это: Симистор. Принцип работы, параметры и обозначение на схеме.

Симистор. Принцип работы, параметры и обозначение на схеме.

Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий. Обозначается он буквой G (от англ. слова gate – «затвор»). Два остальных – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

Следует отметить, что симистор управляется несколько по-другому, нежели эквивалентная тиристорная схема.

Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов. По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе. К сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.

Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:

• Невысокая стоимость.

• По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

• Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

• Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

• Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

• Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора C1 от 0,01 до 0,1 мкф.

В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.

• Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

• В импульсном режиме напряжение точно такое же.

• Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

• Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

• Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

• Наименьший импульсный ток – 160 мА.

• Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

• Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

• Время включения – 10 мкс.

• Время выключения – 150 мкс.

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот. Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.).

Оптосимистор.

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.

Оптосимистор MOC3023

Устройство оптосимистора

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы.

NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключается».

Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Как проверить диод мультиметром?

• Как определить мощность трансформатора?

 

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.
• U_DRM (U_ПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
• U_RRM (U_ОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
• I_DRM (I_ПР) – допустимый уровень тока прямого включения
• I_RRM (I_ОБ) – допустимый уровень тока обратного включения.
• I_Н (I_УД) – 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.

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),

Что такое симистор — симисторный переключатель » Electronics Notes

Симисторы — это полупроводниковые устройства, которые широко используются для коммутации переменного тока средней мощности — их преимущество в том, что они могут коммутировать обе половины переменного цикла.

---

Симистор, диак, тиристор Учебное пособие Включает:
Основы работы с тиристорами Структура тиристорного устройства Тиристорный режим Затвор выключения тиристора, ГТО Технические характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Диака

---

Триаки — это электронные компоненты, которые широко используются в устройствах управления питанием переменного тока. Они могут переключать высокое напряжение и высокий уровень тока, а также обе части сигнала переменного тока. Это делает симисторные схемы идеальными для использования в различных приложениях, где требуется переключение питания.

Одним из конкретных применений симисторных цепей являются диммеры для бытового освещения, а также они используются во многих других ситуациях управления мощностью, включая управление двигателем и электронные переключатели.

Симистор среднего тока

Из-за своих характеристик симисторы, как правило, используются для электронных коммутационных устройств малой и средней мощности, в то время как тиристоры используются для коммутации переменного тока с очень высокими тепловыми нагрузками.

Основы симистора

Симистор является развитием тиристора. В то время как тиристор может контролировать ток только в течение одной половины цикла, симистор контролирует его в течение двух половин формы волны переменного тока.

Форма сигнала переключения симистора

Таким образом, симистор можно рассматривать как пару параллельных, но противоположных тиристоров с двумя затворами, соединенными вместе, и анодом одного устройства, подключенным к катоду другого, и т. д.

Тот факт, что действие переключения симистора происходит на обеих половинах сигнала переменного тока, означает, что для приложений электронного переключения переменного тока можно использовать полный цикл.

Для базовых тиристорных цепей используется только половина формы волны, и это означает, что базовые схемы, использующие тиристоры, не будут использовать обе половины цикла. Для использования обеих половин требуется два устройства.

Однако симистору требуется только одно устройство для управления обеими половинами сигнала переменного тока, и во многих отношениях это идеальное решение для электронного переключателя переменного тока.

Символ симистора

Как и другие электронные компоненты, симистор имеет собственный символ цепи для использования на принципиальных схемах, что указывает на его двунаправленные свойства. Символ симистора можно рассматривать как пару символов тиристора в противоположных смыслах, слитых вместе.

Символ цепи симистора

Как и тиристор, симистор имеет три вывода. Однако их названия немного сложнее присвоить, потому что основные токоведущие клеммы подключены к тому, что фактически является катодом одного тиристора и анодом другого в общем устройстве.

Есть ворота, которые действуют как триггер для включения устройства. В дополнение к этому другие терминалы называются анодами или основными терминалами. Они обычно обозначаются как Анод 1 и Анод 2 или Основной Терминал 1 и Основной Терминал 2 (MT1 и MT2). При использовании симисторов и МТ1, и МТ2 имеют очень похожие свойства.

Как работает симистор?

Прежде чем рассматривать, как работает симистор, полезно иметь представление о том, как работает тиристор. Таким образом, основные понятия можно понять для более простого полупроводникового устройства, а затем применить к более сложному симистору.

Подробнее о . . . . Основы тиристора/тиристора.

Для работы симистора из символа схемы можно представить, что симистор состоит из двух тиристоров, включенных параллельно, но по-разному. Таким образом можно рассматривать работу симистора, хотя реальная работа на полупроводниковом уровне несколько сложнее.

Эквивалентная схема симистора

Структура симистора показана ниже, и можно увидеть, что есть несколько областей из материала N-типа и P-типа, которые образуют то, что фактически представляет собой пару тиристоров, расположенных спиной к спине.

Базовая структура симистора

Симистор может проводить больше проводов, чем тиристор. Он может проводить ток независимо от полярности напряжения на клеммах MT1 и MT2. Он также может запускаться положительным или отрицательным током затвора, независимо от полярности тока MT2. Это означает, что существует четыре режима запуска или квадранта:

• Режим I+   Ток MT2 +ve, ток затвора +ve
• I-Mode   Ток MT2 равен +ve, ток затвора равен -ve
• Режим III+:   Ток MT2 равен -ve, ток затвора равен +ve
• III- Режим:   Ток MT2 -ve, ток затвора -ve

Установлено, что чувствительность триггерного тока триггера наибольшая, когда токи MT2 и затвора имеют одинаковую полярность, т. е. оба положительные или оба отрицательные. Если токи затвора и MT2 имеют противоположную полярность, то чувствительность обычно составляет примерно половину значения, когда они одинаковы.

Типичная ВАХ симистора показана на диаграмме ниже, где отмечены четыре различных квадранта.

Характеристики симистора IV

Применение симистора

Триаки

используются во многих приложениях. Эти электронные компоненты часто используются для коммутации переменного тока малой и средней мощности. Там, где необходимо переключать большие уровни мощности, как правило, используются два тиристора / тринистора, поскольку ими легче управлять.

Тем не менее симисторы широко используются во многих приложениях:

• Управление освещением, особенно бытовыми диммерами.
• Управление вентиляторами и малыми двигателями.
• Электронные выключатели для общего включения и управления переменным током

Естественно, существует множество других применений симистора, но эти являются одними из самых распространенных.

В одном конкретном приложении симисторы могут быть включены в модули, называемые твердотельными реле. Здесь оптическая версия этого полупроводникового устройства активируется светодиодным источником света, который включает твердотельное реле в соответствии с входным сигналом.

Обычно в твердотельных реле светодиодный или инфракрасный источник и оптический симистор находятся в одном корпусе, при этом обеспечивается достаточная изоляция, чтобы выдерживать высокие напряжения, которые могут достигать сотен вольт или, возможно, даже больше.

Твердотельные реле бывают разных форм, но те, которые используются для переключения переменного тока, могут использовать симистор.

Использование симисторов

При использовании симисторов необходимо учитывать ряд моментов. Хотя эти полупроводниковые устройства работают очень хорошо, чтобы получить от них максимальную производительность, необходимо понять несколько советов по использованию симисторов.

Обнаружено, что из-за их внутренней конструкции и небольших различий между двумя половинками эти электронные компоненты не срабатывают симметрично. Это приводит к генерированию гармоник: чем менее симметрично срабатывает симистор, тем выше уровень генерируемых гармоник.

Обычно нежелательно иметь высокие уровни гармоник в энергосистеме, поэтому симисторы не рекомендуются для систем большой мощности. Вместо этого для этих систем можно использовать два тиристора, так как легче контролировать их открытие.

Чтобы решить проблему несимметричного срабатывания симистора и возникающих в результате гармоник, другое полупроводниковое устройство, известное как диод (диодный переключатель переменного тока), часто помещают последовательно с затвором симистора.

Включение этого полупроводникового устройства помогает сделать переключение более равномерным для обеих половин цикла и тем самым создать более эффективный электронный переключатель.

Это связано с тем, что характеристика переключения диака намного более равномерна, чем у симистора. Поскольку симистор предотвращает протекание любого тока затвора до тех пор, пока напряжение триггера не достигнет определенного напряжения в любом направлении, это делает точку срабатывания симистора более равномерной в обоих направлениях.

Внутренняя схема симисторного диммера

Примеры симисторной схемы

Существует множество способов использования симисторов. Два приведенных ниже примера дают представление о том, что можно сделать с этими полупроводниковыми устройствами.

• Простая схема электронного переключателя симистора:  Симистор может функционировать как электронный переключатель — он может позволить пусковому импульсу маломощного переключателя включить симистор для управления гораздо более высокими уровнями мощности, которые могут быть возможны с простой переключатель. Схема простого симисторного переключателя
• Симистор с регулируемой мощностью или диммер: Одна из самых популярных симисторных схем изменяет фазу на входе симистора для управления мощностью, которая может рассеиваться в нагрузку.
  Базовая симисторная схема, использующая фазу входного сигнала для управления рассеиваемой мощностью в нагрузке

Существует множество других схем симисторов, которые можно использовать. Устройство очень универсально и может использоваться в различных схемах, как правило, для обеспечения различных форм переключения переменного тока.

Примечание по симисторным схемам и конструкции:

Симисторные схемы могут переключать обе половины на переменный сигнал с помощью одного устройства, что делает их очень привлекательными для использования во многих схемах переключения переменного тока малой и средней мощности.

Подробнее о Симисторные схемы и дизайн

Технические характеристики симистора

Триаки имеют многие характеристики, которые очень похожи на характеристики тиристоров, хотя очевидно, что они предназначены для работы симистора в обеих половинах цикла и должны интерпретироваться как таковые.

Однако, поскольку их действие очень похоже, то же самое можно сказать и о базовых типах спецификаций. Такие параметры, как ток срабатывания затвора, повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии и т.п., необходимы при разработке симисторной схемы, обеспечивая достаточный запас для надежной работы схемы.

Подробнее о . . . . характеристики симистора.

Симисторы

идеально подходят для использования во многих маломощных устройствах переменного тока. Симисторные схемы для использования в качестве диммеров и небольших электронных переключателей широко распространены, они просты и легки в реализации. При использовании симисторов в схему часто включают диаки, как упоминалось выше, чтобы помочь снизить уровень производимых гармоник.

Другие электронные компоненты:
Резисторы конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор полевой транзистор Типы памяти Тиристор Соединители ВЧ-разъемы Клапаны/трубки Батареи Переключатели Реле Технология поверхностного монтажа
    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Триак | Руководство для начинающих

В этом руководстве мы познакомимся с некоторыми основами TRIAC. В процессе мы поймем структуру, символ, работу, характеристики, области применения TRIAC.

Краткое описание

Введение

Как известно, тринистор является однонаправленным устройством и имеет характеристики обратной блокировки, которые предотвращают протекание тока в условиях обратного смещения. Но для многих приложений требуется двунаправленное управление током, особенно в цепях переменного тока. Чтобы добиться этого с помощью SCR, два SCR должны быть соединены встречно-параллельно, чтобы контролировать как положительные, так и отрицательные полупериоды входа.

Однако эта структура может быть заменена специальным полупроводниковым устройством, известным как TRIAC, для осуществления двунаправленного управления. TRIAC представляет собой двунаправленное коммутационное устройство, которое может эффективно и точно управлять мощностью переменного тока. Они часто используются в регуляторах скорости двигателя, цепях переменного тока, системах контроля давления, диммерах и другом оборудовании управления переменным током.

[адсенс1]

Вернуться к началу

Симистор Основы

Симистор является важным элементом семейства тиристорных устройств. Это двунаправленное устройство, которое может пропускать ток как при прямом, так и при обратном смещении, и, следовательно, это устройство управления переменным током. Симистор эквивалентен двум встречным тиристорам, соединенным с одной клеммой затвора, как показано на рисунке.

TRIAC является аббревиатурой переключателя переменного тока TRIode. TRI означает, что устройство состоит из трех клемм, а AC означает, что оно управляет мощностью переменного тока или может проводить переменный ток в обоих направлениях.

Симистор имеет три контакта, а именно: основной контакт 1 (MT1), основной контакт 2 (MT2) и ворота (G), как показано на рисунке. Если MT1 смещен в прямом направлении по отношению к MT2, то ток течет от MT1 к MT2. Точно так же, если MT2 смещен в прямом направлении по отношению к MT1, то ток течет от MT2 к MT1.

Вышеуказанные два условия достигаются всякий раз, когда строб запускается соответствующим стробирующим импульсом. Подобно SCR, симистор также включается путем подачи соответствующих импульсов тока на клемму затвора. Как только он включается, он теряет контроль за воротами над своей проводимостью. Таким образом, traic можно отключить, уменьшив ток до нуля через основные клеммы.

Вернуться к началу

Конструкция симистора

Симистор представляет собой пятислойное полупроводниковое устройство с тремя выводами. Клеммы обозначены как MT1, MT2 как анодные и катодные клеммы в случае SCR. А затвор изображается как G, аналогичный тиристору. Терминал затвора соединен с областями N4 и P2 металлическим контактом и находится рядом с терминалом MT1.

Терминал MT1 подключен к регионам N2 и P2, а терминал MT2 подключен к регионам N3 и P1. Следовательно, клеммы MT1 и MT2 подключены к обеим областям P и N устройства, и, таким образом, полярность приложенного напряжения между этими двумя клеммами определяет ток, протекающий через слои устройства.

При открытых воротах МТ2 становится положительным по отношению к МТ1 для траектории со смещением вперед. Следовательно, traic работает в режиме прямой блокировки до тех пор, пока напряжение на симисторе не станет меньше, чем прямое напряжение отключения. Точно так же для симистора с обратным смещением MT2 становится отрицательным по отношению к MT1 с открытым затвором.

Пока напряжение на симисторе меньше напряжения обратного пробоя, устройство работает в режиме обратной блокировки. Трассу можно сделать проводящей за счет положительного или отрицательного напряжения на клемме затвора.

Наверх

[adsense2]

Работа и эксплуатация симистора

К клеммам симистора можно подключать различные комбинации отрицательного и положительного напряжения, поскольку это двунаправленное устройство. Четыре возможные комбинации потенциалов электродов, которые заставляют симистор работать в четырех различных рабочих квадрантах или режимах, приведены как.

1. MT2 положителен по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1.
2. MT2 положителен по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
3. MT2 отрицателен по отношению к MT1 с отрицательной полярностью затвора по отношению к MT1.
4. MT2 отрицателен по отношению к MT1 с положительной полярностью затвора по отношению к MT1.

Как правило, ток фиксации выше во втором квадранте или режиме, в то время как ток запуска затвора выше в четвертом режиме по сравнению с другими режимами для любого симистора.

В большинстве приложений используется схема отрицательного тока запуска, что означает, что 2 и 3 квадранты используются для надежного запуска при двунаправленном управлении, а также когда критична чувствительность затвора. Чувствительность затвора самая высокая при обычном использовании режимов 1 и 4.

Режим 1: MT2 положительный, положительный ток затвора

Когда вывод затвора становится положительным по отношению к MT1, ток затвора протекает через соединение P2 и N2. При протекании этого тока слой P2 заполняется электронами и далее эти электроны диффундируют к краю перехода J2 (или перехода P2-N1).

Эти электроны, собранные слоем N1, создают объемный заряд на слое N1. Следовательно, больше дырок из области P1 диффундирует в область N1, чтобы нейтрализовать отрицательные объемные заряды. Эти дырки достигают соединения J2 и создают положительный пространственный заряд в области P2, что приводит к тому, что больше электронов вводится в P2 из N2.

Это приводит к положительной регенерации, и, наконец, основной ток течет от MT2 к MT1 через области P1-N1-P2-N2.

Режим 2: MT2 положительный, отрицательный ток затвора

Когда MT2 положительный, а вывод затвора отрицательный по отношению к MT1, ток затвора протекает через соединение P2-N4. Этот ток затвора смещает переход P2-N4 для вспомогательной структуры P1N1P2N4. Это приводит к тому, что симистор сначала проводит через слои P1N1P2N4.

Это еще больше увеличивает потенциал между P2N2 по направлению к потенциалу MT2. Это приводит к тому, что ток устанавливается слева направо в слое P2, который смещает соединение P2N2 в прямом направлении. И, следовательно, начинает проводить основная структура P1N1P2N2.

Первоначально проведенная вспомогательная структура P1N1P2N4 рассматривается как пилотная SCR, а позже проводимая структура P1N1P2N2 считается основной SCR. Следовательно, анодный ток пилотного тиристора служит током затвора основного тиристора. В этом режиме чувствительность к току затвора меньше, и, следовательно, для включения симистора требуется больший ток затвора.

Режим 3: MT2 отрицательный, положительный ток затвора

В этом режиме MT2 становится отрицательным по отношению к MT1, и устройство включается путем подачи положительного напряжения между затвором и клеммой MT1. Включение инициируется N2, который действует как дистанционное управление затвором, а структура приводит к включению симистора P2N1P1N3.

Внешний ток затвора смещает соединение P2-N2 в прямом направлении. Слой N2 инжектирует электроны в слой P2, которые затем собираются переходом P2N1. Это приводит к увеличению тока, протекающего через соединение P2N1.

Дырки, введенные из слоя P2, диффундируют через область N1. Это создает положительный объемный заряд в области P. Следовательно, больше электронов из N3 диффундирует в P1, чтобы нейтрализовать положительные объемные заряды.

Следовательно, эти электроны достигают соединения J2 и создают отрицательный объемный заряд в области N1, что приводит к инжекции большего количества дырок из P2 в область N1. Этот регенеративный процесс продолжается до тех пор, пока структура P2N1P1N3 не включит симистор и не пропустит внешний ток.

Поскольку симистор включается удаленным затвором N2, в этом режиме устройство менее чувствительно к положительному току затвора.

Режим 4: MT2 отрицательный, отрицательный ток затвора

В этом режиме N4 действует как удаленный затвор и вводит электроны в область P2. Внешний ток затвора смещает вперед переход P2N4. Электроны из области N4 собираются переходом P2N1, увеличивая ток через переход P1N1.

Следовательно, структура P2N1P1N3 включается регенеративным действием. Симистор более чувствителен в этом режиме по сравнению с положительным током затвора в режиме 3.

Из приведенного выше обсуждения можно сделать вывод, что режимы 2 и 3 являются менее чувствительной конфигурацией, которая требует большего тока затвора для срабатывания симистора, тогда как более распространенными являются режимы срабатывания симистора 1 и 4, которые имеют большую чувствительность. На практике более чувствительный режим работы выбирается так, чтобы полярность затвора совпадала с полярностью клеммы МТ2.

Вернуться к началу

V-I Характеристики симистора

Функция траектории подобна двум тиристорам, включенным встречно-параллельно, и, следовательно, характеристики VI симистора в 1-м и 3-м квадрантах будут аналогичны характеристикам VI тиристоров. Когда терминал MT2 является положительным по отношению к терминалу MT1, считается, что трасса находится в режиме прямой блокировки.

Через устройство протекает небольшой ток утечки при условии, что напряжение на устройстве ниже напряжения отключения. Как только достигается напряжение отключения устройства, симистор включается, как показано на рисунке ниже.

Однако также возможно включить симистор ниже VBO, подав импульс затвора таким образом, чтобы ток через устройство был больше, чем ток фиксации симистора.

Аналогично, когда терминал МТ2 становится отрицательным по отношению к МТ1, трасса находится в режиме обратной блокировки. Небольшой ток утечки протекает через устройство до тех пор, пока оно не сработает по напряжению пробоя или по методу срабатывания затвора. Следовательно, положительный или отрицательный импульс на затвор запускает симистор в обоих направлениях.

Напряжение питания, при котором симистор начинает работать, зависит от тока затвора. Если ток затвора больше, меньше будет напряжение питания, при котором включается симистор. Обсуждаемый выше запуск в режиме -1 используется в первом квадранте, тогда как запуск в режиме 3 используется в 3-м квадранте.

Из-за внутренней структуры симистора фактические значения тока фиксации, тока срабатывания затвора и тока удержания могут незначительно отличаться в разных режимах работы. Поэтому номиналы траков значительно ниже, чем у тиристоров.

Вернуться к началу

Преимущества

Симистор может запускаться напряжением как положительной, так и отрицательной полярности, подаваемым на затвор.

• Он может работать и переключать оба полупериода сигнала переменного тока.
• По сравнению с встречно-параллельной тиристорной конфигурацией, для которой требуются два радиатора немного меньшего размера, для симистора требуется один радиатор немного большего размера. Следовательно, симистор экономит место и стоимость в приложениях питания переменного тока.
• В устройствах постоянного тока тиристоры должны быть соединены с параллельным диодом для защиты от обратного напряжения. А вот симистор может работать и без диода, возможен безопасный пробой в любую сторону.

Вернуться к началу

Недостатки

• Имеются более низкие характеристики по сравнению с тиристорами.
• Необходимо внимательно отнестись к выбору схемы запуска затвора, поскольку симистор может запускаться как при прямом, так и при обратном смещении.
• Имеют низкий показатель dv/dt по сравнению с тиристорами.
• Имеют очень маленькую частоту переключения.
• Триаки менее надежны, чем тиристоры.

Вернуться к началу

Области применения

Благодаря двунаправленному управлению переменным током, симисторы используются в качестве регуляторов мощности переменного тока, контроллеров вентиляторов, контроллеров нагревателей, пусковых устройств для тринисторных триггеров, трехпозиционных статических переключателей, регуляторов освещенности и т. д. приложения переключения и управления фазой обсуждаются ниже.

Симистор в качестве переключателя высокой мощности

Поскольку симистор использует низкое напряжение и ток затвора для управления высоким напряжением и током нагрузки, он часто используется в качестве переключающего устройства во многих операциях переключения. На рисунке ниже показано использование симистора в качестве переключателя ВКЛ/ВЫКЛ переменного тока для управления лампой высокой мощности.

Когда переключатель S находится в положении 1, симистор находится в режиме прямой блокировки, поэтому лампа остается в выключенном состоянии. Если переключатель переведен в положение 2, через клемму затвора протекает небольшой ток затвора, и, следовательно, симистор включается. Это дополнительно заставляет лампу включаться, чтобы дать полную мощность.

Управление фазой с помощью симистора

Подобно тиристорам, метод управления фазой путем изменения средней мощности нагрузки также возможен с помощью симисторов. Путем управления углом срабатывания в каждом полупериоде входного переменного тока регулируется мощность, подаваемая на нагрузку. Задержка, на которую откладывается срабатывание, называется углом задержки, а угол, на который работает симистор, называется углом проводимости.

На приведенном ниже рисунке показано использование симистора для управления фазой с целью обеспечения переменной мощности нагрузки. Диоды D1 и D2 пропускают ток на клемму затвора в положительном и отрицательном полупериодах соответственно.

Как только в схему подается входное питание переменного тока, симистор находится в состоянии блокировки (в прямом или обратном направлении) при условии, что приложенное напряжение меньше VBO или ток затвора меньше минимального тока затвора. Во время положительного полупериода входа диод D1 смещен в прямом направлении, и, следовательно, на затвор подается положительный ток затвора.

Следовательно, затвор срабатывает и симистор переходит в состояние проводимости. Во время отрицательного полупериода входа диод D2 смещен в прямом направлении, поэтому ток затвора протекает через него, и симистор включается.

Аналогичным образом мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку, регулируется в любом направлении путем применения соответствующего стробирующего сигнала. Угол проводимости симистора регулируется изменением сопротивления R2 в приведенной выше схеме.