Симистор (триак) — описание, принцип работы, свойства и характеристики
Справочные данные популярных отечественные симисторов и зарубежных
триаков.
Простейшие схемы симисторных регуляторов мощности.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.
Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристора,
но, в отличие от него, способный пропускать ток в двух направлениях и используемый для коммутации нагрузки в цепях переменного тока.
Рис.1
На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, далее расхожая, но весьма условная, эквивалентная схема,
выполненная на двух тиристорах и, наконец, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, как правило,
обозначается латинской G либо русской У.
Глядя на эквивалентную схему, может возникнуть иллюзия, что симистор относительно горизонтальной оси является элементом абсолютно
симметричным, что даёт возможность как угодно крутить его вокруг управляющего электрода. Это не верно!!!
Точно так же, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода
(МТ1, Т1, ТЕ1, А1).
Иногда производитель может обозначать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», поэтому всегда важно придерживаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).
Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).
Рис.2
Огромным плюсом симистора перед тиристором является возможность в штатном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика является симметричной, надобности в выпрямительном мосте — никакой, схема получается проще, но главное — исключается элемент (выпрямитель), на котором вхолостую рассеивается около 50% мощности.
Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 справа),
ведь мы помним, что именно такая полярность открывающего напряжения является универсальной и для положительных, и для отрицательных
полупериодов напряжения сети. На самом деле, всё происходит абсолютно аналогично описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим пройденный материал.
1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0).
Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение
на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отпирается, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого симистора (участки I на ВАХ).
Чтобы закрыть симистор, нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.
2. Для того чтобы снизить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий
электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит
переключение симистора в проводящее состояние.
Абсолютно так же, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
То бишь — всё полностью аналогично тиристору. Для открывания симистора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток
с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже
значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения «анодным»
напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения
в момент приближения его уровня к нулевому значению.
Описанный выше способ управления симистором посредством подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Поэтому в большинстве случаев для управления симисторами используется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.
В качестве примера рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 2000 Вт.
Рис.3
Как можно увидеть, на схеме помимо симистора VS2 присутствует малопонятный элемент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице ссылка на страницу мы подробно обсудили принцип работы, свойства и характеристики приборов данного типа.
А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается
через последовательно соединённые резисторы R1 и R2.
Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного
сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В).
Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным
сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.
Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 справа.
Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях),
симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми
электродами триака,
которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
А под занавес приведём основные характеристики отечественных симисторов и зарубежных триаков.
| Тип | U макс, В | I max, А | Iу отп, мА |
| КУ208Г | 400 | 5 | |
| BT 131-600 | 600 | 1 | |
| BT 134-500 | 500 | 4 | |
| BT 134-600 | 600 | 4 | |
| BT 134-600D | 600 | 4 | |
| BT 136-500Е | 500 | 4 | |
| BT 136-600Е | 600 | 4 | |
| BT 137-600Е | 600 | 8 | |
| BT 138-600 | 600 | 12 | |
| BT 138-800 | 800 | 12 | |
| BT 139-500 | 500 | 16 | |
| BT 139-600 | 600 | 16 | |
| BT 139-800 | 800 | 16 | |
| BTA 140-600 | 600 | 25 | |
| BTF 140-800 | 800 | 25 | |
| BT 151-650R | 650 | 12 | |
| BT 151-800R | 800 | 12 | |
| BT 169D | 400 | 12 | |
| BTA/BTB 04-600S | 600 | 4 | |
| BTA/BTB 06-600C | 600 | 6 | |
| BTA/BTB 08-600B | 600 | 8 | |
| BTA/BTB 08-600C | 600 | 8 | |
| BTA/BTB 10-600B | 600 | 10 | |
| BTA/BTB 12-600B | 600 | 12 | |
| BTA/BTB 12-600C | 600 | 12 | |
| BTA/BTB 12-800B | 800 | 12 | |
| BTA/BTB 12-800C | 800 | 12 | |
| BTA/BTB 16-600B | 600 | 16 | |
| BTA/BTB 16-600C | 600 | 16 | |
| BTA/BTB 16-600S | 600 | 16 | |
| BTA/BTB 16-800B | 800 | 16 | |
| BTA/BTB 16-800S | 800 | 16 | |
| BTA/BTB 24-600B | 600 | 25 | |
| BTA/BTB 24-600C | 600 | 25 | |
| BTA/BTB 24-800B | 800 | 25 | |
| BTA/BTB 25-600В | 600 | 25 | |
| BTA/BTB 26-600A | 600 | 25 | |
| BTA/BTB 26-600B | 600 | 25 | |
| BTA/BTB 26-700B | 700 | 25 | |
| BTA/BTB 26-800B | 800 | 25 | |
| BTA/BTB 40-600B | 600 | 40 | |
| BTA/BTB 40-800B | 800 | 40 | |
| BTA/BTB 41-600B | 600 | 41 | |
| BTA/BTB 41-800B | 800 | 41 | |
| MAC8M | 600 | 8 | |
| MAC8N | 800 | 8 | |
| MAC9M | 600 | 9 | |
| MAC9N | 800 | 9 | |
| MAC12M | 600 | 12 | |
| MAC12N | 800 | 12 | |
| MAC15M | 600 | 15 | |
| MAC12N | 800 | 15 |
Симисторы с обозначение BTA отличаются от других наличием изолированного корпуса.
Падение напряжения на открытом симисторе составляет примерно 1-2 В и мало зависит от протекающего тока.
vpayaem.ru
Симистор BTA41-800B или точечная сварка — версия Плюс (продолжение — заводская плата)
Благодаря большому интересу к моему творчеству по созданию аппарата точечной сварки и поддержке обзоров читателями, я решил опубликовать еще один обзор. Данный обзор будет продолжением этого и этого. В этот раз основным рассматриваемым элементом будет управляющая плата, заказанная и изготовленная в Китае. Любителей поделок и интересующихся точечной сваркой приглашаю под кат.Про сам симистор, являющийся ключом, который коммутирует первичную обмотку сварочного трансформатора, я более-менее подробно написал здесь. Там же было изготовление платы с помощью ЛУТ. Схема и код полученного решения описаны здесь.
Благодаря интересу читателей, я заказал платы в Китае, вместе с компонентами. И расскажу о том, что получилось в итоге. Надеюсь этим обзором облегчить труд тем, кто попросил меня изготовить данные платы и всем остальным, изготавливающим платы самостоятельно.
Платы пришли в вакуумной упаковке, в таком виде:
Качество плат вполне приличное:
Как видно я использовал панелирование, чтобы максимально использовать доступное пространство. Размер платы получился более компактным, чем ручной вариант, итог: 5 на 10 см.
Платы с небольшим усилием отламываются и получается две. Места отлома я подровнял Dremel-ем. Припаиваем элементы рассмотренные ранее:
Есть пара моментов, на первой плате одно отверстие оказалось закрыто металлизацией, пришлось его высверлить. Отверстия под ножки симистора получились чуть тоньше чем требовалось, пришлось взять сверлышко на 1 мм и доработать (видимо металлизация съела доли миллиметра). Получилось, на мой взгляд, вполне аккуратно. Стоит сравнить с этим:
Думаю разница есть.
Я специально силовые дорожки, идущие к трансформатору оставил без маски, чтобы их можно было усилить — залудив толстым слоем припоя (заказавшим по необходимости следует это проделать вместе с припайкой проводов).
Многие писали, что радиатор не нужен в данном применении — я оставил отверстие на плате для его крепления, желающие могут его посадить на теплопроводную пасту и закрепить на плате. Пример показан на самодельной плате, радиатор можно взять с неисправной материнской платы или видеокарты, либо отпилить (как я) кусок алюминиевого профиля.
Теперь про подключение элементов к плате:
В принципе, для тестовой сварки достаточно подключить сеть (220 Вольт), трансформатор и кнопку сварки. Подключение экрана позволяет видеть текущие режимы и энкодером настраивать параметры. SPI нужен для смены прошивки (в качестве программатора можно использовать Arduino со скетчем Arduino ISP или USBASP), которую при заливке загрузчика, также можно загружать через USB to Serial.
Термистор в текущей прошивке не используется.
Отверстия для проводов я сделал диаметром 2 мм, чтобы удобно можно было припаять достаточно толстый провод.
Каждую плату я тестирую, не припаивая а вставляя в отверстия с металлизацией провода, вот такая тестовая сборка:
При таком подключении проводов следует быть максимально аккуратным (а вообще лучше так не делать — 220 Вольт опасно для жизни!) Провода следует припаять и тестировать на диэлектрической поверхности, не дотрагиваясь до платы руками! Работу управления вентилятором тестировал перетыканием проводов лампы в соответствующие гнезда, конечно, предварительно выключал сетевое напряжение.
В прошлом обзоре, в комментариях, был вопрос насчет подключения OLED дисплея с диагональю 0.96″, так вот он вообще не требует изменения прошивки:
К сожалению, быстро русифицировать устройство не получилось, но как я это сделаю — выложу новую прошивку. Но там всего несколько слов — думаю проблем при использовании быть не должно. Напомню:
— Pulse duration — продолжительность сварочного импульса в миллисекундах (следует понимать, что, в целом, продолжительность кратна 10 мс, но у нас есть смещение относительно начала положительной полуволны, поэтому регулируется миллисекундами.
— Number pulses — количество сварочных импульсов (скважность равна 2, коэффициент заполнения 1/2)
— Shift time — сдвиг относительно начала положительной полуволны в миллисекундах, для оптимальной работы трансформатора и еще по ряду причин (обо всем можно почитать в прошлых обзорах про мою конструкцию, в частности в комментариях), следует включать на пике синусоиды сетевого напряжения — у меня получилось 3 мс (вы можете экспериментировать с данным значением)
Переключение между настройками осуществляется коротким нажатием на энкодер. Изменение текущего параметра — вращением энкодера. Длительное нажатие приведет к сохранению выставленных параметров, при отключении питания и новом включении сохраненные параметры будут восстановлены.
Видео тестирования первой платы, как всегда, в качестве нагрузки выступила лампа накаливания 75 Вт:
В комментариях буду рад увидеть пожелания по улучшению прошивки, по мере появления времени я ее буду обновлять и выкладывать новые версии.
На текущий момент на все полученные платы уже есть заказчики, если будет интерес — закажу еще и вышлю всем желающим по мере изготовления (пишите в личку).
Спасибо всем кто прочитал этот демонстрационный обзор, надеюсь информация будет полезной, особенно тем, кто ожидает свои платы.
mysku.ru
Симистор. Принцип работы, параметры и обозначение на схеме.
Симметричный тиристор
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 » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
go-radio.ru
Симистор BTA41-800B или точечная сварка — версия Плюс (продолжение — заводская плата)
Благодаря большому интересу к моему творчеству по созданию аппарата точечной сварки и поддержке обзоров читателями, я решил опубликовать еще один обзор. Данный обзор будет продолжением этого и этого. В этот раз основным рассматриваемым элементом будет управляющая плата, заказанная и изготовленная в Китае. Любителей поделок и интересующихся точечной сваркой приглашаю под кат.Про сам симистор, являющийся ключом, который коммутирует первичную обмотку сварочного трансформатора, я более-менее подробно написал здесь. Там же было изготовление платы с помощью ЛУТ. Схема и код полученного решения описаны здесь.
Благодаря интересу читателей, я заказал платы в Китае, вместе с компонентами. И расскажу о том, что получилось в итоге. Надеюсь этим обзором облегчить труд тем, кто попросил меня изготовить данные платы и всем остальным, изготавливающим платы самостоятельно.
Платы пришли в вакуумной упаковке, в таком виде:
Качество плат вполне приличное:
Как видно я использовал панелирование, чтобы максимально использовать доступное пространство. Размер платы получился более компактным, чем ручной вариант, итог: 5 на 10 см.
Платы с небольшим усилием отламываются и получается две. Места отлома я подровнял Dremel-ем. Припаиваем элементы рассмотренные ранее:
Есть пара моментов, на первой плате одно отверстие оказалось закрыто металлизацией, пришлось его высверлить. Отверстия под ножки симистора получились чуть тоньше чем требовалось, пришлось взять сверлышко на 1 мм и доработать (видимо металлизация съела доли миллиметра). Получилось, на мой взгляд, вполне аккуратно. Стоит сравнить с этим:
Думаю разница есть.
Я специально силовые дорожки, идущие к трансформатору о
mysku.me
Симисторы BT134 основные характеристики и цоколевка
Рис. 1 Цоколевка симистора BT134
BT134 выпускается в пластмассовом корпусе типа SOT-82. Симисторы BT134 серии применяются в схемах управления электродвигателями, в промышленных и бытовых осветительных приборах, студийных вспышках, операторский свет для видеосъемки, в электронагревательных приборах и другой бытовой технике.
Система обозначений симисторов, тиристоров, динисторов BT выпускаемых компанией Philips
1. ВТ — симистор Philips
2. Серия
3. не обозначается для серии 134, тип корпуса симисторов BT134 — SOT-82
4. Макс. напряжение, В
5. Ток отпирания управляющего электрода: не обозначается – 35 мА, B – 50 мА, D – 5 мА, E – 10 мА, F – 25 мА
Основные характеристики симисторов BT134
| Параметр | Обозначение | Еди- ница | Тип симистора | |||
| BT134-500 | BT134-600 | BT134-800 | ||||
| Максимальное обратное напряжение | Uобр. | В | 500 | 600 | 800 | |
| Макс. повторяющееся импульсное напр. в закрытом состоянии | Uзс.повт.макс. | В | 500 | 600 | 800 | |
| Макс. среднее за период значение тока в открытом состоянии | Iос.ср.макс. | А | 4 | 4 | 4 | |
| Макс. кратковременный импульсный ток в открытом состоянии | Iкр.макс. | А | 25 | 25 | 25 | |
| Наименьший постоянный ток управления, необходимый для включения симистора | Iу.от.мин. | А | 0.025 | 0.025 | 0.025 | |
Симисторы и тиристоры динисторы BT, основные характеристики, аналоги и цоколевка
Полный datasheet симистора BT134 с возможностью скачать бесплатно даташит в pdf формате или смотреть в онлайн справочнике по электронным компонентам на Времонт.su
www.xn--b1agveejs.su
принцип работы, применение, устройство и управление ими
Из статьи вы узнаете о том, что такое симистор, принцип работы этого прибора, а также особенности его применения. Но для начала стоит упомянуть о том, что симистор – это то же, что и тиристор (только симметричный). Следовательно, не обойтись в статье без описания принципа функционирования тиристоров и их особенностей. Без знания основ не получится спроектировать и построить даже простейшую схему управления.
Тиристоры
Тиристор является переключающим полупроводниковым прибором, который способен пропускать ток только в одном направлении. Его нередко называют вентилем и проводят аналогии между ним и управляемым диодом. У тиристоров имеется три вывода, причем один – это электрод управления. Это, если выразиться грубо, кнопка, при помощи которой происходит переключение элемента в проводящий режим. В статье будет рассмотрен частный случай тиристора – симистор — устройство и работа его в различных цепях.
Тиристор – это еще выпрямитель, выключатель и даже усилитель сигнала. Нередко его используют в качестве регулятора (но только в том случае, когда вся электросхема запитывается от источника переменного напряжения). У всех тиристоров имеются некоторые особенности, о которых нужно поговорить более подробно.
Свойства тиристоров
Среди огромного множества характеристик этого полупроводникового элемента можно выделить самые существенные:
- Тиристоры, подобно диодам, способны проводить электрический ток только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как выпрямительный диод.
- Из отключенного во включенное состояние тиристор можно перевести, подав на управляющий электрод сигнал с определенной формой. Отсюда вывод – у тиристора как у выключателя имеется два состояния (причем оба устойчивые). Таким же образом может функционировать и симистор. Принцип работы ключа электронного типа на его основе достаточно прост. Но для того чтобы произвести возврат в исходное разомкнутое состояние, необходимо, чтобы выполнялись определенные условия.
- Ток сигнала управления, который необходим для перехода кристалла тиристора из запертого режима в открытый, намного меньше, нежели рабочий (буквально измеряется в миллиамперах). Это значит, что у тиристора есть свойства усилителя тока.
- Существует возможность точной регулировки среднего тока, протекающего через подключенную нагрузку, при условии, что нагрузка включена с тиристором последовательно. Точность регулировки напрямую зависит от того, какая длительность сигнала на электроде управления. В этом случае тиристор выступает в качестве регулятора мощности.
Тиристор и его структура
Тиристор – это полупроводниковый элемент, который имеет функции управления. Кристалл состоит из четырех слоев р и п типа, которые чередуются. Так же точно построен и симистор. Принцип работы, применение, структура этого элемента и ограничения в использовании рассмотрены детально в статье.
Описанную структуру еще называют четырехслойной. Крайнюю область р-структуры с подключенным к ней положительной полярности выводом источника питания, называют анодом. Следовательно, вторая область п (тоже крайняя) – это катод. К ней приложено отрицательное напряжение источника питания.
Какими свойствами обладает тиристор
Если провести полный анализ структуры тиристора, то можно найти в ней три перехода (электронно-дырочных). Следовательно, можно составить эквивалентную схему на полупроводниковых транзисторах (полярных, биполярных, полевых) и диодах, которая позволит понять, как ведет себя тиристор при отключении питания электрода управления.
В том случае, когда относительно катода анод положительный, диод закрывается, и, следовательно, тиристор тоже ведет себя аналогично. В случае смены полярности оба диода смещаются, тиристор также запирается. Аналогичным образом функционирует и симистор.
Принцип работы на пальцах, конечно, объяснить не очень просто, но мы попробуем сделать это далее.
Как работает отпирание тиристора
Для понимания принципа работы тиристора нужно обратить внимание на эквивалентную схему. Она может быть составлена из двух полупроводниковых триодов (транзисторов). Вот на ней и удобно рассмотреть процесс отпирания тиристоров. Задается некоторый ток, который протекает через электрод управления тиристора. При этом ток имеет смещение прямой направленности. Этот ток считается базовым для транзистора со структурой п-р-п.
Поэтому в коллекторе ток у него будет больше в несколько раз (необходимо значение тока управления умножить на коэффициент усиления транзистора). Далее можно видеть, что это значение тока базовое для второго транзистора со структурой проводимости р-п-р, и он отпирается. При этом коллекторный ток второго транзистора будет равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов и первоначально заданного тока управления. Симисторы (принцип работы и управление ими рассмотрены в статье) обладают аналогичными свойствами.
Далее этот ток необходимо суммировать с ранее заданным током цепи управления. И получится именно то значение, которое необходимо, чтобы поддерживать первый транзистор в отпертом состоянии. В том случае, когда ток управления очень большой, два транзистора одновременно насыщаются. Внутренняя ОС продолжает сохранять свою проводимость даже тогда, когда исчезает первоначальный ток на управляющем электроде. Одновременно с этим на аноде тиристора обнаруживается довольно высокое значение тока.
Как отключить тиристор
Переход в запертое состояние тиристора возможен в том случае, если к электроду управления открытого элемента не прикладывается сигнал. При этом ток спадает до определенной величины, которая называется гипостатическим током (или током удержания).
Тиристор отключится и в том случае, если произойдет размыкание в цепи нагрузки. Либо когда напряжение, которое прикладывается к цепи (внешней), меняет свою полярность. Это происходит под конец каждого полупериода в случае, когда питается схема от источника переменного тока.
Когда тиристор работает в цепи постоянного тока, запирание можно осуществить при помощи простого выключателя или кнопки механического типа. Он соединяется с нагрузкой последовательно и применяется для обесточивания цепи. Аналогичен и принцип работы регулятора мощности на симисторе, правда, имеются в схеме некоторые особенности.
Способы отключения тиристоров
Но можно выключатель соединить параллельно, тогда с его помощью происходит шунтирование тока анода, и тиристор переводится в запертое состояние. Некоторые виды тиристоров могут включаться повторно, если разомкнуть контакты выключателя. Объяснить это можно тем, что во время размыкания контактов паразитные емкости переходов тиристора накапливают заряд, создавая тем самым помехи.
Поэтому желательно располагать выключатель так, чтобы он находился между катодом и электродом управления. Это позволит гарантировать, что тиристор отключится нормально, а удерживающий ток отсечется. Иногда для удобства и повышения быстродействия и надежности применяют вместо механического ключа вспомогательный тиристор. Стоит отметить, что работа симистора во многом схожа с функционированием тиристоров.
Симисторы
А теперь ближе к теме статьи – нужно рассмотреть частный случай тиристора – симистор. Принцип работы его схож с тем, что был рассмотрен ранее. Но имеются некоторые отличия и характерные особенности. Поэтому нужно поговорить о нем более подробно. Симистор представляет собой прибор, в основе которого находится кристалл полупроводника. Очень часто используется в системах, которые работают на переменном токе.
Самое простое определение этого прибора – выключатель, но управляемый. В запертом состоянии он работает точно так же, как и выключатель с разомкнутыми контактами. При подаче сигнала на электрод управления симистора происходит переход прибора в открытое состояние (режим проводимости). При работе в таком режиме можно провести параллель с выключателем, у которого контакты замкнуты.
Когда сигнал в цепи управления отсутствует, в любой из полупериодов (при работе в цепях переменного тока) происходит переход симистора из режима открытого в закрытый. Симисторы широко используются в режиме релейном (например, в конструкциях светочувствительных выключателей или термостатов). Но они же нередко применяются и в системах регулирования, которые функционируют по принципам фазового управления напряжения на нагрузке (являются плавными регуляторами).
Структура и принцип работы симистора
Симистор – это не что иное, как симметричный тиристор. Следовательно, исходя из названия, можно сделать вывод – его легко заменить двумя тиристорами, которые включаются встречно-параллельно. В любом направлении он способен пропустить ток. У симистора имеется три основных вывода – управляющий, для подачи сигналов, и основные (анод, катод), чтобы он мог пропускать рабочие токи.
Симистор (принцип работы для «чайников» этого полупроводникового элемента предоставлен вашему вниманию) открывается, когда на управляющий вывод подается минимальное необходимое значение тока. Или в том случае, когда между двумя другими электродами разность потенциалов выше предельно допустимого значения.
В большинстве случаев превышение напряжения приводит к тому, что симистор самопроизвольно срабатывает при максимальной амплитуде питающего напряжения. Переход в запертое состояние происходит в случае смены полярности или при уменьшении рабочего тока до уровня ниже, чем ток удержания.
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.
Какие накладываются ограничения при использовании симисторов
Его сложно использовать, когда нагрузка индуктивного типа. Скорость изменения напряжения и тока ограничивается. Когда симистор переходит из запертого режима в открытый, во внешней цепи возникает значительный ток. Напряжение не падает мгновенно на силовых выводах симистора. А мощность будет мгновенно развиваться и достигает довольно больших величин. Та энергия, которая рассеивается, за счет малого пространства резко повышает температуру полупроводника.
В случае превышения критического значения происходит разрушение кристалла, ввиду чрезмерно быстрого нарастания силы тока. Если к симистору, который находится в запертом состоянии, приложить некоторое напряжение и резко его увеличить, то произойдет открытие канала (при отсутствии сигнала в цепи управления). Такое явление можно наблюдать по причине того, что происходит накапливание заряда внутренней паразитной емкостью полупроводника. Причем ток заряда имеет достаточное значение, чтобы отпереть симистор.
fb.ru