Как работает симистор: Что такое симистор, как его проверить

Что такое симистор, как его проверить

Симистор — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока.

Симистор — это разновидность тиристора. Он как и тринистор имеет три вывода, однако p-n-переходов у симистора не три, а целых пять. Характерно для симистора и два устойчивых состояния: «открытое» и «закрытое», при том проводимостью симистора можно управлять в двух направлениях, несмотря на то, что управляющий электрод у него всего один.

По причине такой своей универсальности, именно симистор чаще всего играет роль ключа в цепях переменного тока для управления различного рода устройствами (например двигателем болгарки или стиральной машины).

Взгляните на рисунок. Здесь пять переходов, которые по своему расположению аналогичны двум встречно-параллельно включенным тринисторам. Если приложить к электроду MТ2 плюс, а к MТ1 — минус, то активируется (станет готова к работе) последовательность переходов снизу-вверх n-p-n-p, а при смене полярности в наше распоряжение попадет последовательность переходов сверху-вниз n-p-n-p. И управляющего электрода по прежнему достаточно всего одного.

Итак, для управления состоянием проводимости симистора, установленного в каком-нибудь приборе, на управляющий электрод G симистора подают управляющий импульс, полярность которого указывается относительно вывода MТ1, и зависит она от текущей полярности коммутируемого напряжения, действующего в цепи, то есть от напряжения, приложенного к выводам MT1 и MT2 данного симистора.

Если вывод MT2 находится под положительным напряжением относительно вывода MT1, то переход симистора в проводящее состояние возможен при любой полярности импульса управляющего напряжения, приложенного к выводу G относительно вывода MT1. Если же на выводе MT2 находится минус, а на MT1 – плюс, то к открыванию симистора приведет отрицательная полярность напряжения, приложенного к выводу G.

Чтобы «закрыть» симистор, находящийся в проводящем состоянии, необходимо обесточить коммутируемую симистором цепь (сделать ее ток меньшим, чем ток удержания, характерный для данного симистора).

Из сказанного выше очевидным образом вытекает, что для проверки симистора можно воспользоваться простой универсальной схемой, предназначенной для тестирования, которая содержит два развязанных друг от друга источника питания (например две обмотки трансформатора с выпрямителями и конденсаторами фильтров).

Такую схему каждый сможет собрать себе сам. Два переключателя (SA1 и SA2) служат для изменения полярности в коммутируемой цепи и в цепи питания управляющего электрода. Переключатели (кнопки без фиксации) SB1 и SB2 предназначены соответственно для открывания и для выключения симистора. Лампочка здесь служит индикатором исправности симистора, так как она установлена в цепи, коммутируемой симистором.

Работает схема так. Когда переключатели SA1 и SA2 пребывают в положении как изображено на рисунке, достаточно нажать на кнопку SB1, чтобы исправный симистор открылся и лампа тут же загорелась. Далее нажимают SB2 – лампа гаснет, так как симистор запирается. После этого переключателем SA1 изменяют полярность управляющего импульса.

Нажатие на SB1 приведет к загоранию лампы. Следующим шагом изменяют полярность в коммутируемой цепи, для чего нажимают на SA2. Теперь лампа должна вспыхивать только тогда, когда на управляющий электрод будет подано напряжение отрицательное, относительно минусового электрода симистора.

Есть более простая схема с батарейкой «крона» и со светодиодами. Данная схема позволяет проверять не только симисторы, но и тринисторы. Переключатель S1 позволяет изменять полярность питания, а кнопки ST1 и ST2 дают в распоряжение пользователю импульсы разной полярности.

Исправный тринистор станет проводить лишь в одном направлении, поэтому только светодиод VD4 будет индикатором. А вот симистор сможет открыться в том направлении, в котором подана полярность питания, и в зависимости от нажатия на кнопку ST1 или ST2. Нажатие на ST2 не должно привести к открыванию симистора, если на нижнем его выводе будет плюс.

Ранее ЭлектроВести писали, что в России на Калининской АЭС было отключено от сети три энергоблока из четырех. Представитель концерна «Росэнергоатом» сказал, что остановка была вызвана отключением одного из трансформаторов тока.

По материалам: electrik.info.

Симистор — устройство и принцип работы прибора

Все радиолюбители, профессиональные электрики и техники, которые ежедневно имеют дело с электрическими цепями и схемами, так или иначе сталкиваются и активно используют при своей работе полупроводниковые элементы. Все они функционируют благодаря так называемым n-p и p-n-переходам, в которых электроны вступают во взаимодействие с дырками.

В самом элементарном диоде насчитывается два слоя и p-n-переход, у биполярного транзистора их уже три, а перехода оба вида. Так вот, если к биполярному добавить еще один слой, то получится уже другой полупроводниковый прибор, именуемый тиристором.

Что такое симистор

А дальше, если один тиристор подключить с другим параллельно, то выйдет уже некая симметричная фигура двух тиристоров. Вот это и есть симметричный тиристор или другими словами, симистор. В зарубежной литературе и практике больше известен под названием TRIAC.

ТРИАК имеет один управляющий и два дополнительных силовых вывода, они же электроды. На схемах главный именуется «затвором» и обозначен буквой G. Электроды силовые отмечены указателями Т1, Т2. Реже А и А1, А 1 и А2.

Стоит отметить, что тиристор такого типа в зарубежных трудах и технике – довольно редкий гость, в схемах используется нечасто. Скорее всего, из-за того, что он был придуман и получил патент на советских просторах, от чего в Европе и Америке не нашел широкого применения и распространения.

Принцип работы: как работает симистор

Уникальность такого устройства заключается в том, что анода и катода в привычном понимании относительно использования в электросхемах, тут нет. Хотя в схеме они присутствуют. Просто становятся крайне похожими друг на друга, ведь катод и анод одновременно могут иметь свойства каждого из них. То есть любой электрод данного прибора не имеет конкретного заряда. Так и выходит, что в симисторе электрический ток проходит не в одном, а сразу в двух направлениях! Что делает его незаменимым в схемах, где участвует переменный ток.

Например, в автоматическом регуляторе мощности, которые используются в любом источнике света, кондиционере или электроинструменте, симистор работает в такой схеме. Начав получать напряжение из электросети, в приборе только один силовой электрод срабатывает и получает переменное напряжение. А управляющий вывод с диодного моста получает отрицательное напряжение управления. Если включение станет чрезмерным, то симметрический тиристор сработает на открытие и отправит ток в нагрузку. Как только на входе прибора изменится полярность напряжения, он перестанет работать на открытие. Этот процесс зацикливается и повторяется снова и снова.

Из этого получается, что скорость включения симистора напрямую зависит от величины управляющего напряжения. И если оно уменьшается, то стихают и импульсы на нагрузке. А в целом, напряжение, после прохождения данного ТРИАКа, становятся регулируемыми в части импульсов и исходят в диапазоне, схожим на присущей пиле. На практике такая способность регулировки напряжения управления в симисторе дает возможность влиять и настраивать диапазон температур на острие электропаяльника или же яркость светодиодной ленты. Поэтому, например, целесообразно симметрический тиристор использовать в устройстве по регулировке яркости светодиодных лампочек, лент, модулей и прожекторов, который называется диммером.

Схемы управления симисторами

Большим преимуществом данного устройства является его возможность одновременно управлять как положительным зарядом тока, так и отрицательным. Это дает возможность говорить сразу о четырех его основных режимах работы, то есть управляющее напряжение, относительно каждой своей полярности, может разбиваться на четыре сектора работы.

Так, например, существует отдельная схема на случай, чтобы симистор не открылся случайно, а не, как положено, в момент избыточного включения. В ней между двумя силовыми электродами вводится так называемая RC-цепочка. Номинальное значение сопротивления в ее резисторе под названием R1 варьируется в пределах от пятидесяти и до 470 Ом, а конденсатора с маркировкой С1 – в величинах 0,01- 0,1 мкф. Случается, что данные показатели доводится подбирать экспериментальным путем.

Маркировка симисторов

Различают довольно много маркировок данных симметричных тиристоров, которые зависят от ряда его основных параметров. Например, в широком ассортименте в интернет-магазинах электроники и в целом на рынке подобных комплектующих можно встретить модели типа:

• BT131-600
• BT134-600
• BT137-600E
• BT138-600
• BTA16-600B
• MAC08MTI
• BTB12-800CWRG
• BTA140-600
• BTA41-600BRG
• BTA41-600 и прочие.

Например, модель BTA24-600B – стандартный, не оснащенный снаббером. Этот элемент необходимо устанавливать внешне и отдельно.
Отдельно стоит остановиться на таком понятии как корпус симистора. В современных моделях различают такие основные пластиковые корпусы как:

• D-PAK
• DO-35
• M1
• SOT-223
• TO-126
• TO-220
• TO-247AC
• TO-92
• TOP-3

К числу основных параметров, которые следует использовать для обозначения характеристик устройства относятся показатели максимального обратного напряжения, максимальные значения тока в открытом положении и в импульсном режиме, самого малого значения тока в постоянном режиме, которого достаточно для открытия симистора, как и наименьшего импульсного тока.

Важно учитывать, какие показатели напряжения в открытом режиме могут определяться при разных значениях тока, например, 160 ампер и 300 ампер. В таком случае, они оба должны быть пропорциональны друг другу, то есть ток при 160 амперах, быть равным 5 вольтам, а при 300 амперах – 2,5 вольтам, т. е. идти на понижение.

У симисторов огромная разница во времени, когда происходит включение и выключение. Так, в среднем оно может у одной и той же модели быть, допустим, 10 микросекунд на включение и 150 микросекунд на выключение. Одним словом, здесь срабатывает принцип, когда напряжение и сила тока экспотенциальны – чем выше второе, тем меньше первое. Принцип работает и в обратном положении данных величин.

В целом TRIAC при вхождении в цепь, может выполнять функции как электровыключателя, так и реле. В таком случае, его достоинства являются существенными:

• Низкая цена;
• Длительный срок эксплуатации в отличие от электромеханических приборов;
• Бесконтактный метод работы, а значит отсутствие дребезжания и искрения.

Однако эти полупроводниковые схемы имеют и свои негативные стороны, которых следует активно избегать:

• Небольшой диапазон рабочих температур, из-за чего возможен перегрев (поэтому они устанавливаются на радиаторах вплотную)
• Невозможность использования при высокочастотном режиме, поскольку по длительному разрыву между временем открытия и закрытия они не успевают правильно отреагировать на высокую частотность
• Чувствителен к электромагнитному излучению, реагирует ложным открыванием, что ограничивает сферу его использования

Как проверить работоспособность симистора

Чтобы правильно осуществить проверку на работоспособность данное устройство, необходимо оснаститься специальным тестером или мультиметром. Последний за счет работы сразу в нескольких режимах сможет определить вольтаж, величину сопротивления и количество ватт, при том как в переменной области исследований, так и в постоянной.

Первый способ проверки эксплуатационных характеристик симметричного тиристора основан на показаниях мультиметра, который переведен в режим омметра. Необходимо попарно подключить выходы мультиметра к контактам ТРИАКа и измерить их в обычном положении. При этом сопротивление должно выдавать свои максимальные показатели, то есть стремиться к бесконечности. В цифровых мультиметрах это визуализируется как увеличение цифрового значения на экране прибора рывкообразно, а на аналоговом – стрелка плавно, но устойчиво будет отклоняться на радиально-линейной шкале вправо до упора. Если это случилось, то необходимо к электроду управления такого тиристора присоединить анод. Анод сработает на открытие радиодетали, а сопротивление устремиться к нулю. В такой случае, скорее всего, симмистор полностью рабочий.

Другой способ подойдет для тех, у кого под рукой не оказалось мультиметра. Тогда понадобится тестер, типа для определения фазы и нуля в цепи, и аккумуляторная пальчиковая батарейка или любой другой элемент, осуществляющий питание электронных устройств. Сначала соединяем контакты тестера и ТРИАКа. Если все хорошо, то световой сигнал лампы контроля на тестере не сработает. Затем с батарейки подаем напряжение между управляющим и силовыми выводами. Полярность тестера и рабочего электрода должны совпасть, а лампа контроля загореться. Если ток удержания в переходе нашего двойного тиристора достаточен, то лампочка не потухнет и после отключения батарейки, только если выключить сам тестер.

Область применения симисторов

Они используются в сфере эксплуатационных элементов на железных дорогах, а именно в релейных шкафах, схемах электрической централизации стрелок и устройств, в области сигнализации и связи, регулируют железнодорожные переезды и световые головки светофоров, используются в радиотехнике, например, в электропаяльниках, вентиляторах, обогревателях.

Даже после выхода из строя, можно, заменив часть устройства, продолжать его использовать еще долгие годы, пока маркировки и совсем не станет видно. В виду надежности применимы в промышленности и транспорта для сигнализации, централизации и блокировки сигналов от устройств.

Опубликовано: 2020-06-11
Обновлено: 2021-08-30

Автор: Магазин Electronoff

ПОДХОДЯЩИЕ ТОВАРЫ

Поделиться в соцсетях

назначение и основные характеристики, принцип работы для «чайников» и проверка в схемах

Полупроводниковые элементы применяются для создания различных устройств и техники. Некоторые из них выполняют функции электронных ключей, например, симисторы. Большинство радиолюбителей сталкивается с ремонтом различной техники, в которой он применяется. Для выполнения качественного ремонта следует получить подробную информацию о детали, выяснить ее структуру и принцип работы.

Общие сведения

Симистор (триак) является одним из видов тиристора и обладает большим количеством переходов p-n-типа. Его целесообразно применять в цепях переменного тока для электронного управления. Чтобы понять принцип работы симистора «чайникам» в этом вопросе, следует рассмотреть его структуру, функцию и сферы применения.

Информация о ключах

Ключи — устройства, которые применяются для коммутации или переключения в электрических цепях. Существует три их вида, и каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Классифицируются ключи по типу переключения:

1. Механические.
2. Электромеханические.
3. Электронные.

К механическим ключам относятся выключатели и рубильники. Применяются они в случаях необходимости ручной коммутации для замыкания одного или нескольких групп контактов. К виду электромеханических ключей следует отнести реле (контакторы). Электромагнитное реле состоит из магнита, представляющего катушку с подвижным сердечником. При подаче питания на катушку она притягивает сердечник с группой контактов: одни контакты замыкаются, а другие — размыкаются.

Среди достоинств применения электромеханических ключей можно выделить следующие: отсутствие падения напряжения и потери мощности на контактах, а также изолирование цепей нагрузки и коммутации. У этого типа ключей есть и недостатки:

1. Число переключений ограниченно, поскольку контакты изнашиваются.
2. При размыкании возникает электрическая дуга, которая приводит к разрушению контактов (электроэрозии). Невозможно применять во взрывоопасных средах.
3. Очень низкое быстродействие.

Электронные ключи бывают на разной базе полупроводниковых элементов: транзисторах, управляемых диодах (тиристорах) и симметричных управляемых диодах (симисторах). Простейшим электронным ключом является транзистор биполярного типа с коллектором, эмиттером и базой, состоящего из 2 p-n-переходов. По структуре они бывают 2 типов: n-p-n и р-n-p.

Поскольку транзистор состоит из 2 p-n-переходов, то в зависимости от состояния, в которых они находятся, различают 4 режима работы: основной, инверсный, насыщения и отсечки. При активном режиме открыт коллекторный переход, а при инверсном — эмиттерный. При двух открытых переходах транзистор работает в режиме насыщения. При условии, что закрыты оба перехода, он будет работать в режиме отсечки.

Для использования транзистора необходимо всего 2 его состояния. Режим отсечки происходит при отсутствии тока базы, следовательно, при этом ток коллектора равен 0. При подаче достаточного значения тока на базу полупроводниковый прибор будет работать в режиме насыщения, т. е. в открытом состоянии.

Если рассматривать ключи на полевых транзисторах, то появляется возможность менять его проводимость при изменении величины напряжения на затворе, выполняющего функцию управляющего электрода. Управляя его работой при помощи воздействия на затвор, можно получить два состояния: открытое и закрытое. Ключи на полевых транзисторах обладают высоким быстродействием, чем на биполярных.

Электронные ключи, выполненные на тиристорах, обладают некоторыми особенностями. Тиристор является полупроводниковым радиоэлементом с p-n-p-n или n-p-n-p переходам и имеет 3, а иногда и 4 вывода. Состоит он из p-слоя (катода), n-слоя (анода) и управляющего электрода (базы). Его можно заменить 2 транзисторами разной структуры. Он представляет 2 ключа транзисторного типа, которые включены встречно. База одного транзистора подключается к коллектору другого.

При подаче на базу отпирающего тока управляемый диод откроется и останется в этом состоянии, пока величина тока не будет снижена до нулевого значения. При большом значении тока базы тиристор является обыкновенным полупроводниковым диодом, проводящим ток в одном направлении.

Он может функционировать в цепях переменного тока, но только на половину мощности. Для этих целей необходимо применять симистор.

Принцип работы симистора

Основным отличием симистора от тиристора является проводимость сразу в двух направлениях. Симистор можно заменить 2 тиристорами, которые имеют встречно-параллельное подключение на рисунке 1. На нем представлено условное графическое обозначение триака на электрических принципиальных схемах. В некоторой литературе можно встретить и другие названия: триак и симметричный управляемый диод.

Рисунок 1. Симистор (схема включения 2 тиристоров) и его графическое обозначение

Существует простой пример, который позволит понять даже «чайникам», как работает симистор. Дверь в гостинице можно открывать в двух направлениях, причем в нее могут войти и выйти сразу 2 человека. Этот простой пример показывает, что триак может пропускать ток сразу в двух направлениях (прямом и обратном), поскольку он состоит из 5 p-n-переходов. Управление его работой осуществляется при помощи базы.

Слои симисторного ключа, изготовленные из полупроводника, похожи на переход транзистора, но имеют еще 3 дополнительных области n-типа. Четвертый слой находится возле катода и является разделенным, поскольку анод и катод при движении тока выполняют некоторые функции, а при обратном направлении движения — меняются местами. Пятый слой находится возле базы.

При подаче сигнала на управляющий вывод произойдет отпирание симметричного управляющегося диода, поскольку его анод будет иметь положительный потенциал. В этом случае по верхнему тиристору потечет ток. При изменении полярности ток будет течь по нижнему тиристору (рисунок 1). Об этом свидетельствует его вольт-амперная характеристика (ВАХ) на рисунке 2. Она состоит из двух кривых, повернутых на 180 градусов.

Рисунок 2. ВАХ триака

Литерой «А» обозначено его закрытое состояние, а «В» — открытое. Urrm и Udrm — допустимые значения прямого и обратного напряжений. Idrm и Irrm — прямой и обратный токи.

Виды и сферы применения

Поскольку симистор является видом тиристора, то основным их отличием является параметры управляющего электрода (базы). Кроме того, они классифицируются по другим признакам:

1. Конструкция.
2. Величина тока, при которой наступает перегрузка.
3. Характеристики базы.
4. Значения прямых и обратных токов.
5. Величина прямого и обратного напряжений.
6. Тип электрической нагрузки. Бывают силовыми и обычными.
7. Параметр силы тока, необходимой для открытия затвора.
8. Коэффициент dv/dt или скорость, с которой происходит переключение.
9. Производитель.
10. Мощность.

Благодаря особенности пропускания тока в двух направлениях, их используют в цепях переменного тока, поскольку тиристор не может работать на полную мощность. Симметричные тиристоры получили широкое применение в таких устройствах:

1. Приборах для регулировки яркости света или диммерах.
2. Регуляторах оборотов для различного инструмента (лобзики, шуруповерты и т. д.).
3. Электронной регулировке температур для индукционных плит.
4. Холодильной аппаратуре для плавного запуска двигателя.
5. Бытовой технике.
6. Промышленности для освещения, плавного пуска приводов машин и механизмов.

Среди достоинств симисторов можно выделить незначительную стоимость, надежность и они не генерируют помехи (не используются контакты механического типа), а также длительный срок эксплуатации. К основным недостаткам следует отнести следующие: необходимость в дополнительном теплоотводе, невозможность использования на высоких частотах, а также влияние помех и шумов различного рода.

Для подавления помех следует подсоединить параллельно триаку, между катодом и анодом, цепочку из конденсатора и резистора с номиналами от 0,02 до 0,3 мкФ и от 45 до 500 Ом соответственно. Для применения в какой-либо схеме или устройстве следует знать основные технические характеристики, поскольку владение этой информацией поможет избежать множества трудностей перед начинающим радиолюбителем.

Технические характеристики

У триаков существуют характеристики, позволяющие применять их в какой-либо схеме. Кроме того, они отличаются также и производителем — бывают отечественные и импортные. Основное отличие импортных состоит в том, что нет необходимости подстраивать их работу при помощи дополнительных радиоэлементов, т. е. собирать дополнительную схему управления симистором. У симисторов существуют следующие характеристики:

1. Величина максимального обратного и импульсного значений напряжений, на которые он рассчитан.
2. Минимальное и максимальное значения тока, при котором происходит открытие его перехода, а также значение максимального импульсного тока, необходимого для его открытия.
3. Период включения и выключения.
4. Коэффициент dv/dt.

Характеристики в основном определяются по маркировке триаков с использованием справочника. В справочной информации имеется информация о том, как он выглядит, и дается его распиновка. При использовании триака следует учитывать такую характеристику, как dv/dt. Она показывает значения коэффициента, при котором не происходит самопроизвольное включение из-за скачков напряжения. Причинами такого включения могут служить помехи импульсного происхождения и падение напряжения при коммутации ключа. Кроме того, чтобы избежать последствий, следует применять RC-цепочку, а также ограничивающие диоды или варистор. Эта цепочка подсоединяется к эмиттеру и коллектору симистора.

При выборе триака следует обратить внимание на все характеристики, поскольку не имеет смысла использовать высоковольтный тип в схемах с низким напряжением. Например, если устройство работает от напряжения 36 В, то зарубежный симистор Zo607 с напряжением 600 В (его аналог — вта41600в) не следует применять.

Кроме того, в некоторых источниках можно встретить понятие бесснабберного симистора. Это тип, который применяется при индуктивных нагрузках. Примером такой модели являются m10lz47, mac12n и tg35c60.

Диагностика в схемах

В некоторых случаях радиолюбитель сталкивается с проверкой симистора, однако не всегда может ее корректно произвести. В случае выхода триака из строя его желательно выпаять из платы и произвести его проверку. Обычный цифровой мультиметр для этой цели не подойдет, поскольку его ток слишком мал, чтобы открыть переход детали. Для этого подойдет обыкновенный стрелочный омметр. Вариантов проверки всего два: использовать стрелочный прибор или собрать спецсхему для этой операции. Для осуществления проверки по первому варианту необходимо руководствоваться следующим алгоритмом:

1. Включить прибор в режим измерения величины сопротивления.
2. Подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору. Если прибор показывает бесконечное сопротивление, то деталь исправна. Остальные случаи указывают на ее неисправность.
3. Соединить базу и вывод Т2. В этом случае сопротивление будет в пределах от 40 до 250 Ом. Если поменять местами щупы, то прибор снова покажет бесконечность. Это свидетельствует об исправности симистора.

Однако первый метод диагностики в некоторых случаях дает не совсем нужные и верные результаты. Очень часто проверенная таким способом деталь в схеме не работает. Это связано с тем, что герметичность ее корпуса нарушена. Недостаток метода — неточная диагностика. Для более точной диагностики следует проверить триак в работе (схема 1). Для этого необходимо использовать лампу накаливания и аккумулятор.

Схема 1. Проверка симметричного тиристора при помощи лампы накаливания и источника питания

В этой схеме симистор будет проверен под нагрузкой. При касании управляющего электрода, лампочка загорится и будет гореть некоторое время, пока не пропадет питание на аноде или ток на базе не будет малой величины. Недостаток метода — простая конструкция, при которой неудобно осуществлять проверку, поскольку следует напаивать провода на выводы триака. После проверки при неисправной детали следует произвести замену.

Таким образом, симисторы используются в управляемых устройствах в качестве электронных ключей, способных пропускать ток в двух направлениях. Их несложно проверить и желательно использовать специальную схему для этой операции.

Что такое симистор (триак). Как работает симистор. | Лёха Герыч

Симистор – электронная деталь, основанная на принципах полупроводимости. В американской терминологии электроники они называются триаками. Главной особенностью этих радиодеталей является способность проводить ток в оба направления. Симистор выполняет роль ключа-регулятора, который используется для создания цепей и является двунаправленным транзистором. Состоят они из силовых электродов. Один из находится на стороне электрода управления, а другого в его основе.

Свой термин они получили при использовании двух параллельных тиристоров и управляющего электрода. 

Как он работает и для чего нужен.

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название – симметричный триодный тиристор. Его особенность – возможность проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми.

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. 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 устройство

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. 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.

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.

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).

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.

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).

Область применения

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

• В стиральной машине.
• В печи.
• В духовках.
• В электродвигателе.
• В перфораторах и дрелях.
• В посудомоечной машине.
• В регуляторах освещения.
• 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!

Использование симистора

Симистор представляется настолько гибким и универсальным устройством, что благодаря его свойству переключения в проводящее состояние запускаемым импульсом с положительным или отрицательным знаком, который не зависит от источника  проявляющего свойства мгновенной полярности. По сути названия анод и катод для прибора не имеют большой актуальности.

• Одно из популярных и простейших сфер использования симистора может считаться его применение в качестветвердотельного реле. Для него характерно малое значение пускового тока достаточного для нагрузки с большими токами. Функцию ключа в таком устройстве может играть геркон, или обладающее большой чувствительностью термореле и прочие контактные пары с током до 50мА, при этом величина тока нагрузки может ограничиваться исключительно показателями, на которые рассчитан симистор.
• 2Не менее широко использование симистора в качестве регулятора интенсивности освещения и управления скоростью вращения электромотора. Схема построена на спользовании запускающих элементов, которые устанавливаются RC-фазовращателем, такой элемент, как потенциометр регулирует интенсивность освещения, а резистор служит для ограничения тока нагрузки. Формирование импульсов выполняется с помощью динистора. После пробоя в динисторе, который происходит в результате разности потенциалов на конденсаторе, импульс разряда конденсатора, возникающий мгновенно включает симистор.
• Управление мощностью в нагрузке с использованием в схеме добавочной RC-цепочки, что дает большой фазовый сдвиг, который облегчает задачу по управлению мощности.

Преимущества использования симисторов

• Увеличение разрешенной критической величины напряжения коммутации, что разрешает управления большими реактивными нагрузками без существенных сбоев в коммутации. Это позволяет уменьшить число компонентов, размеры печатной платы, снизить цену и убрать потери на рассеивание энергии демпфером.
• Повышение критической величины изменения тока коммутации, что повышает качество работы на высокой частоте для несинусоидального напряжения.
• Большая чувствительность к высокой температуре рабочего процесса.
• Высокое значение допустимого напряжения снижает стремление к самовключению из состояния отсутствия проводимости при большой температуре, что разрешает их использование для резистивных нагрузок по управлению бытовой и нагревательной техникой.
• Долговечность симистора, обусловленная рабочими температурными перепадами, отличается практически неограниченным ресурсом.
• Отсутствие искрообразования и возможность управления в момент нулевого тока в сети, что снижает электромагнитные помехи.

Основные достоинства симистора:

1. большая частота срабатывания для высокой точности управления;
2. высокий ресурс по сравнению с релейными электромеханическими устройствами;
3. возможность добиться небольших размеров приборов;
4. отсутствие шума при включении и отключении электроцепей.

Силовая электроника, с использованием  симисторов, разработанная отечественными производителями благодаря своим качественным показателям может составить западным фирмам высокую конкуренцию.

Друзья, не забывайте подписываться на обновления блога, ведь чем больше читателей подписано на обновления тем больше я понимаю что  делаю что-то важное и полезное и это чертовски мотивирует на новые статьи и материалы.

принцип действия, 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:

1. Тиристоры, подобно диодам, способны проводить электрический ток только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как выпрямительный диод.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Тиристоры для чайников / Хабр

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.

Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.

Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.

Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.

При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).

После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).

В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.

При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1.

Напряжение включения

— это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.

2.

Прямое напряжение

— это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.

3.

Обратное напряжение

— это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.

4.

Максимально допустимый прямой ток

— это максимальный ток в открытом состоянии.

5.

Обратный ток

— ток при максимальной обратном напряжении.

6.

Максимальный ток управления электрода

7.

Время задержки включения/выключения

8.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.

Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool.info

Тиристор принцип работы | Практическая электроника

Структура тиристора

Тиристор это четырёхслойный полупроводниковый прибор, слои расположены последовательно их типы проводимости чередуются: p‑n‑p‑n. p‑n‑переходы между слоями на рисунке обозначены как «П1», «П2» и «П3». Контакт присоединенный к внешнему p‑слою называется анодом, к внешнему n‑слою — катодом. В принципе тиристор может иметь до двух управляющих электродов, присоединённых к внутренним слоям. Но обычно изготавливаются тиристоры с одним управляющим электродом, либо вообще без управляющих электродов (такой прибор называется динистором).

Для включения тиристора достаточно кратковременно подать сигнал на управляющий электрод — тиристор откроется и будет оставаться в этом состоянии пока ток через тиристор не станет меньше тока удержания.

Итак, главный принцип работы тиристора и схем на его основе — открываем тиристор подачей сигнала на усправляющий электрод, закрываем снижая ток анод-катод.

Как и в биполярном транзистор главную роль в принципе действия играют неосновные носители заряда (ННЗ) и обратно-смещенный p-n- переход. Пока неосновных носителей мало переход закрыт, но стоит подкинуть ННЗ к переходу и он откроется.
В тиристоре есть два основных способа добавить ННЗ:
1) закачать ток в управляющий электрод;
2) поднять напряжение настолько чтобы возник лавинный пробой.

Динисторное включение тиристора

Для начала рассмотрим второй случай, то есть когда управляющий электрод тиристора отключен.

При подаче напряжения прямой полярности, крайние переходы смещаются в прямом направлении, а средний – в обратном. При значительном увеличении напряжения на силовых электродах, через крайние (П1 и П3), примыкающие к среднему, переходы начинают перемещаться неосновные носители, уменьшая его сопротивление. Процесс происходит медленно, а сопротивление остается большим, но лишь до определенного момента. При некотором значении напряжения (как правило, несколько сотен вольт) процесс становится лавинным(точка 1 на ВАХ), неосновные носители заряда заменяются основными, отпирая средний переход (П2) и уменьшая сопротивление анод-катод. Тиристор отпирается, а падение напряжения между силовыми электродами падает до единиц Вольт (точка 2 на ВАХ).

Дальнейший рост тока ведет только к небольшому росту падения напряжения на тиристоре участок ВАХ от точки 2 до точки 3, это рабочий режим открытого тиристора.

Чтобы закрыть тиристор нужно снизить протекающий ток ниже тока удержания. Причем падение напряжения соответствующее этому току многократно ниже отпирающего напряжения.

Но зачем тиристору управляющий электрод? Какие преимущества есть у тиристора перед динистором? Дело в том, что подавая напряжение через резистор на управляющий электрод можно увеличивать концентрацию неосновных носителей заряда, что в свою очередь будет снижать величину напряжения включения тиристора.

А при какой-то величине тока управляющего электрода больше не будет горба на ВАХ, т.е. ВАХ тиристора станет похожа на ВАХ диода, кстати этот ток называют током спрямления.

Режим обратного запирания тиристора

При обратном включении тиристора крайние переходы (П1 и П3) смещаются в обратном направлении, а средний в прямом (П2). Тиристор остается закрытым пока не наступит тепловой пробой.

Физические процессы

Если пары по физическим основам электроники на которых рассматривался транзистор я ещё как-то выдерживал, то энергетические зонные диаграммы объясняющие принцип работы тиристора уже были слишком сложны. Очень много ньюансов в концетрациях носителей заряда, толщинах слоев и уровне легирования.
Конечно, чтобы изготовить тиристор с хорошими характеристиками физические процессы протекающие в кристалле полупроводника нужно знать и понимать. Но для разработки электронных схем достаточно знать вольт-амперную характеристику тиристора и его транзисторную модель.

Одну четрехслойную полупроводниковую структуру можно представить как две трехслойные, если посмотреть на рисунок, то в трехслойных структурах можно увидеть два биполярных транзистора n-p-n и p-n-p структуры.

Пока оба транзистора закрыты, ток через них не протекает. Но стоит открытся хоть одному из них, то он тут же откроет второй. Ток коллектора первого транзистора поступит в базу второго и откроет его, а ток коллектора второго, будет являтся базовым для первого и будет поддерживать открытым первый транзистор. Получаетя что оба транзистора поддерживают друг друга в открытом состоянии. И чтобы они закрылись, нужно снизить ток через ниж ниже определенной величины, так называемого тока удержания.

Симистор — Как работают диммерные переключатели

В последнем разделе мы видели, что диммерный переключатель быстро включает и выключает световую цепь, чтобы уменьшить энергию, поступающую к переключателю света. Центральным элементом в этой схеме переключения является переключатель переменного тока на триоде или симистор .

Симистор — это небольшой полупроводниковый прибор, похожий на диод или транзистор. Подобно транзистору, симистор состоит из различных слоев полупроводникового материала .Это включает материал N-типа , который имеет много свободных электронов, и материал P-типа , который имеет много «дырок», куда могут уходить свободные электроны. Чтобы узнать об этих материалах, ознакомьтесь с разделом «Как работают полупроводники». И для демонстрации того, как эти материалы работают в простом транзисторе , см. Как работают усилители.

Вот как материал N-типа и P-типа устроен в симисторе.

Вы можете видеть, что симистор имеет две клеммы, которые подключены к двум концам цепи.Между двумя выводами всегда есть разница в напряжении, но она меняется в зависимости от колебаний переменного тока. То есть, когда ток движется в одну сторону, верхний вывод заряжается положительно, а нижний вывод заряжается отрицательно, а когда ток движется в другую сторону, верхний вывод заряжается отрицательно, а нижний вывод заряжается положительно.

Логический элемент также подключен к схеме посредством переменного резистора . Этот переменный резистор работает так же, как и переменный резистор в старой конструкции диммерного переключателя, но он не тратит почти так много энергии, генерируя тепло.Вы можете увидеть, как переменный резистор вписывается в схему на схеме ниже.

Так что здесь происходит? В двух словах:

• Симистор действует как переключатель, управляемый напряжением.
• Напряжение на затворе управляет действием переключения.
• Переменный резистор контролирует напряжение на затворе.

В следующем разделе мы рассмотрим этот процесс более подробно.

ТРИАК: Что это? (Определение, работа и применение)

Что такое симистор?

Симистор определяется как трехконтактный переключатель переменного тока, который отличается от других кремниевых выпрямителей в том смысле, что он может проводить в обоих направлениях, то есть независимо от того, является ли подаваемый сигнал затвора положительным или отрицательным, он будет проводить. Таким образом, это устройство может использоваться для систем переменного тока в качестве выключателя.

Это трехконтактное четырехслойное двунаправленное полупроводниковое устройство, которое контролирует мощность переменного тока. На рынке доступен симистор максимальной мощностью 16 кВт.

На рисунке показан символ симистора, который имеет две основные клеммы MT ₁ и MT ₂ , соединенные обратно параллельно, и клемму затвора.

Конструкция симистора

Два тиристора подключены обратно параллельно клемме затвора как общий.Клеммы затвора подключены как к областям N, так и к P, благодаря чему сигнал затвора может подаваться независимо от полярности сигнала. Здесь у нас нет анода и катода, поскольку он работает для обеих полярностей, что означает, что устройство двустороннее. Он состоит из трех клемм, а именно: основной клеммы 1 (MT ₁ ), основной клеммы 2 (MT ₂ ) и клеммы затвора G.

На рисунке показана конструкция симистора. Есть два основных терминала, а именно MT ₁ и MT ₂ , а оставшийся терминал — это терминал ворот.

Работа симистора

Симистор можно включить, приложив напряжение затвора выше, чем напряжение отключения. Однако, не создавая высокого напряжения, его можно включить, применив стробирующий импульс длительностью 35 микросекунд. Когда приложенное напряжение меньше напряжения отключения, мы используем метод запуска затвора, чтобы включить его.
Существует четыре различных режима работы:

1. Когда MT ₂ и затвор положительный по отношению к MT ₁
   Когда это происходит, ток течет по пути P ₁ -N ₁ -П ₂ -Н ₂ .Здесь P ₁ -N ₁ и P ₂ -N ₂ смещены в прямом направлении, но N ₁ -P ₂ смещены в обратном направлении. Говорят, что симистор работает в положительно смещенной области. Положительный затвор по отношению к MT ₁ прямое смещение P ₂ -N ₂ и происходит пробой.
2. Когда MT ₂ положительный, но затвор отрицательный относительно MT ₁
   Ток течет по пути P ₁ -N ₁ -P ₂ -N ₂ .Но P ₂ -N ₃ имеет прямое смещение, и носители тока вводятся в P ₂ на симисторе.
3. Когда MT ₂ и ворота отрицательны по отношению к MT ₁
   Ток течет по пути P ₂ -N ₁ -P ₁ -N ₄ . Два соединения P ₂ -N ₁ и P ₁ -N ₄ смещены в прямом направлении, а соединение N1-P1 смещено в обратном направлении. Считается, что симистор находится в отрицательно смещенной области.
4. Когда MT ₂ отрицательный, но затвор положительный относительно MT ₁
   P ₂ -N ₂ в этом состоянии смещен вперед. Вводятся носители тока, поэтому симистор включается. Этот режим работы имеет недостаток, заключающийся в том, что его не следует использовать для цепей с высоким (di / dt). Чувствительность запуска в режимах 2 и 3 высока, и если требуется предельная способность запуска, следует использовать отрицательные импульсы затвора. Срабатывание в режиме 1 более чувствительно, чем в режиме 2 и режиме 3.

Характеристики симистора

Симистор Характеристики аналогичны тиристору, но он применим как к положительному, так и к отрицательному напряжению симистора. Операцию можно резюмировать следующим образом:

Работа симистора в первом квадранте

Напряжение на клемме MT ₂ положительно по отношению к клемме MT ₁ , а напряжение затвора также положительно по отношению к первой клемме.

Работа симистора во втором квадранте

Напряжение на клемме 2 положительно по отношению к клемме 1, а напряжение затвора отрицательно по отношению к клемме 1.

Работа симистора в третьем квадранте

Напряжение клеммы 1 положительное по отношению к клемме 2, а напряжение затвора отрицательное.

Работа симистора в четвертом квадранте

Напряжение клеммы 2 отрицательное по отношению к клемме 1, а напряжение затвора положительное.

Когда устройство включается, через него проходит сильный ток, который может повредить устройство, поэтому для ограничения тока к нему должен быть подключен резистор ограничения тока.Путем подачи соответствующего стробирующего сигнала можно контролировать угол включения устройства. Для правильного срабатывания затвора следует использовать схемы срабатывания затвора. Мы можем использовать diac для запуска стробирующего импульса. Для срабатывания устройства с правильным углом стрельбы можно применять стробирующий импульс длительностью до 35 микросекунд.

Преимущества симистора

1. Он может срабатывать с положительной или отрицательной полярностью импульсов затвора.
2. Требуется только один радиатор немного большего размера, тогда как для SCR требуется два радиатора меньшего размера.
3. Требуется один предохранитель для защиты.
4. Безопасный пробой в любом направлении возможен, но для защиты SCR следует использовать параллельный диод.

Недостатки симистора

1. Они не намного надежны по сравнению с тиристором.
2. Он имеет рейтинг (dv / dt) ниже, чем SCR.
3. Доступны более низкие значения по сравнению с SCR.
4. Нам нужно быть осторожными со схемой запуска, так как она может срабатывать в любом направлении.

Использование симистора

1. Они используются в цепях управления.
2. Он используется в переключении ламп высокой мощности.
3. Используется в управлении мощностью переменного тока.

Принципы и схемы симистора — Часть 1

Симистор — это управляемый полупроводниковый переключатель мощности переменного тока средней и большой мощности с полуфиксатором. В этой статье, состоящей из двух частей, объясняются его основные операции и показаны различные способы их использования. Большинство практических схем показывают два набора значений компонентов для использования с обычными бытовыми / коммерческими источниками переменного напряжения 50 Гц или 60 Гц с номинальными значениями либо 240 В (как используется в большинстве стран Европы), либо (в скобках) 120 В (как используется в большинстве Соединенные Штаты Америки). В каждой конструкции пользователь должен использовать симистор с номинальными характеристиками, соответствующими его или ее конкретному применению.

Основы симистора

Симистор — это трехконтактный (MT1, затвор и MT2) твердотельный тиристор, который использует альтернативные символы на рис. 1 и действует как пара SCR, подключенных обратно параллельно и управляемых через один затвор. Терминал.Он может проводить ток в любом направлении между своими выводами MT1 и MT2 и, таким образом, может использоваться для прямого управления мощностью переменного тока. Он может запускаться как положительными, так и отрицательными токами затвора, независимо от полярности тока MT2, и, таким образом, он имеет четыре возможных режима запуска или «квадрантов», обозначенных следующим образом:

I + Mode = ток MT2 + ve, ток затвора + ve
I- Mode = ток MT2 + ve, ток затвора -ve
III + Mode = ток MT2 -ve, ток затвора + ve
III + Mode = ток MT2 -ve, затвор текущий -ve

Чувствительность по току триггера является максимальной, когда токи MT2 и затвор имеют одинаковую полярность (либо положительную, либо отрицательную), и обычно примерно вдвое меньше, когда они имеют противоположную полярность.

На рис. 2 показан симистор, используемый в качестве простого переключателя питания переменного тока, управляющего резистивной ламповой нагрузкой; Предположим, что SW2 закрыт. Когда SW1 разомкнут, симистор действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, симистор включается через резистор R1 и автоматически фиксируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на ламповую нагрузку. Симистор автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока, когда мгновенное напряжение питания (и, следовательно, ток нагрузки) на короткое время падает до нуля.

В , рис. 2 , задача R1 состоит в том, чтобы ограничить пиковый мгновенный ток затвора включения симистора до безопасного значения; его сопротивление (в сочетании с сопротивлением нагрузки) должно быть больше, чем пиковое напряжение питания (примерно 350 В в цепи 240 В переменного тока, 175 В в цепи 120 В), деленное на пиковое значение тока затвора симистора (которое обычно указывается в документации производителя симистора). расширенные листы данных).

Примечание в Рисунок 2 (и в большинстве других схем симистора, показанных в этой мини-серии), что — по соображениям безопасности — нагрузка подключена последовательно с нейтралью (N) источника переменного тока и главным выключателем. SW2 может изолировать всю цепь от линии под напряжением (L).

Влияние скорости симистора

Большинство симисторов, таких как тиристоры, подвержены проблемам «скоростного эффекта». Между основными выводами и затвором симистора неизбежно существуют внутренние емкости, и если на любом из основных выводов появляется резко возрастающее напряжение, это может — если его скорость нарастания превышает номинальное значение dV / dt симистора — вызвать достаточный прорыв в цепи. вентиль для срабатывания симистора.Это нежелательное включение «эффекта скорости» может быть вызвано переходными процессами в линии питания; проблема, однако, особенно серьезна при управлении индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, в которых токи и напряжения нагрузки не совпадают по фазе, что приводит к внезапному появлению большого напряжения на основных клеммах каждый раз, когда симистор расцепляется, когда падает его основной ток. почти до нуля в каждом рабочем полупериоде.

Проблемы с эффектом скорости обычно можно преодолеть, подключив RC ‘демпферную’ сеть между MT1 и MT2, чтобы ограничить скорость нарастания напряжения до безопасного значения, как показано (например) в схеме переключателя мощности симистора в Рисунок 3 , где R2-C1 образуют снабберную сеть.Некоторые современные симисторы имеют повышенные значения dV / dt (обычно 750 В / мСм) и практически невосприимчивы к проблемам, связанным с изменением скорости; эти симисторы известны как «демпферные» типы.

Подавление радиопомех

Симистор может использоваться для обеспечения переменного управления мощностью переменного тока с помощью техники «переключения с фазовой задержкой», при которой симистор запускается частично в течение каждого полупериода.Каждый раз, когда симистор запускается, его ток нагрузки резко (за несколько микросекунд) переключается с нуля на значение, установленное его сопротивлением нагрузки и мгновенными значениями напряжения питания. В резистивно нагруженных схемах, таких как диммеры ламп, это действие переключения неизбежно генерирует импульс RFI, который является наименьшим, когда симистор срабатывает близко к точкам пересечения нуля 0 ° и 180 ° формы сигнала линии питания (в которых переключатель -включенные токи минимальны) и максимальны, когда устройство срабатывает под углом 90 ° после начала каждого полупериода (когда токи включения максимальны).

Импульсы радиопомех возникают с частотой, вдвое превышающей частоту питающей сети, и могут очень раздражать. В диммерах лампы радиопомехи обычно можно устранить, оснастив диммер простой сетью фильтров L-C, как показано на Рис. 4 . Фильтр устанавливается рядом с симистором и значительно снижает скорость нарастания токов в сети переменного тока.

Диаки и квадраки

Диак — двунаправленное триггерное устройство с двумя выводами; он может использоваться с напряжениями любой полярности и обычно используется вместе с симистором; Рисунок 5 показывает его схемное обозначение.Основное действие диака таково, что при подключении к источнику напряжения через токоограничивающий нагрузочный резистор он действует как высокий импеданс, пока приложенное напряжение не возрастет примерно до 35 В, после чего он срабатывает и действует как низкоомный 30 В. стабилитрон, и 30 В вырабатывается через диак, а оставшиеся 5 В появляются на нагрузочном резисторе. Диак остается в этом состоянии до тех пор, пока его прямой ток не упадет ниже минимального удерживаемого значения (это происходит, когда напряжение питания упадет ниже значения стабилитрона 30 В), после чего диак снова выключится.

Диак наиболее часто используется в качестве триггерного устройства в приложениях с регулируемой мощностью симистора с синхронизацией по фазе, как в базовой схеме диммера лампы Рис. 6 . Здесь в каждом полупериоде линии электропередачи сеть R1-RV1-C1 применяет версию полупериода с переменной фазовой задержкой к затвору симистора через диак, и когда напряжение C1 повышается до 35 В, диак срабатывает и подает триггерный импульс 5 В (от C1) на затвор симистора, тем самым включая симистор и одновременно подавая питание на ламповую нагрузку и удаляя привод из RC-сети. Таким образом, средняя мощность нагрузки (интегрированная за полный период полупериода) полностью изменяется от почти нуля до максимума через RV1.

На заре разработки симистора некоторые специализированные устройства производились со встроенным диаком, последовательно соединенным с затвором симистора; такие устройства были известны как квадраки и использовали обозначение цепи , рис. 7, . Квадраки не имели коммерческого успеха, и теперь они устарели.

Варианты выключателя питания переменного тока

Самым простым типом переключателя питания симистора является переключатель , рис. 2 , в котором симистор включается через R1, когда SW1 замкнут; только 1 В или около того генерируется на симисторе, когда он включен, поэтому R1 и SW1 потребляют очень мало средней мощности; На рис. 3 показана та же схема, снабженная «демпфирующей» сетью.Есть много полезных вариаций этих основных схем. Рисунок 8 , например, показывает версию, которая может запускаться через источник постоянного тока переменного тока. C1 заряжает (через R1-D1) до + 10 В на каждом положительном полупериоде линии питания переменного тока, и этот заряд запускает симистор, когда SW1 замкнут. Обратите внимание, что R1 постоянно находится под почти полным напряжением сети переменного тока и, следовательно, требует довольно высокой номинальной мощности, и что все части этой цепи находятся под напряжением, что затрудняет взаимодействие с внешней схемой управления.

На рисунке 9 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения «изолированного» взаимодействия с внешней схемой управления. SW1 просто заменяется транзистором Q2, который управляется со стороны фототранзистора оптопары.Светодиод соединителя питается от внешнего источника постоянного тока через R1, а симистор включается только тогда, когда SW1 замкнут; При желании SW1 можно заменить электронной схемой переключения.

Рисунок 10 показывает вариант, в котором симистор запускается переменным током в каждом полупериоде через импеданс переменного тока C1-R1 и через встречные стабилитроны ZD1-ZD2, а C1 рассеивает почти до нуля. сила.Мостовой выпрямитель D1-D4 подключен к сети ZD1-ZD2-R2 и нагружен Q2. Когда Q2 выключен, мост фактически разомкнут, и симистор включается в каждом полупериоде, но когда Q2 включен, на ZD1-ZD2-R2 появляется короткое замыкание, и симистор выключен. Q2 управляется через оптопару от изолированной внешней цепи, и симистор включен, когда SW1 открыт, и выключен, когда SW1 закрыт.

На рисунках 11 и 12 показаны варианты, в которых симистор запускается через источник постоянного тока, полученный от трансформатора, и транзисторный переключатель. В рис. 11 , Q2 и симистор оба включены, когда SW1 закрыт, и выключены, когда SW1 открыт. На практике SW1 можно заменить электронной схемой, позволяющей активировать симистор с помощью тепла, света, звука, времени и т. Д. Обратите внимание, однако, что вся эта схема находится под напряжением.’ На рис. 12 показана схема, модифицированная для работы оптопары, что позволяет активировать ее через полностью изолированную внешнюю схему.

Срабатывание UJT

Другой способ получить полностью изолированное переключение симистора — использовать схемы UJT на рисунках , рисунки 13, и , 14, , в которых UJT является старым типом 2N2646 или современным почти эквивалентом. В этих схемах срабатывание триггера обеспечивается генератором UJT Q2, который работает на частоте нескольких кГц и подает выходные импульсы на затвор симистора через импульсный трансформатор T1, который обеспечивает желаемую «изоляцию».«Из-за своей довольно высокой частоты колебаний UJT запускает симистор в пределах нескольких градусов от начала каждого полупериода линии переменного тока, когда генератор активен.

РИСУНОК 13. Выключатель переменного тока с изолированным входом (с трансформаторной связью).	РИСУНОК 14. Выключатель переменного тока с изолированным входом.

На рис. 13 , Q3 включен последовательно с главным синхронизирующим резистором UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при замкнутом SW1.В рис. 14 Q3 подключен параллельно с главным конденсатором синхронизации UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при разомкнутом SW1.

Симисторы с оптронами

Затворные переходы «голого» симистора по своей природе светочувствительны, поэтому симистор с оптопарой можно создать, установив «голый» симистор и светодиод близко друг к другу в одном корпусе. Рисунок 15 показывает схему и перечисляет характеристики типичной шестиконтактной версии DIL такого устройства, в которой светодиод имеет максимальный номинальный ток 50 мА, симистор имеет максимальные номинальные значения 400 В и 100 мА RMS (и номинальный ток 1,2 А для 10 мс), и весь пакет имеет номинальное напряжение развязки 1,5 кВ и типичную чувствительность срабатывания триггера по входному току 5 мА.

Симисторы с оптопарой

просты в использовании и обеспечивают отличную гальваническую развязку между входом и выходом.Вход используется как обычный светодиод, а выход как маломощный симистор. На рисунке 16 показано устройство, используемое для включения лампы накаливания с питанием от сети переменного тока, которая должна иметь номинальное значение RMS ниже 100 мА и пиковое значение пускового тока ниже 1,2 А.

На рисунке 17, показан симистор с оптопарой, используемый для активации ведомого симистора, тем самым управляя нагрузкой любой желаемой номинальной мощности.Эта схема подходит для использования только с неиндуктивными нагрузками, такими как лампы и нагревательные элементы. Его можно модифицировать для использования с индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, с помощью соединений в Рисунок 18 . Здесь сеть R2-C1-R3 обеспечивает некоторый фазовый сдвиг в сети симисторного затвора-привода, чтобы гарантировать правильное срабатывание симистора, а R4-C2 образуют демпферную сеть для подавления эффектов скорости.

Синхронное переключение мощности без напряжения

Синхронный переключатель мощности с нулевым напряжением (или с интегральным циклом) — это переключатель, в котором симистор неизменно включается сразу после начала каждого полупериода мощности (т.е.е., около точки нулевого напряжения сигнала), а затем снова автоматически отключается в конце, создавая минимальные радиопомехи. В большинстве схем переключения мощности, показанных до сих пор в этой статье, симистор включается в произвольной точке своего начального полупериода включения, таким образом создавая потенциально высокий начальный всплеск радиопомех, но затем дает синхронное действие переключения при нулевом напряжении. на всех последующих полупериодах.

Истинно синхронная цепь с нулевым напряжением использует систему переключения, показанную на рис. 19 , , в которой симистор может быть включен только около начальной точки или точки «нулевого напряжения» каждого полупериода, и, таким образом, создает минимальные радиопомехи.Эта система широко используется для включения / выключения сильноточных нагрузок, таких как электрические нагреватели и т. Д.

На рисунке 20 показан практический синхронный выключатель питания переменного тока с нулевым напряжением; 10 В постоянного тока генерируется переменным током через R7-D1-ZD1 и C2 и переключается на затвор симистора через Q2, который управляется через SW1 и детектор нулевого напряжения Q3-Q4-Q5 и может обеспечивать ток затвора только тогда, когда SW1 закрыт, а Q3 выключен.

В детекторе нулевого напряжения Q4 или Q5 включаются всякий раз, когда напряжение сети переменного тока больше или меньше нескольких вольт (заданных RV1) выше или ниже нуля, тем самым активируя Q3 через R5 и блокируя Q2. Таким образом, ток затвора может подаваться на симистор только тогда, когда SW1 замкнут, а мгновенное линейное напряжение переменного тока находится в пределах нескольких вольт от нуля; Таким образом, эта схема генерирует минимальные радиопомехи при переключении.

На рисунке 21 показана схема, измененная таким образом, что симистор может включаться только при разомкнутом переключателе SW1. Обратите внимание, что в обоих случаях на симистор подается только узкий импульс тока затвора, и поэтому средний ток затвора составляет всего 1 мА или около того. SW1 при желании может быть заменен электронным переключателем или оптопарой, что позволяет активировать нагрузку по свету или температуре, по времени и т. Д.

На практике, самый простой способ создания действительно эффективной синхронной схемы управления симистором «нулевого напряжения» — это использование специальной ИС, которая функционирует как маломощный синхронный симистор «нулевого напряжения» с оптопарой, который может легко использоваться в качестве ведомого устройства для синхронного управления обычным высокомощным симистором.

В следующем и заключительном эпизоде ​​будут представлены практические детали таких схем, а также другие схемы и информация, относящиеся к симисторам. NV

ТРИАК | Тиристоры | Учебник по электронике

SCR

— это однонаправленные (односторонние) устройства тока, что делает их полезными только для управления постоянным током. Если два тиристора соединены последовательно параллельно друг другу, как два диода Шокли были соединены вместе, чтобы сформировать DIAC, у нас есть новое устройство, известное как TRIAC: (рисунок ниже)

Эквивалент TRIAC SCR и условное обозначение TRIAC.

Поскольку отдельные тиристоры более гибкие для использования в усовершенствованных системах управления, они чаще встречаются в схемах, таких как моторные приводы; TRIAC обычно используются в простых устройствах с низким энергопотреблением, например, в бытовых диммерных переключателях. На рисунке ниже показана простая схема регулятора яркости лампы вместе с цепью фазосдвигающего резистора-конденсатора, необходимой для срабатывания послепикового пика.

TRIAC фазорегулятор мощности

TRIAC известны тем, что не стреляют симметрично.Это означает, что они обычно не срабатывают при точно таком же уровне напряжения затвора для одной полярности, что и для другой. Вообще говоря, это нежелательно, потому что асимметричное срабатывание приводит к форме волны тока с большим разнообразием гармонических частот. Формы сигналов, симметричные выше и ниже их средних осевых линий, состоят только из гармоник с нечетными номерами. С другой стороны, асимметричные сигналы содержат гармоники с четными номерами (которые также могут сопровождаться или не сопровождаться гармониками с нечетными номерами).

В интересах уменьшения общего содержания гармоник в энергосистемах, чем меньше и менее разнообразны гармоники, тем лучше — это еще одна причина, по которой отдельные тиристоры предпочтительнее, чем триАК для сложных схем управления большой мощности. Один из способов сделать форму сигнала тока TRIAC более симметричным — это использовать устройство, внешнее по отношению к TRIAC, для синхронизации запускающего импульса. DIAC, размещенный последовательно с воротами, отлично справляется с этой задачей: (Рисунок ниже)

DIAC улучшает симметрию управления

Напряжение переключения

DIAC имеет тенденцию быть гораздо более симметричным (одинаковым в одной полярности, чем в другой), чем пороговые значения напряжения срабатывания TRIAC.Поскольку DIAC предотвращает любой ток затвора до тех пор, пока напряжение запуска не достигнет определенного повторяемого уровня в любом направлении, точка срабатывания TRIAC от одного полупериода к следующему имеет тенденцию быть более согласованной, а форма волны более симметричной сверху и снизу. его осевая линия.

Практически все характеристики и рейтинги SCR одинаково применимы к TRIAC, за исключением того, что TRIAC, конечно, двунаправленные (могут обрабатывать ток в обоих направлениях). Больше нечего сказать об этом устройстве, за исключением важной оговорки, касающейся обозначений клемм.

Судя по эквивалентной схеме, показанной ранее, можно подумать, что главные клеммы 1 и 2 взаимозаменяемы. Это не так! Хотя полезно представить TRIAC как состоящий из двух SCR, соединенных вместе, на самом деле он построен из единого куска полупроводникового материала, должным образом легированного и многослойного. Фактические рабочие характеристики могут незначительно отличаться от аналогичной модели.

Это становится наиболее очевидным при сравнении двух простых схемотехнических решений, одна из которых работает, а другая — нет.Следующие две схемы представляют собой вариант схемы регулятора яркости лампы, показанной ранее, из них для простоты удалены фазовращающий конденсатор и DIAC. Хотя полученной схеме не хватает возможности точного управления более сложной версией (с конденсатором и DIAC), она работает: (рисунок ниже)

Эта схема с логическим элементом MT2 действительно функционирует.

Предположим, мы должны поменять местами два основных терминала TRIAC. Согласно эквивалентной схеме, показанной ранее в этом разделе, замена не должна иметь никакого значения.Схема должна работать: (рисунок ниже)

Если вентиль переключен на MT1, эта схема не работает.

Однако, если эта схема будет построена, обнаружится, что она не работает! Нагрузка не получит питания, симистор вообще не сработает, независимо от того, насколько низкое или высокое значение сопротивления установлено на управляющем резисторе. Ключ к успешному срабатыванию TRIAC — убедиться, что затвор получает ток срабатывания со стороны основного вывода 2 схемы (основной вывод на противоположной стороне символа TRIAC от вывода затвора). Идентификация терминалов MT1 и MT2 должна производиться по артикулу TRIAC со ссылкой на технический паспорт или книгу.

ОБЗОР:

• TRIAC действует так же, как два тиристора, соединенных спина к спине для двунаправленной (AC) работы.

Элементы управления

• TRIAC чаще встречаются в простых схемах с низким энергопотреблением, чем в сложных схемах большой мощности. В схемах управления большой мощностью, как правило, предпочтение отдается нескольким тиристорам.
• При использовании для управления мощностью переменного тока нагрузки, симисторы часто сопровождаются дискретными входами, подключенными последовательно к их клеммам затвора.DIAC помогает TRIAC стрелять более симметрично (более последовательно от одной полярности к другой).
• Основные клеммы 1 и 2 на TRIAC не взаимозаменяемы.
• Для успешного запуска TRIAC ток затвора должен поступать со стороны главной клеммы 2 (MT2) схемы!

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Симисторы — Рабочие и прикладные схемы

Симистор можно сравнить с реле с фиксацией. Он мгновенно включится и закроется, как только он сработает, и будет оставаться закрытым, пока напряжение питания остается выше нуля вольт или полярность питания не изменяется.

Если используется переменный ток (переменный ток), симистор будет размыкаться в течение периодов, когда цикл переменного тока пересекает нулевую линию, но закроется и включится, как только он снова сработает.

Преимущества симистора как статических переключателей

• Симисторы можно эффективно заменить механическими переключателями или реле для управления нагрузками в цепях переменного тока.
• Симисторы можно настроить на переключение относительно более тяжелых нагрузок за счет срабатывания минимального тока.
• Когда симисторы проводят (замыкаются), они не вызывают эффекта дребезга, как в механических переключателях.
• Когда симисторы выключаются (при переходе через нуль переменного тока), это происходит без каких-либо переходных процессов из-за противо-ЭДС и т. Д.
• Симисторы также устраняют плавление контактов или проблемы с дугой, а также другие формы износа, которые обычно встречаются. наблюдается в электрических переключателях на механической основе.
• Симисторы обладают гибким запуском, который позволяет им переключаться в любой заданной точке входного цикла переменного тока через положительный сигнал низкого напряжения на затворе и общей земле.
• Это напряжение запуска может быть от любого источника постоянного тока, такого как батарея, или выпрямленный сигнал от самого источника переменного тока.В любом случае симистор будет проходить периоды выключения всякий раз, когда форма сигнала переменного тока полупериода перемещается через линию пересечения нуля (тока), как показано ниже:

Как включить симистор

Симистор состоит из трех клемм : Gate, A1, A2, как показано ниже:

Чтобы включить симистор, на его вывод затвора (G) должен быть подан ток триггера затвора. Это заставляет ток затвора течь через затвор и клемму A1. Ток затвора может быть положительным или отрицательным по отношению к выводу A1 симистора.Клемма A1 может быть подключена к отрицательной линии VSS или положительной линии VDD источника питания управления затвором.

Следующая диаграмма показывает упрощенную схему симистора, а также его внутреннюю кремниевую структуру.

Когда на затвор симистора подается ток срабатывания, он включается с помощью встроенных в него диодов, установленных последовательно между клеммой G и клеммой A1. Эти 2 диода установлены на переходах P1-N1 и P1-N2 симистора.

Квадранты запуска симистора

Запуск симистора осуществляется через четыре квадранта в зависимости от полярности тока затвора, как показано ниже:

Эти квадранты запуска могут применяться практически в зависимости от семейства и класса симистора, так как приведено ниже:

Q2 и Q3 — рекомендуемые квадранты запуска для симисторов, поскольку они обеспечивают минимальное потребление и надежный запуск.

Квадрант запуска Q4 не рекомендуется, так как он требует более высокого тока затвора.

Важные параметры запуска для симисторов

Мы знаем, что симистор можно использовать для переключения мощной нагрузки переменного тока через его клеммы A1 / A2 через относительно небольшой источник запуска постоянного тока на клемме затвора.

При проектировании схемы управления симистором решающее значение приобретают параметры срабатывания затвора. Параметры запуска: ток срабатывания затвора симистора IGT, напряжение срабатывания затвора VGT и ток фиксации затвора IL.

• Минимальный ток затвора, необходимый для включения симистора, называется током запуска затвора IGT. Это должно быть применено к затвору и клемме A1 симистора, который является общим для источника питания триггера затвора.
• Ток затвора должен быть выше номинального значения для самой низкой указанной рабочей температуры. Это обеспечивает оптимальное срабатывание симистора при любых обстоятельствах. В идеале значение IGT должно в 2 раза превышать номинальное значение в таблице данных.
• Триггерное напряжение, приложенное к затвору и выводу A1 симистора, называется VGT.Он применяется через резистор, о котором мы вскоре поговорим.
• Ток затвора, который эффективно фиксирует симистор, является током фиксации и обозначается как LT. Фиксация может произойти, когда ток нагрузки достигнет значения LT, только после этого фиксация активируется, даже если ток затвора снят.
• Вышеуказанные параметры указаны для температуры окружающей среды 25 ° C и могут иметь отклонения при изменении этой температуры.

Неизолированный запуск симистора может быть выполнен в двух основных режимах, первый метод показан ниже:

Здесь положительное напряжение, равное VDD, подается на затвор и вывод A1 симистора.В этой конфигурации мы видим, что A1 также подключен к Vss или отрицательной линии источника питания затвора. Это важно, иначе симистор никогда не ответит.

Второй метод заключается в подаче отрицательного напряжения на затвор симистора, как показано ниже:

Этот метод идентичен предыдущему, за исключением полярности. Поскольку затвор запускается отрицательным напряжением, клемма A1 теперь соединена совместно с линией VDD вместо Vss напряжения затвора-истока.Опять же, если этого не сделать, симистор не сработает.

Расчет резистора затвора

Резистор затвора устанавливает IGT или ток затвора на симистор для необходимого запуска. Этот ток увеличивается, когда температура падает ниже заданной температуры перехода 25 ° C.

Например, если заданное значение IGT составляет 10 мА при 25 ° C, оно может возрасти до 15 мА при 0 ° C.

Чтобы резистор мог обеспечивать достаточный IGT даже при 0 ° C, он должен быть рассчитан для максимально доступного VDD от источника.

Рекомендуемое значение составляет от 160 до 180 Ом на 1/4 ватта для VGT затвора с напряжением 5 В. Более высокие значения также будут работать, если температура окружающей среды достаточно постоянна.

Запуск через внешний постоянный ток или существующий переменный ток : Как показано на следующем рисунке, симистор можно переключать либо через внешний источник постоянного тока, такой как аккумулятор или солнечная панель, либо через адаптер переменного / постоянного тока. В качестве альтернативы он также может запускаться от самого существующего источника переменного тока.

Здесь переключатель S1 имеет незначительную нагрузку на него, поскольку он переключает симистор через резистор, вызывая минимальный ток, проходящий через S1, тем самым спасая его от любого вида износа.

Переключение симистора через герконовое реле : Для переключения симистора движущимся объектом может быть включен запуск на основе магнитного поля. Герконовый переключатель и магнит могут использоваться для таких приложений, как показано ниже:

В этом приложении магнит прикреплен к движущемуся объекту. Всякий раз, когда движущаяся система проходит мимо геркона, она запускает симистор в проводимость через прикрепленный к нему магнит.

Герконовое реле также может использоваться, когда требуется гальваническая развязка между источником срабатывания и симистором, как показано ниже.

Здесь медная катушка подходящего размера намотана на герконовое реле, а выводы катушки подключены к потенциалу постоянного тока через переключатель. Каждый раз при нажатии переключателя происходит изолированное срабатывание симистора.

Благодаря тому, что герконовые реле рассчитаны на миллионы операций включения / выключения, эта система переключения становится чрезвычайно эффективной и надежной в долгосрочной перспективе.

Другой пример изолированного срабатывания симистора можно увидеть ниже, здесь внешний источник переменного тока используется для переключения симистора через развязывающий трансформатор.

Еще одна форма изолированного запуска симисторов показана ниже с использованием фотоэлементов. В этом методе светодиод и фотоэлемент или фотодиод монтируются как единое целое внутри одного корпуса. Эти оптопары легко доступны на рынке.

Необычное переключение симистора по схеме выключено / половинная / полная мощность показано на схеме ниже. Для снижения мощности на 50% диод включен последовательно с затвором симистора. Этот метод заставляет симистор включаться только на чередующиеся полупериоды положительного переменного тока на входе.

Схема может эффективно применяться для управления нагрузками нагревателя или другими резистивными нагрузками, имеющими тепловую инерцию. Это может не сработать для управления освещением, так как половина положительной частоты циклов переменного тока приведет к раздражающему мерцанию света; Точно так же этот запуск не рекомендуется для индуктивных нагрузок, таких как двигатели или трансформаторы.

Цепь триака с фиксацией сброса и сброса

Следующая концепция показывает, как можно использовать триак для создания фиксатора сброса с помощью пары кнопок.

Нажатие кнопки настройки фиксирует симистор и нагрузку, а нажатие кнопки сброса сгибает защелку.

Цепи таймера задержки симистора

Симистор можно настроить как схему таймера задержки для включения или выключения нагрузки после заданной заданной задержки.

В первом примере ниже показана схема таймера отключения с задержкой на основе симистора. Первоначально при подаче питания симистор включается.

Тем временем начинается зарядка 100 мкФ, и при достижении порога срабатывает UJT 2N2646, включая SCR C106.

SCR замыкает затвор на массу, отключая симистор. Задержка определяется настройкой 1M и номиналом последовательного конденсатора.

Следующая схема представляет собой схему таймера симистора задержки включения. При подаче питания симистор реагирует не сразу. Диак остается выключенным, пока конденсатор 100 мкФ заряжается до порога срабатывания.

Как только это происходит, диак срабатывает и включает симистор. Время задержки зависит от значений 1M и 100uF.

Следующая схема представляет собой еще одну версию таймера на основе симистора.При включении UJT переключается через конденсатор емкостью 100 мкФ. UJT удерживает переключатель SCR в положении ВЫКЛ, лишая симистора тока затвора, и, таким образом, симистор также остается выключенным.

Через некоторое время, в зависимости от настройки предустановки 1M, конденсатор полностью заряжается, выключая UJT. Теперь SCR включается, активируя симистор, а также нагрузку.

Цепь мигания лампы симистора

Эта схема мигания симистора может использоваться для мигания стандартной лампы накаливания с частотой, которая может регулироваться от 2 до примерно 10 Гц.Схема работает путем выпрямления сетевого напряжения диодом 1N4004 вместе с переменной RC-цепью. В тот момент, когда электролитический конденсатор заряжается до напряжения пробоя диака, он вынужден разряжаться через диак, который, в свою очередь, запускает симистор, что приводит к миганию подключенной лампы.

После задержки, установленной элементом управления 100 кОм, конденсатор снова перезаряжается, вызывая повторение цикла мигания. Регулятор 1 k устанавливает ток срабатывания симистора.

Заключение

Симистор — один из самых универсальных компонентов электронного семейства.Симисторы можно использовать для реализации множества полезных концепций схем. В приведенном выше сообщении мы узнали о нескольких простых применениях схем симистора, однако существует бесчисленное множество способов, которыми симистор может быть сконфигурирован и применен для создания желаемой схемы.

На этом веб-сайте я уже разместил много схем на основе симистора, к которым вы можете обратиться для дальнейшего изучения, вот ссылка на него:

Изучены простые схемы управления фазой симистора

В схеме управления фазой симистора симистор включается только для определенных частей полупериодов переменного тока, заставляя нагрузку работать только в течение этого периода формы волны переменного тока.Это приводит к контролируемой подаче мощности на нагрузку.

Симисторы широко используются в качестве твердотельной замены реле для переключения мощных нагрузок переменного тока. Однако есть еще одна очень полезная функция симисторов, которая позволяет использовать их в качестве контроллеров мощности для управления данной нагрузкой на желаемых конкретных уровнях мощности.

Это в основном реализуется двумя способами: управление фазой и переключение при нулевом напряжении.

Приложение управления фазой обычно подходит для таких нагрузок, как диммеры света, электродвигатели, а также методы регулирования напряжения и тока.

Переключение при нулевом напряжении больше подходит для резистивных нагрузок, таких как лампы накаливания, нагреватели, паяльники, гейзеры и т. Д. Хотя ими также можно управлять с помощью метода управления фазой.

Как работает управление фазой симистора

Симистор может быть активирован в любой части приложенного полупериода переменного тока, и он будет продолжать находиться в проводящем режиме только до тех пор, пока полупериод переменного тока не достигнет линии пересечения нуля.

Это означает, что когда симистор срабатывает в начале каждого полупериода переменного тока, симистор по существу включается так же, как переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, включенный.

Однако предположим, что если этот сигнал запуска используется где-то на полпути формы сигнала цикла переменного тока, симистору будет разрешено проводить просто в течение оставшегося периода этого полупериода.

И поскольку симистор активируется только на половину периода, он пропорционально снижает мощность, подаваемую на нагрузку, примерно на 50% (рис. 1).

Таким образом, количество мощности нагрузки можно контролировать на любом желаемом уровне, просто изменяя точку срабатывания симистора на форме сигнала фазы переменного тока.Так работает фазовый контроль с помощью симистора.

Применение светорегулятора

Стандартная схема светорегулятора представлена ​​на рис. 2 ниже. В течение каждого полупериода переменного тока конденсатор емкостью 0,1 мкФ заряжается (через сопротивление управляющего потенциометра) до тех пор, пока на его выводах не будет достигнут уровень напряжения 30-32.

Примерно на этом уровне триггерный диод (диак) принудительно срабатывает, заставляя напряжение проходить через триггер через затвор симистора.

Неоновая лампа также может использоваться вместо диака для того же отклика.Время, затрачиваемое конденсатором 0,1 мкФ на зарядку до порога срабатывания диака, зависит от настройки сопротивления управляющего потенциометра.

Теперь предположим, что если потенциометр настроен на нулевое сопротивление, конденсатор будет мгновенно заряжаться до уровня срабатывания диака, что, в свою очередь, приведет к тому, что конденсатор перейдет в проводимость на протяжении почти всего полупериода переменного тока.

С другой стороны, когда потенциометр настроен на максимальное значение сопротивления, конденсатор может заряжаться до уровня зажигания только до тех пор, пока полупериод почти не достигнет своей конечной точки.Это позволит симистору

проводить только очень короткое время, пока сигнал переменного тока проходит через конец полупериода.

Несмотря на то, что схема диммера, показанная выше, действительно проста и не требует больших затрат, она имеет одно существенное ограничение — она ​​не позволяет плавно регулировать мощность нагрузки от нуля до максимума.

Когда мы вращаем потенциометр, мы можем обнаружить, что ток нагрузки довольно резко возрастает от нуля до некоторых более высоких уровней, из которых только тогда можно было бы плавно управлять на более высоких или нижних уровнях.

В случае кратковременного отключения питания переменного тока и снижения яркости лампы ниже этого «скачка» (гистерезиса), лампа остается выключенной даже после окончательного восстановления питания.

Как уменьшить гистерезис

Этот эффект гистерезиса можно было бы существенно снизить, реализовав конструкцию, показанную в схеме на Рис. 3 ниже.

Исправление: Замените 100 мкФ на 100 мкГн для катушки ВЧ-помех.

Эта схема отлично работает в качестве диммера для домашнего освещения.Все части могут быть установлены в задней части настенного распределительного щита, и в случае, если нагрузка окажется ниже 200 Вт, симистор может работать независимо от радиатора.

Практически 100% отсутствие гистерезиса необходимо для диммеров, используемых в оркестровых выступлениях и театрах, чтобы обеспечить постоянное управление освещением ламп. Эта функция может быть реализована при работе со схемой, показанной на рис. 4 ниже.

Исправление: Замените 100 мкФ на 100 мкГн для катушки радиопомех.

Выбор мощности симистора

Лампы накаливания потребляют невероятно большой ток в течение периода, когда нить накала достигает своих рабочих температур. Этот импульсный ток при включении может превышать номинальный ток симистора примерно в 10–12 раз.

К счастью, бытовые лампочки могут достичь своей рабочей температуры всего за пару циклов переменного тока, и этот короткий период высокого тока легко поглощается симистором без каких-либо проблем.

Однако ситуация может быть иной для сценариев театрального освещения, в которых лампам большей мощности требуется гораздо больше времени для достижения своей рабочей температуры. Для такого типа приложений симистор должен иметь номинальную нагрузку как минимум в 5 раз превышающую типичную максимальную нагрузку.

Колебания напряжения в схемах управления фазой симистора

Каждая из схем управления фазой симистора, показанных до сих пор, зависит от напряжения, то есть их выходное напряжение изменяется в ответ на изменения входного напряжения питания. Эта зависимость от напряжения может быть устранена с помощью стабилитрона, который может стабилизировать и поддерживать постоянным напряжение на синхронизирующем конденсаторе (рис. 4).

Эта установка помогает поддерживать практически постоянный выходной сигнал независимо от любых значительных колебаний входного напряжения сети переменного тока.Его регулярно используют в фотографических и других сферах, где очень важен стабильный и фиксированный уровень света.

Управление люминесцентными лампами

Ссылаясь на все схемы управления фазой, описанные до сих пор, лампами накаливания можно было управлять без каких-либо дополнительных изменений существующей системы домашнего освещения.

Диммирование люминесцентных ламп также возможно с помощью этого типа управления фазой симистора. Когда внешняя температура галогенной лампы опускается ниже 2500 градусов C, цикл регенерации галогена перестает работать.

Это может привести к осаждению вольфрамовой нити накала на стенке лампы, что сокращает срок службы нити накала и ограничивает прохождение света через стекло. Регулировка, которая часто используется вместе с некоторыми схемами, рассмотренными выше, продемонстрирована на рис. 5

Эта установка включает лампы, когда наступает темнота, и выключает их снова на рассвете. Фотоэлемент должен видеть окружающий свет, но быть защищенным от регулируемой лампы.

Motor Speed ​​Control

Triac phase -control также позволяет регулировать скорость электродвигателей. Обычным типом двигателя с последовательной обмоткой можно управлять с помощью схем, очень похожих на те, что используются для регулировки яркости света.

Однако, чтобы гарантировать надежную коммутацию, конденсатор и последовательное сопротивление необходимо подключить параллельно через симистор (рис. 6).

Благодаря этой настройке скорость двигателя может изменяться в ответ на изменения нагрузки и напряжения питания,

Однако для приложений, которые не являются критическими (например, управление скоростью вентилятора), в которых нагрузка фиксирована на любой заданной скорости , схема не потребует никаких изменений.

Скорость двигателя, которая, как правило, при предварительном программировании остается постоянной даже при изменении условий нагрузки, оказывается полезной характеристикой для электроинструментов, лабораторных мешалок, гончарных кругов часовых мастеров и т. Д. ‘SCR обычно включается в полуволновую схему (рис. 7).

Схема работает довольно хорошо в ограниченном диапазоне скоростей двигателя, хотя может быть уязвима для «икоты» на низких скоростях, а правило полуволновой работы запрещает стабилизированную работу намного выше диапазона скоростей 50%.Схема управления фазой с измерением нагрузки, в которой симистор обеспечивает управление от нуля до максимума, показана на рис. 8.

Управление скоростью асинхронного двигателя

Скорость асинхронного двигателя также можно контролировать с помощью симистора, хотя вы можете столкнуться с некоторыми трудностями, в частности если задействованы двигатели с двухфазным или конденсаторным пуском. Обычно асинхронные двигатели могут управляться от полной до половинной скорости, при условии, что они не загружены на 100%.

Температура двигателя может использоваться как довольно надежный эталон.Температура никогда не должна выходить за рамки спецификаций производителя при любой скорости.

И снова может быть применена улучшенная схема регулятора яркости света, показанная на рис. 6 выше, однако нагрузка должна быть подключена в другом месте, как показано пунктирными линиями.

Изменение напряжения трансформатора посредством управления фазой

Схема установлена объясненное выше, может также использоваться для регулирования напряжения внутри обмотки первичной стороны трансформатора, тем самым получая вторичный выходной сигнал с переменной скоростью.

Эта конструкция применялась в различных контроллерах ламп микроскопов. Переменная установка нуля была обеспечена заменой резистора 47 кОм на потенциометр 100 кОм.

Управление нагревательными нагрузками

Различные схемы управления фазой симистора, обсуждавшиеся до сих пор, могут применяться для управления нагрузкой типа нагревателя, хотя контролируемая температура нагрузки может изменяться с изменениями входного переменного напряжения и окружающей температуры. Схема, компенсирующая такие меняющиеся параметры, показана на рис. 10.

Гипотетически эта схема могла бы поддерживать температуру, стабилизированную в пределах 1% от заданной точки, независимо от изменений напряжения сети переменного тока на +/- 10%. Точная общая производительность может определяться структурой и дизайном системы, в которой применяется контроллер.

Эта схема обеспечивает относительное управление, что означает, что общая мощность подается на нагревательную нагрузку, когда нагрузка начинает нагреваться, затем в какой-то промежуточный момент мощность снижается с помощью меры, пропорциональной разнице между фактическими значениями. температура груза и предполагаемая температура груза.

Пропорциональный диапазон изменяется с помощью регулятора «усиления». Схема проста, но эффективна, однако имеет один существенный недостаток, который ограничивает ее использование в основном более легкими нагрузками. Эта проблема касается излучения сильных радиопомех из-за прерывания фазы симистора.

Радиочастотные помехи в системах контроля фазы

Все устройства контроля фазы симистора вырабатывают огромное количество радиочастотных помех (радиочастотные помехи или радиопомехи). В основном это происходит на низких и средних частотах.

Радиочастотное излучение сильно улавливается всеми ближайшими средневолновыми радиоприемниками и даже звуковым оборудованием и усилителями, создавая раздражающий громкий звонкий звук.

Этот RFI может также повлиять на оборудование исследовательских лабораторий, особенно на pH-метры, что приведет к непредсказуемой работе компьютеров и других подобных чувствительных электронных устройств.

Возможным средством уменьшения радиопомех является добавление радиочастотного индуктора последовательно с линией питания (обозначенной в схемах как L1).Дроссель подходящего размера можно построить, намотав от 40 до 50 витков суперэмалированной медной проволоки на небольшой ферритовый стержень или любой ферритовый сердечник.

Это может привести к индуктивности прибл. 100 мкГн, в значительной степени подавляя колебания радиопомех. Для усиленного подавления может оказаться важным максимально увеличить количество витков до максимально возможного значения или индуктивности до 5 Гн.

Недостаток ВЧ-дросселя

Крах этого типа схемы управления фазой симистора на основе ВЧ-катушки заключается в том, что мощность нагрузки следует учитывать в соответствии с толщиной дроссельного провода.Поскольку нагрузка должна быть в киловаттном диапазоне, тогда провод ВЧ дросселя должен быть достаточно толстым, что приведет к значительному увеличению размера катушки и ее громоздкости.

Радиочастотный шум пропорционален мощности нагрузки, поэтому более высокие нагрузки могут вызвать более высокое радиочастотное излучение, требующее более совершенной схемы подавления.

Эта проблема может быть не такой серьезной для индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели, поскольку в таких случаях обмотка нагрузки сама ослабляет радиопомехи. Управление фазой симистора также связано с дополнительной проблемой — это коэффициент мощности нагрузки.

Коэффициент мощности нагрузки может иметь отрицательное влияние, и это проблема, к которой регуляторы источника питания относятся очень серьезно.

Введение в диммеры TRIAC и TRIAC

TRIAC разработан на основе обычных тиристоров. Он может не только заменить два тиристора, соединенных параллельно с обратной полярностью, но и потребовать только одну цепь триггера, которая является идеальным коммутационным устройством переменного тока …

Каталог

I Что такое TRIAC?

TRIAC разработан на базе обычных тиристоров.Он может не только заменить два тиристора, соединенных параллельно с обратной полярностью, но и потребовать только одну цепь запуска, которая является идеальным коммутационным устройством переменного тока.

Почему он называется «ТРИАК»?

TRI : Триод (возьмите первые три буквы)

AC : Полупроводниковый переключатель переменного тока (возьмите первые две буквы)

Два вышеуказанных существительных объединены в «TRIAC»

II Main Параметры

TRIAC можно рассматривать как объединение пары антипараллельно соединенных обычных тиристоров, а принцип работы такой же, как у обычных односторонних тиристоров.

TRIAC имеет два основных терминала T1 и T2, и затвор G . Затвор позволяет устройству инициировать проводимость как в положительном, так и в отрицательном направлениях основного электрода, поэтому симметричный резистор имеет симметричные вольт-амперные характеристики в первом и третьем квадрантах.

Рис. 1. Символ TRIAC

Положительные и отрицательные триггерные импульсы, приложенные к затвору TRIAC, могут вызвать включение лампы, и существует четыре режима триггера.

В приложении необходимо понять его основные параметры для соответствующего выбора и принять соответствующие меры для удовлетворения требований каждого параметра.

1. Выберите уровень выдерживаемого напряжения. : Обычно меньшее значение между VDRM (повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии) и VRRM (повторяющееся пиковое обратное напряжение) отмечается как номинальное напряжение устройства. При выборе номинальное напряжение должно в 2–3 раза превышать нормальное рабочее пиковое напряжение как допустимый предел рабочего перенапряжения.

2. Определите ток. : Поскольку TRIAC обычно используется в цепях переменного тока, они не используют средние значения, а используют эффективные значения для представления своих номинальных значений тока. Поскольку перегрузочная способность тиристора меньше, чем у обычных электромагнитных устройств, значение тока тиристора, используемого в обычных бытовых приборах, в 2–3 раза превышает фактическое значение рабочего тока.

В то же время повторяющееся пиковое напряжение в выключенном состоянии VDRM и обратное повторяющееся пиковое напряжение VRRM, которое несет TRIAC, должны быть меньше, чем IDRM и IRRM, указанные устройством.

3. Выбор открытого (пикового) напряжения VTM : Это переходное пиковое падение напряжения TRIAC при заданном кратном номинальному току. Чтобы уменьшить тепловые потери TRIAC, следует как можно больше выбирать TRIAC с малым VTM.

4. Ток удержания : IH — это минимальный основной ток, необходимый для поддержания тиристора во включенном состоянии, который зависит от температуры перехода. Чем выше температура перехода, тем меньше IH.

5. Скорость нарастания сопротивления: dv / dt относится к крутизне нарастания напряжения в выключенном состоянии, что является ключевым параметром для предотвращения ложного срабатывания. Если это значение превышает лимит, это может привести к неправильному функционированию SCR.

III TRIAC VS. SCR

SCR — это сокращение от кремниевого выпрямителя. SCR доступны в однонаправленном, двунаправленном, отключаемом и светорегулируемом типах. Он имеет небольшой размер, легкий вес, высокую эффективность, длительный срок службы и удобен для управления, что широко используется в различных случаях автоматического управления и преобразования электроэнергии большой мощности, таких как управляемые выпрямители, регуляторы напряжения и инверторы, а также в других случаях. контактные переключатели.

Рис. 2. Символ SCR

Как однонаправленный тиристор, так и TRIAC имеют три вывода. Однонаправленные тиристоры имеют катод (K) , анод (A) и затвор (G) . TRIAC эквивалентен двум однонаправленным тиристорам при обратном параллельном соединении. То есть один из однонаправленных кремниевых анодов соединен с катодом другого, и его передний конец называется T1, а один из однонаправленных кремниевых катодов соединен с анодом другого, а его передний конец называется T2, а оставшийся конец — ворота (G).

Однонаправленный тиристор — это разновидность управляемого электронного компонента выпрямителя, который может переключаться с выключенного на включенное под действием внешнего управляющего сигнала, но когда он включен, внешний сигнал не может выключить его, если мы не снимем нагрузку. или уменьшите напряжение на нем.

Однонаправленный тиристор представляет собой четырехслойный трехконтактный полупроводниковый прибор, состоящий из трех PN-переходов. По сравнению с диодом с одним PN переходом прямая проводимость однонаправленного тиристора регулируется током управляющего электрода; по сравнению с транзистором с двумя PN переходами, тиристор не усиливает ток управляющего электрода.

TRIAC включается и выключается в двух направлениях . По сути, это два встречно-параллельных однонаправленных тиристора, состоящих из пятислойных полупроводников NNPPN посредством четырех структур PN с тремя выводами.

Поскольку структура основного электрода симметрична (все выведены из слоя N), его выводы не называются анодом и катодом соответственно, как однонаправленные тиристоры. Вместо этого тот, который находится ближе к управляющему электроду, называется первым контактом T1, а другой — вторым контактом T2.

Главный недостаток TRIAC — плохая способность выдерживать скорость нарастания напряжения. Это связано с тем, что, когда он включен в одном направлении, несущие в каждом слое кремниевого чипа не вернулись в положение выключенного состояния, и должны быть приняты соответствующие меры защиты.

Компоненты TRIAC в основном используются в цепях управления переменного тока, таких как контроль температуры, управление освещением, взрывозащищенные переключатели переменного тока, а также схема управления двигателем TRIAC и схема коммутации.

IV Как установить TRIAC

Для TRIAC с небольшой нагрузкой или короткой продолжительностью тока (менее 1 секунды) он может работать в свободном пространстве. Но в большинстве случаев его нужно установить на радиатор. Для уменьшения теплового сопротивления тиристор и радиатор следует покрыть теплопроводной силиконовой смазкой.

Существует три основных метода крепления TRIAC к радиатору: обжим зажимом, болты и заклепки. Инструменты для установки для первых двух методов легко получить.Во многих случаях клепка не рекомендуется.

1. Обжим зажима : это рекомендуемый метод с минимальным термическим сопротивлением. Зажим оказывает давление на пластиковую упаковку устройства. То же самое относится к неизолированным пакетам (sot82 и sot78) и изолированным пакетам (sot186 f-pack и более новые sot186a x-pack). Обратите внимание, что sot78 — это to220ab.

2. Болтовое соединение : Компонент sot78 с установочными деталями м3, включая прямоугольные прокладки, которые устанавливаются между головкой болта и соединительной деталью.Не прилагайте усилий к пластиковому корпусу устройства.

● Во время установки отвертка не должна прикладывать силу к пластиковому корпусу устройства;

● Поверхность радиатора, контактирующая с соединительной деталью, должна быть обработана для обеспечения плоскостности, а допустимое отклонение при 10 мм должно составлять 0,02 мм;

● Момент затяжки (с прокладкой) должен составлять от 0,55 до 0,8 нм;

● Избегайте использования саморезов, так как выдавливание может вызвать вздутие вокруг монтажных отверстий и повлиять на тепловой контакт между устройством и радиатором.

В этом методе установки крутящий момент не регулируется. Сначала необходимо механически закрепить устройство, а затем припаять выводы. Это может снизить чрезмерную нагрузку на провода.

В Меры предосторожности при использовании

1. Чтобы включить TRIAC, ток затвора должен быть не меньше IGT, пока ток нагрузки не станет меньше IL. Это условие должно выполняться и учитываться в соответствии с самой низкой температурой, с которой можно столкнуться.

2. Не забудьте отключить переключатель TRIAC.

3. При разработке схемы TRIAC по возможности избегайте квадранта 3+ (WT2-, +).

4. Чтобы уменьшить поглощение помех , длина соединительных проводов затвора должна быть минимизирована, а обратная линия должна быть напрямую подключена к MT1 (или катоду). При использовании жесткого кабеля используйте двойной спиральный провод или экранированный провод.

Добавьте сопротивление 1k & Omega; или меньше между воротами и МТ1.И резистор включен последовательно между высокочастотным шунтирующим конденсатором и затвором. Другое решение — использовать низкочувствительный TRIAC серии H.

5. Если dVD / dt или dVCOM / dt могут вызвать проблемы, добавьте буферную схему RC между MT1 и MT2. Если высокое значение dICOM / dt может вызвать проблемы, добавьте индуктивность на несколько мГн последовательно с нагрузкой. Другое решение — использовать Hi-Com TRIAC.

6. Если существует вероятность превышения VDRM TRIAC во время серьезного и ненормального переходного процесса питания, принимается одна из следующих мер:

● Подключите ненасыщенный индуктор на несколько мкГн последовательно с нагрузкой. ограничить dIT / dt;

● Подключите MOV к источнику питания и добавьте схему фильтра на стороне источника питания.

7. Выберите хорошую схему триггера затвора, чтобы избежать трех квадрантных рабочих условий, чтобы максимально увеличить долговечность dIT / dt симистора.

8. Если dIT / dt TRIAC может быть превышено, лучше всего подключить индуктивность без железа на несколько мкГн или термистор с отрицательным температурным коэффициентом последовательно с нагрузкой. Другое решение: используйте нулевое напряжение для включения резистивной нагрузки.

9. Когда устройство закреплено на радиаторе, избегайте нагрузки на TRIAC.Зафиксируйте, а затем припаяйте выводы. Не кладите оправку для заклепки сбоку на интерфейсный лист устройства.

10. Для надежной работы в течение длительного времени Rthj-a следует поддерживать на достаточно низком уровне, чтобы поддерживать Tj не выше Tjmax, значение которого соответствует максимально возможной температуре окружающей среды.

VI TRIAC Application

TRIAC может широко использоваться в промышленности, на транспорте, в бытовых приборах и других областях для регулирования напряжения переменного тока, управления скоростью TRIAC, переключателей переменного тока, включения и выключения автоматических уличных фонарей, контроля температуры, стола затемнение лампы, затемнение сцены и другие функции.

Он также используется в твердотельных реле (SSR) и цепях твердотельных контакторов. На рис. 3 показана схема бесконтактного переключателя, состоящая из симисторов. R — резистор, ограничивающий ток затвора, а JAG — это сухая герконовая трубка.

Рис. 3. Схема бесконтактного переключателя TRIAC

Обычно JAG отключен, а TRIAC также выключен. Только когда маленький магнит приближается, JAG втягивается, чтобы включить TRIAC и источник питания нагрузки.Поскольку ток, проходящий через язычковую трубку, очень мал, а время составляет всего несколько микросекунд, срок службы переключателя очень велик.

В настоящее время рынок приложений SCR довольно широк. Применения SCR находят в области автоматического управления, электромеханической области, промышленных электроприборов и бытовых приборов.

Схема полупроводникового реле переменного тока с триггером перехода через ноль (AC-SSR) в основном включает в себя входную цепь, оптрон, схему триггера перехода через ноль, схему переключателя TRIAC, схему защиты (RC-абсорбционная цепь). Когда входной сигнал VI (обычно высокий уровень) добавляется и напряжение источника питания нагрузки переменного тока проходит через ноль, срабатывает TRIAC для включения источника питания нагрузки.

VII Что такое диммер TRIAC?

1.

Принцип диммера TRIAC

В настоящее время основными не энергосберегающими диммерами на рынке являются, в основном, диммеры TRIAC, которые также являются наиболее широко используемыми диммерами в настоящее время.

На рисунке 4 представлена ​​принципиальная схема типичной цепи диммера TRIAC.Соедините R и C, чтобы стать RC-цепью. Когда источник питания заряжает C, включение диммера TRIAC может быть отложено до тех пор, пока напряжение C не повысится до напряжения точки срабатывания DIAC (обычно 32 В). Регулировка сопротивления потенциометра может изменить время задержки запуска, тем самым изменяя «время включения» диммера TRIAC, то есть изменяя его «угол включения». Следовательно, можно изменять среднюю мощность, подаваемую на нагрузку.