Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

Что такое симистор?

Это один из типов тиристоров, который отличается от базового типа большим количеством переходов и, как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран этот тип считается самостоятельным полупроводниковым прибором. Эта незначительная путаница возникла в результате регистрации двух патентов на одно и то же изобретение.

Из чего состоит этот симистор?

Автоматический выключатель часто представляется физиками как пятислойный полупроводник. Также есть изображения в виде 2-х тиристоров. При этом управление сильно отличается от того, как управляются подключенные триодные тиристоры, поэтому они выделены в отдельную группу. Давайте теперь узнаем, как работает управление.

Регулятор на симисторе

Теперь пришло время обсудить, как автоматический выключатель регулирует напряжение. Это на самом деле очень интересно. Смотрите. Как только автоматический выключатель начинает работать, на один из его электронов тут же подается всегда переменное напряжение. Далее на управляющий электрод подается отрицательный ток, который будет управлять процессом.

По мере преодоления порога включения (он всегда известен заранее, это удобно) автоматический выключатель размыкается и через него начинает протекать ток. Заметим, что автоматический выключатель перестает работать, когда ток меняет полярность (проще говоря, замыкается). Далее все идет цикл за циклом и повторяется.

Ага, вроде понятно. А что влияет на скорость открытия и закрытия симистора? Что влияет на силу выхода? Здесь снова, опять же, это очень просто. Когда входное напряжение увеличивается, выходной импульс также увеличивается.

Соответственно, если на входе небольшое напряжение, на выходе импульс будет коротким. Возьмем обычную лампу с автоматическим выключателем. Чем больше напряжение мы подаем — тем ярче лампочка. Здорово, не так ли?

Режимы работы симистора

Автоматический выключатель может работать как при отрицательном, так и при положительном токе. Есть четыре основных режима работы: все зависит от полярности и входного напряжения.

В чем главные достоинства симистора

Рассмотрим симистор как реле. В этой роли он имеет много существенных преимуществ:

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

Но есть у него и минусы

Конечно, идеальных инструментов мы еще не придумали, так что здесь мы тоже не в праве их скрывать:

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

Перейдем к тиристорам

Тиристоры — это штуки, очень похожие на электронные ключи, но у них нет закрытого состояния? Как? А вот так! У них несколько другие цели По сути это 2 транзистора, которые управляют мощностью нагрузки с помощью очень слабого сигнала. Обычные тиристоры состоят из 3 частей — катода, управляющего электрода и анода.

Виды тиристоров

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

• динисторы (тиристоры, только с 2 выводами — анод и катод)
• триодный тиристор (с 3 выводами)
• тетроидный тиристор (с 4 выводами)
• симистор или симметричный тиристор

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров — двухсторонняя проводимость электрического тока. По сути это два тринистора с общими управленными, включённых встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Это дало полупроводниковому прибору название как производное от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО.

Обращаем внимание на обозначение выводов, так как ток может проводиться в обе стороны, обозначение силовых выводов Анод и Катод не имеет смысла, поэтому их принято обозначать как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается буквой «G» (от Английского ворота).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см рис. 2) — это два противоположных тринистора, соединенных параллельно.

При формировании отрицательной полярности на силовом выходе Т1 начинается проявление эффекта тринистора в р2-n2-p1-n1, а при его изменении – р1-n2-p2-n3.

Заканчивающаяся работа о принципе работы приводим ВАХ и основные характеристики устройства.

Описание:

• А – закрытое состояние.
• В – открытое состояние.
• УДРМ (УПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
• УРРМ (УОБ) – максимальный уровень напряжения.
• IDRM (IPR) – формальный уровень программы уровня тока включения
• ИРРМ (ИОБ) – допустимый уровень токовой связи.
• IН (IUD) – недвижимость тока активна.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать об их сильных и слабых сторонах. К первым можно отнести следующие факторы:

• относительно невысокая стоимость приборов;
• длинный сокм-экспрессиональный;
• отсутствие механики (то есть подвижных контактов, являющихся источниками помех).

В список недостатков включены следующие особенности:

• Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина рассеиваемой мощности будет около 10-22 Вт, что требует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему в мощных устройствах один из выходов имеет резьбу под гайку.
• Устройства программы влиянию проечатных процессов, шумов и помех;
• Высокие частоты переключения не поддерживаются.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае скоростного переключения велика вероятность самопроизвольного срабатывания устройства. Возмущение в виде переходного напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать устройство RC-цепочкой.

Кроме того, рекомендуется минимизировать длину проводов, ведущих к управляемому выходу, или, как вариант, использовать экранированные провода. Практикуется также установка шунтирующего резистора между выводом Т1 (ТЕ1 или А1) и управляющим электродом.

Конструкция и принцип действия

Особенностью симистора является двухсторонняя проводимость электрического тока, проходящего через прибор. Конструкция устройства основана на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением.

Такой принцип работы дал свое название от укороченных «симметричных тиристоров». Поскольку электрический ток может течь в обоих направлениях, нет смысла обозначать выходы мощности как анод и катод. Контрольный электрод дополняет общую картину.

Условное обозначение схемы по ГОСТу:

Внешний вид возможно:

В симисторе пять переходов, что позволяет организовать две структуры. Какой из них будет использоваться, зависит от места генерации (конкретного выхода мощности) отрицательной полярности.

Как работает симистор? Первоначально полупроводниковый прибор находится в закрытом состоянии и ток через него не проходит. При подаче тока на управляющий электрод последний переходит в разомкнутое состояние и автоматический выключатель начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность контактов постоянно меняется.

Схема, где используется рассматриваемый элемент, будет работать без проблем. Ведь ток течет в обоих направлениях. Для того чтобы выключатель выполнял свои функции, на управляющий электрод подается импульс тока, после снятия импульса ток через условный анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не разорвется или они не окажутся под напряжением обратной полярности.

При использовании в цепи переменного тока выключатель замыкается на обратную полуволну синусоиды, тогда необходимо подать импульс противоположной полярности (той, под которой расположены «силовые» электроды элемента).

Принцип работы системы управления может быть скорректирован в зависимости от конкретного случая и применения. После вскрытия и начала течи подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепочка поставок не разорвется. При надлежащем питании при низком токе цепи в нижеследующем порядке возникают естественные или хроноравномерные цепи питания.

Управляющие сигналы

Для достижения нужного результата с автоматическим выключателем используйте не напряжение, а ток. Чтобы открыть устройство, оно должно находиться на определенном небольшом уровне. Для каждого симистора мощность управляющего тока может быть разной, ее можно узнать из даташита конкретного элемента. 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 переключатель и токоограничивающий резистор, если он управляется микроконтроллером — может потребоваться дополнительная установка транзистора, чтобы не спалить выход МК, либо использовать оптодрайвер симистора, типа MOC3041 и подобные.

Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с обоями полярность. У этого преимущества есть и недостаток – может потребоваться повышенный ток управления.

При отсутствии устройства его заменяют двумя тиристорами. При этом необходимо правильно подобрать их параметры и модифицировать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два выхода управления.

Область применения

Характеристики, дешевизна и простота устройства позволяют успешно использовать симисторы в промышленности и быту. Его можно найти:

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

Этот список, где используется данное полупроводниковое устройство, не ограничен. Применение бесплатных продовировых приборов практически во всех электроприборах, что только есть в доме. На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинах, они используются на плате управления для запуска работы всех устройств — так проще сказать, где они находятся.

Основные характеристики

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

1. Максимальное напряжение. Показатель, в теории, очень из строения из строения максимальное использование максимального значения при конкуренции опебения размения темперамента. Будьте осторожны – даже кратковременное превышение может привести к разрушению элемента цепи.
2. Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый для него период, указанный в миллисекундах.
3. Диапазон рабочих температур.
4. Отпирающее производство продукции (соответствует минимальному пастонному отпирающему току).
5. Время включения.
6. Минимальный стационарный ток управления, подходящий для включения приборов.
7. Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывается в сопроводительной документации. Указывает критическое значение напряжения, предел для устройства.
8. Максимальное падение уровня напряжения симистора в открытом состоянии. Он указывает максимальное напряжение, которое может быть установлено между силовыми электродами в разомкнутом состоянии.
9. Критическая скорость увеличения тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом состоянии. Они указаны соответственно в амперах и вольтах в секунду. Превышение рекомендуемых значений может пробыю к бою и экобочному открытию не к влиянию. Необходимо обеспечить условия работы для соблюдения рекомендуемых норм и исключить помехи, динамика которых превышает заданный параметр.
10. Корпус симистора. Это важно для тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, что он программы, где программы и какие-то частичные продажи. Выборочные примеры реализации теоретической азы позволяют заложить фундамент будущей продуктивной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Читайте также: Выпрямители напряжения: однофазные и трехфазные схемы, мостовой выпрямитель

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов применялся или применялся для производства шфера, нахом, для управления электродвигателями стаков и другими другими, где работала промысловая тока размеры полупроводников, шфера симметричных тринисторов этот разрилас. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, но и во многих бытовых приборах, например:

• зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов;
• бытовое компрессорное оборудование;
• различные виды электронагревательных приборов, начиная от электрических духовок и заканчивая микроволновками;
• ручные электроинструменты (шуруповерт, перфоратор и так далее).

И это далеко не полный список.

Когда-то были популярны простые электронные устройства, которые позволяли плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти средства сейчас не актуальны.

Схема управления мощностью паяльника

В заключение покажем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Ом.
• Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 – 0,05 мкФ.
• Симметричный тринистор БТА41-600.

Данная схема настолько проста, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более элегантный вариант управления мощностью паяльника.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 – 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (двойное сопротивление).
• Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
• Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
• Микросхема фазорегулятора DA1 – КП1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

• R2 — с его помощью выставляем минимальную температуру паяльника, необходимую для работы.
• R3 – номинал резистора позволяет установить температуру паяльника, когда он находится на подставке (переключатель SA1 работает),

Время отклика (срабатывания)

Скорость сработывания симистора — это тоже очень важный параметр. Почему? Когда таких симисторов в цепочке много и если каждый будет работать долго, то большой прибор будет очень долго реагировать на каждую команду или даже вообще не сможет работать.

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

Температура тоже важна

Симисторы, конечно, работают при достаточно нормальных для нас температурах. Однако при размещении его в критических условиях будет лучше, если этот диапазон будет очень широким. Наш симистор работает при температуре от МИНУС 40, до ПЛЮС 125 градусов по цельсию. В обычной жизни этот диапазон оптимален, так что добавить тут нечего.

Самое большее возможное напряжение

У симистора ВТ139-800 оно равно 800 вольт и в других моделях этот параметр может отличаться. Не думайте, что это напряжение, при котором срабатывает автоматический выключатель. Нет, наоборот — это теоретическое напряжение, от которого автоматический выключатель еще не освободится.

То есть при идеальном устройстве для концентрационной модели, этот симистор еще вытянет такое напряжение в цепи, почти нет продаж при вышении его часов на научную работу. Идем дальше.

Минимальный ток управления

Начнем с того, что этот ток измеряется в миллиамперах. Конечно, все зависит от того, как в это время определяется полярность симистора, а также от полярности входного напряжения. Наш симистор имеет мин ток управления от 5 до 22 миллиампер.

Однако при разработке схемы, в которой будет работать автоматический выключатель, лучше всего ориентироваться на максимальные значения тока. Для нашего симистора эти значения составляют от 35 до 70 миллиампер.

Как проверить работоспособность симистора?

Те, кто их описывал, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не запутаться, следует сразу заметить, что мультиметром произвести проверку не получится, т к не хватает тока для открытия симметричного тринистора. Таким образом, у нас остается два варианта:

1. Используйте стрелочный омметр или тестер (их силовая точка будет доставлена ​​для работы).
2. Соберите специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

1. Подключаем щупы приборов к видам T1 и T2 (A1 и A2).
2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
3. Проводим замер, положительный результат будет бесконечным сопротивлением, иначе деталь «проколота» и от нее можно избавиться.
4. Продолжаем тестирование, для этого на короткое время соединим выводы Т2 и Г (управление). Сопротивление может упасть примерно до 20-80 Ом.
5. Меняем полярность и повторяем проверку с пункта 3 по 4.

Если при проверке результат будет таким, как описано в алгоритме, то можно констатировать работоспособность устройства.

Заметим, что демонтировать проверяемую деталь не обязательно, достаточно лишь отключить контрольный выход (разумеется, обесточить предварительное оборудование, где установлена ​​деталь, вызывающая сомнения).

Необходимо отметить, что при таком методе не всегда возможна надежная проверка, за исключением «прорывной» проверки, поэтому мы перейдем ко второму варианту и предложим две схемы проверки симметричных тринисторов.

Схему с лампой и аккумулятором показывать не будем, учитывая, что таких схем в сети достаточно, если вам интересен этот вариант, то можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более эффективного устройства.

Обозначения:

• Резистор R1 – 51 Ом.
• Конденсаторы С1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
• Диод – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
• Лампа HL – 12 В, 0,5 А.

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

Алгоритм проверки:

1. Устанавливаем вечественное в исодное положение (соответствующее шкема).
2. Производим применение на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрыто).
4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие SB1, лампа должна снова загореться.
5. Производим переход SA2, нажимаем SB1, нетым снова заменяем просто SA2 и режимом SB1. Индикатор включится при попадании минуса на затвор.

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

Обозначения:

• Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
• Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
• Диод: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; ВД2 и ВД3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарея 9В, по типу Крони.

Проверка тринисторов выполняется следующим образом:

1. Переключатель S3, переведостия в запрашиваемость, как демонстировано на шекме (см рис. 6).
2. Кратковременно нажмите кнопку S2, проверяемый элемент разомкнется, о чем будет сигнализировать светодиод VD
3. Меняем полярность, устанавливая вечество S3 в среднее положение (отключаем питание и гаснет LED), затем в нижнее.
4. Коротко нажмите S2, светодиоды не должны загореться.

Если результат соответствует приведенному выше описанию, то с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить симметричные тринисторы по собранной схеме:

• Выполняется вариант 1-4.
• Нажимаем буксбо S1- загорается светодиод VD

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