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.
В 1963 году у многочисленного семейства тринисторов появился еще один «родственник» — симистор. Чем же он отличается от своих «собратьев» — тринисторов (тиристоров)? Вспомните о свойствах этих приборов. Их работу часто сравнивают с действием обычной двери: прибор заперт — ток в цепи отсутствует (дверь закрыта — прохода нет), прибор открыт — в цепи возникает электрический ток (дверь отворилась — входите). Но у них есть общий недостаток. Тиристоры пропускают ток только в прямом направлении — так обычная дверь легко открывается «от себя», но сколько ни тяни ее на себя — в противоположную сторону, все усилия окажутся бесполезными.
Увеличив число полупроводниковых слоев тиристора с четырех до пяти и снабдив его управляющим электродом, ученые обнаружили, что прибор с такой структурой (названный впоследствии симистором) способен пропускать электрический ток как в прямом, так и в обратном направлениях.
Посмотрите на рисунок 1, изображающий строение полупроводниковых слоев симистора. Внешне они напоминают транзисторную структуру р-n-р типа, но отличаются тем, что имеют три дополнительные области с n-проводимостью. И вот что интересно: оказывается, две из них, расположенные у катода и анода, выполняют функции только одного полупроводникового слоя — четвертого. Пятый образует область с n-проводимостью, лежащая около управляющего электрода.
Ясно, что работа такого прибора основана на более сложных физических процессах, чем у других типов тиристоров. Чтобы лучше разобраться в принципе действия симистора, воспользуемся его тиристорным аналогом. Почему именно тиристорным? Дело в том, что разделение четвертого полупроводникового слоя симистора не случайно. Благодаря такой структуре при прямом направлении тока, протекающего через прибор, анод и катод выполняют свои основные функции, а при обратном они как бы меняются местами — анод становится катодом, а катод, наоборот, анодом, то есть симистор можно рассматривать как два встречно-параллельно включенных тиристора (рис.
Тринисторный аналог симистора
Представим, что на управляющий электрод подан отпирающий сигнал. Когда на аноде прибора напряжение положительной полярности, а на катоде — отрицательной, электрический ток потечет через левый по схеме тринистор. Если полярность напряжения на силовых электродах поменять на противоположную, включится правый по схеме тринистор. Пятый полупроводниковый слой, подобно регулировщику, руководящему движением автомобилей на перекрестке, направляет отпирающий сигнал, зависимости от фазы тока на один из тринисторов. При отсутствии отпирающего сигнала симистор закрыт.
В целом его действие можно сравнить, например, с вращающейся дверью на станции метро — в какую сторону ни толкни ее, она обязательно откроется. Действительно, подадим отпирающее напряжение на управляющий электрод симистора — «подтолкнем» его, и электроны, словно спешащие на посадку или выход пассажиры, потекут через прибор в направлении, диктуемом полярностью включения анода и катода.
Этот вывод подтверждается и вольтамперной характеристикой прибора (рис. Она состоит из двух одинаковых кривых, повернутых относительно друг друга на 180°. Их форма соответствует вольтамперной характеристике динистора, а области непроводящего состояния, как и у тринистора, легко преодолеваются, если на управляющий электрод подать отпирающее напряжение (изменяющиеся участки кривых показаны штриховыми линиями).
Благодаря симметричности вольтамперной характеристики новый полупроводниковый прибор был назван симметричным тиристором (сокращенно — симистор). Иногда его называют триаком (термин, пришедший из английского языка).
Симистор унаследовал от своего предшественника — тиристора все его лучшие свойства. Но самое главное достоинство новинки в том, что в ее корпусе расположили сразу два полупроводниковых прибора. Судите сами. Для управления цепью постоянного тока необходим один тиристор, для цепи переменного тока приборов должно быть два (включены встречно-параллельно). А если учесть, что для каждого из них нужен отдельный источник отпирающего напряжения, который к тому же должен включать прибор точно в момент изменения фазы тока, становится ясно, каким сложным будет такой управляющий узел. Для симистора же род тока не имеет значения. Достаточно лишь одного такого прибора с источником отпирающего напряжения, и универсальное управляющее устройство готово. Его можно использовать в силовой цепи постоянного или переменного тока.
Близкое родство тиристора и симистора привело к тому, что у этих приборов оказалось много общего. Так электрические свойства симистора характеризуются теми же параметрами, что и у тиристора. Маркируются они тоже одинаково — буквами КУ, трехзначным числом и буквенным индексом в конце обозначения. Иногда симисторы обозначают несколько иначе — буквами ТС, что означает «тиристор симметричный».
Для практического знакомства с симисторами выберем приборы серии КУ208 — триодные симметричные тиристоры п-р-п-р типа. На разновидности приборов указывают буквенные индексы в их обозначении — А, Б, В или Г. Постоянное напряжение, которое выдерживает в закрытом состоянии симистор с индексом А, составляет 100 В, Б — 200 В, В — 300 В и Г — 400 В. Остальные параметры у этих приборов идентичные: максимальный постоянный ток в открытом состоянии — 5 А, импульсный —10 А, ток утечки в закрытом состоянии — 5 мА, напряжение между катодом и анодом в проводящем состоянии — -2 В, величина отпирающего напряжения на управляющем электроде равна 5 В при токе 160 мА, рассеиваемая корпусом прибора мощность— 10 Вт, предельная рабочая частота — 400 Гц.
А теперь обратимся к электроосветительным приборам. Нет ничего проще управлять работой любого из них. Нажал, к примеру, клавишу выключателя — ив комнате загорелась люстра, нажал еще раз — погасла. Иногда, правда, это достоинство неожиданно превращается в недостаток, особенно если вы хотите сделать свою комнату уютной, создать ощущение комфорта, а для этого так важно удачно подобрать освещение. Вот если бы свечение ламп менялось плавно.
Оказывается, в этом нет ничего невозможного. Нужно только вместо обычного выключателя подсоединить электронное устройство, управляющее яркостью светильника. Функции регулятора, «командующего» лампами, в таком приборе выполняет полупроводниковый симистор.
Рис. Принципиальная схема регулятора
Трансформатор Т1 преобразует сетевое напряжение 220 В в 12 — 25 В. Оно выпрямляется диодным блоком VD1—VD4 и подается на управляющий электрод симистора VS1. Резистор R1 ограничивает ток управляющего электрода, а переменным резистором R2 регулируют величину управляющего напряжения.
Рис. Временные диаграммы напряжения: а — в сети; б — на управляющем электроде симистора, в — на нагрузке.
Чтобы легче было разобраться в работе прибора, построим три временные диаграммы напряжений: сетевого, на управляющем электроде симистора и на нагрузке (рис. После включения устройства в сеть на его вход поступает переменное напряжение 220 В (рис. 6а). Одновременно на управляющий электрод симистора VS1 подается отрицательное напряжение синусоидальной формы (рис. 66). В момент, когда его величина превысит напряжение включения, прибор откроется и сетевой ток потечет через нагрузку. После того как величина управляющего напряжения станет ниже пороговой, симистор остается открытым за счет того, что ток нагрузки превышает ток удержания прибора. В тот момент, когда напряжение на входе регулятора меняет свою полярность, симистор закрывается. Далее процесс повторяется. Таким образом, напряжение на нагрузке будет иметь пилообразную форму (рис. 6в)
Чем больше амплитуда управляющего напряжения, тем раньше включится симистор, а следовательно, больше будет и длительность импульса тока в нагрузке. И наоборот, чем меньше амплитуда управляющего сигнала, тем меньше будет длительность этого импульса. При крайнем левом по схеме положении движка переменного резистора R2 нагрузка станет поглощать полные «порции» мощности. Если регулятор R2 повернуть в противоположную сторону, амплитуда управляющего сигнала окажется ниже порогового значения, симистор останется в закрытом состоянии и ток через нагрузку не потечет.
Нетрудно догадаться, что наш прибор регулирует мощность, потребляемую нагрузкой, изменяя тем самым яркость свечения лампы или температуру нагревательного элемента.
В устройстве можно применить следующие элементы. Симистор КУ208 с буквой В или Г. Диодный блок КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом, подойдут также четыре полупроводниковых диода серий Д226, Д237. Постоянный резистор — МЛТ-0,25, переменный — СПО-2 или любой другой мощностью не менее 1 Вт. ХР1 — стандартная сетевая вилка, XS1 — розетка. Трансформатор Т1 рассчитан на напряжение вторичной обмотки 12—25 В.
Если подходящего трансформатора нет, изготовьте его самостоятельно. Сердечник из пластин Ш16, толщина набора 20 мм, обмотка I содержит 3300 витков провода ПЭЛ-1 0,1, а обмотка II — 300 витков ПЭЛ-1 0,3.
Тумблер — любой сетевой, предохранитель должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки.
Регулятор собирается в пластмассовом корпусе. На верхней панели крепятся тумблер, переменный резистор, держатель предохранителя и розетка. Трансформатор, диодный блок и симистор устанавливаются на дне корпуса. Симистор необходимо снабдить теплорассеивающим радиатором толщиной 1 — 2 мм и площадью не менее 14 см2. В одной из боковых стенок корпуса просверлите отверстие для сетевого шнура.
Устройство не нуждается в налаживании и при правильном монтаже и исправных деталях начинает работать сразу после включения в сеть.
ПОЛЬЗУЯСЬ РЕГУЛЯТОРОМ, НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О МЕРАХ БЕЗОПАСНОСТИ. ВСКРЫВАТЬ КОРПУС МОЖНО, ТОЛЬКО ОТКЛЮЧИВ ПРИБОР ОТ СЕТИ!
Конструкция и принцип действия
Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением. Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод. Дополняет общую картину управляющий электрод.
Условное обозначение на схеме по ГОСТ:
Внешний вид следующий:
В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.
Как работает симистор? Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется. Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях. Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.
При использовании в цепи переменного тока симистор закрывается на обратной полуволне синусоиды, тогда нужно подавать импульс противоположной полярности (той же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).
Принцип действия системы управления может корректироваться в зависимости от конкретного случая и применения. После открытия и начала протекания подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепь питания разрываться не будет. При надобности отключить питание следует понизить ток в цепи ниже уровня величины удержания или кратковременно разорвать цепь питания.
Управляющие сигналы
Чтобы добиться желаемого результата с симистором используют не напряжение, а ток. Чтобы прибор открылся, он должен быть на определённом небольшом уровне. Для каждого симистора сила управляющего тока может быть разной, её можно узнать из даташита на конкретный элемент. Например, для симистора КУ208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для КУ201 —не менее 70 мА.
Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных.
Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток.
При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.
Достоинства и недостатки
Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания.
Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше. Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.
Полностью избежать минусов разработчикам не удалось. Так, приборы сильно нагреваются под нагрузкой. Приходится обеспечивать отвод тепла. Мощные (или «силовые») симисторы устанавливают на радиаторы. Ещё один недостаток, влияющий на использование, это создание гармонических помех в электросети некоторыми схемами симисторных регуляторов (например, бытовой диммер для регулировки освещенности).
Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение. Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт. Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.
Область применения
Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:
- 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.
Устройство симистора и предназначение
Симистор — это разновидность полупроводниковых тиристоров. Может иметь открытое или закрытое состояние. От тиристоров он отличается тем, что способен пропускать ток и в прямом, и в обратном направлении. Ток проходит только в том случае, когда на управляющий контакт подается сигнал. Основные силовые выводы симистора называются анодом и катодом.
Для управления нагрузкой в узле электрической схемы основные контакты подключаются последовательно. Если токовый импульс не поступает на управляющий вывод, симистор находится в закрытом состоянии. Соответственно, нагрузка отключена. При поступлении управляющего импульса с нагрузки на вывод ключа он открывается в оба направления. В отличие от тиристора симистор не требует подачи постоянного импульсного управления. Открытое состояние элемента будет сохраняться до тех пор, пока основные контакты находятся под нагрузкой. В этом случае ток удержания должен превышать определенную величину. Этот параметр напрямую зависит от марки детали.
Использование симисторов в электрических цепях
Симисторы используются для коммутации цепей переменного тока (равномерной и сглаженной подачи питания на нагрузку). Это упрощает сложность многих электрических схем, так как дает возможность управлять небольшим напряжением высоковольтного питания. Иногда этот элемент используется как электромеханическое реле.
Если во время ремонта под рукой не оказалось симистора, его можно заменить двумя тиристорами. Их необходимо подобрать, исходя из таких параметров:
- Напряжение включения — минимальное напряжение, при котором элемент проводит электроток.
- Ток управления.
- Обратный ток — величина обратного напряжения.
- Время установки на включение.
В случае замены деталей схему необходимо переделать на питание двух управляющих выводов.
Принцип работы
Чтобы открыть симистор, необходимо подать на его силовые выводы номинальное напряжение, а на управляющий электрод кратковременный импульсный ток удержания. Рабочие параметры радиоэлемента должны соответствовать маркировке на корпусе.
В цепях переменного напряжения к аноду подключается питание, к катоду — нагрузка. Ток удержания на управляющем электроде зависит от чувствительности радиодетали. Например, если пропускание симистора 5 Ампер, то обычный элемент откроется, когда на него придет управляющий сигнал величиной 100 мА (2% от питания). Более чувствительный симистор может работать при токе удержания 5 мА (0. 1% от питания). Также важную роль играет способ управления. Он бывает 2 типов:
- Фазоимпульсным — на управление подается определенная величина тока.
- Амплитудно-импульсным — кратковременные токовые импульсы управления.
При использовании второго способа в схему нужно включать генератор импульсов или его простейшие аналоги.
В цепях постоянного напряжения к аноду подключается плюсовой вывод питания, к катоду – минусовый вывод нагрузки. Если в открытом состоянии управляющий электрод отключить от положительного потенциала постоянного напряжения, он продолжит работать. В цепях с переменным напряжением симистор отключится за счет частоты смены периодов.
Преимущества и недостатки
Каждая радиодеталь имеет назначение и выполняет определенные задачи в узлах. Важно то, как элемент будет использоваться в схеме, и на какой базе деталей она будет собрана. Симистор имеет ряд достоинств, которые выделяют его относительно тиристора.
- Отсутствие физических контактов, что делает включение питания плавным.
- Надежность.
- В узлах постоянного напряжения требует только кратковременного питания управляющего контакта.
- Низкая стоимость.
- Простота в использовании.
Среди недостатков следует выделить сильное нагревание детали. Поэтому при использовании симисторов требуется установка радиатора для отвода тепла.
Использование
Жесткие характеристики, низкая стоимость, универсальность, позволяет использовать симиторы в промышленности и быту. Их можно встретить:
- В лампах для освещения.
- Дрелях, шуруповертах.
- Станках с ЧПУ.
- Регуляторах напряжения.
- Пылесосах.
- Электрических печках.
- Мультиварках.
- Насосных станциях.
- Компрессорах.
И это далеко не весь перечень. Симиторы исполняют роль управления электропривода переменного напряжения. Используются в схемах регулировки мощности, релейно-контакторных схемах, преобразователях частоты. В современном мире их можно встретить на каждом шагу.
Проверка симистора на исправность
Перед заменой или впайкой детали в плату ее необходимо проверить. Несправный элемент может не только мешать схеме работать, но и сжечь другие радиодетали. Современные марки симисторов легко перепутать с тиристорами. Отличить их по внешнему признаку довольно сложно. Корпус и расположение выводов идентично. Отобрать нужные детали можно только по маркировке: ТС — тиристорный-симистор, КУ или Т — триак.
Перед проверкой симистора мультиметром необходимо разобраться с распиновкой выводов. Делается это по цоколевке отдельной серии. В интернете или литературе следует найти нужный элемент, а марку можно посмотреть на корпусе. Символы довольно маленькие, рекомендуется использовать лупу. Зная расположение контактов, исправность детали можно проверить за 2 минуты.
Способы проверки
Симисторы могут быть высоковольтными (силовыми). Такие используются на распределительных участках. Слаботочные радиоэлементы предназначены для впайки в платы. Существует 4 способа проверки:
- Цифровым мультиметром.
- На стенде.
- С помощью батарейки-лампочки.
- Тиристорным тестером.
Самый простой и доступный способ — это проверка мультиметром, так как этот прибор есть у каждого радиолюбителя. Сначала следует заняться распиновкой контактов. Цоколевку современных радиоэлементов можно отыскать в интернете. У симистора наименование контактов условное. Анод или катод может быть основным выводом или управляющим электродом. Для определения цоколевки деталей необходимо:
- На листе бумаге начертить вид сверху элемента с тремя выводами.
- Мультиметр установить в режим прозвонки. Подвести щупы к паре контактов. Симистор находится в закрытом состоянии, соответственно анод и катод не должны прозваниваться.
- Поменять полярность щупов. Сигнал при этом должен отсутствовать.
- Определив нужную пару выводов, их надо подписать на схеме буквами «А» и «К».
- После определения анода и катода третьим выводом будет управляющий электрод. Подписать его следует как «У».
- На корпусе поставить точку маркером или корректором, чтобы случайно не перепутать, где верх, а где низ.
Имея цоколевку, проверить симистор мультиметром не составит большого труда. Если деталь уже эксплуатировалась или хранилась в нерабочем состоянии, ее необходимо подготовить. Ведь силовые выводы могли окислиться. Из-за этого измерения будут неточными. Поэтому выводы надо почистить перед тем, как прозвонить симистор мультиметром.
Проверка радиоэлемента осуществляется в такой последовательности:
- Проверить на пробивание p-n переход. Щупы мультиметра следует приложить к силовым выводам. Если симистор исправен, на табло прибора должна высветиться 1. Ноль свидетельствует о пробитии перехода. На некоторых тестерах цифры могут заменяться буквами, например, OL обозначают большое сопротивление, что также свидетельствует о исправности радиоэлемента. В нерабочем состоянии симистор закрыт, поэтому сопротивление p-n перехода большое и сигнал не проходит. Соответственно переход не пробит.
- Проверить управляющий электрод. Тестер надо переключить на режим измерения сопротивления (диапазон до 2 тыс. Ом). Приложить щупы прибора к управляющему электроду и катоду. На табло должно появиться около 500 Ом. В разных моделях симистора это значение может меняться на 100–300 единиц. Затем щупы надо приложить к аноду и управляющему электроду. На табло должна появиться «1». У исправного элемента эти контакты не должны прозваниваться.
- Проверить открытие p-n перехода. Щупы поместить на силовые контакты, подать номинальное напряжение. Если на табло появится «0», значит, симистор открывается. Эту процедуру необходимо делать быстро. Кратковременное номинальное напряжение не может выработать достаточное количество тока, чтобы долго держать переход в открытом состоянии.
Последнюю проверку следуют проводить только в особых случаях, когда нельзя перепаивать радиодетали по несколько раз. Для стандартных ситуаций это делать не обязательно. Для удобства проверки радиодеталей кончики щупов тестера рекомендуется заточить.
Проверка без выпаивания
Проверить симистор мультиметром не выпаивая рекомендуется в тех случаях, когда нет паяльника под рукой или в схеме множество одинаковых элементов. Этот метод также применяется для многослойных плат. Дорожки контактов нельзя перегревать, неисправные детали проверяются на месте. Перед проверкой необходимо отключить коммутаторы и выходящие дорожки. Лишние элементы могут негативно повлиять на результат. Оставить нужно только питание и нагрузку. Затем внимательно изучить схему, так как к симистору могут подключаться предохранители, способные разрывать цепь.
Переключить на тестере режим измерения сопротивления (до 2 тыс. На плате тяжело рассмотреть маркировки элементов, поэтому приходится использовать метод попарного измерения. Когда симистор находится под нагрузкой, анод и катод должны прозваниваться. Контакты определяются условно. Надо подвести щупы и сделать замеры, сравнивая показатели. Проверить исправность согласно таблицам, представленным ниже.
В таблицах «А» — это анод, «К» — катод, «У» — управляющий электрод. Параметры указаны приблизительные. В зависимости от модели могут колебаться в дипазоне от 100 до 200 Ом.
Симистор — универсальный полупроводниковый элемент, который нашел широкое применение в производстве и быту. Его проверка мультиметром является простым и доступным способом. Чтобы добиться максимальной точности измерений, надо внимательно следовать инструкциям.
Видео по теме
Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.
- Тиристор и симистор
- Принцип работы тиристора и симистора
- Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами
Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.
Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).
Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.
Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:
- Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
- Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).
- Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).
- Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
- Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
- Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
- Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
- Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
- Ток управления (IGT).
- Максимальный ток управления электрода IGM.
- Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)
Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.
Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.
Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.
После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).
Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.
Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.
После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.
Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.
Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами
Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.
Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.
Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.
Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.
Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.
По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.
Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.
На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.
Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.
Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:
Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».
