Симистор схема – что это такое, принцип работы, виды импортных, схемы регулятора мощности, диммера, терморегулятора и управления через оптопару и с микроконтроллера, симисторный регулятор скорости, напряжения, как проверить тестером и прозвонить мультиметром, цена и где купить в Москве и СПб

Содержание

Симистор — устройство и принцип работы прибора

Симистор — полупроводниковый прибор, используемый в качестве электронного ключа в схемах коммутации цепей переменного тока. Каждый из типов электрических ключей имеет свои достоинства, недостатки и область применения. Простейшими механическими ключами являются выключатели и рубильники. Применяются там, где необходима ручная коммутация одной или нескольких групп контактов.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Электромеханические ключи


Для коммутации в электрических схемах используются ключи различного типа:

  • механические;
  • электромеханические;
  • электронные.

К электромеханической группе относятся реле или контакторы. Замыканием и размыканием контактов управляет электромагнит. На катушку электромагнита подается управляющее напряжение, которое может быть как постоянным, так и переменным. Механические контакты реле могут коммутировать практически любые токи. Сопротивление контактной пары ничтожно, падение напряжения на контактах практически отсутствует. Нет потерь мощности при коммутации нагрузок, хотя есть потери на питание управляющей катушки.

Огромным преимуществом контакторов является то, что цепи нагрузки и управления электрически изолированы.

Недостатков тоже немало:

  • Ограниченно число переключений. Контакты изнашиваются;
  • Возникновение электрической дуги при размыкании — искрение контактов. Приводит к электроэрозии и недопустимо во взрывоопасных средах;
  • Низкое быстродействие.

Там, где применение контакторов невозможно или нецелесообразно, применяют электронные ключи.

Электронные ключи


В настоящее время применяются следующие типы:

  • Ключи на биполярных транзисторах;
  • Ключи на полевых транзисторах;
  • Ключи на управляемых диодах — тиристорах;
  • Ключи на симметричных управляемых диодах — симисторах.

Рассмотрим подробно каждый из типов:

На транзисторах

Простейшим электронным ключом является биполярный транзистор. Как известно, биполярный транзистор имеет структуру n-p-n или р-n-p с двумя p-n переходами и тремя выводами: эмиттер, база и коллектор.

Если ток базы отсутствует, ток коллектора равен нулю. Транзистор находится в состоянии отсечки. Это соответствует разомкнутому состоянию.

Если в базу подать ток достаточной величины, транзистор войдет в насыщение, и напряжение на коллекторе будет близко к нулю, независимо от тока коллектора. Это соответствует замкнутому состоянию.

До появления полевых транзисторов ключи на биполярных транзисторах были основой всей полупроводниковой схемотехники.

В полевых транзисторах между выводами стока и истока существует проводящий канал n или р типа. К этому каналу через диэлектрический слой окисла подключен управляющий электрод — затвор. Меняя напряжение на затворе, можно воздействовать на ширину проводящего канала и тем самым менять его проводимость. Управляя затвором, можно переводить ключ в открытое и закрытое состояние.

Ключи на полевых транзисторах превосходят ключи на биполярных по быстродействию, поскольку биполярные транзисторы медленно выходят из режима насыщения.

Сегодня все компьютеры, смартфоны и прочие гаджеты собраны на комплиментарных (то есть разнополярных) МОП транзисторах. В быстродействующей силовой электронике также применяются мощные полевые транзисторы.

На тиристорах

Если добавить к структуре биполярного транзистора еще один p-n переход, можно получить прибор с очень интересными свойствами — управляемый диод, или тиристор.

Тиристор — это полупроводниковый прибор со структурой p-n-p-n или n-p-n-p. Он имеет три или реже четыре вывода. Вывод, подключенный к внешнему слою p, называется анод, к внешнему слою n — катод. Управляющий электрод, называемый базой, подключается к одному из внутренних слоев, обычно к тому, который примыкает к катоду. Тиристор может иметь и две базы, но это не принципиально.

Эта структура эквивалентна соединению двух, транзисторов с разным типом проводимости, показанному на рисунке.

Это два транзисторных ключа, включенных навстречу друг другу. База каждого из транзисторов подключена к коллектору другого. Эта схема напоминает триггер — элемент с памятью. Если подать в базу отпирающий ток, то тиристор откроется, но из-за эффекта памяти останется в этом состоянии до тех пор, пока ток через него не снизится практически до нуля.

У тиристора очень необычная вольт-амперная характеристика. Она имеет S — образную форму.

Характеристика показывает зависимость тока через тиристор от напряжения между анодом и катодом при различных значениях тока базы IG. Напряжение Vbo соответствует напряжению включения тиристора. Vbr соответствует напряжению пробоя.

При достаточно большом токе базы тиристор ведет себя как диод. Иногда тиристор называют управляемым диодом, что соответствует его графическому обозначению на схемах. Тиристор проводит ток в одном направлении.

Принцип работы симистора

Симистор — это прибор, структура которого соответствует двум тиристорам с разной проводимостью, соединенных встречно-параллельно. Это ясно видно из их условного графического обозначения.

Обозначение симистора.

Вольт-амперная характеристика, в отличие от тиристора, симметрична.

Симистор проводит ток в обоих направлениях, в отличие от тиристора. В остальном его поведение аналогично.

Как и тиристор, симистор является электронным ключом, управляемым током, так же, как и транзисторный ключ, но в отличие от транзисторного ключа, симисторный (и тиристорный) остается в открытом состоянии и после снятия управляющего сигнала, пока ток через него превышает некоторое минимальное значение, называемое током удержания.

Динисторы как разновидность симисторов

Если не использовать управляющий вход симистора, он превращается в динистор. Характеристика динистора соответствует характеристике симистора при Ig = 0.

Динистор ведет себя, подобно разряднику. Если напряжение на выводах разрядника превышает напряжение пробоя, он начинает пропускать ток, и остается в открытом состоянии, пока ток не станет ниже порога удержания, или полярность напряжения не сменится на обратную. Динисторы часто используются для управления симисторными ключами.

Графическое условное обозначение динистора на электрических схемах может быть различным.

Принцип фазного регулирования мощности

Основное применение симисторов — регулирование мощности в цепях переменного тока. В таких регуляторах используется принцип фазного регулирования. Принцип состоит в том, что ключ отключает нагрузку на определенную долю полупериода синусоидального тока сети.

В результате на нагрузку передается обрезанная синусоида тока. Меняя длительность открытого состояния ключа, можно управлять величиной мощности и действующим значением напряжения на нагрузке.

Такие схемы используются в регуляторах яркости ламп накаливания — диммерах, регуляторах мощности нагревательных приборов, схемах плавного пуска электродвигателей.

Схема регуляторов мощности на симисторе

Простейшая схема симисторного регулятора приведена ниже. Емкость C1 заряжается через резисторы R1 и R2.

Когда напряжение на емкости достигнет величины напряжения открытия динистора, через открытый динистор на управляющий вход симистора подается отпирающий ток, симистор открывается и остается в открытом состоянии до конца полупериода. Емкость тем временем разряжается через открытый динистор и базу симистора. Напряжение на емкости падает, и динистор закрывается.

На втором полупериоде все повторяется. Меняя сопротивление R1, можно изменять скорость заряда емкости и, соответственно, момент срабатывания динистора и открытия ключа.

В интернете достаточно советов по тому, как проверить исправность симистора мультиметром. Мы же считаем, что нормально проверить симистор мультиметром невозможно.

Тока мультиметра в режиме прозвонки или измерения сопротивления, скорее всего, недостаточно ни для тока управления, ни для тока удержания. Тестером можно лишь проверить пробой p-n переходов. Исправный переход работает как диод и показывает высокое сопротивление в одном направлении и низкое — в другом.

Для полноценной проверки симистора надо собрать хотя бы простейшую испытательную схему. Хотя бы на батарейках и лампочках. Если вы внимательно прочли данную статью, информации будет достаточно для подключения симистора по такой схеме для проверки его работоспособности.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

instrument.guru

принцип работы, применение, устройство и управление ими

Из статьи вы узнаете о том, что такое симистор, принцип работы этого прибора, а также особенности его применения. Но для начала стоит упомянуть о том, что симистор – это то же, что и тиристор (только симметричный). Следовательно, не обойтись в статье без описания принципа функционирования тиристоров и их особенностей. Без знания основ не получится спроектировать и построить даже простейшую схему управления.

Тиристоры

Тиристор является переключающим полупроводниковым прибором, который способен пропускать ток только в одном направлении. Его нередко называют вентилем и проводят аналогии между ним и управляемым диодом. У тиристоров имеется три вывода, причем один – это электрод управления. Это, если выразиться грубо, кнопка, при помощи которой происходит переключение элемента в проводящий режим. В статье будет рассмотрен частный случай тиристора – симистор — устройство и работа его в различных цепях.

Тиристор – это еще выпрямитель, выключатель и даже усилитель сигнала. Нередко его используют в качестве регулятора (но только в том случае, когда вся электросхема запитывается от источника переменного напряжения). У всех тиристоров имеются некоторые особенности, о которых нужно поговорить более подробно.

Свойства тиристоров

Среди огромного множества характеристик этого полупроводникового элемента можно выделить самые существенные:

  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.

fb.ru

Симистор принцип работы при коммутации

Существует множество полупроводниковых приборов, применяющихся в электрических цепях и осуществляющих коммутацию. Среди них следует особо отметить симистор, принцип работы которого практически такой же, как и у тиристора. В области электроники симистор, по своей сути, представляет ключ, в конструкции которого содержится анод и катод. Фактически, это два тиристора, подключаемые между собой встречно и параллельно.

Как работает симистор

Когда на катод подается положительное напряжение, поступление тока производится через тиристор, расположенный с левой стороны. Если поток напряжения становится противоположным, начинается работа правого тиристора. Отпирающий сигнал и его направление регулируется с помощью специального полупроводникового слоя. Таким образом, симистор обладает лучшими качествами тиристоров.

Его полупроводники работают попеременно, когда изменяется фаза электротока. Это устройство является универсальным и применяется в цепях с постоянным и переменным током.

Включение симистора осуществляется под действием возрастающей амплитуды напряжения. Когда напряжение снижается, происходит выключение устройства. Благодаря этим свойствам, регулируется нагрузка, степень накаливания и температура в различных приборах освещения и нагрева.

Положительные качества симисторов

Для управления симисторами используются токи различной полярности в четырех режимах работы. Поэтому, нередко симистор используется, как реле или электронный выключатель.

Симистор отличается длительным сроком эксплуатации, низкой стоимостью. В нем отсутствуют излишние звуки и любые ненужные контакты. Однако, данный прибор обладает повышенной чувствительностью к перегреву. При токах с высокой частотой иногда наблюдаются отказы в работе. Механические и электронные помехи могут привести к ложным срабатываниям. Для их предотвращения применяются устройства, имеющие дополнительную защиту, чтобы ограничить скорость, с которой изменяется напряжение.

Существует трехквадрантный симистор, принцип работы которого позволяет избежать самопроизвольного срабатывания. В них сокращены размеры плат и количество элементов. Эти приборы могут стабильно работать даже при очень высокой частоте.

Различные виды симисторов применяются во многих областях. Они являются составной частью электронного управления в промышленной и бытовой технике. Осуществляется диммирование света, когда источники управляются на расстоянии. Это особенно актуально для уличного освещения, театральных сцен и других аналогичных объектов.

electric-220.ru

Симистор и его применения — основы радиотехники

Тиристор идеально подходит для регулирования мощности переменного напряжения во всем, кроме одного: он является однополупериодным устройством, а это означает, что даже при полной проводимости используется только половина мощности. Можно включить параллельно два тиристора навстречу друг другу, как это показано на рис.1, чтобы обеспечить двух-полупериодный режим работы, однако для этого требуется подавать импульсы запуска на управляющие электроды от двух изолированных, но синхронных источников, как это видно из рисунка.


Рис.1 Двухполупериодный регулятор можно построить на двух тиристорах. Для изоляции источников импульсов от напряжения сети используются оптопары.

Самым полезным устройством для практического регулирования мощности переменного напряжения является двунаправленный тиристор или симистор. Как можно видеть на рис2. симистор можно рассматривать как два инверсно-параллельных тиристора с управлением от единственного источника сигнала. Симисторы являются настолько гибкими устройствами, что их можно переключать в проводящее состояние как положительным, так и отрицательным импульсом запуска независимо от мгновенной полярности источника переменного напряжения. Названия катод и анод теряют смысл для симистора; ближайший к управляющему электроду вывод назвали, не мудрствуя лукаво, основным выводом 1 (МТ1), а другой — основным выводом 2 (МТ2). Запускающий импульс всегда подается относительно вывода МТ1 так же, как в случае тиристора он подается относительно катода.

Рис2. Симистор: (а) структура, (b) условное обозначение.

Обычно для переключения симистора, рассчитанного на ток до 25 А, достаточен пусковой ток 20 мА, и одним из простейших примеров его применения является «твердотельное реле», в котором небольшой пусковой ток используется для управления большим током нагрузки (рис.3). В качестве ключа SW1 могут быть геркон, чувствительное термореле или любая контактная пара, рассчитанная на 50 мА; ток в цепи нагрузки ограничивается только параметрами симистора. Полезно отметить, что резистор R1 в цепи запуска находится под напряжением сети только в моменты включения симистора; как только симистор включается, разность потенциалов на резисторе R1 падает до величины около одного вольта, так что достаточен полуваттный резистор.

Рис.3 Простое «твердотельное реле» на симисторе.

Весьма распространенными применениями симистора являются регулятор яркости для лампы или управление скоростью вращения мотора. На рис.4 показана такая схема. Временное положение запускающих импульсов устанавливается RC-фазовращателем; потенциометром R2 регулируют яркость лампы, тогда как резистор R1 просто ограничивает ток, когда потенциометр установлен в положение с минимальным сопротивлением. Сами импульсы запуска формируются динистором, то есть двунаправленным триггерным диодом. Динистор можно представить себе как маломощный тиристор без управляющего электрода с низким напряжением лавинного пробоя (около 30 В). Когда разность потенциалов на конденсаторе С1 достигает уровня пробоя в динисторе, мгновенный импульс разряда конденсатора включает симистор.

Рис.4 Простейшая схема регулировки яркости лампы на симисторе с фазовым управлением.

Легко сделать автоматический фотоэлектрический выключатель лампы, присоединив параллельно конденсатору С1 фотоэлемент ORP12 (светозависимый резистор). Сопротивление фотоэлемента в темноте велико, порядка 1 МОм, но при дневном свете оно падает до нескольких килоом так, что симистор не может поджечься и лампа выключена. Если в автоматическом выключателе ручная регулировка не требуется, то резистор R2 можно заменить на короткое замыкание.

На рис.5 показано, как симистор управляет мощностью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запаздывания пускового импульса по фазе, которое определяется сопротивлением R1+R2 и емкостью С1. В простейшей схеме управления на рис.4 фазовый сдвиг не может быть больше 90°, так как используется только одна RС-цепочка. Поэтому такая схема является плохим регулятором при малой мощности, поскольку в нем могут происходить неожиданные скачки от выключенного состояния к полной мощности.

Более совершенная схема приведена на рис.6; включение дополнительной RC-цепочки (R3С3) дает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малой мощности. Дальнейшие усовершенствования состоят во введении следующих элементов: (а) демпфера с постоянной времени R4С4 для предотвращения ошибочных переключений от противо-э.д.с. индуктивной нагрузки и (b) радиочастотного фильтра L1C1 для подавления помех. Последний элемент всегда следует вводить в симисторную или тиристорную схему, работающую по принципу «отсекания части колебания», поскольку быстрые включения и выключения могут создавать серьезные радиопомехи в питающей сети.

Рис.5 Форма напряжения на нагрузке в симисторном регуляторе при постепенном увеличении фазового сдвига.

Имеется большое число различных симисторов и тиристоров которые нашли широкое применение в бытовой технике. Как и в случае выпрямительных диодов, для того, чтобы выбрать прибор с нужными номинальными напряжением и током, можно обратиться к каталогам и справочным данным.

Рис.6 Симисторный регулятор мощности с широким диапазоном регулировки и встроенным подавлением помех.

Большинство производителей выпускают подходящие динисторы, но имеются также приборы, называемые quadrac, в которых объединены симистор и динистор.

На рис.7 показаны корпуса и цоколевка распространенных симисторов. Если симистор должен использоваться на полную допустимую мощность, то его необходимо закрепить на теплоотводе.

Подавление радиочастотных помех, создаваемых симисторными или тиристорными регуляторами с фазовым управлением, становится более трудным и дорогим при больших значениях тока нагрузки. В электрических нагревателях и в других нагрузках с большой инерционностью можно уменьшить помехи, пропуская каждый раз целое число полупериодов. Это позволяет избежать скачкообразных изменений тока, которые и вызывают радиочастотные помехи. Такой способ называется прерывистым запуском или управлением с целым числом периодов. Этот способ, как правило, не подходит для управления яркостью лампы из-за мерцания. Для осуществления управления с целым числом периодов подходят такие микросхемы, как SL441, включающиеся при нулевом напряжении. Они определяют пересечение напряжением сети нулевого уровня и обеспечивают запуск симистора от датчика, сопротивление которого меняется, например, от термистора.

 

Рис.7 Корпуса распространенных симисторов: (а) корпус Т066, (b) болтовой крепеж, (с) пластмассовый корпус Т0220.

 

www.xn--b1agveejs.su

Симистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение на схемах
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора.
Фото современных симисторов

Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

ru.wikipedia.org

Симистор (симметричный тиристор) — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости

Большинство полупроводниковых приборов созданы на переходах или слоях (n-p, p-n). Полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя. У транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А если добавить ещё один слой, то получается четырёхслойный полупроводниковый прибор — тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор (от симметричный тиристор).

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current). Вот так симистор изображается в электронных схемах:

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

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах. >>>

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

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

Как работает симистор?

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

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

Симисторный регулятор мощности

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


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

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

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

  • Невысокая стоимость.
  • По сравнению с электромеханическими приборами большой срок службы.
  • Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

  • Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.
  • Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.
  • Реагирует на внешние электромеханические помехи, что вызывает ложное срабатывание.

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

Основные параметры симистора.

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

  • Максимальное обратное напряжение – 400 V. Это означает,что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220 V и ещё с запасом.
  • В импульсном режиме напряжение точно такое же.
  • Максимальный ток в открытом состоянии – 5 А.
  • Максимальный ток в импульсном режиме – 10 А.
  • Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.
  • Наименьший импульсный ток – 160 мА.
  • Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.
  • Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.
  • Время включения – 10 мкс.
  • Время выключения – 150 мкс.

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

Оптосимистор

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

Оптосимистор MOC3033

Устройство оптосимисторов

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC — это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключайте».

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

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Четыре устройства на симисторах — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости

Если у вас с былых времён осталось большое количест­во симисторов КУ208Г, которые из-за дефектов изготовления неспособны работать в сети 220 В/50 Гц, то можно исполь­зовать последовательное включение таких симисторов, «по­делив» сетевое напряжение между ними пополам, что зна­чительно повышает надёжность конструкций, в которых при­менены такие симисторы.

Два устройства для плавного включения ламп накаливания

Схема первого такого устройства показана на рис.1. Эта конструкция предназначена для установки в подваль­ные помещения, помещения общего пользования и в другие места, где устройство может стать жертвой вандализма. По­скольку в конструкции применены устаревшие детали, часто не стоящие ни копейки, лежащие мёртвым балластом, то ее потеря не так сильно расстроит.

Рис. 1

Работает устройство следующим образом. При замыка­нии контактов выключателя SA1 на лампу накаливания по­ступает действующее напряжение переменного тока около 140 В. Это происходит из-за того, что сопротивление термо­резистора RT1 с отрицательным ТКС в холодном состоянии относительно велико (около 10 кОм при комнатной темпера­туре). В связи с этим, мощные высоковольтные симисторы VS1, VS2 открываются с фазовой задержкой, что и умень­шает бросок тока через лампу накаливания в момент вклю­чения питания.

Поскольку ток управления симисторов относительно боль­шой, то терморезистор RT1 начинает разогреваться протекаю­щими через него импульсами тока. Примерно через 1.3 мин температура его корпуса повышается до 60…70°С, а сопро­тивление уменьшится настолько, что действующее напряже­ние на лампе накаливания будет всего на 10…20 В меньше напряжения сети. Немного пониженное напряжение питания лампы накаливания заметно увеличивает её срок службы, особенно при наличии повышенного до 240…270 В напря­жении сети. Этот факт также актуален в условиях ожидае­мого и запланированного дефицита ламп накаливания из-за предстоящего запрета их производства.

Симисторы VS1, VS2 включены встречно-последователь­но. Резисторы R4, R5 выравнивают напряжение на закры­тых симисторах. Сверхъяркий светодиод HL1 выполняет функ­цию «ночника», подсвечивая помещение в случае перегора­ния или хищения лампы. Сопротивления резисторов RT1, R2-R6 подобраны таким образом, чтобы не только обеспе­чить работоспособность конструкции, но и немного «прогре­вать» её, что актуально, если в подвале, подсобном поме­щении повышенная влажность воздуха. Поскольку работающее устройство создаёт импульсные помехи в моменты от­крывания симисторов, используются помехоподавляющие фильтры L1R7C5 и L2C3C4. Это устройство можно смонти­ровать на печатной плате размерами 120×80 мм.

Если такое устройство необходимо включить в разрыв цепи питания лампы накаливания, то его немного модифицируют по схеме, показанной на рис.2. Эта кон­струкция отличается несколько худшим подавле­нием проникающих в сеть помех, создаваемых симисторами. Отличие также в том, что светодиод HL1 светит только при разомкнутых контактах вы­ключателя SA1, подсвечивая помещение при по­гашенной лампе накаливания. После монтажа и проверки работоспособности изготовленного уст­ройства монтажную плату вместе с установленны­ми на ней деталями покрывают эпоксидным ла­ком или несколькими слоями цапонлака. Корпус для устройства должен быть полугерметичным, в нижней и боковых стенках просверливают дренаж­ные отверстия диаметром 0,6…0,8 мм. Они необходимы для удаления конденсата влаги. В то же время, ма­лый диаметр отверстий — непреодолимая преграда для боль­шинства насекомых.

Рис. 2

Фазовый регулятор мощности

Его принципиальная схема показана на рис.3. Он пред­назначен для работы в сети переменного тока 220 В с на­грузкой мощностью 5…400 Вт. Нагрузкой этого регулятора может быть, например, лампа накаливания, ёлочная гирлян­да, электропаяльник, небольшой сверлильный станок с коллекторным электродвигателем. Силовые симисторы VS2, VS3 типа КУ208Г включены встречно-последовательно, что поз­воляет разделить сетевое напряжение между закрытыми симисторами поровну. Для выравнивания напряжений на закрытых симисторах предназначены резисторы R9, R10. Управляющий узел реализован на маломощном высо­ковольтном тиристоре VS1. Когда движок перемен­ного резистора R1 находится в нижнем по схеме по­ложении, фазовая задержка открывания VS1 макси­мальна, на нагрузку поступает минимум мощности. При открывании VS1 ток в цепи управляющих элект­родов симисторов VS2, VS3 резко возрастает, VS2, VS3 открываются, ток в цепи нагрузки резко возра­стает до максимального. Когда движок переменного резистора R1 находится в верхнем по схеме положе­нии, фазовая задержка открывания VS1 минималь­ная, на нагрузку поступает около 99% мощности. Ре­зистор R2 предназначен для установки уровня минимальной мощности, поступающей в нагрузку, резисторы R5 и R6 защищают маломощный тиристор от перегрузки.

Рис. 3

Для уменьшения интенсивности помех, которые создаёт работающий фазовый ре­гулятор мощности, предназначены LC-фильтры L1C2R11 и L2C3C4RU1. Кроме того, второй фильтр снижает уровень им­пульсных помех, которые поступают на симисторный узел из сети. Это уменьшает вероятность резкого скачка мощности, по­ступающей на нагрузку, например, при включении компрессора стоящего рядом холодильника. Плавкий предохранитель за­щищает устройство и цепь питания от перегрузки. Это устройство можно смонти­ровать на печатной плате размерами 120х80 мм. Настройка устройства заключается в подборе номинала конденсатора C1 таким образом, чтобы при пол­ном повороте регулировочной ручки переменного резистора R1 поступающая в нагрузку мощность изменялась от мини­мальной до максимальной.

Генератор световых импульсов

Его можно изготовить по схеме, показанной на рис.4. На транзисторах VT3, VT4, резисторах R11-R15 и конденса­торе C2 выполнен задающий генератор. Резистор R13 растягивает длительность вспышек и, как и резисторы R12 и R14, улучшает запуск генератора. Резисторы R2, R3 необходимы для надёжного закрытия высоковольтных транзисторов VT1 и VT2. Резистор R6 ограничивает импульсный ток через вы­соковольтные транзисторы, мостовой выпрямитель и управ­ляющие электроды симисторов. Конденсатор C1 накопитель­ный. Стабилитрон VD1 ограничивает рост напряжения на обкладках этого конденсатора.

Рис. 4

Частоту вспышек генератора удобнее устанавливать под­бором номинала конденсатора C2 и в меньших пределах с помощью подбора резистора R11. При значительном отклоне­нии номинала установленного резистора R11 от указанного на принципиальной схеме, генератор может не запуститься. Частота вспышек этого генератора около 0,6 Гц, продолжитель­ность вспышки около 0,4 с. Когда на выводе коллектора VT3 присутствует высокий уровень напряжения, открываются вы­соковольтные транзисторы VT1, VT2. В этот момент в цепи мостового выпрямителя VD3 и управляющих электродов мощ­ных симисторов VS1, VS2 протекает ток, достаточный для от­крывания симисторов в начале каждой полуволны сетевого на­пряжения, лампа накаливания EL1 вспыхнет. Кроме плавкого предохранителя FU1, все остальные детали этого устройства можно разместить на плате размерами 95×70 мм (рис.5).

Рис. 5

Детали

Во всех конструкциях можно применить постоянные ре­зисторы типов МЛТ, С2-23, С2-33 и др. Переменный резис­тор можно применить типа СП3-12к, СП3-30к номиналом 100…300 кОм, совмещённый с выключателем. На ось пере­менного резистора надевают ручку, изготовленную из изо­ляционного материала. Корпус переменного резистора дол­жен быть изолирован от металлического корпуса (передней панели) устройства.

Терморезистор типа ММТ-4 сопротивлением 10…15 кОм. Его припаивают на высоте около 10…15 мм от поверхности печатной платы. Варистор MYG20-471 заменим FNR-20K431, MYG20-431, LF14K471, при отсутствии можно не устанавливать.

Оксидные конденсаторы К50-35, К50-68 или аналоги. Не­полярные оксидные конденсаторы типа К50-16, К50-51 или аналоги. Конденсаторы, установленные в высоковольтных уз­лах, плёночные, например, полиэтилентерефталатные К73-17, К73-24 на 630 В.

Диодные мосты КЦ402Б можно заменить КЦ402А, КЦ405 или четырьмя одинаковыми диодами КД209А, КД105Б. Вме­сто диодов 1SS176S подойдут любые из КД510, КД521, КД522. Стабилитрон Д814Б можно заменить КС191А, КС510А.

Светодиоды любые общего применения, например, се­рий КИПД35, КИПД36, КИПД40.

Тиристор MCR100-6RL можно заменить MCR100-8RL. При мощности нагрузки более 200 Вт симисторы КУ208Г желательно установить на неболь­шой общий теплоотвод, при­менение изолирующих про­кладок необязательно, если теплоотвод изолирован от ме­таллического корпуса устрой­ства. Вместо симисторов КУ208Г, рассчитанных на ток нагрузки 5 А и напряжение 400 В, можно применить КУ208В, рассчитанные на на­пряжение 300 В, а также по­дойдут 2У208Г,   2У208В, КУ208Д1. Высоковольтные транзисторы MJE13001 и MJE13003 можно заменить КТ940А, КТ969А. Транзистор КТ209К можно заменить любым из се­рий КТ209, КТ502, КТ3107, SS9012, BC557. Вместо транзи­стора КТ3102Г подойдёт любой из серий КТ3102, КТ645.

Дроссели для помехоподавляющих фильтров выполнены на кольцах K32x20x9 из феррита НМ3000 без немагнитного зазора, содержат по 24 витка обмоточного медного провода диаметром 0,68 мм. Острые кромки ферритовых колец за­тупляют напильником, после чего кольца обматывают лакотканью или ПВХ изолентой, затем с помощью челнока в один слой укладывают обмотку.

При изготовлении устройств, о которых было рассказано в этой статье, следует помнить, что все их элементы нахо­дятся под напряжением сети, поэтому необходимо соблюдать соответствующие меры безопасности.

Литература

  1. Бутов А.Л. Применение мощных некондиционных тран­зисторов в источниках питания // Электрик. — 2009. — №10. — С.43-45.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org