Как работает симистор для чайников: Как работает симистор для чайников — Мир Антенн

Содержание

Как работает симистор для чайников

Симметричный тиристор

Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

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

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

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

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

Как работает симистор?

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

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

Симисторный регулятор мощности

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

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

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

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

По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора

C1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

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

Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

В импульсном режиме напряжение точно такое же.

Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

Наименьший импульсный ток – 160 мА.

Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

Время включения – 10 мкс.

Время выключения – 150 мкс.

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

Оптосимистор.

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

Оптосимистор MOC3023

Устройство оптосимистора

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

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

Справочные данные популярных отечественные симисторов и зарубежных
триаков. Простейшие схемы симисторных регуляторов мощности.

Ну что ж! На предыдущей странице мы достаточно плотно обсудили свойства и характеристики полупроводникового прибора под названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», пришло время выдвигать внятную альтернативу.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.

Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристора, но, в отличие от него, способный пропускать ток в двух направлениях и используемый для коммутации нагрузки в цепях переменного тока.

На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, далее расхожая, но весьма условная, эквивалентная схема, выполненная на двух тиристорах и, наконец, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, как правило, обозначается латинской G либо русской У.

Глядя на эквивалентную схему, может возникнуть иллюзия, что симистор относительно горизонтальной оси является элементом абсолютно симметричным, что даёт возможность как угодно крутить его вокруг управляющего электрода. Это не верно.
Точно так же, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода (МТ1, Т1, ТЕ1, А1).

Иногда производитель может обозначать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», поэтому всегда важно придерживаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.

Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).

Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).

Рис.2

Огромным плюсом симистора перед тиристором является возможность в штатном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика является симметричной, надобности в выпрямительном мосте — никакой, схема получается проще, но главное — исключается элемент (выпрямитель), на котором вхолостую рассеивается около 50% мощности.

Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 справа), ведь мы помним, что именно такая полярность открывающего напряжения является универсальной и для положительных, и для отрицательных полупериодов напряжения сети. На самом деле, всё происходит абсолютно аналогично описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим пройденный материал.

1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0). Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся — зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.

Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отпирается, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого симистора (участки I на ВАХ).
Чтобы закрыть симистор, нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.

2. Для того чтобы снизить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение симистора в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике вообще не будет, и напряжение открывания симистора составит незначительную величину, исчисляемую единицами вольт.

Абсолютно так же, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.

То бишь — всё полностью аналогично тиристору. Для открывания симистора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения «анодным» напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.

Описанный выше способ управления симистором посредством подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Поэтому в большинстве случаев для управления симисторами используется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.

В качестве примера рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 2000 Вт.

Рис.3

Как можно увидеть, на схеме помимо симистора VS2 присутствует малопонятный элемент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице ссылка на страницу мы подробно обсудили принцип работы, свойства и характеристики приборов данного типа.

А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

А под занавес приведём основные характеристики отечественных симисторов и зарубежных триаков.

Тип	U макс, В	I max, А	Iу отп, мА
КУ208Г	400	5
BT 131-600	600	1
BT 134-500	500	4
BT 134-600	600	4
BT 134-600D	600	4
BT 136-500Е	500	4
BT 136-600Е	600	4
BT 137-600Е	600	8
BT 138-600	600	12
BT 138-800	800	12
BT 139-500	500	16
BT 139-600	600	16
BT 139-800	800	16
BTA 140-600	600	25
BTF 140-800	800	25
BT 151-650R	650	12
BT 151-800R	800	12
BT 169D	400	12
BTA/BTB 04-600S	600	4
BTA/BTB 06-600C	600	6
BTA/BTB 08-600B	600	8
BTA/BTB 08-600C	600	8
BTA/BTB 10-600B	600	10
BTA/BTB 12-600B	600	12
BTA/BTB 12-600C	600	12
BTA/BTB 12-800B	800	12
BTA/BTB 12-800C	800	12
BTA/BTB 16-600B	600	16
BTA/BTB 16-600C	600	16
BTA/BTB 16-600S	600	16
BTA/BTB 16-800B	800	16
BTA/BTB 16-800S	800	16
BTA/BTB 24-600B	600	25
BTA/BTB 24-600C	600	25
BTA/BTB 24-800B	800	25
BTA/BTB 25-600В	600	25
BTA/BTB 26-600A	600	25
BTA/BTB 26-600B	600	25
BTA/BTB 26-700B	700	25
BTA/BTB 26-800B	800	25
BTA/BTB 40-600B	600	40
BTA/BTB 40-800B	800	40
BTA/BTB 41-600B	600	41
BTA/BTB 41-800B	800	41
MAC8M	600	8
MAC8N	800	8
MAC9M	600	9
MAC9N	800	9
MAC12M	600	12
MAC12N	800	12
MAC15M	600	15
MAC12N	800	15

Симисторы с обозначение BTA отличаются от других наличием изолированного корпуса.
Падение напряжения на открытом симисторе составляет примерно 1-2 В и мало зависит от протекающего тока.

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене — р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

А – закрытое состояние.
В – открытое состояние.
U_DRM (U_ПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
U_RRM (U_ОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
I_DRM (I_ПР) – допустимый уровень тока прямого включения
I_RRM (I_ОБ) — допустимый уровень тока обратного включения.
I_Н (I_УД) – значения тока удержания.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

относительно невысокая стоимость приборов;
длительный срок эксплуатации;
отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

зарядные устройства для автомобильных АКБ;
бытовое компрессорное оборудования;
различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
Устанавливаем кратность на омметре х1.
Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

Резистор R1 – 51 Ом.
Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

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

Алгоритм проверки:

Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

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

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

Выполняем пункты 1-4.
Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

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

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Обозначения:

Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 — 0,05 мкФ.
Симметричный тринистор BTA41-600.

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 — 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),

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

Характеристики Тиристора

Тиристоры могут иметь прямое или обратное смещение. Посмотрим, как это работает в обоих направлениях.

Тиристоры в состоянии смещения вперед

Когда анод становится положительным, PN-соединения на концах смещены вперед, а центральное соединение (NP) становится смещенным назад. Он будет оставаться в заблокированном (ВЫКЛ) режиме (также известном как этап прямой блокировки) до тех пор, пока он не будет вызван импульсом тока затвора или приложенное напряжение не достигнет напряжения прямого отключения.

Запуск по импульсу тока затвора — Когда он запускается импульсом тока затвора, он начинает проводить и будет действовать как переключатель замыкания. Тиристоры остаются во включенном состоянии, то есть остаются в заблокированном состоянии. Здесь вход теряет контроль, чтобы выключить устройство.

Запуск по напряжению прямого отключения — Когда подается прямое напряжение, ток утечки начинает протекать через блокировку (J2) в среднем соединении тиристоров. Когда напряжение превышает прямое отключение перенапряжения или критического предела, то J2 выходит из строя и достигает состояния ON.

Когда ток затвора (Ig) увеличивается, он уменьшает площадь блокировки и, таким образом, уменьшается прямое отключающее напряжение. Он включится, когда будет поддерживаться минимальный ток, называемый запирающим током.

Когда ток затвора Ig = 0 и ток анода падают ниже определенного значения, называемого удерживающим током, во время состояния ВКЛ, он снова достигает своего состояния прямой блокировки.

Тиристоры в обратном смещенном состоянии

Если анод является отрицательным по отношению к катоду, то есть с приложением обратного напряжения, оба PN-перехода на конце, то есть J1 и J3, становятся смещенными в обратном направлении, и центральное соединение J2 становится смещенным в прямом направлении. Через него протекает только небольшой ток утечки. Это режим блокировки обратного напряжения или выключенное состояние тиристора.

Когда обратное напряжение увеличивается еще больше, то при определенном напряжении происходит лавинный пробой J1 и J2, и он начинает проводить в обратном направлении. Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор начинает проводить ток, называется обратным напряжением пробоя.

Тиристор блокирует напряжение как в прямом, так и в обратном направлении, и, таким образом, образуется симметричная блокировка.
Тиристор включается при приложении положительного тока затвора и выключается, когда напряжение на аноде падает до нуля.
Небольшой ток от затвора к катоду может запустить тиристор, изменив его с разомкнутой цепи на короткое замыкание.

Тиристор имеет три режима работы:

Блокировка вперед
Обратная блокировка
Прямая проводимость

Блокировка вперед

В этом состоянии или режиме прямая проводимость тока блокируется. Верхний диод и нижний диод смещены в прямом направлении, а соединение в центре — в обратном направлении. Таким образом, тиристор не включается, поскольку затвор не срабатывает, и через него не протекает ток.

Обратная блокировка

В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и через него по-прежнему не протекает ток. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и он блокирует в обратном направлении, поэтому поток тока блокируется.

Прямая проводимость

При подаче тока на затвор срабатывает тиристор, и он начинает проводить ток. Он остается включенным до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, и этого можно достичь, отключив цепь.

Способы проверки

При выходе из строя какого-либо устройства необходимо прозвонить элементы и заменить сгоревшие, причем необязательно выпаивать триак из схемы. Проверка симистора мультиметром аналогична проверке тиристора мультиметром в схеме не выпаивая. Сделать это довольно просто, но этот метод не даст точного результата.

Как проверить тиристор ку202н мультиметром: необходимо освободить УЭ. Как проверить симистор мультиметром не выпаивая: необходимо освободить его УЭ (выпаять или выпаять деталь — одним словом, отделить устройство от всей схемы) и произвести измерения мультиметром на предмет пробитого перехода. Для проверки необходимо использовать стрелочный тестер. Этот метод является более точным, так как ток, генерируемый тестером способен открыть переход. Нужно найти информацию о симисторе и приступить к проверке:

Подключить щупы к выводам T1 и T2.
Установить кратность х1.
Только при показании бесконечного сопротивления деталь исправна, а во всех остальных случаях — пробита.
При положительном результате (бесконечное сопротивление) соединить вывод Т2 и управляющий. В результате R падает до 20..90 Ом.
Сменить полярность прибора и повторить 3 и 4.

Этот метод является более точным, чем предыдущий, но не дает полной гарантии определения исправности полупроводникового прибора. Для этих целей существуют специальные схемы, которые можно собрать самостоятельно.

Профессиональные схемы

Пробник для проверки симистора или тиристора достаточно простого исполнения и с наименьшим количеством деталей представлен на схеме 1.

Схема 1 — Простой пробник для проверки симистора или тиристора

Перечень деталей пробника:

Трансформатор подбирается любого типа, но с напряжением на вторичной обмотке около 6,3 В.
Диод VD1 на напряжение от 10 В и более и с выпрямительным током более 350 мА (можно найти подходящий по справочнику радиолюбителя или в интернет).

При работе нужно подключить симистор и поставить S2 в положение «=», после чего включить SA1 (SB1 пока не нажимать). При этом лампочка не должна светиться. Нажимаем SB1 (лампа загорается) и при отпускании SB1 лампа накаливания должна гореть. Поставить SА1 в положение «0», и лампа гаснет. SА1 в положение поставить «переменного» тока и лампа не должна гореть. При нажатии SB1 лампа загорается, а при отпускании — гаснет.

Универсальная схема устройства для проверки симистора изображена на схеме 2. Она является более сложной, но очень эффективной.

Схема 2 — Универсальная современная схема устройства для проверки симистора или тиристора

Перечень радиоэлементов:

Трансформатор со II обмоткой 2 и 9 вольт (I = 0,2..0,3 А).
Конденсаторы керамические: C3, C4, C9, C10.
Конденсаторы электролитические — остальные.
Диод VD1: U > 50 В и I > 1 А.
Диоды VD2, VD3: U > 25 В и I > 300 мА.
Микросхемы и их аналоги: 7805 (КР142ЕН5(А,В)) и 7905 (КР1162ЕН5(А,Б) или КР1179ЕН05).

При проверке необходимо SA3 задать ток управления (подача на УЭ). Для проверки тиристора нужно поставить SA2 в режим «прямое» и включить питание пробника (лампа гореть не должна).

Нажать кнопку SВ2 — лампа горит даже при ее отпускании (SВ2). Нажать SВ1, и лампа должна погаснуть.

Таким образом, симисторы получили широкое распространение в различных устройствах с электронным регулированием. Они выходят из строя, и проверить их несложно. Для этого необходимо выбрать лишь метод проверки. Проверка мультиметром менее точна, чем стрелочным омметром, ток которого способен открыть переход триака. Для более точного и профессионального определения исправности собирается специальная схема.

Originally posted 2018-04-06 09:24:37.

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

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.

Симисторный регулятор мощности

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

Невысокая стоимость.
По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.
Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

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

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка.

Величина резистораR1 от 50 до 470 ом, величина конденсатораC1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

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

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

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот

Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.)

Оптосимистор.

Оптосимистор MOC3023

Устройство оптосимистора

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Originally posted 2018-07-04 07:13:04.

Где используется и как выглядит

Чаще всего симистор используется для коммутации в цепях переменного тока (подачи питания на нагрузку). Это удобно, так как при помощи напряжения малого номинала можно управлять высоковольтным питанием. В некоторых схемах ставят симистор вместо обычного электромеханического реле. Плюс очевиден — нет физического контакта, что делает включение питания более надежным. Второе достоинство — относительно невысокая цена. И это при значительном времени наработки и высокой надежности схемы.

Минусы тоже есть. Приборы могут сильно нагреваться под нагрузкой, поэтому необходимо обеспечить отвод тепла. Мощные симисторы (называют обычно «силовые») монтируются на радиаторы. Еще один минус — напряжение на выходе симистора пилообразное. То есть подключаться может только нагрузка, которая не предъявляет высоких требований к качеству электропитания. Если нужна синусоида, такой способ коммутации не подходит.

Заменить симистор можно двумя тиристорами. Но надо правильно подобрать их по параметрам, да и схему управления придется переделывать — в таком варианте управляющих вывода два

По внешнему виду отличить тиристор и симистор нереально. Даже маркировка может быть похожей — с буквой «К». Но есть и серии, у которых название начинается с «ТС», что означает «тиристор симметричный». Если говорить о цоколевке, то это то, что отличает тиристор от симистора. У тиристора есть анод, катод и управляющий вывод. У симистора названия «анод» и «катод» неприменимы, так как вывод может быть и катодом, и анодом. Так что их обычно называют просто «силовой вывод» и добавляют к нему цифру. Тот который левее — это первый, который правее — второй. Управляющий электрод может называться затвором (от английского слова Gate, которым обозначается этот вывод).

Принцип работы

Радиотехнический термин thyristor составлен из двух частей. В начале употреблено слово thyra, что означает на греческом языке «дверь» или «вход». Затем использовано окончание английского слова resistor, которое переводится как «сопротивление».

Тиристором называется полупроводниковое устройство, где на базе монокристалла собираются более двух p — n переходов. Суть электронно-дырочного соединения пары химических элементов — так расшифровывается понятие «p — n переход» — состоит в том, что при подключении прямого тока на выводах появляется разность потенциалов. При обратном токе совершается блокировка носителей заряда.

В устройство коммутируется сигнальный контакт, назначение которого состоит в управлении током пробоя границы разнозаряженных зон. На электрических схемах обозначение тиристора почти совпадает со значком диода. Различие состоит в том, что к катодному выводу пририсована стрелка управляющего электрода.

Конструкция прибора

Полупроводниковый прибор представляет собой структуру, которую образуют четыре слоя разной полярности, соединённых последовательно. Образуется цепочка p — n — p — n типа. К наружному слою с положительным зарядом подключён анодный вывод, к отрицательному полупроводнику — катод. К внутренним прослойкам допустимо присоединение до двух управляющих контактов.

Основообразующим элементом тиристора является кристалл кремния с заданной толщиной. Для формирования p-слоя применяются примеси бора и алюминия. Чтобы получить n-область используется фосфор. Нанесение добавок происходит с помощью диффузионной технологии. При температуре от 1000° C до 1300° C создаётся переходный слой глубиной 60 Мкм.

Внешний вид современных устройств непохож на детали, изготовленные два десятка лет назад. Раньше они выглядели как «летающие тарелки». Минусовый электрод и сигнальный контакт располагались на торце, а анодный вывод устанавливался с противоположной стороны или сбоку изделия. Сейчас тиристор представляет собой небольшой пластмассовый коробок с тремя электродами внизу. Расположение контактов указывается в описании устройства.

Режимы работы

Принцип действия тиристора характеризуется работой в двух устойчивых состояниях. Положение «закрыто» свидетельствует о низкой проводимости. Значение «открыто» указывает высокую электропроводность.

Как работает тиристор, для чайников объяснит диаграмма зависимости силы тока от напряжения. В исходной позиции полупроводниковый элемент заперт.

Но стоит подать ток на управляющий вывод, как тиристор откроется. В этот момент линейный отрезок на графике круто изменяет угол наклона, близкий к вертикальному положению. От величины сигнального тока зависит уровень пробойного напряжения. Вольт-амперная характеристика объясняет, зачем требуется применение управляющего электрода. После обнуления командного сигнала устройство останется открытым, пока напряжение не уменьшится до уровня удержания.

Работа транзистора также основана на взаимодействии p — n переходов. От полупроводникового триода, который, как вентиль, плавно регулирует напряжение, тиристорный элемент отличается скачкообразным ростом разности потенциалов после появления сигнала управления. Своеобразный электронный ключ по команде открывает дорогу питанию электрической цепи.

Особенности

относительно невысокая стоимость приборов;
длительный срок эксплуатации;
отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
Не поддерживаются высокие частоты переключения.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Тестирование элемента

Существует несколько способов проверки симистора на работоспособность. Для самого простого понадобится только лишь мультиметр, а для более сложных измерений — автономный источник питания или тестовая схема.

С помощью тестера проверка происходит с использованием знаний, основанных на принципе работы симистора. Диагностика мультиметром не сможет определить все характеристики элемента, но вполне достаточной будет для первичного тестирования работоспособности.

Простую проверку можно осуществить, используя лампочку и элемент питания. Для этого одна клемма батарейки подключается на управляющие и рабочие выводы симистора, а вторая — на цоколь лампочки. Вывод элемента соединяется с центральным контактом осветителя. В этом случае переход должен быть открыт, тогда лампочка загорится.

Проверка тестером

Для проведения тестов подойдёт прибор любого типа действия, но при этом необходимо, чтобы значения выдаваемого им тока хватило для переключения элемента. Поэтому более предпочтительным будет использование аналогового прибора. Например, чтобы проверить тестером BTB12-800CW, понадобится обеспечить ток порядка 30 мА, а для BTB16-700BW этот показатель должен быть равен 15 мА.

Также понадобится обратить внимание на состояние батарейки, стоящей в тестере. В цифровом устройстве на экране не должен высвечиваться значок замены батарейки, а в аналоговом при закорачивании щупов друг на друга стрелка должна указывать на ноль

Суть измерения сводится к проверкам переходов прибора. Для этого тестер переключается в режим прозвонки сопротивлений на самый маленький диапазон. Выполнять проверку лучше всего в следующей последовательности:

Измерительные щупы подключаются к силовым выводам симистора T1 и T2. Если радиоэлемент исправен, то мультиметр должен показать бесконечно большое сопротивление.
Меняется полярность приложенного сигнала на рабочих выводах. Для этого измерительные щупы переставляются. Сопротивление также должно быть большим.
Кратковременно соединяется рабочий вывод T1 или T2 и управляющий электрод G.
Снова измеряется сопротивление перехода между T1 и T2. В одну сторону оно должно измениться. Так, для BTB12-800CW оно составит около 50 Ом.
Изменяется полярность. При этом импеданс перехода должен быть большим, что соответствует отсутствию обратного пробоя.

Использование схемы

Существует множество различных схем, использующихся радиолюбителями для тестирования работоспособности триака. Но лучше применять универсальную схему, способную проверить любой элемент тиристорного семейства, например, BTB16-700BW. Она не нуждается в настройке и работает сразу после сборки. Для того чтобы её собрать, понадобятся следующие элементы:

Резисторы R1—R4 470 Ом, R4—R5 1 кОм.
Конденсаторы С1 и С2 — 100 мкФ х 6,5 В.
Диоды VD1, VD2, VD5 и VD6 — 2N4148; VD2 и VD3 — АЛ307.

В качестве источника питания можно использовать батарейку типа КРОНА.

Суть измерений сводится к следующим действиям: переключатель S3 переставляется в верхнее положение, в результате на устройство подаётся питание. После этого кратковременным нажатием на кнопку S2 подаётся ток на управляющий вывод элемента.

Если BTB16-700BW рабочий, то его переход должен открыться, о чём просигнализирует светодиод VD3. Затем переключатель устанавливается в среднее положение, светодиод должен погаснуть. На следующем этапе S3 переключается в нижнее положение, и нажимается кнопка S2. Результатом этих действий будет загорание светодиода VD4. Такое поведение симистора позволит со стопроцентной уверенностью заявить о его работоспособности.

Проверить симистор не так уж и сложно, особенно если использовать тестер, хотя лучше собрать специальную схему. Но при этом стоит отметить, что из-за высокой чувствительности триаков к току переключения в качестве мультиметров лучше применять стрелочные приборы.

Нередко радиолюбителям приходится собирать различные приспособления из деталей, которые были добыты путем разборки старых электрических или радиоприборов. Понятно, что после долгого лежания в ящиках сам владелец этого мини-склада уже и не помнит, в каком состоянии находятся детали. То есть, они исправны или нет. Поэтому используемую деталь обычно проверяют. А так как тема нашей статьи – как проверить симистор, то будем разбираться в этом вопросе досконально.

Проверка симисторов

Любой, даже наиболее надёжный прибор может выйти из строя. Не исключение и симистор

По этой причине немаловажно понимать, как можно проконтролировать его на работоспособность, для того чтобы осуществить его замену. Для этого можно применять 2 способа

Первый способ состоит в применении 2-ух аналоговых омметров. Следующие измерения выполняют следующим способом:

Щупы 1 омметра подсоединяют к катоду и аноду симистора. Будет комфортнее, если щупы закрепить зажимами, для того чтобы они не прыгали. В случае если ввести устройство, сопротивление станет весьма обширно: указатель будет «лежать»;
Щупы 2 омметра подсоединяют следующим способом: единственный щуп закрепляется на аноде, а другим щупом дотрагиваются до управляющего электрода.

Если соразмерный тиристор исправен, то произойдёт его раскрывание, а противодействие в первом омметре опустится до нескольких ом.

Второй способ контроля предполагает прозвонку мультиметром. Для того чтобы измерения были надёжными, переключатель тестера устанавливается в положение «проверка диодов». Потом измерительные щупы закрепляются в аноде и катоде. В случае со щупами-иглами можно применять переходник с проволоки. В отличие от омметра, мультиметр продемонстрирует противодействие равное 1. Потом тонкой проволокой запираем отрицательный электрод и затвор. Случится отпирание полупроводника, и в экране тестера отобразится реальное противодействие симистора.

Симметричный тиристор

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

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

Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов.

По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе.

Простейшая схема симисторного регулятора

Рассмотрим самую простую схему симисторного регулятора напряжения.

В этой схеме всего пять элементов, но она вполне работоспособна. Время заряда емкости регулируется переменным резистором.

Когда напряжение на конденсаторе достигнет уровня примерно 30 В, динистор начинает проводить ток и открывает симистор, который остается в открытом состоянии до конца полупериода, когда ток начнет переходить через 0. Затем цикл повторяется уже с другой полярностью.

Это универсальная схема. Она может применяться для самых разных нагрузок. Для управления индуктивными нагрузками, такими как двигатель пылесоса, необходимо защитить симистор от бросков напряжения при выключении варистором и RC-цепочкой, присоединенными параллельно симистору.

Простейший ключ

В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET,
то есть полевые транзисторы с изолированным
затвором
(они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются
исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше
порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через
транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное
преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё
время, пока открыт транзистор.

Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET
(даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные
транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.

Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.

Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её
«снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что транзистор
открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает
пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать
дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или
открыться не полностью.

Несмотря на то, что MOSFET управляется только напряжением и ток через
затвор не идёт, затвор образует с подложкой паразитный
конденсатор. Когда транзистор открывается или закрывается, этот
конденсатор заряжается или разряжается через вход ключевой схемы. И
если этот вход подключен к push-pull выходу микросхемы, через неё
потечёт довольно большой ток, который может вывести её из строя.

При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует,
фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен

где — напряжение, которым управляется транзистор.

Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы
ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление
резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как
постоянная времени увеличится

Это важно, если транзистор
часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе

Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это
пороговое напряжение , максимальный ток через сток и
сопротивление сток — исток у открытого транзистора. Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов

Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.

Модель
2N7000	3 В	200 мА	5 Ом
IRFZ44N	4 В	35 А	0,0175 Ом
IRF630	4 В	9 А	0,4 Ом
IRL2505	2 В	74 А	0,008 Ом

Для приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных
транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно
отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот
транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с
напряжением питания 3,3 В или 5 В.

Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов
достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях
управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной
мощности в виде тепла.

Справочники по тиристорам и аналогам , Замена тиристоров, замена диодов

Тиристоры и их зарубежные аналоги. Справочник. Черепанов В. П., Хрулев А. К. 2002г.

Во втором томе справочного издания приводятся данные по элект рическим параметрам габаритным размерам, предельным эксплуата ционным характеристикам сведения по основному функциональному назначению отечественных силовых тиристоров Приводятся динами-ческие импульсные частотные температурные зависимости парамет ров а также описываются особенности применения тиристоров в ра диоэлектронной аппаратуре

Для инженерно-технических рабогникои занимающихся разработ кой эксплуатацией и ремонтом радиоэлектронной аппаратуры

Скачать книгу >>>

Программа для чтения книги:

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие 10

Оцените статью:

принцип действия, применение, устройство и управление ими

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

Тиристоры

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

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

Свойства тиристоров

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

Тиристоры, подобно диодам, способны проводить электрический ток только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как выпрямительный диод.
Из отключенного во включенное состояние тиристор можно перевести, подав на управляющий электрод сигнал с определенной формой. Отсюда вывод – у тиристора как у выключателя имеется два состояния (причем оба устойчивые). Таким же образом может функционировать и симистор. Принцип работы ключа электронного типа на его основе достаточно прост. Но для того чтобы произвести возврат в исходное разомкнутое состояние, необходимо, чтобы выполнялись определенные условия.
Ток сигнала управления, который необходим для перехода кристалла тиристора из запертого режима в открытый, намного меньше, нежели рабочий (буквально измеряется в миллиамперах). Это значит, что у тиристора есть свойства усилителя тока.
Существует возможность точной регулировки среднего тока, протекающего через подключенную нагрузку, при условии, что нагрузка включена с тиристором последовательно. Точность регулировки напрямую зависит от того, какая длительность сигнала на электроде управления. В этом случае тиристор выступает в качестве регулятора мощности.

Тиристор и его структура

Тиристор – это полупроводниковый элемент, который имеет функции управления. Кристалл состоит из четырех слоев р и п типа, которые чередуются. Так же точно построен и симистор. Принцип работы, применение, структура этого элемента и ограничения в использовании рассмотрены детально в статье.

Описанную структуру еще называют четырехслойной. Крайнюю область р-структуры с подключенным к ней положительной полярности выводом источника питания, называют анодом. Следовательно, вторая область п (тоже крайняя) – это катод. К ней приложено отрицательное напряжение источника питания.

Какими свойствами обладает тиристор

Если провести полный анализ структуры тиристора, то можно найти в ней три перехода (электронно-дырочных). Следовательно, можно составить эквивалентную схему на полупроводниковых транзисторах (полярных, биполярных, полевых) и диодах, которая позволит понять, как ведет себя тиристор при отключении питания электрода управления.

В том случае, когда относительно катода анод положительный, диод закрывается, и, следовательно, тиристор тоже ведет себя аналогично. В случае смены полярности оба диода смещаются, тиристор также запирается. Аналогичным образом функционирует и симистор.

Принцип работы на пальцах, конечно, объяснить не очень просто, но мы попробуем сделать это далее.

Как работает отпирание тиристора

Для понимания принципа работы тиристора нужно обратить внимание на эквивалентную схему. Она может быть составлена из двух полупроводниковых триодов (транзисторов). Вот на ней и удобно рассмотреть процесс отпирания тиристоров. Задается некоторый ток, который протекает через электрод управления тиристора. При этом ток имеет смещение прямой направленности. Этот ток считается базовым для транзистора со структурой п-р-п.

Поэтому в коллекторе ток у него будет больше в несколько раз (необходимо значение тока управления умножить на коэффициент усиления транзистора). Далее можно видеть, что это значение тока базовое для второго транзистора со структурой проводимости р-п-р, и он отпирается. При этом коллекторный ток второго транзистора будет равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов и первоначально заданного тока управления. Симисторы (принцип работы и управление ими рассмотрены в статье) обладают аналогичными свойствами.

Далее этот ток необходимо суммировать с ранее заданным током цепи управления. И получится именно то значение, которое необходимо, чтобы поддерживать первый транзистор в отпертом состоянии. В том случае, когда ток управления очень большой, два транзистора одновременно насыщаются. Внутренняя ОС продолжает сохранять свою проводимость даже тогда, когда исчезает первоначальный ток на управляющем электроде. Одновременно с этим на аноде тиристора обнаруживается довольно высокое значение тока.

Как отключить тиристор

Переход в запертое состояние тиристора возможен в том случае, если к электроду управления открытого элемента не прикладывается сигнал. При этом ток спадает до определенной величины, которая называется гипостатическим током (или током удержания).

Тиристор отключится и в том случае, если произойдет размыкание в цепи нагрузки. Либо когда напряжение, которое прикладывается к цепи (внешней), меняет свою полярность. Это происходит под конец каждого полупериода в случае, когда питается схема от источника переменного тока.

Когда тиристор работает в цепи постоянного тока, запирание можно осуществить при помощи простого выключателя или кнопки механического типа. Он соединяется с нагрузкой последовательно и применяется для обесточивания цепи. Аналогичен и принцип работы регулятора мощности на симисторе, правда, имеются в схеме некоторые особенности.

Способы отключения тиристоров

Но можно выключатель соединить параллельно, тогда с его помощью происходит шунтирование тока анода, и тиристор переводится в запертое состояние. Некоторые виды тиристоров могут включаться повторно, если разомкнуть контакты выключателя. Объяснить это можно тем, что во время размыкания контактов паразитные емкости переходов тиристора накапливают заряд, создавая тем самым помехи.

Поэтому желательно располагать выключатель так, чтобы он находился между катодом и электродом управления. Это позволит гарантировать, что тиристор отключится нормально, а удерживающий ток отсечется. Иногда для удобства и повышения быстродействия и надежности применяют вместо механического ключа вспомогательный тиристор. Стоит отметить, что работа симистора во многом схожа с функционированием тиристоров.

Симисторы

А теперь ближе к теме статьи – нужно рассмотреть частный случай тиристора – симистор. Принцип работы его схож с тем, что был рассмотрен ранее. Но имеются некоторые отличия и характерные особенности. Поэтому нужно поговорить о нем более подробно. Симистор представляет собой прибор, в основе которого находится кристалл полупроводника. Очень часто используется в системах, которые работают на переменном токе.

Самое простое определение этого прибора – выключатель, но управляемый. В запертом состоянии он работает точно так же, как и выключатель с разомкнутыми контактами. При подаче сигнала на электрод управления симистора происходит переход прибора в открытое состояние (режим проводимости). При работе в таком режиме можно провести параллель с выключателем, у которого контакты замкнуты.

Когда сигнал в цепи управления отсутствует, в любой из полупериодов (при работе в цепях переменного тока) происходит переход симистора из режима открытого в закрытый. Симисторы широко используются в режиме релейном (например, в конструкциях светочувствительных выключателей или термостатов). Но они же нередко применяются и в системах регулирования, которые функционируют по принципам фазового управления напряжения на нагрузке (являются плавными регуляторами).

Структура и принцип работы симистора

Симистор – это не что иное, как симметричный тиристор. Следовательно, исходя из названия, можно сделать вывод – его легко заменить двумя тиристорами, которые включаются встречно-параллельно. В любом направлении он способен пропустить ток. У симистора имеется три основных вывода – управляющий, для подачи сигналов, и основные (анод, катод), чтобы он мог пропускать рабочие токи.

Симистор (принцип работы для «чайников» этого полупроводникового элемента предоставлен вашему вниманию) открывается, когда на управляющий вывод подается минимальное необходимое значение тока. Или в том случае, когда между двумя другими электродами разность потенциалов выше предельно допустимого значения.

В большинстве случаев превышение напряжения приводит к тому, что симистор самопроизвольно срабатывает при максимальной амплитуде питающего напряжения. Переход в запертое состояние происходит в случае смены полярности или при уменьшении рабочего тока до уровня ниже, чем ток удержания.

Как отпирается симистор

При питании от сети переменного тока происходит смена режимов работы за счет изменения полярности у напряжения на рабочих электродах. По этой причине в зависимости от того, какая полярность у тока управления, можно выделить 4 типа проведения этой процедуры.

Допустим, между рабочими электродами приложено напряжение. А на электроде управления напряжение по знаку противоположно тому, которое приложено к цепи анода. В этом случае сместится по квадранту симистор — принцип работы, как можно увидеть, довольно простой.

Существует 4 квадранта, и для каждого из них определен ток отпирания, удерживающий, включения. Отпирающий ток необходимо сохранять до той поры, покуда не превысит в несколько раз (в 2-3) он значение удерживающего тока. Именно это и есть ток включения симистора – минимально необходимый ток отпирания. Если же избавиться от тока в цепи управления, симистор будет находиться в проводящем состоянии. Причем он в таком режиме будет работать до той поры, покуда ток в цепи анода будет больше тока удержания.

Какие накладываются ограничения при использовании симисторов

Его сложно использовать, когда нагрузка индуктивного типа. Скорость изменения напряжения и тока ограничивается. Когда симистор переходит из запертого режима в открытый, во внешней цепи возникает значительный ток. Напряжение не падает мгновенно на силовых выводах симистора. А мощность будет мгновенно развиваться и достигает довольно больших величин. Та энергия, которая рассеивается, за счет малого пространства резко повышает температуру полупроводника.

В случае превышения критического значения происходит разрушение кристалла, ввиду чрезмерно быстрого нарастания силы тока. Если к симистору, который находится в запертом состоянии, приложить некоторое напряжение и резко его увеличить, то произойдет открытие канала (при отсутствии сигнала в цепи управления). Такое явление можно наблюдать по причине того, что происходит накапливание заряда внутренней паразитной емкостью полупроводника. Причем ток заряда имеет достаточное значение, чтобы отпереть симистор.

Как работает тиристор для чайников. Тиристор назначение и принцип работы. Тиристор принцип работы. В качестве заключения

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня — напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах, через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении R n растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.

Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.

Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока .

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.

После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.
К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность , которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

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

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно.

Классификация

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

Принцип работы

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

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Тиристор представляет собой электронный силовой частично управляемый ключ. Этот прибор, с помощью сигнала управления может находиться только в проводящем состоянии, то есть быть включенным. Для того, чтобы его выключить, нужно проводить специальные мероприятия, которые обеспечивают падение прямого тока до нулевого значения. Принцип работы тиристора заключается в односторонней проводимости, в закрытом состоянии может выдержать не только прямое, но и обратное напряжение.

Свойства тиристоров

По своим качествам, тиристоры относятся к полупроводниковым приборам. В их полупроводниковой пластине присутствуют смежные слои, обладающие различными типами проводимости. Таким образом, каждый тиристор представляет собой прибор, имеющий четырехслойную структуру р-п-р-п.

К крайней области р-структуры производится подключение положительного полюса источника напряжения. Поэтому, данная область получила название анода. Противоположная область п-типа, куда подключается отрицательный полюс, называется катодом. Вывод из внутренней области осуществляется с помощью р-управляющего электрода.

Классическая модель тиристора состоит из двух, имеющих разную степень проводимости. В соответствии с данной схемой, производится соединение базы и коллектора обоих транзисторов. В результате такого соединения, питание базы каждого транзистора осуществляется с помощью коллекторного тока другого транзистора. Таким образом, получается цепь с положительной обратной связью.

Если ток отсутствует в управляющем электроде, то транзисторы находятся в закрытом положении. Течение тока через нагрузку не происходит, и тиристор остается закрытым. При подаче тока выше определенного уровня, в действие вступает положительная обратная связь. Процесс становится лавинообразным, после чего происходит открытие обоих транзисторов. В конечном итоге, после открытия тиристора, наступает его стабильное состояние, даже в случае прекращения подачи тока.

Работа тиристора при постоянном токе

Рассматривая электронный тиристор принцип работы которого основан на одностороннем движении тока, следует отметить его работу при постоянном токе.

Обычный тиристор включается путем подачи импульса тока в цепь управления. Эта подача осуществляется со стороны положительной полярности, противоположной, относительно катода.

Во время включения, продолжительность переходного процесса обусловлена характером нагрузки, амплитудой и скоростью, с которой нарастает импульс тока управления. Кроме того, этот процесс зависит от температуры внутренней структуры тиристора, тока нагрузки и приложенного напряжения. В цепи, где установлен тиристор, не должно быть недопустимой скорости роста напряжения, которое может привести к его самопроизвольному включению.

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

♠ Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт . Схема этого устройства изображена на рис 1 .

♠ Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А , тиристора КУ202Н , стабилитрона, узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1) .

Узел формирования состоит:
— стабилитрон, формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2) ;
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C ;
— аналог динистора Тр1, Тр2 .

С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4) .

На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5 при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.

Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510 .
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2) . Оно определяет начало и конец участка регулирования.

♠ Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С . При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт , пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2) . Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи: сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть .
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.

♠ Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт .
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ , не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком , двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.

♠ Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт , можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв .
♠ В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов , тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов , тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100% ).
В графиках в точке №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4 ).

Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5 , относительно точки Т6 , можно посмотреть на осциллографе.

Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод.

♦ Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц , представлена на рис 1 а) .

За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0 .
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения.

Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол α поворота рамки. Фазовый угол α , это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени.

В момент фазового угла:

α = 0° напряжения U = 0 ;
α = 90° напряжение U = +Umax ;
α=180° напряжение U = 0 ;
α = 270° напряжение U = — Umax ;
α = 360° напряжение U = 0.

♦ Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
Как упоминалось ранее в статье « »: тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт) .
♦ Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.
Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2 .

♦ Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода Uс ) через переход Уэ – К , прошел ток включения Iвкл тиристора.

С этого момента через тиристор идет основной ток катод — анод, до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.
Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3) .
2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между управляющим электродом и катодом.

♦ В первом случае ток управляющего электрода протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением Uс ), пока не достигнет величины Iвкл . Тиристор откроется.

фазовым методом .

♦ Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент времени подается на переход Уэ – К , от которого тиристор открывается.

Такой способ управления тиристором называется импульсно – фазовым методом .
В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.

Фазовый метод управления тиристором.

♦ Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3 ) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.

После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, как на рис.2

♦ Начало управления тиристором сводится к следующему.
При возрастании напряжения сети Uс , от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления Iуп по цепи:
+U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
С ростом напряжения Uс растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод).

При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл , тиристор включается (открывается) и замыкает точки +U и –U на схеме.

Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение Uс сети не упадет до нуля.
С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.

♦ В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.
Лампочка будет загораться с каждым полупериодом сетевого напряжения и тухнуть при переходе напряжения через ноль.

Проведем небольшие вычисления для примера рис.3 . Используем данные элементов как на схеме.
По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА . В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
Возьмем для примера Iвкл = 10 мА .
Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1 . Для разных значений резистора R1 , будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.

Фазовый угол α изменяется в пределах от а = 10, до а = 90 градусов.
Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.

♦ Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10°, до а = 90° .
То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.

Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1 , ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).

Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С .
Если поставить конденсатор С (в схеме рис 2), диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5 .

Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1 ), весь ток идет на зарядку конденсатора С , напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.

Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.

Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ ). Как проверить тиристор?

На своем блоге я поместил рассылку на бесплатные уроки на тему: .
В этих уроках я, в популярной форме, постарался как можно проще изложить суть работы тиристора: как он устроен, как работает в цепи постоянного и переменного тока. Привел много действующих схем на тиристорах и динисторах.

В этом уроке, по просьбе подписчиков, привожу несколько примеров проверки тиристора на целостность.

Как же проверить тиристор?

Предварительная проверка тиристора проводится с помощью тестера-омметра или цифрового мультиметра .
Переключатель цифрового мультиметра должен стоять в положении проверки диодов.
С помощью омметра или мультиметра, проверяются переходы тиристора: управляющий электрод – катод и переход анод – катод.
Сопротивление перехода тиристора, управляющий электрод – катод, должно быть в пределах 50 – 500 Ом.
В каждом случае величина этого сопротивления должна быть примерно одинакова при прямом и обратном измерении. Чем больше величина этого сопротивления, тем чувствительнее тиристор.
Другими словами, будет меньше величина тока управляющего электрода, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое состояние.
У исправного тиристора величина сопротивления перехода анод – катод, при прямом и обратном измерении, должна быть очень большой, то есть имеет «бесконечную» величину.
Положительный результат этой предварительной проверки, еще ни о чем не говорит.
Если тиристор уже стоял где то в схеме, у него может быть «прогорел» переход анод — катод. Эту неисправность тиристора мультиметром не определишь.

Основную проверку тиристора нужно проводить, используя дополнительные источники питания. В этом случае полностью проверяется работа тиристора.
Тиристор перейдет в открытое состояние в том случае, если через переход, катод – управляющий электрод, пройдет кратковременный импульс тока, достаточный для открытия тиристора.

Такой ток можно получить двумя способами:
1. Использовать основной источник питания и резистор R, как на рисунке №1.
2. Использовать дополнительный источник управляющего напряжения, как на рисунке №2.

Рассмотрим схему проверки тиристора на рисунке №1.
Можно изготовить небольшую испытательную плату, на которой разместить провода, индикаторную лампочку и кнопки переключения.

Проведем проверку тиристора при питании схемы постоянным током.

В качестве нагрузочного сопротивления и наглядного индикатора работы тиристора, применим маломощную электрическую лампочку на соответствующее напряжение.
Величина сопротивления резистора R выбирается из расчета, чтобы ток, протекающий через управляющий электрод – катод, был достаточным для включения тиристора.
Ток управления тиристором пройдет по цепи: плюс (+) – замкнутая кнопка Кн1 – замкнутая кнопка Кн2 – резистор R – управляющий электрод – катод – минус (-).
Ток управления тиристора для КУ202 по справочнику равен 0,1 ампера. В реальности, ток включения тиристора, где то 20 – 50 миллиампер и даже меньше. Возьмем 20 миллиампер, или 0,02 ампера.
Основным источником питания может быть любой выпрямитель, аккумулятор или набор батареек.
Напряжение может быть любым, от 5 до 25 вольт.
Определим сопротивление резистора R .
Возьмем для расчета источник питания U = 12 вольт.
R = U: I = 12 В: 0,02 А = 600 Ом.
Где: U – напряжение источника питания; I – ток в цепи управляющего электрода.

Величина резистора R будет равна 600 Ом.
Если напряжение источника будет, например, 24 Вольта, то соответственно R = 1200 Ом.

Схема на рисунке №1 работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристор закрыт, электрическая лампочка не горит. Схема в таком состоянии может находиться сколько угодно долго. Нажмем кнопку Кн2 и отпустим. По цепи управляющего электрода пойдет импульс тока управления. Тиристор откроется. Лампочка будет гореть, даже если будет оборвана цепь управляющего электрода.
Нажмем и отпустим кнопку Кн1. Цепь тока нагрузки, проходящего через тиристор, оборвется и тиристор закроется. Схема придет в исходное состояние.

Проверим работу тиристора в цепи переменного тока.

Вместо источника постоянного напряжения U включим переменное напряжение 12 вольт, от какого либо трансформатора (рисунок №2).

В исходном состоянии лампочка гореть не будет.
Нажмем кнопку Кн2. При нажатой кнопке лампочка горит. При отжатой кнопке — тухнет.
При этом лампочка горит «в пол – накала». Это происходит потому, что тиристор пропускает только положительную полуволну переменного напряжения.
Если вместо тиристора будем проверять симистор, например КУ208, то лампочка будет гореть в полный накал. Симистор пропускает обе полуволны переменного напряжения.

Как проверить тиристор от отдельного источника управляющего напряжения?

Вернемся к первой схеме проверки тиристора, от источника постоянного напряжения, но несколько видоизменив ее.

Смотрим рисунок №3.

В этой схеме ток управляющего электрода подается от отдельного источника. В качестве него можно использовать плоскую батарейку.
При кратковременном нажатии на кнопку Кн2, лампочка так же загорится, как и в случае на рисунке №1. Ток управляющего электрода должен быть не менее 15 – 20 миллиампер. Запирается тиристор, так же, нажатием кнопки Кн1.

4. Урок №4 — «Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод»

5. Урок №5 — «Тиристорный регулятор в зарядном устройстве»

В этих уроках, в простой и удобной форме, излагаются основные сведения по полупроводниковым приборам: динисторам и тиристорам.

Что такое динистор и тиристор, выды тиристоров и их вольт — амперные характеристики , работа динисторов и тиристоров в цепях постоянного и переменного тока, транзисторные аналоги динистора и тиристора.

А так же: способы управления электрической мощностью переменного тока, фазовый и импульсно-фазовый методы.

Каждый теоретический материал подтверждается практическими примерами.
Приводятся действующие схемы: релаксационного генератора и фиксированной кнопки, реализованных на динисторе и его транзисторном аналоге ; схема защиты от короткого замыкания в стабилизаторе напряжения и многое другое.

Особенно интересна для автолюбителей схема зарядного устройства для аккумулятора на 12 вольт на тиристорах.
Приводятся эпюры формы напряжения в рабочих точках действующих устройств управления переменным напряжением при фазовом и импульсно-фазовом методах.

Чтобы получить эти бесплатные уроки подпишитесь на рассылку, заполните форму подписки и нажмите кнопку «Подписаться».

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

снять нагрузку;
уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между катодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

Плюс от источника питания подаем на анод.
К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
- На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
- На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:

Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

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

Классификация

Принцип работы

Общие параметры тиристоров

Заключение

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦ В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

— если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
— если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
— подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов .

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды . Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208 .

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог .

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3 .
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод .

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд) , будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2 . А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4 .

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1) , вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5) .

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт . Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6) .

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

— управляющего элемента– стабилитрона КС510 , который определяет напряжение выхода;
— исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А , исполняющих роль регулятора напряжения;
— в качестве датчика перегрузки используется резистор R4 ;
— исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503 .

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1 . Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510 , величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт .
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом , включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4 . При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта .
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1 , сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта .
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн , сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт , а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3 , можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более . Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).

Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехник у, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес

Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

анод положительный вывод;
катод отрицательный вывод;
управляющий электрод G.

Принцип действия тиристора

Основное применение этого типа элементов это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность . При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

Снять сигнал с управляющего электрода;
Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.

В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.

Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.

Схема включения

Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.

К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.

После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится. Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.

Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

Типы данных электронных компонентов

Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:

динистор элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
симистор;
оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.

Симисторы

Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.

Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).

Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.

Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.

В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.

Реле или симисторы в электрических котлах отопления на основе ТЭНов

09-10-2019

Особенности электрических водонагревателей на основе ТЭНов

Больше всего электрических водонагревателей (80%) выпускается на основе ТЭНов. Это, по сути, просто чайники, в которых нагрев теплоносителя происходит по всем известному из школьного курса физики принципу – нихромовая спираль разогревается под действием электрического тока и передаёт тепло теплоносителю. А дальше нагретый теплоноситель применяется либо как вода для бытовых нужд, либо для нагрева батарей отопления. Вот собственно и вся «физика». Однако не всё так просто…

Для того чтобы сделать воду в душе нужной температуры или радиаторы отопления разогреть до комфортного уровня, нам необходимо периодически включать и выключать ТЭНы. А как это сделать? Для этого и применяются в электрических водонагревателях элементы, которые то включают, то выключают нагреватели (ТЭНы).

Особенность эксплуатации водонагревателей состоит в том, что эти выключатели должны быть рассчитаны на большое количество срабатываний. Это не просто выключатели света в комнате, которыми мы пользуемся 3-5 раза в день, когда приходим вечером. Выключатели ТЭНов должны быть рассчитаны на количество включений в 10-100 и даже 1000 раз больше. И вот мы подошли к самому главному – какие это должны быть выключатели, чтобы электро-водонагреватель (котёл) работал долго и не доставлял хлопот? Как правило, для управления ТЭНами применяются реле или симисторы.

Реле

Реле – это те же выключатели, аналогичные бытовым, которыми мы пользуемся для управления освещением в квартире. Размыкая или замыкая контакты реле под управлением регулятора температуры, мы включаем или выключаем нагрев котла. Реле есть везде, где требуется что-то включить или выключить.

Релейный способ переключения самый распространённый и дешёвый для замыкания/размыкания цепи.

Именно поэтому такой способ управления ТЭНами применяется в большинстве электрических водонагревателей. Способ, как было сказано выше, достаточно простой и дешевый, НО…

Как у любой медали есть две стороны, так и в рассматриваемом нами вопросе есть свои плюсы и минусы. И, зная их, вы сможете правильно выбрать водонагреватель.

Релейные котлы более традиционны, имеют невысокую стоимость, достаточно легко ремонтируются, однако и обладают всеми недостатками, присущими реле как способу переключения, а именно:

ограниченное количество переключений;
опасность подгорания контактов;
износ механических частей реле;
переключение сопровождается слышимым щелчком.

Поэтому выбирая котёл, где в качестве управления ТЭНами используются реле, вы должны быть готовы к возможным неприятным сюрпризам.

ТЭН

Симисторы

Симисторы – это электронные выключатели, т.е. замыкание цепи происходит не с помощью физического контакта, а электронно. В основе принципа действия симисторных устройств замыкания/размыкания электрической цепи лежит свойство полупроводниковых материалов пропускать электрический ток при подаче управляющего напряжения на один из элементов симистора. В этих устройствах отсутствует механическая часть и контакты, поэтому нет негативных последствий, присущих релейным устройствам.

Преимущества симисторных приборов:

переключение происходит абсолютно бесшумно;
отсутствуют контакты, соответственно не может быть подгорания;
отсутствуют механические части и как следствие их износ:
неограниченный срок службы.

Минусы:

более высокая стоимость, чем у релейных;
меньшее распространение;
устройства, в состав которых входят симисторы сложнее и стоят дороже, чем релейные.

Решение от компании БАСТИОН – электрический котёл револьверного типа с симисторным управлением и модуляцией мощности Teplodom i—TRM Silver

В компании БАСТИОН реализован инновационный подход к управлению ТЭНами в электрических котлах. В качестве устройства включения/отключения применяются симисторы, управляемые с помощью микропроцессора.

Такое сочетание даёт возможность не только максимально использовать все преимущества симисторного управления, но и за счёт применённых математических алгоритмов сделать электрический котёл по-настоящему интеллектуальным.

В котлах Teplodom i—TRM Silver в полной мере используются возможности электронного симисторного управления ТЭНами. Важным преимуществом симистора является короткое время включения/выключения – оно может достигать долей секунды, за счёт этого обеспечивается постепенный прогрев ТЭНов перед выводом их на максимальную мощность.

Симисторные устройства имеют неограниченный период эксплуатации и практически не имеют недостатков.

Симисторные устройства управления мощностью, наряду с другими инновациями, применяемыми в бытовых котлах серии Teplodom i-TRM, сделали продукцию компании БАСТИОН вне конкуренции на рынке отопительных приборов нового поколения.

Товары из статьи

Тех. поддержка

Бастион в соц. сетях

Канал Бастион на YouTube

Автоматический выключатель чайника

Автоматический выключатель чайника

Современные электрические чайники автоматически отключаются от сети, когда в них закипает вода. Подобный сервис можно ввести и в обычный электрочайник, если дополнить его несложным устройством, о котором рассказывается в этой статье. В качестве датчика закипания воды используется несложное устройство (рис. 1), состоящее из гибкой трубки и термочувствительного элемента, помещенного внутри нее с одной стороны.

Другой стороной трубка вставлена в отверстие в крышке чайника таким образом, чтобы нагретый воздух и пар попадали в нее. В момент закипания воды возрастает их поток внутри трубки, что и фиксируется термочувствительным элементом. В качестве термочувствительного элемента использован германиевый диод VD1 (рис. 2) с его сильной зависимостью обратного тока от температуры нагрева.

При холодном корпусе диода его обратный ток мал и триггер, собранный на транзисторах VT1 — VT3, находится в исходном состоянии, при котором транзистор VT1 закрыт, a VT2 и VT3 — открыты. Открытое состояние транзистора VT3 вызывает отпирание симистора VS1, в результате чего нагревательный элемент чайника подключается к сети. При закипании воды температура внутри трубки повышается, что приводит к увеличению обратного тока диода VD1, в результате транзистор VT1 открывается и триггер переходит в противоположное состояние — транзистор VT1 открыт, а VT2 и VT3 — закрыты. Это приводит к запиранию симистора VS1 и отключению чайника от сети. Для повторного включения необходимо выключить устройство на 5… 10 с и снова включить его. Конденсатор С1 подавляет возможные помехи в цепи датчика температуры, а также обеспечивает правильную установку триггера при включении питания.

Датчик выполнен из гибкой толстостенной трубки из изоляционного материала, она имеет длину 120…150 мм и внутренний диаметр б…8 мм. Одной стороной трубка вставлена в слегка увеличенное отверстие в крышке чайника, предназначенное для выхода пара. Диод VD1 с предварительно припаянными проводами для герметизации окунают в эпоксидную смолу и, после ее затвердевания, закрепляют внутри трубки на расстоянии 15…20 мм от ее противоположной стороны (например, приклеивают к стенке). Проводники, идущие от диода, желательно свить. Диаметр трубки должен обеспечивать свободный проход пара через трубку при установленном в нее диоде. Возможны и другие варианты установки датчика, однако необходимо убедиться в том, что он срабатывает только после полного закипания воды (контролируют по изменению обратного тока диода). Диод VD1 должен быть германиевым, например, из серии Д2 или Д9 с любым буквенным индексом. Допустимая мощность нагрузки определяется примененным симистором VS1 — для устройства по приводимой схеме в случае установки симистора на радиатор она составляет 1100 Вт. При необходимости можно применить более мощный симистор, при этом, вероятно, придется подобрать резистор R4 в соответствии с управляющим током симистора, а также заменить транзистор VT3 на более мощный. Резисторы и конденсаторы могут быть любого типа.

Устройство собрано в небольшом корпусе из изоляционного материала. При его регулировании следует, плавно перемещая движок резистора R1 из крайнего нижнего (по схеме) положения, добиться срабатывания включения нагрузки. После этого движок резистора немного перемещают в обратном направлении. Целесообразно также проверить ток через стабилитрон VD2, который при открытом транзисторе VT3 должен быть 25…35 мА. Окончательно порог срабатывания регулируют по моменту выключения нагрузки при закипании воды. Уровень воды при эксплуатации должен обеспечивать перекрытие отверстий, соединяющих основной резервуар чайника с его носиком.

Необходимо помнить, что все элементы устройства находятся под напряжением сети, поэтому элементы цепи датчика и устройства в целом должны иметь надежную изоляцию. Нужно также соблюдать технику безопасности при налаживании устройства. Подробнее…

Радио №6, 1999
В. Зайцев
г. Санкт-Петербург
Источник: shems.h2.ru

динистор | Электрознайка. Домашний Электромастер.

♦Динистор и тиристор в цепях постоянного тока.

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод), это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод), это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр, то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U < Uпр), если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

— если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0;
— если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд.
— подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦   Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн, через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦   При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2.
♦   При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом, не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н.
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт, что не всегда возможно и удобно.

Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды. Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн.
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется».
Загорается лампочка по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго.
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн. При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается». Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208.

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог.

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3.
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод.

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд), будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2. А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4.

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1), вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5).

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт. Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6).

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер, сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

— управляющего элемента– стабилитрона КС510, который определяет напряжение выхода;
— исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А, исполняющих роль регулятора напряжения;
— в качестве датчика перегрузки используется резистор R4;
— исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503.

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1. Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510, величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт.
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом, включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4. При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта.
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1, сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта.
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн, сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт, а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3, можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более. Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

/span

Симисторных цепей

Изучив этот раздел, вы сможете:
Распознать типичные пакеты симисторов:
Изучите типичную диаграмму характеристик симистора.
Понимание функции квадрантов при срабатывании симисторов:
Разберитесь в основных принципах работы опто-симисторов.
Разберитесь в работе диак.
Ознакомьтесь с методами и ограничениями при испытании тиристоров вне схемы.
Меры безопасности при использовании устройств среднего и высокого напряжения.

Симистор

Рис. 6.3.1 Пакеты симисторов

На рис. 6.3.1 показаны некоторые типичные корпуса симистора вместе с условным обозначением схемы для симистора. Симистор представляет собой двунаправленный тиристор, аналогичный по работе двум тиристорам, соединенным в обратную параллель, но использующим общий затвор.Таким образом, симистор может проводить и управлять как во время положительного, так и отрицательного полупериода сигнала сети. Однако вместо положительных анодных и отрицательных катодных соединений основные токоведущие соединения симистора обычно обозначаются как MT1 и MT2, обозначающие главные клеммы 1 и 2 (хотя могут использоваться и другие буквы), поскольку любой вывод может быть положительным или отрицательным. Симистор может быть приведен в действие током, подаваемым на клемму затвора (G). После срабатывания симистор будет продолжать проводить до тех пор, пока основной ток не упадет ниже порога удержания тока, близкого к нулю.

Рис. 6.3.2 Характеристики симистора

На рис. 6.3.2 показаны основные характеристики симистора.
В _BO — это максимальное прямое или обратное напряжение, которое симистор может выдержать, прежде чем он перейдет в неконтролируемую проводимость.
В _DRM — это максимальное повторяющееся пиковое напряжение (обычно максимальное пиковое напряжение приложенной волны переменного тока), которое может надежно выдерживаться.
В _GT — это диапазон напряжений затвора, при которых запускается проводимость.
I _L — это минимальный ток, при котором симистор будет фиксироваться и продолжать проводить после снятия напряжения срабатывания затвора.
I _H — это минимальный ток удержания, ниже которого проводящий симистор перестанет проводить.

Рис. 6.3.3 Квадранты симистора

Квадранты симистора

Поскольку стробирующий ток или импульс, используемые для запуска симистора, могут применяться, пока вывод MT2 является положительным или отрицательным, а стробирующий ток или импульс также могут быть положительными или отрицательными, существует четыре различных способа запуска симистора.Их обычно называют «Квадрантами», как показано на Рис. 6.3.3

Большинство симисторов могут срабатывать в любом из четырех квадрантов, и два из четырех возможных квадрантов необходимы для запуска проводимости в течение двух (положительного и отрицательного) полупериодов переменного тока. Квадранты I и III или квадранты II и III являются предпочтительными методами запуска, поскольку квадрант IV гораздо менее чувствителен к запуску из-за способа построения диака. Таким образом, если квадрант IV используется с любым из трех других квадрантов, для положительных и отрицательных полупериодов потребуются разные значения тока запуска, что создает ненужные сложности.Также, если симистор срабатывает в квадранте IV, его способность обрабатывать любые быстрые изменения тока (δI / δt) снижается, что делает симистор более восприимчивым к повреждениям в результате таких событий, как случайные сильные всплески тока и неизбежные высокие пусковые токи при использовании ламп накаливания. включены.

Важной целью многих современных разработок является борьба с потенциально опасными скачками напряжения и снижение склонности симистора к повторному срабатыванию во время выключенной части цикла. Это происходит во время каждого цикла переменного тока между моментом, когда ток падает ниже тока удержания тиристора, и до следующего импульса запуска.Хотя обычно это не проблема, когда симистор управляет резистивной нагрузкой, такой как лампа накаливания, при использовании с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, напряжение нагрузки и ток нагрузки, скорее всего, не будут «синфазны» друг с другом, поэтому напряжение может фактически быть около своего пикового значения, когда ток падает до нуля (как описано здесь), вызывая большое и быстрое изменение напряжения на симисторе, которое может привести к немедленному повторному запуску симистора и, таким образом, повторному включению, так что управление будет потеряно.

Стандартные симисторы

использовались для управления переменным током в течение многих лет, но за это время диапазон различных конструкций симисторов значительно увеличился.Современные конструкции симисторов, такие как симисторы 3Q HIGH-COM (3 квадранта, высокая коммутация) от NXP / WeEn и симисторы Snubberless _TM от ST Microelectronics, имеют множество преимуществ, таких как улучшенная производительность, меньшее количество ложных срабатываний, удобство использования как с резистивными, так и с индуктивными нагрузками и улучшенные возможности выключения без необходимости использования дополнительных схем, таких как демпферы. Дополнительное согласование входов также является особенностью некоторых конструкций, включая согласование стробирующих импульсов, таких как детекторы пересечения нуля, входы логического уровня и т.

Поскольку многие функции управления теперь выполняются с использованием микропроцессоров и / или логических схем, существует также много симисторов, которые принимают логические сигналы для запуска, а не полагаются исключительно на традиционные методы управления фазой. Одним из таких симисторов является симистор 6073A Sensitive Gate от ON Semiconductor, который используется в демонстрационной схеме низкого напряжения в модуле тиристоров 6.4.

Рис 6.3.4. Опто-симистор

Опто-симистор

Материалы, используемые при производстве симисторов и тиристоров, как и любого полупроводникового прибора, светочувствительны.Их проводимость изменяется при наличии света; поэтому они обычно упаковываются в маленькие кусочки черного пластика. Однако, если в комплект входит светодиод, он может включать выход высоковольтного устройства в ответ на очень небольшой входной ток через светодиод. Это принцип, используемый в опто-симисторах и опто-тиристорах, которые легко доступны в форме интегральных схем (ИС) и не нуждаются в очень сложных схемах, чтобы заставить их работать. Просто подайте небольшой импульс в нужное время, чтобы загорелся встроенный светодиод, и питание будет включено.Основным преимуществом этих оптически активируемых устройств является превосходная изоляция (обычно несколько тысяч вольт) между цепями малой и высокой мощности. Это обеспечивает безопасную изоляцию между цепью управления низкого напряжения и высоковольтным выходом высокого тока. Хотя выходной ток опто-симисторов обычно ограничен десятками миллиампер, они обеспечивают полезный интерфейс, когда выход используется для запуска симистора высокой мощности от опто-симистора низкого напряжения.

Diac

Фиг.6.3.5 DB3 Diac & Обозначение цепи

Диак представляет собой двунаправленный триггерный диод (см. Рис. 6.3.5), который в течение многих лет использовался в качестве основного триггерного компонента для стандартных симисторов. Он блокирует ток, когда приложенное к нему напряжение меньше его потенциала разрыва V _BO (см. Рис. 6.3.6), но проводит сильную проводимость, когда приложенное напряжение равно V _BO. Однако, в отличие от других диодов, которые проводят только в одном направлении, диак имеет одинаковое разрывное перенапряжение как в положительном, так и в отрицательном направлении.Как только напряжение переменного тока, приложенное к диакритическому контроллеру, достигает либо + V _BO, либо -V _BO, генерируется положительный или отрицательный импульс тока. Потенциал отключения для диаек обычно составляет от 30 до 40 вольт. Это действие делает диаки особенно полезными при запуске симисторов в цепях управления переменным током из-за его способности запускать симистор во время положительного или отрицательного полупериода сигнала сети (линии). Его схемное обозначение (показанное на рис. 6.3.5) аналогично символу симистора, но без клеммы затвора.

Рис. 6.3.6 Типичные характеристики диафрагмы.

Характеристики Diac, показанные на рис. 6.3.6, показывают, что при напряжениях ниже V _BO диак имеет высокое сопротивление (характеристическая кривая почти горизонтальна, что указывает на то, что протекает только небольшой ток утечки в несколько мкА, но как только достигается + V _BO или -V _BO, диак показывает отрицательное сопротивление. Обычно закон Ома гласит, что увеличение тока через компонент с фиксированным значением сопротивления вызывает увеличение напряжения на этом компоненте. ; однако здесь происходит обратный эффект, диак показывает отрицательное сопротивление при размыкании, где ток резко увеличивается, хотя напряжение на самом деле уменьшается.Режим отрицательного сопротивления длится примерно 2 мкс, за это время прямое напряжение упадет примерно до 5 В и диак будет пропускать ток 10 мА. Это действие достаточно (хотя и не совсем) симметрично в положительной (+ V) или отрицательной областях характеристик.

Рис 6.3.7. Симистор с внутренним запуском (Quadrac)

Симистор с внутренним запуском (Quadrac)

Поставщики компонентов предлагают гораздо меньше типов диакритических сигналов, чем симисторов.Также легче выбрать идеальный диак для срабатывания конкретного симистора, когда он уже встроен в комплект. Так обстоит дело с «квадрактом» или симистором с внутренним запуском, показанным на рис. 6.3.7. Эти устройства также уменьшают количество компонентов и пространство на печатной плате.

Чувствительные затворные симисторы

Симисторы

, для запуска которых требуется диак, имеют недостаток для многих современных низковольтных приложений. Напряжение, необходимое диакритическому контроллеру для создания запускающего импульса, должно быть, по крайней мере, равным или большим, чем его потенциал отключения (В _BO), и оно составляет около 30 В или более.Однако доступны симисторы — чувствительные затворные симисторы, которые могут срабатывать гораздо более низкими напряжениями в диапазоне устройств TTL, HTL, CMOS и OP AMP, а также микропроцессорных выходов.

Демонстрационная схема управления чувствительным затворным симистором показана в тиристорном модуле 6.4.

Проверка тиристоров, симисторов и диодов.

В Интернете есть множество страниц, на которых предлагаются методы тестирования тиристоров и симисторов с помощью мультиметра. В основном они включают в себя проверку сопротивления тестируемого устройства, чтобы убедиться, есть ли в нем разомкнутая цепь.Измерение сопротивления между анодом и катодом SCR или между двумя основными выводами симистора должно указывать на очень высокое сопротивление при измерении в любом направлении путем перестановки щупов измерителя.

В обоих тестах измеритель должен регистрировать сопротивления вне диапазона (обычно обозначаемые отображением на дисплее «1» или «OL»), также называемые бесконечным или бесконечным сопротивлением. Аналогичные испытания сопротивления могут быть выполнены путем измерения сопротивления, опять же в обоих направлениях, между затвором SCR и его катодом или затвором и MT1 на симисторе, и они должны указывать на гораздо более низкое сопротивление, но не на нулевое сопротивление.

Если какой-либо из этих четырех тестов дает показание 0 Ом, можно предположить, что компонент неисправен; однако, если результаты не показывают неисправностей, это только ВЕРОЯТНО означает, что с компонентом все в порядке. Испытания сопротивления этих высоковольтных компонентов имеют ограниченное применение, и на них можно положиться только как на простое руководство; они не показывают, что устройство будет запускаться при правильном напряжении или что ток удержания правильный. SCR и симисторы обычно работают при сетевом (линейном) напряжении, и когда они выходят из строя, результаты могут быть драматичными.По крайней мере, резкое сгорание предохранителя будет обычным результатом короткого замыкания тиристора или симистора. Однако вполне возможно, что эти устройства неисправны и не показывают никаких признаков неисправности при проверке омметром. Они могут казаться нормальными при низком напряжении, используемом в тестовых счетчиках, но все равно выходят из строя в условиях сетевого напряжения. Компоненты высокого напряжения, такие как тиристоры и симисторы, также могут быть повреждены из-за невидимых скачков напряжения или перегрузки по току.

Обычным методом тестирования оборудования, использующего тиристоры или симисторы, является проверка напряжений и форм сигналов, если цепь работает, или замена подозрительной части при повреждении (например,грамм. перегоревшие предохранители). Во многих случаях компоненты в источниках питания или схемах управления высоким напряжением производимого оборудования будут обозначены как «критически важные для безопасности компоненты» и должны заменяться только с использованием методов и компонентов, рекомендованных производителем. Производители обычно указывают полные «комплекты для обслуживания» нескольких полупроводниковых устройств и, возможно, других связанных компонентов, все из которых должны быть заменены, поскольку отказ одного устройства управления мощностью может легко повредить другие компоненты, что не всегда очевидно. на момент ремонта.

ЛЮБЫЕ РАБОТЫ НА СЕТЕВЫХ ЦЕПЯХ ДОЛЖНЫ ВЫПОЛНЯТЬСЯ ПРИ ПОЛНОСТЬЮ ОТКЛЮЧЕНИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ. ТАКЖЕ ЛЮБЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА (например, КОНДЕНСАТОРЫ) ДОЛЖНЫ БЫТЬ РАЗРЯЖЕНЫ, ЕСЛИ ЭТО АБСОЛЮТНО НЕИЗБЕЖНО.

Если вы не прошли обучение безопасным методам работы, которые необходимы для работы с этими типами цепей, НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТО! Эти схемы могут убить!

Тиристоры для чайников / Sudo Null IT News

Добрый вечер, Хабр.Поговорим о таком устройстве, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно отнести к электронным ключам. Но у тиристора есть одна особенность, он не может перейти в замкнутое состояние, в отличие от обычного ключа. Поэтому его обычно можно найти под именем — не полностью управляемый ключ.

На рисунке показан тиристор в обычном виде. Он состоит из четырех переменных типов электропроводности полупроводниковых областей и имеет три выхода: анод, катод и управляющий электрод.
Анод контактирует с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Здесь вы можете обновить память перехода pn.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. На самом деле все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динистором (соответственно, у него только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами называется триодом или тетродом. Также существуют тиристоры с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей.Один из самых интересных — симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип действия

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

В связи с этим рисунком крайние области можно назвать эмиттерными, а центральный переход — коллекторными.
Чтобы понять, как работает тиристор, взгляните на вольт-амперную характеристику.

На анод тиристора подавалось небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторные переходы — в обратном. (на самом деле все напряжение будет на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви диодной характеристики. Этот режим можно назвать режимом закрытого состояния тиристора.
По мере увеличения анодного напряжения основные носители вводятся в базовую область, тем самым накапливая электроны и дырки, что эквивалентно разности потенциалов на коллекторном переходе.С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (график 1-2).
После этого все три перехода будут смещены в прямом направлении, тем самым переведя тиристор в открытое состояние (график 2-3).
Тиристор будет оставаться в открытом состоянии до тех пор, пока коллекторный переход не будет смещен в прямом направлении.Если ток тиристора уменьшить, то количество неравновесных носителей в базовых областях уменьшится в результате рекомбинации, а коллекторный переход будет смещен в обратном направлении, и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При повторном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогична характеристикам двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение в этом случае будет ограничено напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Виток — на напряжении — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный открытый ток.
5. Обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении.
6. Максимальный управляющий ток электрода
7. Время задержки включения / выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре имеется положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор не является полностью управляющим ключом. То есть, перейдя в открытое состояние, он остается в нем, даже если он прекращает подавать сигнал на управляющий переход, если ток подается выше определенного значения, т.е.е., ток удержания.

Источники:
en.wikipedia.org
electricschool.info

Как работает симистор? — Полное иллюстрированное руководство — Умные решения для дома

Симистор — это полупроводниковый компонент, который можно рассматривать как переключатель. Используя слабый сигнал микроконтроллера, вы можете контролировать сетевое напряжение. Однако напрямую это сделать нельзя. Вам нужно промежуточное устройство, чтобы иметь возможность управлять симистором и отделить его от микроконтроллера.

Симистор — основной элемент SSR. Там уже встроены все компоненты для управления и разделения. Если вы хотите использовать его сами, вам нужно его добавить. Но благодаря этому вы получаете наиболее универсальный способ управления сетью переменного тока и, во многих случаях, лучшее решение, чем EMR или SSR.

Конструкция симистора

Бытует мнение, что симисторы — очень сложные устройства. Нет, это не так Я постараюсь разрушить этот миф раз и навсегда. В этой главе мы заглянем внутрь и посмотрим, из чего сделан симистор.

Я бы не хотел углубляться в физику. Я предполагаю, что вас больше интересует, как использовать это в реальном проекте. Не то, как устроены полупроводниковые структуры. Тем не менее, позвольте мне хотя бы немного обрисовать тему, чтобы этот пост был законченным.

Чтобы лучше это объяснить, ответим на вопросы: «что такое…»

Диод

— одно из самых простых полупроводниковых устройств. Он пропускает ток только в одном направлении.

Тиристор (SCR)

Тиристор — это более и менее диод с управляемым затвором.В зависимости от состояния ворот диод ведет себя как классический диод или полностью блокирует ток.

Симистор

Симистор — это, по сути, два тиристора, соединенных друг с другом с помощью общего затвора. Это позволяет управлять током в обоих направлениях.

Симисторы

выпускаются в самых разных упаковках. У всех есть три терминала: MT1, MT2, GATE и встроенный радиатор.

Прежде чем куда-то прикручивать, прочтите документацию! Радиатор можно внутренне подключить к одной из клемм.В этом случае вы должны относиться к нему так, как если бы он находился под высоким напряжением.

Как работает симистор?

Чтобы лучше объяснить, как работает симистор, я подготовил эту простую схему. Это базовая схема, которая позволяет управлять высоким током нагрузки с помощью небольшого тока «затвора» с помощью переключателя. Он может быть небольшим, потому что через него будет протекать очень низкий ток (мА).

Однако! Низкий ток не означает низкое напряжение! Этот переключатель находится под высоким напряжением! Когда он закрыт, через него проходит 230 (или 120) В переменного тока!

Хотя ток может течь в обоих направлениях через клеммы MT1 и MT2, они не взаимозаменяемы .
Чтобы правильно запустить симистор, вы должны подать напряжение на затвор с клеммы MT2. Это тот, на противоположной стороне, к которой нарисованы Врата на символе.

Симистор

, как и тиристор, имеет интересную особенность. Его можно выключить только тогда, когда ток, протекающий через клеммы, упадет до значения, близкого к нулю.

Из этого следуют две вещи:

Симистор не подходит для управления постоянным током. В постоянном токе напряжение и, конечно же, ток никогда не опускаются до нуля.Вы можете включить нагрузку, но нет возможности выключить ее.
Для срабатывания симистора (в том числе и классического SSR) вам понадобится всего лишь короткий импульс. В случае переменного тока вы должны периодически запускать его, потому что напряжение падает до нуля каждые 10 мс (или 8 мс).

Применение симистора

Я представлю вам две версии схемы в зависимости от ваших потребностей. Вы можете использовать простую или более сложную версию.

Простая версия схемы

Если вы хотите просто включить / выключить цепь нагрузки и не собираетесь регулировать мощность, то этой версии вам достаточно.

Как вы, наверное, сразу заметите, эта схема не сильно отличается от внутренней конструкции SSR (статья о SSR). Вы можете рассматривать его как сделанную самим собой версию твердотельного реле 🙂

На две вещи, на которые хотелось бы обратить ваше внимание:

Если вы используете опто-симистор со встроенным детектором пересечения нуля (например, MOC3041), имейте в виду, что, как и в случае SSR со встроенным ZCD, задержка включения может составлять до 10 мс. (при 50 Гц).
Если вы хотите контролировать индуктивную нагрузку (например,г., мотор) добавить «Демпфер». Эта схема подавляет внезапное повышение напряжения при выключении симистора. В определенных условиях это может привести к самостоятельному включению симистора. Если у вас есть время и вы хотите узнать больше по этой теме, я рекомендую Примечание по применению от ST.

Более сложная версия

Теперь мы откроем для себя только самые важные преимущества симистора. Используя эту версию схемы, вы имеете полную свободу выбора типа управления (подробнее об этих типах я напишу в своей статье Как управлять переменным напряжением с помощью микроконтроллера? ).

Управление ВКЛ / ВЫКЛ — как в простой версии, электромагнитные реле и твердотельные реле.
Phase Control
Cycle Control

Чтобы в полной мере использовать возможности симистора, мы должны добавить еще один элемент в нашу схему: наш собственный детектор нулевого пересечения. В отличие от схемы, встроенной в опто-симистор, эта версия является ручной. Он только дает нам информацию о моменте, когда сеть переменного тока достигает нулевого напряжения. Что мы будем с ним делать, это наше дело, у нас полная свобода.

Детектор нулевого пересечения

ZCD необходим для синхронизации момента включения симистора. В случае управления ВКЛ / ВЫКЛ и Cycle Control он всегда будет как можно ближе к нулю. В случае Phase Control нам нужно будет добавить некоторую задержку.

Некоторые практические советы

Вместо оптрона с двумя светодиодами для выпрямления напряжения можно использовать мост Гретца. Подробнее об этих двух методах я писал в статье «Как определить напряжение сети переменного тока с помощью микроконтроллера».
В идеальном мире момент включения всегда был бы идеально нулевым. К сожалению, мы не живем в этом, поэтому всегда будет некоторая задержка. Свернуть это хорошо, но не стоит сходить с ума 🙂

Как это сделать?

Увеличение тока на входе оптопары приведет к более быстрому включению светодиода. На схеме это 200 кОм, он ограничивает ток примерно до 1 мА (при 230 В переменного тока). Этого значения достаточно для работы оптрона, но вызывает некоторую задержку.Максимальный ток светодиода вы найдете в документации к конкретной модели. Например, давайте посчитаем, какие значения имели бы резисторы, если бы мы хотели увеличить ток до 10 мА.

Конечно, вы нигде не найдете резистор 23 кОм. В этом случае выберите ближайший, например, 24 кОм. Или вы можете выбрать два резистора и сложить их сопротивление. Использование двух резисторов имеет еще одно преимущество: напряжение и мощность распределяются пропорционально. В моем примере я выберу два резистора по 12 кОм.

Рассчитаем новые значения силы тока и мощности.

Не пропускайте этот шаг. Если вы выберете неправильные резисторы, они сгорят!

Малые резисторы THT или SMD обычно имеют мощность 0,25 Вт. Таким образом, даже при использовании двух средств они должны выдерживать не менее 1,1 Вт каждый. Не забывайте всегда иметь буфер. Я рекомендую вам использовать два резистора по 2Вт.

Уменьшение подтягивающего резистора на выходе оптопары также приведет к более быстрому отклику. За счет уменьшения тока, протекающего в коллектор, он откроется раньше.Повышение устойчивости, например, к 50 кОм.
Третий совет коснется программной части. Я не знаю, какой микроконтроллер вы используете для этого проекта, но это не имеет значения. Каждый Arduino (ATMega), ESP, STM, PIC, Raspberry Pi выполнит свою работу. Каждый из них может генерировать внешнее прерывание с нарастающим или спадающим фронтом.

До и после изменений график выглядит следующим образом:

Окончательная схема

В этой версии я использовал другой тип Optotriac.Вместо MOC3041 я использовал MOC3021. Он не имеет встроенного блока ZCD. Я позаботился об этом самостоятельно, поэтому мне это не нужно 🙂 Кроме того, если бы я хотел использовать управление фазой, это было бы невозможно. Остальная часть схемы должна быть ясной. Помните, что MT1 и MT2 не взаимозаменяемы!

Преимущества

Нет движущихся частей (т.е. срок службы почти бесконечен).
Намного быстрее, чем электромагнитное реле.
Очень универсальный (можно выбрать любой метод управления).
При переключении не возникают помехи (если вы все делаете правильно).
Искры отсутствуют.
Низкое энергопотребление в цепи управления.
Не издает звуков.

Недостатки

Он никогда не открывается полностью (как EMR). Таким образом, он имеет некоторый ток утечки (мкА).
Более высокое сопротивление, когда симистор закрыт, вызывает его нагрев.
Работает только с AC.
Невозможно подключиться напрямую к GPIO.
Сложнее в использовании, чем SSR и EMR.

Симистор — сводка

Из этой статьи вы узнали, насколько универсальным устройством является симистор.Добавив в свой проект несколько дополнительных компонентов, вы можете настроить его в точном соответствии со своими потребностями. Вы можете использовать его вместо классического реле или выбрать более сложный метод управления, такой как контроль фазы или цикла.

Статьи по теме

Я занимаюсь Умным домом пару…

Как управлять переменным напряжением с помощью микроконтроллера?

Для управления напряжением переменного тока (обычно сети переменного тока) с помощью микроконтроллера,…

Как Умный дом экономит электроэнергию? — Примеры из реальной жизни

Хотите уменьшить свои счета на 30 -…

Почему симисторы в цепи создают мерцание или шум в нагрузке и как это минимизировать?

Шум генерируется во всех полупроводниковых приборах, включая симисторы.Симисторы используются в таких приложениях переключения мощности, как цепи управления инвертором или двигателем. Симисторы и тиристоры (кремниевые выпрямители или тиристоры) используются в приложениях переключения мощности, поскольку они могут выдерживать высокие напряжения и токи.

Типовая схема применения симистора показана на рис. 1. В основном симистор имеет два тиристора: один проводит в течение положительного полупериода входного напряжения, а другой — во время отрицательного полупериода. Когда терминал затвора срабатывает, ток может течь либо от МТ1 к МТ2, либо от МТ2 к МТ1.

Рисунок 1: Типичная прикладная схема переключения симистора

Напряжение запуска (VGT), приложенное к клемме затвора, может быть положительным или отрицательным по отношению к MT2. Но они не срабатывают симметрично, вызывая различия в положительных и отрицательных полупериодах выхода. Это приводит к высокоуровневым гармоникам, вызывающим шум, и вызывает электромагнитные помехи (EMI) в цепи.

Цепи переключения симистора

более подвержены шуму, потому что при включении нагрузки ток внезапно возрастает от нуля до максимального значения, создавая всплеск электрических импульсов, вызывающих радиочастотные помехи (RFI).Чем больше ток нагрузки, тем хуже будут помехи.

В электрически зашумленной среде может произойти ложное срабатывание затвора, если шумовое напряжение на затворе превышает VGT и протекает достаточно тока затвора, чтобы инициировать регенеративное действие внутри симистора.

Гармоники достаточно сильны, чтобы вызывать сбои и ошибки в чувствительных электронных устройствах, таких как компьютеры. Небольшой шум, создаваемый в линиях электропередач ПК, может создавать проблемы самым непредсказуемым образом.

Некоторые способы минимизировать шум в цепи симистора:

Делайте соединения затвора как можно короче.Если они жестко смонтированы, вы можете использовать витую пару или даже экранированные кабели, чтобы свести к минимуму наводки.
Добавьте подходящий резистор между затвором и MT1, чтобы снизить чувствительность затвора.
Установите корпус симистора с выводами на печатную плату или шкаф, чтобы устранить любой шум, вызывающий вибрацию.
Установите диак на затвор симистора для более чистого переключения.
Используйте демпферную цепь RC между MT1 и MT2, чтобы предотвратить преждевременное срабатывание, вызванное скачками напряжения в источнике переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели.6. Используйте вентильный фильтр, чтобы уменьшить шум, исходящий от сети переменного тока.

% PDF-1.3 % 1 0 obj > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > / Parent 3 0 R / Type / Page / Contents 4 0 R / Tabs / S / Resources> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.32 841.92] / StructParents 4 / Annots [11 0 R 12 0 R 13 0 R 14 0 R 15 0 R 16 0 R 17 0 R 18 0 R 19 0 R 20 0 R 21 0 R 22 0 R 23 0 R 24 0 R 25 0 R 26 0 R 27 0 R 28 0 R 29 0 R 30 0 R 31 0 R 32 0 R] / Повернуть 0 >> эндобдж 33 0 объект > / Parent 3 0 R / Type / Page / Contents 34 0 R / Tabs / S / Resources> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.32 841.92] / StructParents 27 / Аннотации [35 0 R 36 0 R 37 0 R 38 0 R] / Повернуть 0 >> эндобдж 39 0 объект > / Parent 3 0 R / Type / Page / Contents 40 0 R / Tabs / S / Resources> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.32 841.92] / StructParents 32 / Аннотации [42 0 R 43 0 R 44 0 R 45 0 R 46 0 R 47 0 R 48 0 R 49 0 R 50 0 R 51 0 R 52 0 R 53 0 R 54 0 R] / Повернуть 0 >> эндобдж 55 0 объект > / Parent 3 0 R / Type / Page / Contents 56 0 R / Tabs / S / Resources> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.32 841.92] / StructParents 46 / Аннотации [60 0 R 61 0 R] / Повернуть 0 >> эндобдж 57 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / Subtype / Form / BBox [0 0 478. lJI, ecC8 =] L 葩

Метод № 1,571 для отсутствия затемнения EL панель: TRIAC

Итак, не отставая от моей недавно возродившейся одержимости затемнением моей панели EL, я решил попробовать затемнение с помощью TRIAC.

Не сработало.

Прежде чем говорить о том, почему это не сработало, давайте поговорим о том, как это работает.

TRIAC

— это триоды для переменного тока, что означает, что они электрически управляемые переключатели для переменного тока. Раньше я использовал TRIAC в своих очках EL Wire, где они включали и выключали провод EL в такт звуковой дорожки.

В этом случае я переключал их довольно медленно по сравнению с частотой сигнала переменного тока, идущего на провод.Они действовали как переключатель «все или ничего». Они либо предоставили сигнал переменного тока во всей красе, либо ничего не предоставили. Если вы сообразительны, то можно заставить TRIAC передавать измененную форму волны переменного тока, но для этого вам нужно немного больше понять, как работают TRIAC.

Итак, я не собираюсь вдаваться в подробности работы TRIAC, но я расскажу вам, как он ведет себя в цепи. ТРИАК выглядит так:

Имеет три терминала. Основное изложение состоит в том, что, когда ток выводится из затвора или проталкивается в него (G), TRIAC включается и позволяет току свободно течь от A к B или от B к A.Учитывая это, вы можете предположить, что TRIAC выключится, как только вы остановите прохождение тока через G. Вы ошибаетесь.

TRIAC

действительно полезны только для переменного тока, потому что при сигнале постоянного тока они не выключатся, что бы вы ни делали с воротами. TRIAC выключится только после того, как ток через него упадет до нуля (или ниже некоторого порога, близкого к нулю).

Хотя это может показаться раздражающей и произвольной неудачей, на самом деле это удобно для ослабления сигнала переменного тока.

Итак, предположим, у вас есть ваш TRIAC, настроенный в такой схеме:

Я нарисовал источник тока на затворе, чтобы мы могли игнорировать детали того, какая разность потенциалов требуется для генерации этого тока.

Предполагая, что источник тока включен, TRIAC будет полностью проводящим и будет действовать как провод. Можно ожидать, что синусоидальная форма волны напряжения на резисторе будет генерировать синфазный синусоидальный ток. Осциллограммы тока и мощности резистора могут выглядеть примерно так:

Помня об этой мощности, мгновенная мощность будет выглядеть как синусоидальная волна, которая полностью положительна.Если вы возьмете площадь под этой кривой, у вас есть единица измерения мощности и времени — энергия. Возьмите Энергию и разделите ее на время, и вы получите среднюю мощность, которая представлена здесь красным пунктиром.

Итак, предположим, вы создали действительно умный переключатель и поместили его между своим TRIAC и текущим приемником:

Этот переключатель является умным, потому что он следит за переходами через ноль сигнала переменного тока и замыкается только на короткое время через фиксированный промежуток времени после перехода через ноль.

Имейте в виду, что переключатель замыкается только на очень короткий момент, когда вы видите зеленую точку. Все остальное время он остается открытым.

Таким образом, каждый полупериод коммутатор ожидает перехода через нуль. Как только он видит пересечение нуля, он запускает короткий таймер, а когда этот таймер заканчивается, он на мгновение закрывается. Таймер может быть от нуля до T / 2 секунды. Если он длиннее, чем T / 2, у него не будет шанса закрываться до следующего пересечения нуля.

Итак, как выглядят результирующие кривые тока и мощности? Имейте в виду, что TRIAC не будет проводить ток, пока он не получит импульс затвора от переключателя, в этот момент он будет проводить, пока ток через него не станет нулевым.

С этим изменением площадь под кривой мощности уменьшается. Эта уменьшенная площадь означает более низкую среднюю мощность (снова обозначена красным). Если вы сделаете таймер на переключателе длиннее, вы получите меньше энергии, подаваемой на нагрузку, а если вы сделаете его короче (или нулевым), вы получите больше.

Итак, это довольно уродливая форма сигнала для подачи на любое сложное оборудование, но если все, о чем вы беспокоитесь, — это подача энергии на чисто резистивную нагрузку (например, вольфрамовую лампочку), тогда это отлично работает.

Еще одна крутая вещь заключается в том, что до импульсов переключателя TRIAC выглядит как разомкнутая цепь, а после импульсов — как короткое замыкание. В обоих этих условиях вы получаете небольшое или совсем не рассеиваете мощность от TRIAC. Это означает, что вы можете приглушить свет как хотите, не беспокоясь о потере эффективности или рассеивании тепла.Практически вся ваша мощность передается нагрузке. Это делает диммеры TRIAC пригодными для использования с переключателями затемнения.

Итак, у меня возникла идея попробовать использовать TRIAC с «волшебным переключателем» на моем источнике питания 1200 Гц, 120 В для управления яркостью моей EL-панели. Это было бы отличным решением, потому что, если бы это сработало, у меня было бы небольшое или полное отсутствие рассеивания мощности в моей схеме и очень высокий КПД.

К сожалению, не сработало. Это было не из-за неисправности моей схемы, а скорее из-за особой нагрузки, которую EL-панель представляет для схемы.С чисто резистивной нагрузкой (например, резистором или лампочкой) моя реализация работает нормально. Из-за этого (и потому что я никогда не писал об этом раньше), я думаю, стоит объяснить, как именно работает мой «волшебный переключатель».

Итак, я думаю, что было бы проще объяснить эту схему, сначала представив схему и форму сигнала, а затем поговорив об этом шаг за шагом. Я рекомендую щелкнуть следующие два изображения и открыть их в отдельных окнах, чтобы вы могли следить за ними, пока читаете:

АТТЕНЮАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Этот раздел довольно простой.Ни одна из частей моей схемы не рассчитана на 120 В, поэтому этот простой делитель напряжения 1/101 дает мне красивую форму волны напряжения, которая остается ниже 2 В. Хотя на самом деле нет «положительной» или «отрицательной» клеммы на источнике переменного тока, я включил эти индикаторы, чтобы прояснить, как подключается источник переменного тока. Это тот же источник питания, который снова показан в конце цепи питания нагрузки. Важно, чтобы клемма (-) была заземлена в обоих случаях.

На выходе делителя представлено А.

Генератор прямоугольных импульсов

Пониженная форма волны быстро передается на два компаратора. Поскольку форма волны переменного тока сосредоточена вокруг земли, это должны быть компараторы с двумя источниками питания, которые могут обрабатывать отрицательное входное напряжение. Мне посчастливилось иметь в своем лабораторном комплекте источник отрицательного напряжения.

Эти компараторы сравнивают форму сигнала с 0 В. Идея состоит в том, что их выходом будут прямоугольные волны с ребрами на каждом пересечении нуля. Кроме того, они будут противоположны друг другу, потому что земля подключена к инвертирующему входу одного и неинвертирующему входу другого.На выходе получается B . Я использовал LM311, который требует подтягивающего резистора на выходе. Вот для чего нужны R3 и R4.

Поскольку в этом разделе сигнал разделяется на две части, я закодировал два пути черным и синим цветом.

ЗАДЕРЖКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЯ

Моя первая идея заключалась в том, чтобы просто объединить эти два сигнала И так, чтобы выходной сигнал достигал высокого уровня на долю секунды при каждом пересечении нуля (то есть после того, как один поднялся, но прежде, чем другой успел упасть). К сожалению, сигналы были слишком хорошими, и этого перекрытия не произошло, поэтому мне пришлось заставить его возникать с задержкой.

Каждый раз, когда на одном из входов инверторов (U2A и U2B) появляется нарастающий фронт, (инвертированный) выход будет быстро падать, поскольку диоды D1 и D2 быстро снимают ток с конденсаторов (C1 и C2). Однако, когда есть спад, диоды не позволяют инвертору сбрасывать ток в конденсатор. Конденсатор получает ток от R5 и R6, которые подают его довольно медленно.

Из-за этого вы можете видеть на осциллограммах C , что напряжение растет очень медленно и очень быстро падает.Этому медленно нарастающему сигналу требуется больше времени для достижения порога, который считается «высоким» входным сигналом, вызывающим небольшую задержку на каждом нарастающем фронте тактового сигнала.

Сигналы затем проходят через другой набор инверторов, которые буферизуют и инвертируют сигнал, давая вам D . На этой схеме есть множество мест, где буферы могли бы заменить инверторы, но у меня не было никаких буферов под рукой, так что мы здесь.

Говоря об ограничениях деталей, в идеале C1 и C2 были бы меньше.Вам нужно лишь, чтобы сигналы частично перекрывались. Если они перекрываются слишком долго, позже у вас возникнут проблемы с запуском таймера задержки. К сожалению, у меня не было значений меньше 0,001 мкФ, которые не были бы смехотворно маленькими, поэтому мне пришлось обойтись.

AND + буфер

Теперь, когда эти два сигнала немного перекрываются, их можно объединить логическим оператором И. Когда оба сигнала имеют высокий уровень (перекрываются), через диоды не будет протекать ток, и R7 повысит входной сигнал до U5A. Однако, когда один сигнал низкий, его диод будет пропускать ток через R7 и понижать входное напряжение до U5A.

Когда этот сигнал буферизируется и инвертируется, вы получаете E , и мы возвращаемся к одиночному сигналу.

ТАЙМЕР ЗАДЕРЖКИ ТРИАК

Теперь мы подошли к часам, которые определят, сколько мощности мы передаем нашей нагрузке. Эти часы имеют форму моностабильного таймера 555, который активируется низким фронтом тактового сигнала в E . Время задержки регулируется потенциометром R8. Для получения дополнительной информации о настройке 555 в моностабильном режиме ознакомьтесь со статьей в Википедии.

В идеале вы должны настроить свой таймер так, чтобы ваш потенциометр давал вам самый широкий диапазон между 0 и T / 2. Это требует, чтобы вы знали, какой у вас T, заранее.

Таймер 555 в моностабильном режиме будет иметь выходной сигнал, который будет оставаться на высоком уровне до тех пор, пока таймер не истечет, а затем перейдет на низкий уровень. Прохождение его через другой инвертор заставляет его стрелять высоко в критический момент. Вот где вы получаете сигнал F.

Генератор импульсов

Вы можете подумать, что будете управлять TRIAC с сигналом F , потому что он достигает высокого уровня в нужный момент, чтобы запустить его, но на самом деле это не сработает.Проблема в том, что вам нужен короткий положительный импульс, а не длительный положительный период. Этот период заканчивается только при следующем пересечении нуля. Это не дает достаточно времени для отключения TRIAC. Поскольку после этого перехода через ноль через его затвор все еще будет протекать некоторый ток, он будет срабатывать до конца следующего полупериода.

Это решается простым фильтром верхних частот, обеспечиваемым C4 и R10. Это превращает прямоугольный сигнал F в цепочку высоких и низких импульсов ( G ).Низкие импульсы ничего не делают, но высокие импульсы ненадолго включают Q1, который запускает TRIAC.

ОПТО-ИЗОЛЯТОР, ТРИАК И НАГРУЗКА

Оптоизолятор подобен светодиоду и фототранзистору. Идея состоит в том, что он принимает электрический сигнал и превращает его в оптический, чтобы электроны не могли перемещаться с одной стороны на другую и вызывать повреждения. Это довольно хорошая идея, потому что затвор TRIAC может достигать очень высоких напряжений.

В моем объяснении выше у меня был источник тока, управляющий затвором, чтобы упростить его.В действительности, затвор должен иметь положительный или отрицательный потенциал, приложенный к нему по отношению к клемме A (или какой бы стороне ни был затянут затвор). Быстрый и простой источник другого потенциала — сторона B TRIAC. Вот почему ворота привязаны к верхней части TRIAC через оптоизолятор.

И, наконец, вы можете увидеть напряжение на нагрузке, H . С резистивной нагрузкой ток будет очень похож на это. Для своей нагрузки я просто использовал резистор довольно высокого номинала.Вот показание осциллографа H прошло через делитель напряжения для защиты моего прицела:

Ура! Вроде работает!

Итак, я действительно не думал, что это сработает, когда отправился в путь, но я решил, что стоит попробовать. По крайней мере, я бы получил из этого крутой пост в блоге ПРАВИЛЬНО ?!

Настоящий учебный материал выше. Далее следуют мои предположения.

Емкостная нагрузка

Большая проблема с попыткой управлять панелью EL с помощью TRIAC заключается в том, что панель EL очень похожа на конденсатор.В отличие от резистора, конденсатор принимает ток и напряжение вне фазы. Если посмотреть на формулу тока через конденсатор:

Вы увидите, что ток всегда опережает напряжение. Т.е. если вы начнете заряжать конденсатор с 0 В, вы увидите огромный всплеск тока (пропорциональный скорости изменения напряжения), за которым следует постепенное повышение напряжения (пропорциональное интегралу тока).

Итак, это вызывает проблему с моей схемой, потому что теперь пересечение нулевого напряжения и нулевого тока не происходит одновременно.Переход через нулевой ток произойдет до перехода через нулевое напряжение. Это проблема, потому что я включаю TRIAC, используя точки нулевого напряжения, и он выключается в точках нулевого тока. Я подозреваю, что он не выключается, когда должен.

По крайней мере, я думаю, что это проблема. Когда я пытаюсь управлять своей EL-панелью с помощью TRIAC, я вижу вот что:

Регулировка задержки времени на TRIAC дает мне слегка искаженную версию той же формы сигнала:

Так что это определенно не типичная форма сигнала TRIAC.Хотя я не могу точно определить, как это несоответствие тока и напряжения усугубляет проблему, я могу это продемонстрировать. Я перенастроил свою схему для управления резистивной нагрузкой с помощью резистора, считывающего ток, между TRIAC и землей. Я измерил напряжение на этом резисторе, используя зеленую кривую:

Как видите, они синхронизированы. Теперь посмотрим на панель EL:

Понимаете, о чем я? Ток опережает напряжение на тонну. Вы получаете огромный всплеск тока в начале каждого полупериода.

С TRIAC, что бы я ни делал, чтобы уменьшить его яркость, я подаю такое же количество энергии на панель EL. Так что, возможно, TRIAC просто не предназначены для такого затемнения EL-панелей.

Дерьмовая поставка

Источник питания, который я купил для этого эксперимента, вероятно, представляет собой очень простой блокирующий осциллятор, который очень плохо регулируется (если можно сказать, что он вообще регулируется). Это просто не тот стабильный переменный ток 60 Гц, который вы получаете из стены, для которого обычно предназначены диммеры TRIAC.Игра с текущим потреблением тока в середине цикла может очень негативно повлиять на качество вывода источника питания.

Например, я заметил, что даже при резистивной нагрузке изменение синхронизации TRIAC на самом деле немного изменяет частоту питания. Я также заметил резкое искажение формы выхода источника питания, когда настраивал таймер TRIAC. Это плохой знак.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Прежде чем я попробовал все это, я, вероятно, должен был знать, что это не будет работать очень хорошо, основываясь на том, что я узнал о панелях EL в моем предыдущем исследовании.Что заставляет их загораться, так это быстрое изменение потенциала потенциальных клиентов. Это заставляет заряды внутри панели перемещаться, и именно это быстрое движение заставляет их загораться.

Даже если бы мой TRIAC мог генерировать сигнал правильной формы, я не знаю, работал бы он очень хорошо, потому что вместо прямого перехода от положительного напряжения к отрицательному, я бы останавливался на нуле на мгновение в каждом цикле.

Итак, я думаю, мне снова не удалось затемнить панель EL.Это не имеет большого значения. У меня все еще есть отличное обновление диммеров TRIAC, которое на самом деле может пригодиться в будущем проекте, который я запланировал.

Я действительно чувствую себя немного похожим на Эдисона: открываю 10 000 способов не делать лампочку.

Продолжить рассказ здесь.

Как симисторы используются в приложениях промышленного управления

Симистор — это трехконтактное устройство, которое аналогичен SCR, за исключением того, что симисторы могут проводить ток в обоих направлениях.Его основное использование — управление питанием нагрузок переменного тока. например, включение и выключение двигателей переменного тока или изменение мощности для освещения и системы отопления. Симистор — это твердотельное устройство, которое действует как два тиристора, которые были подключены параллельно друг другу (обратно), так что один SCR будет проводить положительный полупериод, а другой — отрицательный полупериод. До того, как симистор был спроектирован как однокомпонентный, два SCR были собственно используется для этой цели. На рисунке 1 ниже показан символ симистора, и его структура pn.Клеммы симистора обозначены как основные. терминал 1 (MT1), главный терминал 2 (MT2) и ворота. Множественная pn-структура Фактически комбинация двух четырехслойных (pnpn) переходов.

Рисунок 1

Как следует из названия, ток нагрузки проходит через главные терминалы, а ворота контролируют поток. Рисунок 2 ниже показана эквивалентная схема симистора, который состоит из двух последовательно включенных SCR с общим затвором.

Рисунок 2

Работу симистора можно объяснить Модель с двумя SCR на рисунке 2. На рисунке вы можете видеть, что SCR соединены в обратно-параллельной конфигурации. Одна из СКВ проведет положительное напряжение, а другой будет проводить отрицательное напряжение. Когда MT2 более положительный, ток течет через первую SCR; когда MT1 более положительный, ток течет через секунду SCR. В отличие от двух тиристоров, симистор срабатывает от одиночные ворота.Это предотвращает проблемы, связанные с тем, что один SCR не срабатывает в нужное время. и перегрузка другого. Рабочие характеристики симистора лучшие объяснено с использованием характеристической кривой, показанной на рисунке 3:

Рисунок 3

На рисунке выше вы можете видеть, что симистор может проводят как положительный, так и отрицательный ток. Напряжение показано вдоль горизонтальная ось x, а ток показан вдоль вертикальной оси y.Эта диаграмма также показан второй график с четырьмя квадрантами. Эти квадранты используются для объясните работу симистора полярностью к его MT1 и MT2 и затвору изменения. Обратите внимание, что правая половина графика (в квадрант 1) выглядит точно так же, как кривая SCR; ток не течет, пока Достигнут разрыв перенапряжения или сработал затвор (обозначен пунктирной линия). Этот же шаблон повторяется в квадранте 3 (для напряжение и ток противоположного направления). Также, как и SCR, когда симистор срабатывает, он остается включенным до тех пор, пока ток нагрузки не упадет ниже значения тока удержания (IH) Единый цикл переменного тока имеет положительный и отрицательный полупериод.Симистор требует запускающего импульса на затворе для каждого полупериода. и работает лучше всего, если триггер положителен для положительного полупериода и отрицательный для отрицательного полукруга (хотя в большинстве случаев симистор будет также срабатывает, если гейт становится отрицательным в положительном полупериоде и если он становится положительным в отрицательном полупериоде. Симистор необходим в цепях, где напряжение переменного тока и Ток необходимо контролировать так же, как тиристор контролирует постоянный ток. Другой Разница между симистором и тиристором состоит в том, что симистор можно включить либо положительным или отрицательным стробирующим импульсом.Импульс затвора должен быть только кратковременным и Симистор будет оставаться в проводящем состоянии до тех пор, пока не будут выполнены условия коммутации. довольный. Симистор можно использовать в качестве твердотельного переключателя. для нагрузок переменного тока или для регулирования мощности нагрузки переменного тока, например, диммерного переключателя.

Симисторы доступны в различных комплектациях, некоторые из который может выдерживать токи до 50 А (что значительно меньше, чем у SCR).