Как из тиристоров сделать симистор

Способы и схемы управления тиристором или симистором

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Как из тиристоров сделать симистор

Профиль
Группа: Старики
Сообщений: 716
Пользователь №: 19159
На форуме с: 24.12.2010

Имеет предупреждений:
(0%)

Для коммутации первичной обмотки сварочного тр-ра для контактной сварки возникла необходимость замены симистора ТС-160 на два тиристора 2Т142-80-9-44В2, включённых встречно-параллельно (лежат без дела несколько штук)
Как осуществить управление двумя тиристорами, чтобы не было ложных срабатываний?
Рассматриваю вариант с двумя вторичными обмотками и диодными мостами для управления тиристорами.
Какие варианты используете, уважаемые владельцы контактных сварок, для коммутации первичной обмотки?

Присоединённое изображение (нажмите для увеличения)

Победитель голосования «Самый полезный участник 2012г."

Профиль
Группа: Старики
Сообщений: 3723
Пользователь №: 121
На форуме с: 10.10.2004

Имеет предупреждений:
(0%)

Отвечу сразу, не надо «заморачиваться» тиристорами, симисторами, ИМХО пускатель в первичке контатной сварки САМОЕ ТО.

Почему так пишу, я на этом деле «собаку сьел», ну штук 30 а может 40 изготовил и продал за пределами своего города. А дело было в году 1980 ом, когда потребовалась сварка моего авто копейки, поехал я в Тольятти, благо всего то 480 км, купил жестянку, познакомился волею случая со спецами , и с позволения их скопировал ее. До сих пор она в деле, и кроме прямого назначения использую оную для откручивания «не отручивающихся» гаек.

Делается это легко: зачистить две грани гайки, взять сварочные клещи, нажать кнопку пускателя, и ждать, пока гайка не станет «красной». Ну и после не столь нехитрой процедуры, быстро откручиваем все, что не могли до этого.

Вдогонку, прочитав «вумную» книжку по применению контактной сварки для усадки металла, и кто хоть раз рихтовал свое авто, или не свое, то сразу поймет, что бывают «хлопуны», и бороться с ними ОХ КАК НЕЛЕГКО! Всем, кто применяет автоген, китайские горелки, ПОЗОР!

Как»усадку» делать, не могу прям так сразу обьяснить, тема отдельного разговора.

З.Ы. Прошу прощения за многословие.

З.З.Ы. Вес 12 кг., клещи, т.е. нет отдельного трансформатора.

Симистор

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.

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

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:

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

Алгоритм проверки омметром:

1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
5. 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:

1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
5. 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:

1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
4. 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),

Чем симистор отличается от тиристора

Тиристором называется управляемый полупроводниковый переключатель, обладающий односторонней проводимостью. В открытом состоянии он ведет себя подобно диоду, а принцип управления тиристором отличается от транзистора, хотя и тот и другой имеют по три вывода и обладают способностью усиливать ток.

Выводы тиристора — это анод, катод и управляющий электрод.

Анод и катод — это электроды электронной лампы или полупроводникового диода. Их лучше запомнить по изображению диода на принципиальных электрических схемах. Представьте, что электроны выходят из катода расходящимся пучком в виде треугольника и приходят на анод, тогда вывод от вершины треугольника — катод с отрицательным зарядом, а противоположный вывод — анод с положительным зарядом.

Подав на управляющий электрод определенное напряжение относительно катода, можно перевести тиристор в проводящее состояние. А для того чтобы тиристор вновь запереть, необходимо сделать его рабочий ток меньшим, чем ток удержания данного тиристора.

Тиристор, как полупроводниковый электронный компонент, состоит из четырех слоев полупроводника (кремния) p и n-типа. На рисунке верхний вывод — это анод — область p-типа, снизу — катод — область n-типа, сбоку выведен управляющий электрод — область p-типа. К катоду присоединяется минусовая клемма источника питания, а в цепь анода включается нагрузка, питанием которой следует управлять.

Воздействуя на управляющий электрод сигналом определенной длительности, можно очень легко управлять нагрузкой в цепи переменного тока, отпирая тиристор на определенной фазе периода сетевой синусоиды, тогда закрытие тиристора будет происходить автоматически при переходе синусоидального тока через ноль. Это несложный и весьма популярный способ регулирования мощности активной нагрузки.

В соответствии с внутренним устройством тиристора, в запертом состоянии его можно представить цепочкой из трех диодов, соединенных последовательно, как показано на рисунке. Видно, что в запертом состоянии данная схема не пропустит ток ни в одном, ни в другом направлении. Теперь представим тиристор схемой замещения на транзисторах.

Видно, что достаточный базовый ток нижнего n-p-n-транзистора приведет к возрастанию его коллекторного тока, который тут же явится базовым током верхнего p-n-p-транзистора.

Верхний p-n-p-транзистор теперь отпирается, и его коллекторный ток складывается с базовым током нижнего транзистора, и тот поддерживается в открытом состоянии благодаря наличию в данной схеме положительной обратной связи. И если сейчас перестать подавать напряжение на управляющий электрод, открытое состояние все равно останется таковым.

Чтобы запереть эту цепочку, придется как-то прервать общий коллекторный ток данных транзисторов. Разные способы отключения (механические и электронные) показаны на рисунке.

Симистор, в отличие от тиристора, имеет шесть слоев кремния, и в проводящем состоянии он проводит ток не в одном, а в обоих направлениях, словно замкнутый выключатель. По схеме замещения его можно представить как два тиристора, включенных встречно-параллельно, только управляющий электрод остается один общий на двоих. А после открытия симистора, чтобы ему закрыться, полярность напряжения на рабочих выводах должна измениться на противоположную или рабочий ток должен стать меньше чем ток удержания симистора.

Если симистор установлен для управления питанием нагрузки в цепи переменного или постоянного тока, то в зависимости от текущей полярности и направления тока управляющего электрода, более предпочтительными окажутся определенные способы управления для каждой ситуации. Все возможные сочетания полярностей (на управляющем электроде и в рабочей цепи) можно представить в виде четырех квадрантов.

Стоит отметить, что квадранты 1 и 3 соответствуют обычным схемам управления мощностью активной нагрузки в цепях переменного тока, когда полярности на управляющем электроде и на электроде А2 в каждом полупериоде совпадают, в таких ситуациях управляющий электрод симистора достаточно чувствителен.

Проверка симистора

Симистором называют полупроводниковый выключатель для переменного тока. Часто встречается международное название TRIAC, что означает то же самое (TRIode for Alternate Current). Чтобы разобраться в устройстве симистора (симметричного тиристора) и узнать, как проверить симистор, важно сначала понять, что он состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров (если совсем правильно, тринисторов, но тиристор употребляется чаще), имеющих общую цепь управления. Теперь осталось понять, что такое тиристор.

Что это такое

Как показано на Рис.2, тиристор составлен из двух транзисторов разной проводимости: npn и pnp, включенных «навстречу» друг-другу. Если приоткрыть один из транзисторов (npn), приложив между его эмиттером и базой напряжение порядка 0,6 … 0,8 В (напряжение открывания кремниевого p-n перехода), то в коллекторе потечет ток.

Появившееся напряжение между базой и эмиттером второго транзистора начнет открывать его и, одновременно, через коллектор второго транзистора, — первый транзистор. Все это будет лавинообразно нарастать с очень большой скоростью, и теперь уже независимо от начального напряжения. Достаточно только «подтолкнуть» процесс открывания небольшим начальным импульсом.

Для закрывания тиристора необходимо понизить ток в его цепи до минимальной величины, называемой током удержания, и чуть ниже. Поскольку переменный ток так себя и ведет в каждом полупериоде, то каждая половинка симистора будет закрываться, когда меняется полярность в цепи тока.

Схема симистора показана на рисунке Рис. 3 слева, а его физическое устройство, — справа. Напоминаем, что это два встречно-параллельно включенных тиристора. Выводы Т1 и Т2 уже нельзя назвать анодом и катодом, в цепи переменного тока они становятся равноправными. Однако, в цепи постоянного тока триак ведет себя как обычный тиристор и даже содержит «запасной», хотя для его использования придется поменять полярность управляющего напряжения.

Дополнительная информация! Кстати говоря, как тиристор, так и симистор, могут быть составлены из обычных транзисторов разной структуры, имея ту же работоспособность. Главное, чтобы они были рассчитаны на требуемый ток и допустимое напряжение. Но на практике это не используется, с очень давних времен (1960-е) тиристоры стали выпускать в виде готовых приборов в одном корпусе.

Современный тиристор или симистор средней мощности выглядит, как показано на Рис. 4.

Характеристики

Симистор имеет несколько параметров, которые можно расположить по порядку убывания важности (лучше сказать, частоты использования) следующим образом:

• Напряжение обратного пробоя, Uобр, В;
• Напряжение закрытого состояния, Uзс, В;
• Ток открытого состояния средний, Iос, А;
• Время включения, tвк, мкс;
• Время выключения, tвык, мкс;
• Ток открытого состояния импульсный, Iос, А;
• Ток закрытого состояния, Iзс, мА;
• Обратный ток, Iобр, мА;
• Напряжение открытого состояния, Uос, В;
• Управляющее напряжение, Uупр, В;
• Ток управления, Iупр, мА;
• Скорость нарастания напряжения, dU/dt, В/мкс;
• Скорость нарастания тока, dI/dt, А/мкс.

Обратите внимание! Параметр «напряжение обратного пробоя» означает максимальное напряжение, которое способен выдержать симистор или тринистор без выхода из строя. Напряжение закрытого состояния характеризует только динисторный эффект.

Проверка исправности

Если принять во внимание уже написанное в этой статье, то такую проверку выполнить несложно. Как проверить симистор? Это можно сделать несколькими способами. Самый простой проверить исправность, — это способ замены. Вместо подозреваемого симистора устанавливаем заведомо исправный, и смотрим, как будет работать схема. Но обычно симисторы проверяют при помощи мультиметра или тестера, иногда без отключения от схемы. Тестером называют мультиметр старого типа, стрелочный. Кроме того, есть еще один способ проверки, при помощи тумблера, лампочки и кнопки. Рассмотрим два последних способа проверять триак более подробно.

Проверка с помощью тестера

Симистор имеет три вывода, которые потребуется попарно прозвонить. В этом и состоит проверка. Включите тестер в режим измерения сопротивления на диапазоне килоом и установите его стрелку на нуль, замкнув между собой щупы. В старых стрелочных приборах это необходимая операция. Полезно знать, какой из щупов тестера имеет положительную полярность, — это позволит определить вид p-n перехода, связанного с управляющим электродом.

Поскольку конструкция симисторов бывает разной, каким-либо образом отметьте проверочный симитор, любым способом, это просто условность. Затем выполните прозвонку всех трех возможных пар электродов, меняя полярность их подключения, и результаты запишите в таблицу. В зависимости от состояния прибора, и даже типа, вы получите различные результаты. Проверка облегчается, если вы заранее знаете тип прибора (при недостатке знаний и опыта можно спутать с транзистором). Поскольку речь в статье идет именно о симисторе (триаке), то дальше будем считать, что мы проверяем именно его.

Некоторые типичные сопротивления при проверке:

• 0Ом — пробой, короткое замыкание;
• 50 … 100Ом — открытый (прямосмещенный) p-n переход;
• 1 … 10кОм — утечка, испорчен кристалл полупроводника;
• 1МОм … ∞ — запертый (обратносмещенный) p-n переход или обрыв.

Признак исправности симистора — есть пара выводов, дающая при любой полярности щупов тестера признаки исправного p-n перехода, при этом с третьим выводом любой из двух показывает очень большое сопротивление. Остальные случаи показывают, как минимум, очень сомнительное состояние прибора.

Проверка мультиметром

Мультиметром называют тот же тестер, просто в более современном исполнении, с микропроцессором внутри и цифровым дисплеем. Функции у него те же самые. У мультиметра не требуется устанавливать ноль шкалы, достаточно просто переключить прибор на измерение сопротивлений. Более того, так как в режиме измерения сопротивлений цифровой мультиметр выдает в цепь слишком маленькое напряжение, почти у всех мультиметров есть функция проверки диодов или, что то же самое, p-n переходов. Иногда она объединяется с прозвонкой. Здесь в цепь дается достаточное напряжение, чтобы открыть переход.

Обратите внимание! Для исправного p-n перехода (или диода) цифровой мультиметр покажет не сопротивление, а напряжение в милливольтах, падающее на открытом p-n переходе, или «бесконечность» на запертом переходе. «Бесконечность» в обе стороны означает обрыв, а ноль в обе стороны — пробой p-n перехода.

Разумеется, никакой бесконечности тут нет, просто в цепь выдается напряжение, превышающее 2 вольта, на которые рассчитана полная шкала милливольтметра (2,5 В от источника опорного напряжения АЦП), и милливольтметр просто зашкаливает, если он не зашунтирован такой нагрузкой, как открытый диод.

Проверка лампочкой и переменой полярности

Это самый надежный способ проверки работоспособности симистора. Мультиметровый способ не дает полной уверенности в его исправности. Если такая проверка производится достаточно часто, есть смысл собрать простой испытательный стенд. Его схема (и схема проверки в любом случае) показана на Рис. 8.

На схеме Рис. 8, аккумулятор B подключается через тумблер S2 с двумя группами контактов. Они соединены так, что тумблер меняет плюс с минусом, то есть, фактически имитирует переменный ток (частота тут не важна, меняется только подключение).

Рабочий симистор VS поведет себя следующим образом: пока не будет нажата кнопка S1, небольшая автомобильная лампа L (от поворотника, например) не загорится, как S2 не переключай. После нажатия кнопки S1 лампа должна зажечься при любом положении тумблера и продолжать гореть при отпускании кнопки. Но при переключении тумблера лампа гаснет. Если лампочка включается и при новом положении тумблера, продолжая гореть, значит, триак, он же симистор, исправен.

Если лампочка не зажигается при одном из положений тумблера, то это либо простой тиристор, либо вышла из строя одна половина симистора, превратив его в тиристор.

Важно! Не рекомендуется использовать частично работающий симистор в качестве замены для тиристора, так как его надежность под большим сомнением.

Если лампочка не зажигается при любых переключениях, то симистор в обрыве, а если лампочка горит при любых переключениях, то симистор «битый», замкнут накоротко или «пробит».

Проверка без выпаивания из схемы

Такая проверка сводится к проверке тестером или мультиметром. Выпаивание не производится. Но при этом есть особенности, которые необходимо учесть. Так как проверка симистора мультиметром без выпаивания содержит свои «подводные камни». Как проще проверить симистор мультиметром не выпаивая? Во-первых, симистор может быть зашунтирован другими элементами схемы, и это может ввести в заблуждение. Во-вторых, монтаж или плата может препятствовать доступу к выводам, как показано на Рис. 9. Выпаивать симистор может помешать заливка корпуса компаундом. Тогда выпаять будет невозможно.

Поэтому проверку надо производить, по возможности, отключая все, что можно: нагрузку в цепи симистора, цепь управления и т. п. если есть возможность вытаскивать разъемы или клеммы. Крайне желательно при этом руководствоваться принципиальной схемой устройства. Для простых регуляторов схема может быть нарисована по имеющемуся монтажу.

Симистор, или триак, это мощный полупроводниковый ключ, способный работать в цепях со значительным током и напряжением, достигающим 1 кВ и больше. Точное значение определяется по марке прибора и его даташиту. Благодаря своей двусторонней проводимости и простоте управления, симисторы еще долго будут применяться в технике. Не последнее место в этом занимает достаточная надежность и простота проверки симисторов, не требующая специального оборудования.