Принцип работы симистора простым языком: Симистор (триак) — описание, принцип работы, свойства и характеристики

Содержание

Симистор (триак) — описание, принцип работы, свойства и характеристики


Как он работает и для чего нужен

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название – симметричный триодный тиристор. Его особенность – возможно проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электроприборов. В таблице ниже представлены характеристики популярных симисторов:


Таблица характеристик популярных симисторов.

Конструкция и принцип действия

Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением. Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод. Дополняет общую картину управляющий электрод. В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.


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).

Как работает устройство

Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется. Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях. Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.

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.

При использовании в цепи переменного тока симистор закрывается на обратной полуволне синусоиды, тогда нужно подавать импульс противоположной полярности (той же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).

Принцип действия системы управления может корректироваться в зависимости от конкретного случая и применения. После открытия и начала протекания подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепь питания разрываться не будет. При надобности отключить питание следует понизить ток в цепи ниже уровня величины удержания или кратковременно разорвать цепь питания.

Управляющие сигналы

Чтобы добиться желаемого результата с симистором используют не напряжение, а ток. Чтобы прибор открылся, он должен быть на определённом небольшом уровне. Для каждого симистора сила управляющего тока может быть разной, её можно узнать из даташита на конкретный элемент. Например, для симистора КУ208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для КУ201 —не менее 70 мА.


Симистор иностранного производства.

Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных. Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток. При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

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.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания. Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше. Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.

Будет интересно➡ Что такое биполярный транзистор

Полностью избежать минусов разработчикам не удалось. Так, приборы сильно нагреваются под нагрузкой. Приходится обеспечивать отвод тепла. Мощные (или «силовые») симисторы устанавливают на радиаторы. Ещё один недостаток, влияющий на использование, это создание гармонических помех в электросети некоторыми схемами симисторных регуляторов (например, бытовой диммер для регулировки освещенности).

Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение. Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт. Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Особенности монтажа

Так же как и тиристоры, симисторы при работе греются, поэтому при сборке необходимо обеспечивать отвод тепла. Если нагрузка маломощная или питание импульсное (кратковременное подключение на промежуток менее 1 сек) допускается монтаж без радиатора. В остальных случаях необходимо обеспечить качественный контакт с охлаждающим устройством.

Есть три способа фиксации симистора на радиаторе: клепка, на винте и на зажиме. Первый вариант при самостоятельном монтаже не рекомендуется, так как существует высокая вероятность повреждения корпуса. Наиболее простой способ монтажа в домашних условиях — винтовой.

Порядок монтажа симистора

Перед тем, как начинают монтаж, осматривают корпус прибора и радиатора (охладителя) на предмет царапин и сколов. Их быть не должно. Затем поверхность протирают от загрязнений чистой ветошью, обезжиривают, накладывают термопасту. После чего вставляют в отверстие с резьбой в радиаторе и зажимают шайбу. Крутящий момент должен быть 0.55Nm- 0.8Nm. То есть, необходимо обеспечить должный контакт, но перетягивать тоже нельзя, так как есть риск повредить корпус.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки на симисторе

Обратите внимание, что монтаж симистора производится до пайки. Это снижает механическую нагрузку на отводы прибора. И еще: при установке следите за тем, чтобы корпус плотно прижимался к охладителю.

Область применения

Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:

  • В стиральной машине.
  • В печи.
  • В духовках.
  • В электродвигателе.
  • В перфораторах и дрелях.
  • В посудомоечной машине.
  • В регуляторах освещения.
  • В пылесосе.

На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается. Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме. На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.

Основные характеристики

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

  1. Максимальное напряжение. Показатель, который будучи достигнут на силовых электродах не вызовет, в теории, выхода из строя. Фактически является максимально допустимым значением при условии соблюдения диапазона температур. Будьте осторожны – даже кратковременное превышение может обернуться уничтожением данного элемента цепи.
  2. Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый для него период, указываемый в миллисекундах.
  3. Рабочий диапазон температур.
  4. Отпирающее напряжение управления (соответствует минимальному постоянному отпирающему току).
  5. Время включения.
  6. Минимальный постоянный ток управления, нужный для включения прибора.
  7. Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывают в сопроводительной документации. Обозначает критическую величину напряжения, предельную для данного прибора.
  8. Максимальное падение уровня напряжения на симисторе в открытом состоянии. Указывает предельное напряжение, которое может устанавливаться между силовыми электродами в открытом состоянии.
  9. Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом. Указываются соответственно в амперах и вольтах за секунду. Превышение рекомендованных значений может привести к пробою или ошибочному открытию не к месту. Следует обеспечивать рабочие условия для соблюдения рекомендованных норм и исключить помехи, у которых динамика превышает заданный параметр.
  10. Корпус симистора. Важен для проведения тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими характеристиками обладает. Рассмотренные простым языком теоретические азы позволят заложить основу для будущей результативной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Будет интересно➡ Что такое эффект Ганна и при чем здесь диоды

Как избежать ложных срабатываний

Так как для срабатывания симистора достаточно небольшого потенциала, возможны ложные срабатывания. В некоторых случаях они не страшны, но могут привести и к поломке. Поэтому лучше заранее принять меры. Есть несколько способов уменьшить вероятность ложных включений:

Как уже говорили, симистор управляется током. Это дает возможность подключать его напрямую к выходам микросхем. Есть одно ограничение — ток не должен превышать максимально допустимый. Обычно это 25 мА.

Полупроводниковая структура симистора

Структура симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностями p- и n- типа и из контактов электродов основного и управляющего действия. Всего в структуре полупроводника содержится пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется p-n-переходом, который обладает нелинейной ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где минус – это n-слой, а плюс – p-слой и высокое значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжении равном несколько тысяч вольт.

Во время включения симистора в прямом направлении в работу вступает правая половина структуры. Левая область структуры выключена, она считается для тока, с обладанием очень высоким сопротивлением. Характеристики симистора динамического и статического плана при его действии в прямом направлении, при поступлении положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.

По этой схеме к СЭУ прилагается напряжение со знаком плюс, относительно СЭ, а p—n-переходы j2 и j4 подключаются в прямом, а p—n-переходы j1 и j3 – в обратную сторону. Благодаря этому структура может рассматриваться, как структура тиристора, подключенная в обратном направлении, не принимающая участие в работе по пропусканию тока. В этом случае действие прибора определяется при помощи левой части структуры и представляет собой обратно ориентированную p—n—p—n структуру с добавочным пятым слоем n0 , который граничит со слоем p1.

Использование симистора

Симистор представляется настолько гибким и универсальным устройством, что благодаря его свойству переключения в проводящее состояние запускаемым импульсом с положительным или отрицательным знаком, который не зависит от источника проявляющего свойства мгновенной полярности. По сути названия анод и катод для прибора не имеют большой актуальности.

  • Одно из популярных и простейших сфер использования симистора может считаться его применение в качестветвердотельного реле. Для него характерно малое значение пускового тока достаточного для нагрузки с большими токами. Функцию ключа в таком устройстве может играть геркон, или обладающее большой чувствительностью термореле и прочие контактные пары с током до 50мА, при этом величина тока нагрузки может ограничиваться исключительно показателями, на которые рассчитан симистор.
  • 2Не менее широко использование симистора в качестве регулятора интенсивности освещения и управления скоростью вращения электромотора. Схема построена на спользовании запускающих элементов, которые устанавливаются RC-фазовращателем, такой элемент, как потенциометр регулирует интенсивность освещения, а резистор служит для ограничения тока нагрузки. Формирование импульсов выполняется с помощью динистора. После пробоя в динисторе, который происходит в результате разности потенциалов на конденсаторе, импульс разряда конденсатора, возникающий мгновенно включает симистор.
  • Управление мощностью в нагрузке с использованием в схеме добавочной RC-цепочки, что дает большой фазовый сдвиг, который облегчает задачу по управлению мощности.


Обозначение симистора на схеме.

Преимущества использования симисторов

  • Увеличение разрешенной критической величины напряжения коммутации, что разрешает управления большими реактивными нагрузками без существенных сбоев в коммутации. Это позволяет уменьшить число компонентов, размеры печатной платы, снизить цену и убрать потери на рассеивание энергии демпфером.
  • Повышение критической величины изменения тока коммутации, что повышает качество работы на высокой частоте для несинусоидального напряжения.
  • Большая чувствительность к высокой температуре рабочего процесса.
  • Высокое значение допустимого напряжения снижает стремление к самовключению из состояния отсутствия проводимости при большой температуре, что разрешает их использование для резистивных нагрузок по управлению бытовой и нагревательной техникой.
  • Долговечность симистора, обусловленная рабочими температурными перепадами, отличается практически неограниченным ресурсом.
  • Отсутствие искрообразования и возможность управления в момент нулевого тока в сети, что снижает электромагнитные помехи.

Основные достоинства симистора:

  1. большая частота срабатывания для высокой точности управления;
  2. высокий ресурс по сравнению с релейными электромеханическими устройствами;
  3. возможность добиться небольших размеров приборов;
  4. отсутствие шума при включении и отключении электроцепей.

Силовая электроника, с использованием симисторов, разработанная отечественными производителями благодаря своим качественным показателям может составить западным фирмам высокую конкуренцию.

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Виды симисторов

Говоря о видах симисторов, следует принять тот факт, что это симистор является одним из видов тиристоров. Когда имеются в виду различия по работе, то и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Различия касаются лишь по управляющему катоду и в разных принципах работы этих тиристоров. Читайте что такое импульсный блок питания.


Поврежденные симисторы.

Импортные симисторы широко представлены на отечественном рынке. Их основное отличие от отечественных симисторов заключается в том, что они не требуют предварительной настройки в самой схеме, что позволяет экономить детали и место на печатной плате. Как правило, они начинают работать сразу после включения в схему. Следует лишь точно подобрать необходимый симистор по всем требуемым характеристикам.

  • На замену Z00607 хорошо подходят ы BT131-600, только они максимально подходят по всем характеристикам
  • Полностью аналогичный у Z7M является МАС97А8.
  • z3m . Такой же , как и чуть выше. Различия в токе по управляющему ключу и в максимальном напряжении. Полностью аналогичен по замене на MAC97A8
  • ВТА 16 600 — импортный , рассчитанный на использование в цепях до 16 ампер и напряжением до 600 вольт
  • Этот очень часто используется концерном Samsung в производстве бытовых приборов. Аналогом этого полупроводника и, несомненно, более лучшим, является BT 134-800. ы m2lz47 являются не самыми надежными с точки зрения условий эксплуатации в приборах с нестабильными параметрами питающей сети.
  • тс122 25. Данный симистор очень часто называют силовым тиристором, так как он используется в электроприборах или электроинструменте в механизмах плавного пуска. Отличительной особенность данного а является его большая надежность на протяжении большого срока работы.
  • 131 6 , другое название данного а ВТ 131-600, но есть и упрощенное название, и на многих деталях имеется именно упрощенная маркировка. С этим моментом очень часто связано то, что по оригинальной или упрощенной маркировке не всегда можно найти именно ту информацию, которая нужна.

Будет интересно➡ SMD транзисторы

Схемы управления

Схемы управления симистором отличаются простотой и надежностью. Там, где без применения симисторов требовалось большое количество деталей, и производилась тщательная подгонка по параметрам – симисторы значительно упростили всю принципиальную схему. Включение в схему только основных элементов позволяет миниатюризировать не только саму печатную плату, но и весь прибор в целом. Читайте принцип работы индикаторной отвертки.

Схема диммера на симисторе позволяет создать компактное дополнение к выключателю освещения, для плавной регулировки уровня освещения. При необходимости схему можно дополнить компонентами для плавного изменения освещения в зависимости от яркости внешнего фона.

Схема регулятора на симисторе включает в себя непосредственно сам датчик температуры, питающую сеть, и прибор нагрузки. Изменение показаний датчика температуры приводит к изменени показателей тока на ключе симистора, что приводит либо к увеличению напряжения, либо к уменьшению. Забудьте о сложных механических устройствах с биметаллическими пластинами и выгорающих контактах. Схемы управления скоростью вращения двигателя принципиально ничем не отличаются по принципу построения от других аналогичных. Нюансы касаются только параметров тока и напряжения на двигатель.


Симистр на электронной схеме.

Управление симистором через оптопару позволяет подключать электрооборудование, которым нужно управлять. Непосредственно к компьютеру через порт LPT. Оптопара в данном примере позволяет защитить непосредственно материнскую плату компьютера от перегрузки и выхода из строя. Своего рода умны предохранитель с функцией управления. Управление симистором с микроконтроллера позволяет добиться очень точных показателей по току и напряжению, при которых происходит управление самим симистором и распределению питающего напряжения на различные устройства нагрузки.

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.


Пособие для начинающего радиолюбителя: проверка тиристора

Тиристор — это полупроводниковый элемент, выполненный на базе монокристалла полупроводника, имеющий…

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

Свойства тиристоров

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

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

Тиристор и его структура

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

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

Какими свойствами обладает тиристор

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

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


Электромассажер: инструкция к препарату, отзывы

Целебные свойства массажа известны с древних времен. Но поход к специалисту не всегда возможен по…

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.

TRIAC Принцип работы, конструкция и применение

TRIAC

TRIAC представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами и используется для управления током. От названия симистора слово «триод» означает переменный ток, и он эффективно развивается с помощью тринистора или тиристора. Но тиристоры способны проводить устройство в одном направлении, а симистор двунаправленный. Триод для переменного тока может переключать высокое напряжение и высокий уровень тока, а также обе части сигналов переменного тока. Это устройство широко используется в приложениях управления питанием переменного тока.

TRIAC является идеальным устройством, используемым для коммутации переменного тока. Это может контролировать поток тока в обеих половинах переменного цикла. Только тиристор может контролировать половину цикла. Другая оставшаяся половина не имеет проводимости и, соответственно, может быть использована только половина формы волны.

Операция переключения симистора

Символ симистора

Символ состоит из трех клемм: затвора, анода или главной клеммы. Две клеммы помечены как анод1 или анод2, основная клемма MT1 или MT2. Со стороны символ выглядит как тиристор спина к спине, что мы можем наблюдать на символе.

TRIAC Symbol

Конструкция TRIAC

TRIAC состоит из четырех слоев, таких как PNPN в положительном направлении, а отрицательное направление состоит из NPNP, как мы можем видеть на рисунке. Трехполюсное двунаправленное устройство блокирует ток в выключенном состоянии и действует как выключатель разомкнутой цепи.

За исключением обычного тиристора, это устройство может проводить ток в обоих направлениях, когда оно срабатывает от одного импульса затвора. TRIAC работает как четыре режима запуска, и следующие возможности.

Конструкция симистора

Четыре режима запуска могут работать с использованием ВАХ симистора.

Работа в квадранте I: VMT2, положительный; VG1 положительный

Работа в квадранте II: VMT21 положительный; VGl отрицательный

Работа в квадранте III: VMT21 отрицательный; VGl отрицательный

Работа в квадранте IV: VMT21 отрицательный; VG1 положительный

Где VMT21 и VGl — напряжения на клемме MT2 и затворе по отношению к клемме MT1.

ВАХ

На следующем рисунке показаны типичные характеристики TRIAC. Триод для переменного тока состоит из характеристик состояния ВКЛ и ВЫКЛ, которые аналогичны SCR. Теперь характеристики применимы как к положительным, так и к отрицательным напряжениям.

ВАХ симистора

Это можно предсказать, потому что триод переменного тока состоит из двух тиристоров, которые соединены параллельно и направлены в противоположные стороны. В первом квадранте МТ2 положителен по отношению к МТХ, а в четвертом квадранте — отрицателен.

Запуск ворот может происходить в любых четырех квадрантных режимах работы. Если устройство находится во включенном состоянии, проводимость позволяет протекать через него огромному количеству тока.

Большой ток контролируется сопротивлением, в противном случае устройство может выйти из строя. В этом устройстве затвор является терминалом управления, и на затвор подается соответствующий сигнал, поэтому угол открытия устройства контролируется.

Схема, которую мы использовали в затворе для запуска устройства, называется схемой запуска затвора. Для TRIAC схемы запуска затвора аналогичны SCR. Как правило, схемы запуска генерируют импульсы запуска для запуска устройств.

Запускающие импульсы будут иметь достаточную величину и продолжительность, поэтому срабатывание устройства гарантировано. Для поддержания срабатывания устройства требуется продолжительность 35 мкс.

Как работает TRIAC

TRIAC представляет собой полупроводниковый переключатель, который включается с помощью пускового штифта. Как только полупроводниковый переключатель включен, ток падает ниже значения удержания.

Задерживая точку включения на некоторое время после того, как напряжение пересекает ноль вольт – точку пересечения нуля – можно регулировать напряжение, хотя оно больше не является синусоидальным.

Рабочая операция симистора

Следующий рисунок используется для управления переменным фазовым углом к ​​приведенному выше рисунку. Иногда их также называют случайными опто-симисторами или SSR.

Дискретный симистор и оптический симистор

Симистор как схема переключения

На следующей схеме показана схема переключения симистора. Работа этой схемы заключается в том, что если переключатель один разомкнут, то устройство действует как разомкнутый переключатель, и через лампу проходит нулевой ток.

TRIAC в качестве схемы переключения

Если SW1 замкнут, устройство находится в состоянии ON с помощью токоограничивающего резистора R. Самофиксация вскоре после начала каждого полупериода, поэтому мощность переключения достигает ламповая нагрузка.

Входной источник питания этой схемы — синусоидальный переменный ток, тогда TRIAC автоматически разблокируется в конце каждого полупериода. Мгновенное напряжение источника питания и ток нагрузки падают до нуля, и он снова защелкнется, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока переключатель остается замкнутым. Как правило, этот переключатель называется полноволновым управлением, поскольку контролируются обе половины синусоидальных волн.

Преимущества симистора
  • В симисторах будет одиночное управление вентилем в обоих направлениях.
  • Если напряжение уменьшается до нуля, TRIAC выключается
  • По сути, это двунаправленное устройство, и оно будет работать в обоих направлениях.
  • Доступны высоковольтные
Недостатки
  • Не симметрично срабатывает с обеих сторон осциллограмм
  • Не подходит для питания постоянного тока
  • Очень большая задержка переключения.
Приложения

Симисторы используются во многих приложениях для электрического переключения, таких как

  • Регулятор скорости электрического вентилятора
  • Меньший блок управления двигателем
  • Диммер для домашнего освещения
  • Управление небольшими бытовыми приборами с питанием от переменного тока

Прочитав эту статью, вы получили базовую информацию о конструкции TRIAC. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о реализации проектов по электротехнике и электронике для студентов инженерных специальностей, пожалуйста, не стесняйтесь комментировать в разделе ниже.

Вот к вам вопрос, какие функции у симистора (триода для переменного тока)?

Просмотры сообщений: 41 237

Что такое TRIAC? Определение, конструкция, работа и применение TRIAC

Определение : TRIAC в основном представляет собой 3-контактный переключатель переменного тока , который показывает проводимость в обоих направлениях . Они запускаются в проводимость низкоэнергетическим сигналом затвора. TRIAC является сокращением TRI ода для A чередующийся C ток. Это двунаправленное устройство , относящийся к семейству тиристоров и представляющий собой диак с затворной клеммой, используемый для управления условиями включения устройства.

Более конкретно мы можем сказать, что в TRIAC Tri обозначает 3 клеммы устройства, а ac обозначает устройство, которое используется для управления переменным током . Легко доступен симистор мощностью 16 кВт. Для управляющих приложений они широко используются в области силовой электроники.

Давайте посмотрим на условное обозначение TRIAC:

Конструкция симистора

На приведенной ниже схеме показана базовая структура симистора:

Поскольку мы уже обсуждали, что это 3-контактное устройство и 4-слойное устройство , оно состоит из 2 SCR в обратном порядке. параллельное соединение с клеммой затвора. Он имеет 6 легированных областей, а омический контакт осуществляется затвором как с N-, так и с P-областями. Благодаря этому любая полярность триггерного импульса может запускать проводимость в устройстве.

Давайте посмотрим на электрический эквивалент базовой структуры симистора.

Поскольку это двунаправленное устройство, следовательно, анод и катод не имеют никакого значения. Таким образом, терминалы представлены как MT 1 и MT 2 вместе с гейтовым терминалом G .

Работа симистора

Симистор — это устройство, проводящее независимо от полярности напряжения на клеммах. В результате существует 4 различных варианта операций.

Теперь обсудим случаи отдельно:

1. Когда затвор и MT 2 находятся под положительным потенциалом по отношению к MT 1 :

При приложении положительного потенциала к MT 2 относительно MT 1 два перехода 6 9 01618 P 18 -N 1 и P 2 -N 2 смещается вперед. Следовательно, ток протекает через P 1 -N 1 -P 2 -N 2 . Таким образом, симистор в таком состоянии считается смещенным положительно.

2. При МТ 2 имеет положительный потенциал, а затвор имеет отрицательный потенциал относительно MT 1 :

Как и в предыдущем случае, здесь также ток протекает через P 1 -N 1 -P 2 2 . Но здесь соединение P 2 -N 3 смещается в прямом направлении, и симистор включается за счет введения носителей в P 2 .

3. Когда затвор и MT 2 имеют отрицательный потенциал по отношению к MT 1 :

В таком состоянии теперь ток протекает через P 2 -N 1 -P 1 -N 4 . Соединение P 2 -N 1 и P 1 -N 4 смещено вперед, и в то же время соединение N 1 -P 2 заблокировано, поэтому говорят, что оно смещено отрицательно. Приложенный отрицательный потенциал затвора смещает вперед соединение P 2 -N 3 , таким образом, инициируя проводимость в устройстве.

4. Когда MT 2 имеет отрицательный потенциал, но затвор имеет положительный потенциал по отношению к MT 1 :

Как и в предыдущем случае, здесь ток протекает через P 2 — N 1 -P 1 -N 4 . Соединения P 2 -N 1 и P 1 -N 4 смещены в прямом направлении, что приводит к инжекции носителей, что приводит к включению устройства.

Характеристика TRIAC

Характеристическая кривая симистора в основном имеет следующие 4 режима:

Режим 1 : Это первый квадрант, где В MT21 и В G1 оба положительны 1. 1.

Режим 2 : Это операция второго квадранта, где V MT21 положительное и V G1 отрицательное .

Режим 3 : Это операция третьего квадранта, где V MT21 и V G1 оба являются отрицательными .

Режим 4 : Это операция четвертого квадранта, где V MT21 отрицательное и V G1 положительное .

Здесь В MT21 представляют собой напряжение клеммы MT 2 по отношению к клемме MT 1 и В G1 представляет напряжение затвора относительно клеммы MT 1 .

Через устройство протекает очень большой ток, когда оно начинает проводить ток. Однако такой большой ток может повредить устройство. Таким образом, внешнее сопротивление используется для ограничения избыточного тока. Здесь управляющим терминалом является затвор, и правильно приложенный потенциал затвора управляет углом открытия устройства.

Значения напряжения и тока для типичного симистора приведены ниже:

  1. Ток в открытом состоянии: – 25 A
  2. Напряжение во включенном состоянии: – 1,5 В
  3. Средний ток срабатывания: – 5 мА
  4. Ток удержания: – 75 мА

Цепь управления симистором

Давайте взглянем на схему управления симистором, показанную ниже:

Во время положительной и отрицательной половины входного цикла мощность переменного тока регулируется для нагрузки путем переключения между включением и выключением. Положительная половина смещает D1 вперед и смещает D2 назад, а затвор положителен по отношению к A 1 .

Однако, во время отрицательного полупериода, D 2 теперь смещается в прямом направлении, а D 1 смещается в обратном направлении, и вентиль является положительным относительно клеммы A 2 . Используемый в схеме резистор R 2 контролирует точку начала проводимости.

Преимущества TRIAC

  • Его конструкция проста, так как для защиты требуется один плавкий предохранитель.
  • Напряжение как положительной, так и отрицательной полярности может вызвать срабатывание симистора.

Недостатки симистора

  • Доступность номинала в симисторе ниже по сравнению с тринистором.
  • Они менее надежны.
  • Нет симметрии при срабатывании обеих половин сигналов.
  • Несимметричное переключение делает его более восприимчивым к проблемам.

Применение TRIAC

  • Используется для управления переменным током.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *