Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Симисторы — это полупроводниковые ключи, которые используют для коммутации цепей сетевого напряжения. Узнайте, как работает симистор и для чего он нужен в цепи.

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.

Симистор имеет пятислоевую структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы (см. рис.) из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, то есть когда напряжение на условном аноде имеет отрицательную полярность, а на управляющем электроде — положительную).

Как работает симистор

Берём за основу одно свойство симистора. Если к силовым электродам подключить тестер в режиме измерения сопротивления, и подать на управляющий вывод небольшое, определённое напряжение, относительно одно из основных выводов, будет короткое замыкание.

Вместо тестера берём лампочку, мотор или другую нагрузку, подключаем её к домашней сети и можем управлять с той частотой, с которой нам необходимо. Нагрузка (лампочка, мотор), остаются в рабочем положении, да же при смене полярности в ней, это выгодное преимущество элемента.

Для предотвращения его работы, нужно снять напряжение с затвора. Но нагрузка будет в работе до тех пор, пока на ней, не сменится полярность. Для восстановления коммутации, подаём напряжение на затвор снова.

Тем самым приходим к пониманию, что симистор своего рода электронное реле, которое может работать, гораздо эффективнее и надёжнее.

При выборе симистора в магазине или из своих запасов, для проведения ремонта или конструирования схемы для регулировки мощности, следует знать его основные параметры.

Бывают платы, где маркировка неразличима, в эти моменты, данные знания и пригодятся. На основе измерения остальных параметров схемы или, зная мощность нагрузки, можно подобрать аналог.

Где применяются симисторы

Основная его задача, управление мощностью. Его можно встретить в схемах электроинструмента, пылесосах, настольных лампах с сенсорным управлением, зарядных устройствах.

Надеюсь, вам стало немного понятнее, как работает симистор в электронике, в следующих статьях мы узнаем, как его проверить и читать маркировку.

Будем благодарны, если Вы поделитесь этой статьей:

Схема и символ симистора

Теперь мы знаем, что «триак» — это четырехслойное PNPN в положительном направлении и NPNP в отрицательном направлении, трехполюсное двунаправленное устройство, которое блокирует ток в своем состоянии «ВЫКЛ», действующее как выключатель разомкнутой цепи, но в отличие от обычного тиристора, симистор может проводить ток в любом направлении при срабатывании одним импульсом затвора. Тогда симистор имеет четыре возможных режима срабатывания следующим образом.

  • Mode + Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), положительный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), отрицательный ток затвора (-ve)
  • Mode + Mode = MT 2 отрицательный ток (-ve), положительный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = отрицательный ток MT 2 (-ve), отрицательный ток затвора (-ve)

И эти четыре режима, в которых может работать триак, показаны с использованием кривых характеристик триака IV.

Проверка симисторов

Любой даже самый долговечный прибор рано или поздно выходит из строя. Не исключением стал и симистор. Поэтому важно знать, как можно проверить триак на работоспособность, чтобы произвести его замену. Для этого можно использовать два метода.

Первый метод заключается в использовании двух аналоговых омметров. Дальнейшие измерения производятся следующим образом:

  • Щупы первого омметра подключаются к катоду и аноду симистора. Будет удобнее, если щупы зафиксировать зажимами, чтобы они не соскакивали. Если включить прибор, сопротивление будет очень велико: стрелка будет «лежать»;
  • Щупы второго омметра подключаются следующим образом: один щуп фиксируется на аноде, а вторым щупом прикасаются к управляющему электроду.

Если симметричный тиристор исправен, то произойдет его отпирание, а сопротивление на первом омметре упадет до нескольких ом.

Подобным образом можно проверять симисторы, не выпаивая их: достаточно отсоединить затвор. Далее проверка производится описанным выше методом.

Второй метод проверки подразумевает прозвонку мультиметром. Чтобы измерения оказались верными, переключатель тестера ставится в положение «проверка диодов». Затем измерительные щупы фиксируются на аноде и катоде. В случае с гладкими щупами-иглами, можно использовать переходник из проволоки. В отличие от аналогового омметра, мультиметр покажет сопротивление равное 1. Затем тонкой проволокой замыкаем анод и затвор. Произойдет отпирание полупроводника и на дисплее тестера отобразится реальное сопротивление симистора.

Теперь вы знаете, что такое симметричный тиристор, принцип его работы, способы проверки работоспособности и основные бытовые приборы, где он используется.

Принцип фазного регулирования мощности

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

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

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

Симистор имеет пятислоевую структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы (см. рис.) из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, то есть когда напряжение на условном аноде имеет отрицательную полярность, а на управляющем электроде — положительную).

Читайте также  Шкатулка из фанеры своими руками

С помощью тестера

Проверка работоспособности симистора мультиметром или тестером основана на знании принципа работы этого устройства. Конечно же, она не даст полной картины состояния детали, так как невозможно определить рабочие характеристики симистора без сборки электрической схемы и проведения дополнительных измерений. Но часто вполне достаточно будет подтвердить или опровергнуть работоспособность полупроводникового перехода и управления им.

Чтобы проверить деталь, необходимо использовать мультиметр в режиме измерения сопротивления, то есть как омметр. Контакты мультиметра присоединяются к рабочим контактам симистора, при этом значение сопротивления должно стремиться к бесконечности, то есть быть очень большим.

После этого соединяется анод с управляющим электродом. Симистор должен открыться и сопротивление должно упасть почти до нуля. Если все так и произошло, скорее всего, симистор работоспособен.

При разрыве контакта с управляющим электродом симистор должен остаться открытым, но параметров мультиметра может быть недостаточно, что бы обеспечить так называемый ток удержания, при котором прибор остается проводимым.

Устройство можно считать неисправным в двух случаях. Если до появления напряжения на контакте управляющего электрода сопротивление симистора ничтожно мало. И второй случай, если при появлении напряжения на контакте управляющего электрода сопротивление прибора не уменьшается.

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, то есть когда напряжение на условном аноде имеет отрицательную полярность, а на управляющем электроде — положительную).

При использовании симистора накладываются ограничения, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dU/dt) между основными электродами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt. Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. Превышение скорости нарастания тока между основными электродами, а также величины этого тока, может привести к повреждению симистора. Существуют и другие параметры, на которые накладываются ограничения в соответствии с предельно-допустимыми режимами эксплуатации. К таким параметрам относятся ток и напряжение управляющего электрода, температура корпуса, рассеиваемая прибором мощность и пр.

Опасность превышения по скорости нарастания тока заключается в следующем. Благодаря глубокой положительной обратной связи переход симистора в открытое состояние происходит лавинообразно, но, несмотря на это, процесс отпирания может длиться до нескольких микросекунд, в течение которых к симистору оказываются приложены одновременно большие значения тока и напряжения. Поэтому, даже несмотря на то, что падение напряжения на полностью открытом симисторе невелико, мгновенная мощность во время открывания симистора может достигнуть большой величины. Это сопровождается выделением тепловой энергии, которая не успевает рассеяться и может привести к перегреву и повреждению кристалла.

Одним из способов защиты симистора от выбросов напряжения при работе с индуктивной нагрузкой является включение варистора параллельно основным выводам симистора. Для защиты симистора от превышения скорости изменения напряжения применяют так называемую снабберную цепочку (RC-цепь), подключаемую аналогично.

Устойчивость симистора к разрушению при превышении допустимой скорости нарастания тока (dI/dt) зависит от внутреннего сопротивления и индуктивности источника питания и нагрузки [1] . При работе на емкостную нагрузку необходимо внести в цепь соответствующую индуктивность.