Симистор: принцип работы для чайника

Что такое симистор и как он выглядит — кратко

Словосочетание «симметричный триодный тиристор» на английский язык переводится как symmetrical triode thyristor. Его же именуют triode for alternationg current (триод для переменного тока). Или сокращенно — triac (триак).

Все эти названия общеприняты, они встречаются в технической литературе. Вы можете столкнуться с любым из них.

Показываю фотографиями наиболее типичные конструкции корпусов, с которыми выпускаются эти полупроводниковые приборы.

На фото любого из них хорошо видно три контактных вывода. Они совместно с устройством корпуса изготавливаются под мощность номинальной нагрузки, которую должны передавать и коммутировать в режиме ключа.

Что такое ключ в электронике и электрике — образное пояснение

Сравним его работу с устройством входной двери, закрытой на замок.

Человек без ключа не сможет через нее пройти: замок надежно закрыт. Владелец квартиры и его доверенные люди имеют ключ, открывают дверь, свободно проникают в помещение.

Точно так же работают ключи в электрике, пропуская нагрузку. Только они управляются по команде и бывают трех типов:

Механическими.
Электромеханическими.
Электронными.

Электрический ток совершает работу, например, освещает помещение. А ключ позволяет человеку управлять этим процессом за счет использования определенных технологий. Они разрешают коммутировать силовые контакты и даже выполнять дополнительные действия.

Таблица: как работает электрический ключ

Функции	Вид ключа
Функции	Механический	Электромеханический	Электронный
Как работает	Силовые контакты выключателя, переключателя, кнопки коммутируются кинематической схемой за счет манипуляций оператором	Силовые контакты переключает электромагнит под действием управляющего сигнала.	Силовые контакты коммутирует электронная схема под действием управляющего сигнала.
Управляющий сигнал	Ручное действие	Срабатывание электромагнита происходит под воздействием определенного электрического параметра нормируемой величины (уставки). Это может быть ток, напряжение, частота, мощность, фаза…	Биполярный транзистор коммутируется входным управляющим напряжением. Полевой транзистор — электрическим полем, посему он так и называется. Тиристор и симистор работают от тока, протекающего через управляющий электрод.
Основное преимущество	Относительная простота механизма	Возможность дистанционных коммутаций за счет изменения различных электрических сигналов	Кроме дистанционных переключений схемы есть регулировка выходного тока, что позволяет собирать различные регуляторы. Как пример, изменять мощность нагрузки, выставлять обороты вращения электродвигателя.

Основным недостатком механических и электромагнитных ключей является переключение силовых контактов, вынужденно разрывающих цепь нагрузки.

При этом возникает электрическая дуга, выжигающая поверхность контактирующих металлов.

Она же может стать причиной пожара или взрыва горючих сред.

На предприятиях энергетики введена обязательная процедура: ежегодный внутренний осмотр всех реле, контакторов и пускателей с чисткой поверхностей контактов и прожимом контактных соединений.

Электронные ключи работают без дуги. Они имеют уменьшенные габариты, удачно вписываются внутри корпусов электроприборов.

Разновидность симисторов БТА

Есть так же симисторы на 12, 41 ампер. Они выдерживают большие нагрузки. У меня самодельный регулятор мощности на симисторе ВТА. Заказать регулятор мощности на симисторе можно здесь. На моем канале посещенному радиолюбительству в видеороликах рассматриваются обзоры электрических схем, блоков питания, усилителей, преобразователей напряжения и тока, различные схемы и конструкторы из радиодеталей. Которые собираются в домашних условиях и доступны каждому любителю без особых проблем и трудностей. Заказывайте и применяйте в своих целях, для управления бытовыми приборами.

Я на свой регулятор мощности (напряжения) поставил радиатор большего размера и теперь он сможет выдержать большие нагрузки. На этом все, подписывайтесь на канал и оставляйте ваши комментарии, что бы и как вы сделали с этим модулем.

Подписывайтесь на мой канал я буду рад новым подписчикам, ставьте лайки и комментарии.

Так же посмотрите видео регулятор напряжения

На главную страницу.

Как происходит управление симистором: основные принципы

Электронные элементы (диоды, транзисторы, тиристоры, триаки) создаются под различные задачи, имеют разное количество полупроводниковых слоев. Понять принципы управления триаком нам поможет метод освоения информации от простого к сложному.

Основы протекания тока в полупроводниках я уже описывал ранее. У диода, состоящего из двух «p» и «n» переходов носителями зарядов выступают дырки и электроны.

При прямом подключении источника напряжения с нагрузкой образуется ток, а при обратном — прекращается. Этот процесс наглядно описывается вольт-амперной характеристикой (показана справа).

Такой алгоритм заложен в работу одного p-n перехода. По мере усложнения конструкции элементов их количество понемногу увеличивается.

Схема включения транзистора: 2 типа конструкций

Для начала уточняю возможности биполярных моделей.

Как работает биполярный транзистор

В работе этого ключа участвует два полупроводниковых перехода. Биполярный транзистор создается с одной из двух возможных структур:

p-n-p;
или n-p-n.

Кратко привожу пример устройства и работы по первому варианту.

В правой части картинки показаны характеристики зависимости токов через эмиттер и коллектор от приложенного напряжения на участках цепи эмиттер-база и коллектор-база.

Состояние полупроводниковых переходов меняется величиной приложенного к ним напряжения, чем достигают один из четырех режимов:

основной или активный (открыт коллекторный переход);
инверсный (открыт эмиттерный переход);
насыщенный (открыты оба перехода);
отсечка (закрыты оба перехода).

При эксплуатации используют в основном два последних режима за счет изменения тока через базу. Его прекращение закрывает ток через нагрузку, подключенную к коллектору, а подача с номинальным значением — открывает, то есть переводит в режим насыщения.

Конструкции с n-p-n переходами работают по этим же принципам, но направления токов у них меняются.

Как работает полевой (униполярный) транзистор

Рассмотрим на примере n-канальной структуры p-n-p. Для нашего случая этого вполне достаточно.

Ширина канала и тока Ic через сток и исток увеличивается при введении положительного напряжения на затвор (Uзи). Оно может достигать определенного порогового значения, при котором происходит закрытие транзистора.

Выходная ВАХ зависит от напряжения между стоком и истоком (Uси).

Ключ на полевом транзисторе работает за счет изменения его проводимости напряжением, подаваемым на затвор, когда он переходит в режим открытия или закрытия.

Подобные схемы отличаются повышенным быстродействием по отношению даже к биполярным модулям.

Схема включения тиристора: 2 варианта подключения для цепей постоянного и переменного тока

Этой теме я уже посвятил отдельную статью на своем блоге. Здесь же вкратце показываю, что в его структуре работает уже не три, а четыре полупроводниковых перехода, например, p-n-p-n.

Такую схему можно упрощенно представить составленной из двух одинаковых транзисторов (2 транзисторных ключа, подключенных встречно с коммутацией базы одного на коллектор другого).

ВАХ тиристора имеет две области смещений и 4 режима, из которых нас интересует только два:

открытое (1-2);
или закрытое состояние (0-1).

Они находятся в первом квадранте. Посмотрите внимательно на эту область. Она нам пригодится при уяснении работы триака.

Использование одного тиристора позволяет управлять одной полуволной синусоидального сигнала или цепями постоянного тока.

Как подключают тиристоры для управления нагрузкой в бытовой сети 220 вольт

Возьмем за основу предыдущую схему и дополнительно включим в нее еще один тиристор со своей цепочкой управления. Так появится двухполупериодное выпрямление на нагрузке R.

Оно же вырабатывается на триаке.

Схема включения симистора: как создается уникальная ВАХ

Принципиально triac (симметричный управляемый диод) можно представить состоящим из тиристоров, собранных встречно параллельно. Поэтому его на электрических схемах так и обозначают.

Обратите внимание на его электроды анод и катод (+ и -). Они переименовались в Т1 и Т2. Встречаются иные обозначения. Связано это с тем, что triac способен пропускать одновременно обе полугармоники положительного и отрицательного направления переменной синусоиды.

Другими словами: триак работает как с прямым направлением тока, так и обратным.

Структуру его полупроводниковых слоев можно представить следующим видом.

А их вольт амперная характеристика в первом квадранте работает как у тиристора (прямые токи), а в третьем — симметрично вывернута (обратное направление), что еще раз демонстрирует принцип действия triac.

Такой полупроводник при эксплуатации отличается:

высокой надежностью, обеспечивающей ему длительный ресурс;
отсутствием подвижных контактных механизмов, создающих помехи в сети;
допустимой стоимостью.

При этом надо учитывать, что он:

требует отвода тепла (применения дополнительных радиаторов охлаждения), ибо при перегреве может сгореть;
подвержен воздействию высокочастотных помех из электросети — в схему встраивается шунтирующая электрические шумы RC цепочка.

Технические возможности триака позволяют создавать на его основе не только электрические ключи, коммутирующие различные цепи, но и всевозможные регуляторы:

мощности;
изменения яркости освещения ламп;
числа оборотов электродвигателей.

Схема регулятора мощности

К этому регулятору мощности(напряжения) можно подключать разные устройства, до 2000 вт. (но при условии замены радиатора на больший по размеру), такие как лампа, паяльник для регулирования нагрева, дрель и другие устройства, где нужно регулировать освещение, напряжение, скорость, температуру. Для этого, как уже писал выше, нужно плавно поворачивать переменный (подстроечный) резистор R2 в сторону увеличения или уменьшения нагрузки.

На схеме расположены:

Симистор BTA16-600B на радиаторе, Динистор DIAC DB3, Конденсатор C1 – 0.1 мкф 400 в, Резисторы переменный R1 – 500 К, R2 – многооборотный резистор 2 Мом R3 – 0.25 ватт – 4.7 кОм, R 4 – 1вт -100 Ом Клеммы для подключения питания и нагрузки.

Что нужно отметить, продается такой регулятор мощности (напряжения) с маленькими радиаторами и на них нет пасты между симистором и радиатором. При подключении большой нагрузки, более 500 ватт лучше поставить больший радиатор и конечно с пастой. Регулятор работает исправно, плавно уменьшает и увеличивает нагрузку. В общем для домашних целей вполне сгодится. Единственное, это можно его усилить если поставить больший по току симистор и радиатор. Так же можно поставить резисторы большей мощности, конденсаторы вполне сгодятся согласно схеме.

Основные параметры: VRRM,В (Пиковое повторяющее обратное напряжение) 600 IT(RMS) (макс.),А (Рабочий ток в открытом состоянии) 16 VDRM (макс.),В (Пиковое повторяющее напряжение в открытом состоянии) 600 IFSM (макс.),А (Импульсный пиковый прямой ток на диод при температуре 10 мс) 168 IFT (макс.),мА (Минимальный отпирающий ток) 50 dV/dt,В/мкс (Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии)1000 dI/dt,А/мс (Критическая скорость нарастания тока в открытом положении) 14 TA,°C (Диапазон рабочих температур) от -40 до 125 Корпус TO-220AB

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.