Устройство, принцип работы симистора и сферы применения

Конструкция и принцип работы

Физические основы электроники
Конструкция симметричного тиристора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электрическими проводами типа пенис от контактов электродов основного и управляющего воздействия.

Всего в полупроводниковой структуре 5 перьевых слоев. Область между слоями называется pn переходом, который имеет нелинейную ВАХ с незначительным сопротивлением в противоположном направлении, где меньше — слой, а больше — слой p, а большее значение сопротивления — в противоположном направлении. Пробой pn перехода происходит при напряжениях в несколько тысяч вольт.

Электрон-дырочный переход
При вводе механизма по прямому направлению в работу вступает правая половина конструкции. Левая часть конструкции отключена, считается ток с очень большим сопротивлением.

Характеристики симметричного тиристора динамической и постоянной плоскости при прямом включении при приеме положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.

Как работает симистор? Принцип работы устройства основан на прохождении электрического сигнала в двух направлениях. Это позволяет использовать симисторы в качестве электрических реле в различных цепях, где необходимо регулировать нагрузку или ток, протекающий через цепь. Одним из неоспоримых преимуществ симметричного тиристора является то, что наличие постоянного уровня напряжения в управляющем ключе не требуется для обеспечения сквозного канала. Вам просто нужно, чтобы он был не выше определенного уровня, в зависимости от использования.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных SCR, необходимо рассказать об их сильных и слабых сторонах. К первым относятся следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость устройств;
  • большая продолжительность;
  • отсутствие механики (т.е движущиеся контакты, которые являются источниками помех).

К недостаткам устройств можно отнести следующие особенности:

  • Потребность в отводе тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А мощность рассеивания будет примерно 10-22 Вт, для чего потребуется соответствующий радиатор. Для удобства подключения к нему мощных устройств одна из клемм имеет резьбу под гайку.

Симистор для установки на радиатор
Симистор для установки на радиатор

  • Устройства подвержены переходным процессам, шумам и помехам;
  • Высокие частоты переключения не поддерживаются.

Последние два пункта требуют небольшого пояснения. В случае высокой скорости переключения высока вероятность самопроизвольного включения устройства. Пиковый шум также может вызвать такой результат. Рекомендуется обойти устройство RC цепью, чтобы защитить его от помех.

RC-цепь для защиты симистора от помех
RC-цепь для защиты симистора от помех

Кроме того, рекомендуется минимизировать длину проводов, ведущих к регулируемому выходу, или, в качестве альтернативы, использовать экранированные провода. Также обычной практикой является установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и затвором.

Область применения

Возможности, невысокая стоимость и простота устройства позволяют успешно использовать симисторы в промышленности и в быту. Их можно найти:

  • В стиральной машине.
  • В печи.
  • В духовках.
  • В электродвигателе.
  • В перфораторах и дрелях.
  • Можно мыть в посудомоечной машине.
  • В диммере.
  • В пылесосе.

Этот список не ограничивается тем, где используется это полупроводниковое устройство. Использование рассматриваемого токопроводящего устройства осуществляется практически во всех электроприборах, существующих только в доме. Он отвечает за управление вращением приводного двигателя в стиральных машинах; они используются на плате управления для запуска работы всех видов устройств — легче определить, где их нет.

Основные характеристики

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

  1. Максимальное напряжение. Индикатор, расположенный на силовых электродах, теоретически не приведет к отказу. Действительно, это максимально допустимое значение при соблюдении температурного диапазона. Будьте осторожны: даже кратковременное превышение может привести к разрушению этого элемента схемы.
  2. Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и разрешенный период в миллисекундах.
  3. Диапазон рабочих температур.
  4. Напряжение управляющего затвора (соответствует минимальному постоянному току затвора).
  5. Время включения.
  6. Минимальный ток привода постоянного тока, необходимый для включения прибора.
  7. Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывается в сопроводительной документации. Указывает значение критического напряжения, предел для данного устройства.
  8. Максимальное падение напряжения на симисторе в разомкнутом состоянии. Указывает предельное напряжение, которое может быть установлено между силовыми электродами в разомкнутом состоянии.
  9. Критическая скорость увеличения тока во включенном состоянии и напряжения в выключенном состоянии. Отображается в амперах и вольтах в секунду соответственно. Превышение рекомендуемых значений может привести к неисправности или неправильному открытию. Убедитесь, что условия эксплуатации соответствуют рекомендуемым ограничениям, и избегайте помех, когда громкоговоритель превышает указанный параметр.
  10. Корпус симистора. Важен для тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Итак, мы рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где он используется и какие характеристики он имеет. Если говорить простым языком, теоретические основы заложат фундамент для будущей эффективной деятельности. Надеемся, что предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров — двунаправленная проводимость электрического тока. Фактически, это два SCR с общим управлением, соединенных антипараллельно (см. A на рис. 1) .


Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и ее условное графическое обозначение

Это дало полупроводниковому устройству название, производное от словосочетания «симметричные тиристоры», и было отражено в его UGO. Обращаем внимание на обозначение выводов, так как ток может проводиться в обоих направлениях, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, поэтому их обычно обозначают как «Т1» и «Т2» (варианты являются TE1 и TE2 или A1 и A2). Управляющий электрод обычно обозначают буквой «G» (от англ. Gate).

Рассмотрим теперь структуру полупроводника (см. Рис. 2). Как видно из схемы, устройство имеет пять переходов, которые позволяют организовать две структуры: p1-n2-p2-n3 и p2-n2-p1. -n1, которые на самом деле представляют собой два противоположных тиристора, подключенных параллельно.


Рис. 2. Блок-схема симистора

Когда отрицательная полярность формируется на выводе питания T1, эффект тринистора начинает проявляться в p2-n2-p1-n1, а когда он изменяется, p1-n2-p2-n3.

Завершая раздел о принципе работы, приведем ВАХ и основные характеристики устройства.


VAC симистора

Обозначение:

  • А — закрыто.
  • Б — был открыт.
  • UDRM (UPR) — максимально допустимый уровень напряжения при прямом подключении.
  • УРРМ (UOB) — максимальный уровень обратного напряжения.
  • IDRM (IPR) — допустимый уровень постоянного тока
  • IRRM (IOB) — допустимый уровень обратного коммутируемого тока.
  • IН (IУД) — поддержание текущих значений.

Технические характеристики

У симисторов есть особенности, которые позволяют использовать их в любой цепи. Кроме того, они различаются еще и производителем: бывают отечественные и импортные. Основное отличие импортных в том, что нет необходимости настраивать их работу с помощью дополнительных радиоэлементов, то есть собирать дополнительную схему управления симистором. Симисторы обладают следующими характеристиками:

  1. Технические характеристики симисторов
    Величина максимального значения обратного и импульсного напряжения, на которое он рассчитан.
  2. Минимальное и максимальное значения тока, при которых происходит размыкание его спая, а также значение максимального импульсного тока, необходимого для его размыкания.
  3. Период включения и выключения.
  4. Соотношение Dv / dt.

Характеристики в основном определяются маркировкой симисторов по справочнику. Справочная информация содержит информацию о том, как он выглядит, и его распиновку. При использовании симистора учитывайте dv / dt. Показывает значения коэффициента, при которых не происходит самовозгорания из-за пиков напряжения. Причинами такого включения могут быть импульсные помехи и падение напряжения при смене ключа. Также во избежание последствий следует использовать RC-цепь, а также ограничивающие диоды или варистор. Эта цепь подключается к эмиттеру и коллектору симистора.

При выборе симистора необходимо обращать внимание на все характеристики, так как высоковольтный тип в низковольтных цепях использовать нет смысла. Например, если устройство работает с напряжением 36 В, нельзя использовать сторонний симистор Zo607 с напряжением 600 В (его аналог — VTA41600V.

Также в некоторых источниках можно найти концепт ненаббер-симистора. Это тип для индуктивных нагрузок. Примеры этой модели: m10lz47, mac12n и tg35c60.

Сигналы управления

Симистор управляется не напряжением, а током. Чтобы открыть ворота, необходимо подать ток определенного уровня. В характеристиках указан минимальный ток открытия — это необходимое значение. Ток открытия обычно очень низкий. Например, для переключения нагрузки 25 А применяется управляющий сигнал порядка 2,5 мА. В этом случае, чем выше напряжение, приложенное к затвору, тем быстрее открывается переход.

Схема питания для управления симистором

Схема питания для управления симистором

Чтобы перевести симистор в разомкнутое состояние, необходимо приложить напряжение между затвором и эталонным катодом. Условно, потому что в разное время катод имеет ту или иную мощность.

Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть отрицательной или совпадать с полярностью напряжения на обычном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подается от обычного анода через токоограничивающий резистор и переключатель. Часто бывает удобно управлять симистором, задав определенный ток электрода затвора, достаточный для его размыкания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырехквадрантные симисторы) могут запускаться сигналом любой полярности, хотя для этого может потребоваться больший управляющий ток (т. Е. Больший управляющий ток требуется в четвертом квадранте, т у обычного анода отрицательная полярность, а на управляющем электроде — положительная).

Симистор? Впервые слышу

Симистор — один из подтипов тиристоров, который обычно состоит из множества тиристоров. По-другому его еще называют симметричным симистором.

Из чего состоит этот симистор?

Симистор чаще всего представляется физиками в виде пятислойного полупроводника. Также есть картинки в виде 2-х тиристоров. В то же время управление сильно отличается от того, как управляются управляемые тиристоры, поэтому они выделены в отдельную группу. Давайте теперь узнаем, как работает элемент управления.

Управление симистором

Дело в том, что у обычного тиристора есть и катод, и анод, и каждый из них выполняет строго определенную функцию, а с симистором все немного иначе. Представим, что у нас есть и катод, и анод, но когда симистор подключен и работает, катод становится анодом, а анод становится катодом. Вот такая чудесная трансформация. Поэтому мы не можем сказать, что они здесь присутствуют в явном виде, и будем называть их просто выходами (электродами). Чтобы точно не путать, мы называем выходы симистора катодом и анодом условными. Еще немного теории.

Для симистора управление работает следующим образом: на входе полярность может быть отрицательной — это первый вариант. Второй вариант, когда он совпадает с полярностью на аноде, что встречается реже. Тут все просто — выставляем необходимую силу тока и этого достаточно для разблокировки симистора. Обратите внимание, что управляющий электрод специально разработан для тока и мы используем его для этой цели.

Там! Основная сложность для нас здесь — найти идеальный ток, вот и все!

Симистор схема

Теперь, когда мы уже много знаем о структуре симисторов и о том, как они обычно управляются, пора посмотреть, как они выглядят в схемах и что здесь интересного. Взгляните, например, на эту диаграмму:

Схема симистора
Схема симистора

Здесь следует сразу отметить, что такое условные обозначения для дальнейшего без проблем понимания всех схем. Симисторы обычно имеют 3 электрода, один из которых — затвор. Обозначается через английскую букву G. Что, уже гораздо больше понимания, не так ли? Хороший! Теперь давайте рассмотрим схему немного другого симистора. Вы замечаете разницу? Да, потому что здесь симистор состоит из двух тиристоров!

Симистор двух тиристоров
Симистор двух тиристоров

Да зачем тогда симистор? Почему здесь нельзя было вставить обычную эквивалентную тиристорную схему? И дело в том, что такая схема управляется несколько иначе.

Регулятор на симисторе

Теперь пора обсудить, как симистор регулирует напряжение. На самом деле это очень интересно. Появление. Как только симистор начинает работать, на один из его электронов сразу же подается напряжение, которое всегда чередуется. Кроме того, на управляющий электрод подается отрицательный ток, который будет управлять процессом. При превышении порога воспламенения (всегда заранее знаешь, это удобство) симистор откроется и по нему начнет течь ток. Обратите внимание, что симистор перестанет работать в момент смены полярности тока (другими словами, он замкнется). Затем все идет цикл за циклом и повторяется.

Регулятор мощности
Регулятор мощности

Да вроде понятно. А что влияет на скорость открытия и закрытия симистора? Что влияет на выходную мощность? Здесь тоже все очень просто. По мере увеличения входного напряжения увеличивается и выходной импульс. Следовательно, при небольшом напряжении на входе импульс на выходе будет коротким. Возьмем для примера обычную лампочку с симистором. Чем больше напряжения мы подаем, тем ярче лампочка. Отлично, правда?

Режимы работы симистора

Симистор может работать как под действием отрицательного тока, так и под воздействием положительного. Всего существует четыре основных режима работы — все зависит от полярности и входного напряжения.

В чем главные достоинства симистора

Мы рассматриваем симистор как реле. В этой роли у него много весомых преимуществ:

  • дешевый. Да, это тоже преимущество. Так? Когда вам нужно сразу много, будет очень хорошо, если вам нужно будет потратить меньше
  • работает очень долго (очевидно, по сравнению с другими устройствами этого класса)
  • надежность из-за отсутствия контактов

Но есть у него и минусы

Конечно, идеальных устройств еще не изобретено, поэтому и здесь мы не имеем права их скрывать:

  • сильная чувствительность к высоким температурам
  • работает только на низких частотах (слишком долго открывается и закрывается)
  • иногда возникают внезапные тревоги из-за естественного внешнего электромагнитного воздействия

Структура и принцип работы симистора

устройство симистора и работа

Симистор — это не что иное, как симметричный тиристор. Поэтому, исходя из названия, можно сделать вывод, что его несложно заменить двумя тиристорами, которые включены встречно параллельно. Он способен пропускать ток в любом направлении. Симистор имеет три основных выхода: управляющий для подачи сигнала и основной (анодный, катодный) для пропускания рабочих токов.

Симистор (принцип работы «чайников» этого полупроводникового элемента представлен вашему вниманию) открывается при подаче на управляющий вывод минимально необходимого значения тока. Или если разность потенциалов между двумя другими электродами больше максимально допустимого значения.

В большинстве случаев перенапряжение приводит к тому, что симистор самопроизвольно срабатывает при максимальной амплитуде питающего напряжения. Переход в заблокированное состояние происходит в случае инверсии полярности или когда рабочий ток падает до уровня ниже, чем ток удержания.

Виды

Принцип работы симистора
Говоря о типах устройств, необходимо принять тот факт, что этот симистор считается одним из типов тиристоров. Если есть отличия в работе, тиристор тоже можно представить как разновидность симистора. Различия заключаются в управляющем катоде и разных принципах работы этих тиристоров.

Импортные устройства широко представлены на российском рынке. Их главное отличие от российских симисторов в том, что они не требуют предварительной настройки в самой схеме. Это экономит детали и место на печатной плате. Как правило, они начинают работать одновременно после включения в схему. Нужно только тщательно подобрать нужный симистор по всем необходимым данным.

Плюсы и минусы

Узнав, что такое симистор, давайте разберемся с плюсами и минусами этого устройства управления.

К плюсам можно отнести:

  1. В устройстве нет механических контактов.
  2. Длительный период эксплуатации, поломок при этом практически не бывает.
  3. Принцип работы устройств исключает образование искр во время работы даже при самых высоких мощностях сквозного тока.
  4. Бюджетный.

Но, как и любое устройство, симметричные тиристоры не лишены недостатков:

  1. Значительное тепловыделение во время работы.
  2. Восприимчивость к электромагнитным помехам и шумам.
  3. Невозможность работать на значительных частотах переменного тока.
  4. Падение напряжения до 2 вольт в открытом приборе. Причем этот коэффициент не зависит от силы проходящего тока. Этот фактор считается препятствием для использования симисторов в маломощных проектах.

При этом симметричные тиристоры нагреваются до более высоких токов, что потребует использования устройств для охлаждения корпуса. В индустрии есть активное охлаждение мощных устройств с поддержкой вентилятора.

Развитие технологий

Особенностью четырехквадрантных симметричных тиристоров считается их ложное переключение, которое может вызвать сбои. Это требует использования дополнительной цепи безопасности, содержащей множество компонентов.

Сравнительно недавно были изобретены 3-х квадрантные устройства, обладающие необходимыми преимуществами:

  1. За счет уменьшения количества необходимых компонентов плата стала еще компактнее.
  2. Следовательно, меньшие потери усилий и более низкие затраты на готовую продукцию.
  3. При отсутствии демпфера и индуктивности стало возможным использование симметричных тиристоров в высокочастотных цепях.

А упрощение схемы также позволило использовать в отопительных приборах трехквадрантный симистор — такая система меньше нагревается и не реагирует на температуру окружающей среды.

Сфера использования

Структура тиристора
Принцип действия и небольшие размеры симисторов позволяют использовать их практически везде. В самом начале своего зарождения механизмы использовались в конструкции мощных трансформаторов и заправочных устройств.

Сегодня, с появлением малых предприятий по производству полупроводников, тиристоры стали более компактными, что позволяет использовать их в самых разных конструкциях и областях.

Симистор является настолько гибким и поливалентным механизмом, что благодаря своим свойствам он переходит в положение проводимости с помощью импульса, запускаемого с положительным или отрицательным знаком, который не зависит от ключа, выражающего свойства мгновенной полярности. По характеру названия анод и катод не имеют отношения к устройству.

Управление тиристором
Симистор используется как твердотельное реле. Он имеет небольшой пусковой ток, необходимый для перегрузки большими токами. Функции ключа в этом устройстве могут выполнять высокочувствительный переключатель или реле и другие контактные пары с током до 50 мА, при этом величина тока перегрузки может быть ограничена только характеристиками, на которые рассчитан симистор разработан.

Не менее распространено использование симистора в качестве регулятора освещенности и управления скоростью вращения электродвигателя. Схема основана на использовании компонентов активации, которые образованы RC-фазовращателем, потенциометр регулирует освещенность, а резистор предназначен для ограничения тока перегрузки. Развитие импульсов осуществляется с помощью динистора. Уже после отказов динистора, возникающих из-за разности потенциалов на конденсаторе, импульс разрядки конденсатора, возникающий мгновенно, включает симистор.

В промышленности мощные устройства используются для управления станками, насосами и другим электрооборудованием, где требуется постепенное изменение протекающего тока. В быту еще более распространено использование симисторов:

  1. Это практически весь инструмент: от ручной дрели и шуруповерта до зарядного устройства для автомобильного аккумулятора.
  2. Многочисленная бытовая техника: пылесосы, вентиляторы, фены и так далее.
  3. В бытовых компрессорных установках: кондиционеры и холодильники.
  4. Электронагревательные приборы: камины, духовки, микроволновые печи.

Широкое использование устройств послужило толчком для изучения диммеров, популярных сегодня устройств для мягкого диммирования. Принцип работы автоматического диммера основан на использовании симистора.

Как работает регулятор мощности на симисторе: самая простая схема из пяти доступных деталей и поясняющее видео

Сразу замечаю, что новичка может ввести в заблуждение общепринятое слово «регулятор». Технически этот продукт правильнее называть «ограничителем».

Симисторные и тиристорные модули работают за счет уменьшения значения номинальной мощности. Увеличить они не могут, потому что банально срезают часть синусоиды.2 тиристора в цепи переменного тока

Было разработано множество схем, работающих по этому принципу. Их используют как в промышленности, так и в самостоятельном производстве. Далее предлагаю познакомиться с одним из самых простых.

Такую конструкцию может собрать своими руками новичок, для приобретения практических навыков поместите ее в небольшую коробку. При размещении на радиаторе он позволяет контролировать нагрузку до 5 киловатт.

Регулятор мощности симистора

В работе схемы задействовано всего 5 деталей:

  1. Симистор BTA-41600B (продается в Китае).
  2. Dinistor DB3 можно найти в энергосберегающих лампах или в интернет-магазине.
  3. Резистор на 500 Ом с мощностью рассеивания тепла 1 Вт.
  4. Конденсатор 0,1 мкФ с допустимым напряжением 250 вольт.
  5. Переменный резистор сопротивлением от 200 до 500 кОм.

Конструктивно регулятор может быть выполнен простым поверхностным монтажом или размещен на печатной плате. Это несущественно, деталей немного.

Такая конструкция позволяет регулировать:

  • паяльник температурный, резистивные нагреватели;
  • скорость вращения электродвигателей коллектора (пылесосы, стиральные машины, дрели, болгарки, перфораторы, шлифовальные машины, лобзики;
  • свет от ламп накаливания;
  • зарядный ток автомобильного аккумулятора;
  • сила тока на первичной стороне трансформатора, но это создает искаженный сигнал, что несколько ухудшит процесс преобразования — электромагнитные преобразования.

В принципе, это обычный диммер. Аналогичные товары продаются в магазинах для ламп накаливания. Отличается только небольшими доработками, упрощениями, не подходит для светодиодов и источников энергосбережения. Возможно их дрожь.

В схеме не предусмотрено сохранение мощности на коленчатом валу: при увеличении нагрузки, например, при большем давлении фрезы в заготовке, частота вращения ротора снижается.

он достаточно функциональный, но упрощенный до мелочей. Даже сложно выделить все 4 основных узла, присущих таким регуляторам. И это:

  1. установка частоты RC цепочки;
  2. формирователь импульсов для разблокировки симметричного управляющего диода;
  3. силовой элемент — сам симистор;
  4. rC-демпфирующая цепь (защищает симистор от помех со стороны индуктивной нагрузки — электродвигателя).

Тем, кто любит смотреть видео, рекомендую обратить внимание на видеоматериал Ростислава Михайлова, где он довольно легко объясняет эти 4 принципа работы симисторного регулятора мощности.

Достоинства и недостатки

Каково назначение рассматриваемого полупроводникового прибора? Чаще всего используется для переключения переменного тока. В этом плане симистор очень удобен: с помощью небольшого элемента можно управлять высоковольтным источником питания.

Популярны решения при замене обычного электромеханического реле. Преимущество такого решения в том, что отсутствует физический контакт, за счет которого зажигание становится более надежным, переключение бесшумное, ресурс на порядки больше, а производительность выше. Еще одно преимущество симистора — относительно невысокая цена, которая вкупе с высокой надежностью схемы и наработкой на отказ выглядит привлекательно.

Разработчики не смогли полностью избежать недостатков. Например, бытовая техника сильно нагревается под нагрузкой. Мы должны обеспечить отвод тепла. На радиаторах установлены мощные симисторы (или «силовые»). Другой недостаток, влияющий на использование, — это создание гармонических помех в электрической сети некоторыми схемами управления симисторами (например, домашним диммером для диммирования).

Обратите внимание, что напряжение на нагрузках будет отличаться от синусоиды, которая связана с минимальным напряжением и током, при которых возможно воспламенение. По этой причине подключайте только ту нагрузку, которая не имеет высоких требований к мощности. При постановке задачи получить синусоидальную волну этот метод переключения работать не будет. Симисторы очень чувствительны к шумам, переходным процессам и помехам. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Общие сведения

Симистор (симистор) является разновидностью тиристора и имеет большое количество pn-переходов. Рекомендуется использовать в цепях переменного тока для электронного управления. Чтобы понять принцип работы симистора для «чайников» в этом вопросе, следует рассмотреть его устройство, функции и назначение.

Информация о ключах

Ключи — это устройства, которые используются для включения или выключения электрических цепей. Их три типа, и у каждого есть свои достоинства и недостатки. Клавиши классифицируются по типу переключателя:

  1. Механик.
  2. Электромеханический.
  3. Электронный.

К механическим клавишам относятся переключатели и переключатели. Они используются в случаях, когда требуется ручное переключение для замыкания одной или нескольких групп контактов. Реле (контакторы) должны относиться к типу электромеханических ключей. Электромагнитное реле состоит из магнита, представляющего собой катушку с подвижным сердечником. Когда катушка находится под напряжением, она притягивает сердечник группой контактов: одни контакты замыкаются, а другие размыкаются.

Механические ключи

Среди преимуществ использования электромеханических переключателей можно выделить следующие: отсутствие падения напряжения и потерь мощности на контактах, а также изоляция нагрузки и схемы переключения. У этого типа ключа есть и недостатки:

  1. Количество операций ограничено по мере износа контактов.
  2. При размыкании возникает электрическая дуга, которая приводит к разрушению контактов (электроэрозия). Нельзя использовать во взрывоопасных средах.
  3. Очень низкая производительность.

В основе электронных переключателей лежит различная основа полупроводниковых элементов: транзисторы, управляемые диоды (тиристоры) и симметричные управляемые диоды (симисторы). Самый простой электронный ключ — это биполярный транзистор с коллектором, эмиттером и базой, состоящий из 2-х pn-переходов. По структуре они бывают 2-х типов: npn и p-np.

Биполярный транзистор

Поскольку транзистор состоит из 2-х pn-переходов, следовательно, в зависимости от того, в каком состоянии они находятся, различают 4 режима работы: базовый, обратный, насыщение и отсечка. В активном режиме коллекторный переход открыт, а в обратном — эмиттерный. С двумя открытыми переходами транзистор работает в режиме насыщения. Если оба перехода закрыты, он будет работать в режиме отсечки.

Для использования транзистора необходимо всего 2 его состояния. Режим отсечки возникает при отсутствии тока базы, поэтому ток коллектора равен 0. Когда к базе подается достаточный ток, полупроводниковый прибор будет работать в режиме насыщения, то есть в открытом состоянии.

Если мы рассмотрим ключи на полевых транзисторах, становится возможным изменить их проводимость при изменении напряжения на затворе, который действует как управляющий электрод. Проверяя его работу, воздействуя на заслонку, можно получить два состояния: открытое и закрытое. Переключатели на полевых транзисторах имеют более высокое быстродействие, чем биполярные.

Ключи на полевых транзисторах,

Электронные ключи на тиристорах имеют некоторые особенности. Тиристор — это полупроводниковый радиоэлемент с pnpn- или npnp-переходами, имеющий 3, а иногда и 4 проводника. Он состоит из p-слоя (катод), n-слоя (анод) и управляющего электрода (база). Его можно заменить двумя транзисторами разной конструкции. Он представляет собой 2 ключа транзисторного типа, которые включены в обратном направлении. База одного транзистора соединяется с коллектором другого.

Когда ток пробоя применяется к базе, управляемый диод открывается и остается в этом состоянии до тех пор, пока ток не снизится до нуля. При большом токе базы тиристор представляет собой обычный полупроводниковый диод, проводящий ток в одном направлении.

Он может работать от цепей переменного тока, но только на половину мощности. Для этих целей необходимо использовать симистор.

Принцип работы симистора

Основное различие между симистором и тиристором — это проводимость в двух направлениях одновременно. Симистор можно заменить двумя тиристорами, которые имеют встречно-параллельное соединение на Рисунке 1. На схемах подключения показано условное графическое обозначение симистора. В некоторых публикациях можно встретить и другие названия — симистор и симметричный управляемый диод.

Схема переключения 2-х тиристоров

Рисунок 1. Симистор (схема включения 2-х тиристоров) и его графическое обозначение

Вот простой пример, который тоже позволит манекенам понять, как работает симистор. Дверь отеля может открываться в двух направлениях, и 2 человека могут войти и выйти одновременно. Этот простой пример показывает, что симистор может пропускать ток одновременно в двух направлениях (прямом и обратном), поскольку он состоит из 5 pn-переходов. Его работа контролируется с базы.

Слои полупроводникового симисторного переключателя аналогичны переходу транзистора, но имеют 3 дополнительных области n-типа. Четвертый слой расположен рядом с катодом и разделен, поскольку анод и катод выполняют некоторые функции при движении тока, а при изменении направления движения они меняются местами. Пятый слой у основания.

При подаче сигнала на управляющий выход загорается симметричный управляющий диод, так как его анод будет иметь положительный потенциал. В этом случае ток будет протекать через верхний тиристор. При изменении полярности через нижний тиристор будет течь ток (рис. 1). Об этом свидетельствует его вольт-амперная характеристика (ВАХ) на рисунке 2. Она состоит из двух кривых, повернутых на 180 градусов.

Рисунок 2. ВАХ симистора

Буква «А» обозначает его закрытое состояние, а «Б» — открытое. Urrm и Udrm: допустимые значения прямого и обратного напряжений. Идрм и Иррм — токи вперед и назад.

Виды и сферы применения

Поскольку симистор — это разновидность тиристоров, их главное отличие — параметры управляющего (базового) электрода. Кроме того, их классифицируют по другим критериям:

  1. Дизайн.
  2. Сила тока, при которой возникает перегрузка.
  3. Основные характеристики.
  4. Значения постоянного и обратного токов.
  5. Величина прямого и обратного напряжений.
  6. Тип электрической нагрузки. Есть силовые и обычные.
  7. Параметр силы тока, необходимый для открытия ворот.
  8. Отношение dv / dt, то есть скорость, с которой происходит переключение.
  9. Режиссер.
  10. Власть.

Из-за особенности прохождения тока в двух направлениях их используют в цепях переменного тока, так как тиристор не может работать на полную мощность. Симметричные тиристоры широко используются в таких устройствах:

  1. Диммер или диммер.
  2. Регуляторы скорости для различных инструментов (лобзики, отвертки и т.д.).
  3. Электронный контроль температуры индукционных плит.
  4. Охлаждающее оборудование для плавного пуска двигателя.
  5. Бытовая техника.
  6. Светотехническая промышленность, постепенный запуск приводов машин и механизмов.

Симметричные тиристоры

К достоинствам симисторов можно отнести невысокую стоимость, надежность и отсутствие помех (не используются механические контакты), а также длительный срок службы. К основным недостаткам можно отнести следующие: необходимость дополнительного отвода тепла, невозможность использования высоких частот, а также влияние помех и шумов разного рода.

Для подавления помех подключите параллельно симистору между катодом и анодом цепь конденсатора и резистора с номиналами от 0,02 до 0,3 мкФ и от 45 до 500 Ом соответственно. Для использования в любой схеме или устройстве необходимо знать основные технические характеристики, поскольку владение этой информацией поможет избежать многих трудностей, с которыми сталкивается начинающий радиолюбитель.

Ограничения при использовании

Полупроводники
Симистор накладывает несколько ограничений на его применение, особенно в случае индуктивной перегрузки. Ограничения влияют на скорость изменения напряжения (dV / dt) между анодами симистора и скорость изменения рабочего тока di / dt.

Действительно, при переходе симистора из закрытого положения в проводящее состояние значительный ток может быть вызван внешней цепью. В этом случае период мгновенного падения силы на выходе симистора не происходит. Таким образом, в то же время будут напряжения и токи, которые будут развивать мгновенную мощность, которая может достигать значительных значений.

Энергия, теряемая в небольшом пространстве, вызывает внезапное повышение температуры pn-переходов. Если критическая температура будет завышена, произойдет разрушение симистора, вызванное чрезмерной скоростью нарастания тока di / dt.

Кроме того, ограничения распространяются на изменения напряжения 2-х категорий: в dV / dt по отношению к замкнутому симистору и по разомкнутому симистору (последнее, к тому же, называется скоростью переключения).

Устройство и принцип его работы
Чрезмерная скорость увеличения напряжения между выводами A1 и A2 скрытого симистора может привести к его размыканию при отсутствии сигнала в управляющем электроде. Это проявление вызвано внутренней емкостью симистора. Электрический ток заряда этой емкости может потребоваться для разблокировки симистора.

Однако это не считается основной предпосылкой для преждевременного раскрытия информации. Максимальное значение dV / dt при включении симистора, в принципе, очень незначительно, и очень быстрое изменение силы на выводах симистора во время периода его блокировки может немедленно вызвать новое зажигание. Точно так же снова разблокируется симистор, а он должен быть замкнут.

Источники

  • https://tokar.guru/stanki-i-oborudovanie/ustroystvo-i-princip-raboty-simistora.html
  • https://www.asutpp.ru/simistory.html
  • https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/chto-takoe-simistor-triak.html
  • https://kamuflyzh.ru/svarka/simistor-shema-vklyucheniya.html
  • https://rusenergetics.ru/ustroistvo/princip-dejstviya-simistora
  • https://elektroznatok.ru/info/elektronika/simistor
  • https://www.RusElectronic.com/simistory/
  • https://FB.ru/article/249251/simistor-printsip-rabotyi-primenenie-ustroystvo-i-upravlenie-imi
  • https://ElectrikBlog.ru/simistor-princzip-raboty-dlya-chajnika/
  • https://elektrik-sam.ru/baza-znanij/4135-chto-takoe-simistor-kak-on-rabotaet-i-dlja-chego-nuzhen.html
  • https://NpfGeoProm.ru/teoriya-i-opyt/simistor-princip-raboty-dlya-chajnikov.html

Оцените статью
Блог про электронику