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.

Содержание:

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.

Условное обозначение на схеме по ГОСТ:

Внешний вид следующий:

В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.

Как работает симистор? 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.

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.

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.

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.

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.

Область применения

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

1. В стиральной машине.
2. В печи.
3. В духовках.
4. В электродвигателе.
5. В перфораторах и дрелях.
6. В посудомоечной машине.
7. В регуляторах освещения.
8. 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!

Опубликовано: 03.07.2019 Обновлено: 03.07.2019 нет комментариев

Симистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение на схемах Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора. Фото современных симисторов

Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

Структура

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.

Управление

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).

Ограничения

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.

История

К 1963 году уже были известны конструкции симисторов

[2]. Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт^[3] подал заявку на авторское свидетельство на симметричный тиристор 22 июня 1963 года^[4][2], то есть раньше^[4], чем подана заявка на патент от американской корпорации «Дженерал электрик»^[5][6].

Примечания

Ссылки

Литература

• 1. Э.Кадино «Цветомузыкальные установки» -М.: ДМК Пресс, 2000.
• 2. Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104).

Симистор принцип работы

Симисторы: принцип работы

 

Симистор —  один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходови  принципом работы.

Использование симистора

Симистор наиболее часто используется в полупроводниковых устройствах для коммутации и управления мощностью систем переменного тока.

Схема переключения симистора

Приведенная выше схема показывает простую схему переключения симистора с триггером постоянного тока. При разомкнутом переключателе SW1 ток не поступает в затвор симистора, и поэтому лампа выключена. Когда SW1 замкнут, ток затвора подается на триак от батареи V G через резистор R, и триак приводится в полную проводимость, действуя как замкнутый переключатель, и полная мощность потребляется лампой от синусоидального источника питания.

Поскольку батарея подает положительный ток затвора на триак всякий раз, когда переключатель SW1 замкнут, триак постоянно находится в режимах g + и ΙΙΙ + независимо от полярности клеммы MT 2 .

Конечно, проблема с этой простой схемой переключения симистора состоит в том, что нам потребовался бы дополнительный положительный или отрицательный источник питания затвора, чтобы запустить триак в проводимость. Но мы также можем активировать триак, используя фактическое напряжение питания переменного тока в качестве напряжения срабатывания затвора. Рассмотрим схему ниже.

Схема показывает триак, используемый как простой статический выключатель питания переменного тока, обеспечивающий функцию «ВКЛ» — «ВЫКЛ», аналогичную в работе предыдущей схеме постоянного тока. Когда переключатель SW1 разомкнут, триак действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, триак отключается от «ВКЛ» через токоограничивающий резистор R и самоблокируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на нагрузку лампы.

Поскольку источник питания является синусоидальным переменным током, триак автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока в качестве мгновенного напряжения питания, и, таким образом, ток нагрузки кратковременно падает до нуля, но повторно фиксируется снова, используя противоположную половину тиристора в следующем полупериоде, пока выключатель остается замкнутым. Этот тип управления переключением обычно называется двухполупериодным управлением, поскольку контролируются обе половины синусоидальной волны.

Поскольку симистор фактически представляет собой две SCR, подключенные друг к другу, мы можем продолжить эту схему переключения симистора, изменив способ срабатывания затвора, как показано ниже.

Модифицированная цепь переключения симистора

Как и выше, если переключатель SW1 разомкнут в положении A, то ток затвора отсутствует, а лампа выключена. Если переключатель находится в положении B, то ток затвора протекает в каждом полупериоде так же, как и раньше, и лампа получает полную мощность, когда триак работает в режимах Ι + и ΙΙΙ–.

Однако на этот раз, когда переключатель подключен к положению C, диод предотвратит срабатывание затвора, когда MT 2 будет отрицательным, так как диод имеет обратное смещение. Таким образом, симистор работает только в положительных полупериодах, работающих только в режиме I +, и лампа загорается при половине мощности. Затем, в зависимости от положения переключателя, нагрузка выключена при половине мощности или полностью включена .

Фазовый контроль симистора

Другой распространенный тип схемы симистической коммутации использует управление фазой для изменения величины напряжения и, следовательно, мощности, подаваемой на нагрузку, в данном случае на двигатель, как для положительной, так и для отрицательной половин входного сигнала. Этот тип управления скоростью двигателя переменного тока обеспечивает полностью переменное и линейное управление, поскольку напряжение можно регулировать от нуля до полного приложенного напряжения, как показано на рисунке.

Эта базовая схема запуска фазы использует триак последовательно с двигателем через синусоидальный источник переменного тока. Переменный резистор VR1 используется для управления величиной фазового сдвига на затворе симистора, который, в свою очередь, управляет величиной напряжения, подаваемого на двигатель, путем его включения в разное время в течение цикла переменного тока.

Вызывание напряжение симистора является производным от VR1 — C1 комбинации через Диак (Диак является двунаправленным полупроводниковым устройством , которое помогает обеспечить резкий триггер импульс тока, чтобы полностью включение симистора).

В начале каждого цикла C1 заряжается через переменный резистор VR1. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на С1 не станет достаточным для запуска диака в проводимость, что, в свою очередь, позволяет конденсатору С1 разрядиться в затвор симистора, включив его.

Как только триак запускается в проводимость и насыщается, он эффективно замыкает цепь управления фазой затвора, подключенную параллельно ему, и триак берет на себя управление оставшейся частью полупериода.

Как мы видели выше, триак автоматически отключается в конце полупериода, и процесс запуска VR1-C1 снова запускается в следующем полупериоде.

Однако, поскольку для триака требуются разные величины тока затвора в каждом режиме переключения, например, Ι + и ΙΙΙ–, поэтому триак является асимметричным, что означает, что он не может запускаться в одной и той же точке для каждого положительного и отрицательного полупериода.

Эта простая схема управления скоростью симистора подходит не только для управления скоростью двигателя переменного тока, но и для диммеров ламп и управления электронагревателем, и на самом деле очень похожа на регулятор симистора, используемый во многих домах. Однако коммерческий симисторный диммер не должен использоваться в качестве регулятора скорости двигателя, так как, как правило, симисторные диммеры предназначены для использования только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания.

Принцип работы симистора

Давайте разберем, как работает симистор на примере простой схемы, в которой переменное напряжение подается на нагрузку через электронный ключ на базе этого элемента. В качестве нагрузки представим лампочку — так удобнее будет объяснять принцип работы.

Схема реле на симисторе (триаке)

В исходном положении прибор находится в запертом состоянии, ток не проходит, лампочка не горит. При замыкании ключа SW1 питание подается на на затвор G. Симистор переходит в открытое состояние, пропускает через себя ток, лампочка загорается. Поскольку схема работает от сети переменного напряжения, полярность на контактах симистора постоянно меняется. Вне зависимости от этого, лампочка горит, так как прибор пропускает ток в обоих направлениях.

При использовании в качестве питания источника переменного напряжения, ключ SW1 должен быть замкнуть все время, пока необходимо чтобы нагрузка была в работе. При размыкании контакта во время очередной смены полярности цепь разрывается, лампочка гаснет. Зажжется она снова только после замыкания ключа.

Если в той же схеме использовать источник постоянного тока, картина изменится. После того как ключ SW1 замкнется, симистор откроется, потечет ток, лампочка загорится. Дальше этот ключ может возвращаться в разомкнутое состояние. При этом цепь питания нагрузки (лампочки) не разрывается, так как симистор остается в открытом состоянии. Чтобы отключить питание, надо либо понизить ток ниже величины удержания (одна из технических характеристик), либо кратковременно разорвать цепь питания.

Сигналы управления

Управляется симистор не напряжением, а током.

Для открытия на затвор надо подать ток определенного уровня. В характеристиках указан минимальный ток открывания — вот это и есть нужная величина. Обычно ток открывания совсем небольшой. Например, для коммутации нагрузки на 25 А, подается управляющий сигнал порядка 2,5 мА. При этом, чем выше напряжение, подаваемое на затвор, тем быстрее открывается переход.

Схема подачи напряжения для управления симистором

Чтобы перевести симистор в открытое состояние, напряжение должно подаваться между затвором и условным катодом. Условным, потому что в разные моменты времени, катодом является то один силовой выход, то другой.

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.

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.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Симистор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение на схемах Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора. Фото современных симисторов

Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

Структура

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.

Управление

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).

Ограничения

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.

История

К 1963 году уже были известны конструкции симисторов^[2]. Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт^[3] подал заявку на авторское свидетельство на симметричный тиристор 22 июня 1963 года^[4][2], то есть раньше^[4], чем подана заявка на патент от американской корпорации «Дженерал электрик»^[5][6].

Примечания

Ссылки

Литература

• 1. Э.Кадино «Цветомузыкальные установки» -М.: ДМК Пресс, 2000.
• 2. Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104).

Тиристоры и симисторы — RadioRadar

Тиристор

---

   Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).

Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий электрод, можно сказать, «спусковой крючок» — используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

   Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:

• тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;
• тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем не менее для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить специальные условия;
• управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;
• oсредний ток через нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно точно регулировать в зависимости от длительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом является регулятором мощности.

Структура тиристора

---

   Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся четырех кремниевых слоев типа р и n. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рис. 1.

   Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято называть анодом, а крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника, — катодом.

Рис.1. Структура и обозначение тиристора

Свойства тиристора в закрытом состоянии

---

   В соответствии со структурой тиристора можно выделить три электронно-дырочных перехода и заменить тиристор эквивалентной схемой, как показано на рис. 2.

   Эта эквивалентная схема позволяет понять поведение тиристора с отключенным управляющим электродом.

   Если анод положителен по отношению к катоду, то диод D2 закрыт, что приводит к закрытию тиристора, смещенного в этом случае в прямом направлении. При другой полярности диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении, и тиристор также закрыт.

Рис.2. Представление тиристора тремя диодами

Принцип отпирания с помощью управляющего электрода

---

   Эквивалентное представление структуры р-n-p-n в виде двух транзисторов показано на рис. 3.

   Представление тиристора в виде двух транзисторов разного типа проводимости приводит к эквивалентной схеме, представленной на рис. 1.4. Она наглядно объясняет явление отпирания тиристора.

   Зададим ток I_GT через управляющий электрод тиристора, смещенного в прямом направлении (напряжение V_AK положительное), как показано на рис. 4.

   Так как ток I_GT становится базовым током транзистора n-p-n, то ток коллектора этого транзистора равен B₁xI_GT, где B₁ — коэффициент усиления по току транзистора Т1.

   Этот ток одновременно является базовым током транзистора р-n-р, что приводит к его отпиранию. Ток коллектора транзистора Т2 составляет величину B₁xB₂xI_GT и суммируется с током I_GT, что поддерживает транзистор Т1 в открытом состоянии. Поэтому, если управляющий ток I_GT достаточно велик, оба транзистора переходят в режим насыщения.

   Цепь внутренней обратной связи сохраняет проводимость тиристора даже в случае исчезновения первоначального тока управляющего электрода IGT, при этом ток анода (1А ) остается достаточно высоким.

   Типовая схема запуска тиристора приведена на рис. 5

.

Рис.3. Разбиение тиристора на два транзистора

Рис.4. Представление тиристора в виде двухтранзисторной схемы

Рис.5. Типичная схема запуска тиристора

Отключение тиристора

---

   Тиристор перейдет в закрытое состояние, если к управляющему электроду открытого тиристора не приложен никакой сигнал, а его рабочий ток спадет до некоторого значения, называемого током удержания (гипостатическим током).

   Отключение тиристора произойдет, в частности, если была разомкнута цепь нагрузки (рис. 6а) или напряжение, приложенное к внешней цепи, поменяло полярность (это случается в конце каждого полупериода переменного напряжения питания).

Рис.6. Способы отключения тиристора

   Когда тиристор работает при постоянном токе, отключение может быть произведено с помощью механического выключателя.

   Включенный последовательно с нагрузкой этот ключ используется для отключения рабочей цепи.

   Включенный параллельно основным электродам тиристора (рис. 6б) ключ шунтирует анодный ток, и тиристор при этом переходит в закрытое состояние. Некоторые тиристоры повторно включаются после размыкания ключа. Это объясняется тем, что при размыкании ключа заряжается паразитная емкость р-n перехода тиристора, вызывая помехи.

   Поэтому предпочитают размещать ключ между управляющим электродом и катодом тиристора (рис. 1.6в), что гарантирует правильное отключение посредством отсечения удерживающего тока. Одновременно смещается в обратном направлении переход р-n, соответствующий диоду D2 из схемы замещения тиристора тремя диодами (рис. 2).

   На рис. 6а-д представлены различные варианты схем отключения тиристора, среди них и ранее упоминавшиеся. Другие, как правило, применяются, когда требуется отключать тиристор с помощью дополнительной цепи. В этих случаях механический выключатель можно заменить вспомогательным тиристором или ключевым транзистором, как показано на рис. 7.

Рис.7. Классические схемы отключения тиристора с помощью дополнительной цепи

Симистор

---

   Симиcmop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель. В закрытом состоянии он ведет себя как разомкнутый выключатель. Напротив, подача управляющего тока на управляющий электрод симис-тора ведет к переходу его в проводящее состояние. В это время симистор подобен замкнутому выключателю.

   При отсутствии управляющего тока симистор во время любого полупериода переменного напряжения питания неизбежно переходит из состояния проводимости в закрытое состояние.

   Кроме работы в релейном режиме в термостате или светочувствительном выключателе, разработаны и широко используются системы регулирования, функционирующие по принципу фазового управления напряжением нагрузки, или, другими словами, плавные регуляторы.

Структура симистора

---

   Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Он пропускает ток в обоих направлениях. Структура этого полупроводникового прибора показана на рис. 8. Симистор имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока.

Рис.8. Структура симистора

Функционирование симистора

---

   Симистор открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его электродами А1 и А2 превышает некоторую максимальную величину (на самом деле это часто приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания).

   Симистор переходит в закрытое состояние после изменения полярности между его выводами А1 и А2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания I_у.

Отпирание симистора

---

   В режиме переменного питания смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения на рабочих электродах А1 и А2. Поэтому в зависимости от полярности управляющего тока можно определить четыре варианта управления симистором, как показано на рис. 9.

   Каждый квадрант соответствует одному способу открывания симистора. Все способы кратко описаны в табл. 1.

Рис.9. Четыре возможных варианта управления симистором

Таблица 1. Упрощенное представление способов открывания симистора

Квадрант	VA2-A1	VG-A1	IGT	Обозначение
I	>0	>0	Слабый	+ +
II	>0		Средний	+ —
III			Средний	— —
IV		>0	Высокий	— +

   Например, если между рабочими электродами симистора прикладывают напряжение V_A1-A2>0 и напряжение на управляющем электроде отрицательно по отношению к аноду А1, то смещение симистора соответствует квадранту II и упрощенному обозначению + -.

   Для каждого квадранта определены отпирающий ток I от (I_GT), удерживающий ток I_уд(I_н) и ток включения I_выкл(I_L).

   Отпирающий ток должен сохраняться до тех пор, пока рабочий ток не превысит в два-три раза величину удерживающего тока I_н. Этот минимальный отпирающий ток и является током включения симистора I_L.

   Затем, если убрать ток через управляющий электрод, симистор останется в проводящем состоянии до тех пор, пока анодный ток будет превышать ток удержания I_н.

Ограничения при использовании

---

   Симистор накладывает ряд ограничений при использовании, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dV/dt) между анодами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt.

   Действительно, во время перехода симистора из закрытого состояния в проводящее внешней цепью может быть вызван значительный ток. В то же время мгновенного падения напряжения на выводах симистора не происходит. Следовательно, одновременно будут присутствовать напряжение и ток, развивающие мгновенную мощность, которая может достигнуть значительных величин. Энергия, рассеянная в малом пространстве, вызовет резкое повышение температуры р-п переходов. Если критическая температура будет превышена, то произойдет разрушение симистора, вызванное чрезмерной скоростью нарастания тока di/dt.

   Ограничения также распространяются на изменение напряжения двух категорий: на dV/dt применительно к закрытому симистору и на dV/dt при открытом симисторе (последнее также называется скоростью переключения).

   Чрезмерная скорость нарастания напряжения, приложенного между выводами А1 и А2 зарытого симистора, может вызвать его открытие при отсутствии сигнала на управляющем электроде. Это явление вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкости может быть достаточным для отпирания симистора.

   Однако не это является основной причиной несвоевременного открытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симистора, как правило, очень мала, и слишком быстрое изменение напряжения на выводах симистора в момент его запирания может тотчас же повлечь за собой новое включение. Таким образом, симистор заново отпирается, в то время как должен закрыться.

Рис.10. Симистор с защитной RC-цепочкой

   При индуктивной нагрузке симистора или при защите от внешних перенапряжений для ограничения влияния dV/dt и тока перегрузки желательно использовать защитную RC-цепочку (рис. 10).

   Расчет значений R и С зависит от нескольких параметров, среди которых — величина тока в нагрузке, значения индуктивности и номинального сопротивления нагрузки, рабочего напряжения, характеристик симистора.

   Совокупность этих параметров с трудом поддается точному описанию, поэтому часто принимают во внимание эмпирические значения. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ дает удовлетворительные результаты. Однако отметим, что значение сопротивления должно быть гораздо меньше (или одного порядка), чем величина полной нагрузки, являясь достаточно высоким для того, чтобы ограничить ток разряда конденсатора с целью соблюдения максимального значения di/dt в момент отпирания.

   RC-цепочка дополнительно улучшает включение в проводящее состояние симистора, управляющего индуктивной нагрузкой. Действительно, ток разряда конденсатора устраняет влияние задержки индуктивного тока, поддерживая рабочий ток выше минимального значения удерживающего тока I_уд(I_н).

Рис.11. Защита симистора с помощью варистора

   Дополнительная защита, заслуживающая внимания, может быть обеспечена с помощью варистора, подключенного к выводам индуктивной нагрузки. Другой варистор, включенный параллельно питающему напряжению, задержит помехи, распространяющиеся по сети питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении варистора параллельно его выводам А1 и А2 (рис. 11).

Источник

1. Кадино Э. Цветомузыкальные установки.-М.: ДМК Пресс, 2000.

Симистор Википедия

Обозначение на схемах Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора Разрез кристалла симистора Фото современных симисторов

Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако, по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

Структура[ | ]

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

Управление[ | ]

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).

Ограничения[ |

Что такое триак — симистор »Электроника Примечания

Триаки — это полупроводниковые устройства, которые широко используются для переключения переменного тока средней мощности — их преимущество в том, что они могут переключать обе половины переменного цикла.

---

Triac, Diac, SCR Учебное пособие включает в себя:
Основы тиристора Структура тиристорного устройства Тиристорная операция Ворота выключить тиристор, гто Тиристорные характеристики Что такое триак Triac технические характеристики Обзор Diac

---

Триаки — это электронные компоненты, которые широко используются в приложениях управления питанием переменного тока.Они способны переключать высокое напряжение и высокий уровень тока, а также по обеим частям сигнала переменного тока. Это делает симисторные схемы идеальными для использования в различных приложениях, где необходимо переключение питания.

Одно из конкретных применений цепей симистора — это диммеры для внутреннего освещения, и они также используются во многих других ситуациях управления питанием, включая управление двигателем и электронные переключатели.

Благодаря своим характеристикам симисторы, как правило, используются для электронных и коммутационных систем малой и средней мощности, в результате чего тиристоры используются для применения в системах переменного тока с очень высокой нагрузкой.

Средний ток триак

Основы Triac

Триак — это развитие тиристора. В то время как тиристор может управлять током только в течение половины цикла, триак управляет им в течение двух половин сигнала переменного тока.

В качестве такового триак можно рассматривать как пару параллельных, но противоположных тиристоров с двумя вентилями, соединенными вместе, и анодом одного устройства, соединенным с катодом другого и т. Д.

Форма сигнала переключения симистора

Тот факт, что действие переключения симистора происходит на обеих половинах формы сигнала переменного тока, означает, что для электронных приложений переключения переменного тока может использоваться полный цикл.Для базовых схем тиристоров используется только половина формы волны, и это означает, что базовые схемы, использующие тиристоры, не будут использовать обе половины цикла. Для использования обеих полов требуется два устройства. Однако для управления симистором требуется только одно устройство, которое контролирует обе половины формы сигнала переменного тока, и во многих отношениях это идеальное решение для электронного переключателя переменного тока.

Триак символ

Как и другие электронные компоненты, триак имеет свой собственный символ цепи для использования на принципиальных схемах, и это указывает на его двунаправленные свойства.Символ симистора можно рассматривать как пару символов тиристора в противоположных смыслах, объединенных вместе.

Символ цепи симистора

Как и тиристор, триак имеет три контакта. Однако их названия немного сложнее назначить, потому что главные токонесущие клеммы подключены к тому, что фактически является катодом одного тиристора и анодом другого внутри всего устройства.

Есть ворота, которые действуют как триггер для включения устройства.В дополнение к этому другие терминалы называются анодами или основными терминалами. Обычно они обозначаются как анод 1 и анод 2 или основной терминал 1 и главный терминал 2 (MT1 и MT2). При использовании триаков это как MT1, так и MT2 имеют очень похожие свойства.

Как работает триак?

Прежде чем посмотреть, как работает триак, необходимо понять, как работает тиристор. Таким образом, основные понятия могут быть поняты для более простого полупроводникового устройства и затем применены к триаку, который является более сложным.

Для работы симистора по условному обозначению схемы можно представить, что симистор состоит из двух тиристоров, расположенных параллельно, но по-разному. Работу симистора можно рассматривать таким образом, хотя фактическая работа на полупроводниковом уровне довольно сложна.

Симисторная схема

Структура симистора показана ниже, и можно видеть, что есть несколько областей материала N-типа и P-типа, которые образуют то, что фактически является парой спина к спине тиристоров.

Triac базовая структура

Триак способен проводить разными способами — больше, чем тиристор. Он может проводить ток независимо от полярности напряжения на клеммах MT1 и MT2. Он также может быть вызван положительным или отрицательным током затвора, независимо от полярности тока MT2. Это означает, что существует четыре режима запуска или квадранта:

• I + Mode MT2 ток + ve, ток затвора + ve
• I- Режим Ток MT2 + ve, ток затвора -ve
• III + Mode: MT2 ток -ve, ток затвора + ve
• III- Режим: Ток MT2 равен -ve, ток затвора -ve

Обнаружено, что чувствительность тока триака триггера является наибольшей, когда токи MT2 и затвора имеют одинаковую полярность, т.е.е. оба положительные или оба отрицательные. Если токи затвора и MT2 имеют противоположную полярность, то чувствительность обычно составляет примерно половину значения, когда они одинаковы.

Типичная характеристика IV симистора показана на диаграмме ниже с четырьмя различными квадрантами, помеченными.

Triac IV характеристика

Триак приложений

Триаки используются во многих приложениях. Эти электронные компоненты часто используются в условиях переключения переменного тока низкой и средней мощности.Там, где необходимо переключать большие уровни мощности, обычно используют два тиристора / SCR, так как ими легче управлять.

Тем не менее триаки широко используются во многих приложениях:

• Управление освещением — особенно бытовые диммеры.
• Управление вентиляторами и маленькими моторами.
• Электронные выключатели для общего переключения и управления переменным током

Есть, конечно, много других триаковых приложений, но это одни из самых распространенных.

В одном конкретном приложении триаки могут быть включены в модули, называемые твердотельными реле. Здесь оптическая версия этого полупроводникового устройства активируется светодиодным источником света, включающим твердотельное реле в соответствии с входным сигналом.

Как правило, в твердотельных реле светодиодный или инфракрасный источник света и оптический триак содержатся в одной и той же упаковке, при этом обеспечивается достаточная изоляция, чтобы выдерживать высокие напряжения, которые могут доходить до сотен вольт или, возможно, даже больше.

Твердотельные реле бывают разных форм, но для переключения переменного тока может использоваться триак.

Использование триаков

Есть несколько моментов, которые следует учитывать при использовании триаков. Хотя эти полупроводниковые устройства работают очень хорошо, для получения максимальной производительности от них необходимо понимать несколько советов по использованию триаков.

Установлено, что из-за своей внутренней конструкции и небольших различий между двумя половинами эти электронные компоненты не работают симметрично.Это приводит к генерации гармоник: чем менее симметричны триаки, тем выше уровень создаваемых гармоник. Обычно нежелательно иметь высокие уровни гармоник в энергосистеме, и в результате триаки не предпочтительны для систем большой мощности. Вместо этих систем можно использовать два тиристора, так как легче контролировать их срабатывание.

Чтобы помочь преодолеть проблему несимметричного возбуждения симистора и возникающих в результате гармоник, другое полупроводниковое устройство, известное как диак (диодный выключатель переменного тока), часто устанавливается последовательно с затвором симистора.Включение этого полупроводникового устройства помогает сделать переключение более равномерным для обеих половин цикла и тем самым создать более эффективный электронный переключатель.

Это происходит из-за того, что характеристика переключения диам. Намного более ровная, чем у симистора. Поскольку диак предотвращает протекание тока затвора до тех пор, пока напряжение триггера не достигнет определенного напряжения в любом направлении, это делает точку срабатывания симистора более равномерной в обоих направлениях.

Внутренняя схема симисторного диммера

Примеры схем симистора

Существует много способов использования триаков.Два приведенных ниже примера дают представление о том, что можно сделать с помощью этих полупроводниковых устройств.

• Простая схема электронного переключателя симистора: Симистор может функционировать как электронный переключатель — он может разрешить импульс триггера выключателя малой мощности для включения симистора для управления гораздо более высокими уровнями мощности, которые могут быть возможны с помощью простого переключатель. Простая схема симистора
• Цепь переменного тока с регулируемой мощностью или диммер: Одна из самых популярных цепей симистора изменяет фазу на входе симистора для управления мощностью, которая может рассеиваться в нагрузке.
  Основная схема симистора, использующая фазу входного сигнала для управления рассеиваемой мощностью в нагрузке

Существует много других цепей симистора, которые можно использовать. Устройство очень универсально и может использоваться в различных цепях, как правило, для обеспечения различных форм коммутации переменного тока.

Примечание по схемам симистора и конструкции:

Схемы симистора

способны переключать обе половины переменного сигнала с помощью одного устройства, что делает их очень привлекательными для использования во многих цепях переключения переменного тока малой и средней мощности.

Узнайте больше о Triac Circuits & Design

Triac технические характеристики

Триаки серии

имеют множество характеристик, которые очень похожи на характеристики тиристоров, хотя, очевидно, они предназначены для работы с триаком на обеих половинах цикла и должны интерпретироваться как таковые.

Однако, поскольку их работа очень похожа, то же самое относится и к базовым типам спецификаций. Такие параметры, как ток запуска затвора, повторяющееся пиковое напряжение в выключенном состоянии и т. П., Требуются при разработке схемы симистора, обеспечивая достаточный запас для надежной работы схемы.

Триаки являются идеальными устройствами для использования во многих приложениях переменного тока малой мощности. Схемы симистора для использования в качестве диммеров и небольших электронных переключателей широко распространены, и их легко и просто реализовать. При использовании симисторов в схему часто включаются диаки, как указано выше, чтобы помочь снизить уровень производимых гармоник.

Больше электронных компонентов:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители РЧ разъемы Клапаны / Трубы батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню компонентов., ,

.

Как проверить триак.

Проверка триака с использованием мультиметра.
Мультиметр может использоваться для проверки работоспособности симистора. Сначала переведите селекторный переключатель мультиметра в режим высокого сопротивления (скажем, 100 кОм), затем подключите положительный вывод мультиметра к клемме симистора MT1, а отрицательный вывод — к клемме симистора MT2 (если перевернуть соединение, проблем не возникнет). Мультиметр покажет показания высокого сопротивления (разомкнутая цепь). Теперь переведите селекторный переключатель в режим низкого сопротивления, подключите MT1 и затвор к положительному выводу и MT2 к отрицательному выводу.Теперь мультиметр будет показывать низкое сопротивление (указывая на включение). Если вышеупомянутые тесты положительны, то мы можем предположить, что триак исправен. В любом случае к этому тесту не применимы триаки, которые требуют высокого напряжения затвора и тока для запуска.

Схема для проверки симистора.
Это еще один подход для тестирования триака. С помощью этой схемы можно проверить почти все типы триаков. Эта схема — не что иное, как простая схема, демонстрирующая элементарное действие триака.Подключите триак к цепи, как показано на принципиальной схеме, и включите переключатель S2. Лампа не должна светиться. Теперь нажмите кнопку S1. Лампа должна светиться, указывая на включение симистора. Когда вы отпустите кнопку, вы увидите, что лампа гаснет. Если вышеуказанные тесты положительны, вы можете предположить, что триак здоров.

Похожие сообщения

Беспроводной тестер сетевого напряжения.

Как проверить FET`s-Jfet и Mosfet

,

Что такое TRIAC: коммутационная схема и ее применение

Силовые электронные переключатели, такие как BJT, SCR, IGBT, MOSFET и TRIAC, являются очень важными компонентами, когда речь идет о коммутационных цепях, таких как DC-DC преобразователи , Motor Speed ​​Controllers , Драйверы двигателей , и частотные контроллеры и т. Д. Каждое устройство обладает своим уникальным свойством и, следовательно, имеет свои специфические приложения. В этом уроке мы узнаем о TRIAC , который является двунаправленным устройством, что означает, что он может работать в обоих направлениях.Благодаря этому свойству TRIAC используется исключительно там, где используется синусоидальный источник переменного тока.

Введение в TRIAC

Термин TRIAC означает TRI ода для A постоянных C urrent. Это трехполюсное коммутационное устройство, аналогичное SCR (тиристору), но оно может проводить как в направлении, так как оно построено путем объединения двух SCR в антипараллельном состоянии. Символ и вывод TRIAC показаны ниже.

Поскольку TRIAC является двунаправленным устройством, ток может протекать либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1 при срабатывании терминала затвора. Для TRIAC это напряжение запуска, которое должно быть приложено к клемме затвора, может быть положительным или отрицательным по отношению к клемме MT2. Таким образом, это помещает TRIAC в четыре рабочих режима , как указано ниже

• положительное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (квадрант 1)
• положительное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затвор (квадрант 2)
• Отрицательное напряжение на МТ2 и положительный импульс на затвор (Квадрант 3)
• Отрицательное напряжение на МТ2 и отрицательный импульс на затвор (квадрант 4)

V-I Характеристики TRIAC

На следующем рисунке показано состояние TRIAC в каждом квадранте.

Характеристики включения и выключения TRIAC можно понять, посмотрев на график характеристик VI для TRIAC, который также показан на рисунке выше. Поскольку TRIAC является просто комбинацией двух SCR в антипараллельном направлении, график характеристик V-I выглядит аналогично графику SCR. Как вы можете видеть, TRIAC в основном работает в 1 ^{-м квадранте} и 3 ^{-м квадранте} .

Характеристики включения

Для включения TRIAC положительное или отрицательное напряжение / импульс затвора должны подаваться на вывод затвора TRIAC.Когда сработал один из двух SCR внутри, TRIAC начинает проводить на основе полярности клемм MT1 и MT2. Если MT2 положительный, а MT1 отрицательный, первый SCR проводит, а если терминал MT2 отрицательный, а MT1 положительный, то второй SCR проводит. Таким образом, один из SCR всегда остается включенным, что делает TRIAC идеальным для приложений переменного тока.

Минимальное напряжение, которое должно быть приложено к выводу затвора для включения TRIAC, называется , пороговое напряжение затвора (V _GT ) , а результирующий ток через вывод затвора называется , пороговый ток затвора (I _GT ). После того, как это напряжение подано на вывод затвора, TRIAC смещается в прямом направлении и начинает проводить, время, необходимое TRIAC для перехода из выключенного состояния во включенное состояние, называется временем включения (t _на ).

Так же, как и SCR, TRIAC после включения будет оставаться включенным, пока он не будет коммутирован. Но для этого условия ток нагрузки через TRIAC должен быть больше или равен тока фиксации (I _L ) TRIAC. Таким образом, чтобы сделать вывод, что TRIAC останется включенным даже после удаления импульса затвора до тех пор, пока ток нагрузки превышает значение тока фиксации.

Аналогично току фиксации, существует другое важное значение тока, называемое током удержания. Минимальное значение тока для поддержания TRIAC в режиме прямой проводимости называется удерживающим током (I _H ). TRIAC войдет в режим непрерывной проводимости только после прохождения через ток удержания и ток фиксации, как показано на графике выше. Также значение тока фиксации любого TRIAC всегда будет больше, чем значение тока удержания.

Характеристики отключения

Процесс отключения TRIAC или любого другого устройства питания называется , коммутация , а схема, связанная с ним для выполнения задачи, называется коммутационной схемой. Наиболее распространенный метод, используемый для отключения TRIAC, заключается в уменьшении тока нагрузки через TRIAC до тех пор, пока он не достигнет значения удерживающего тока (I _H ). Этот тип коммутации называется принудительной коммутацией в цепях постоянного тока.Мы узнаем больше о том, как TRIAC включен и выключен через его прикладные схемы.

Приложения TRIAC

TRIAC очень часто используется в местах, где, например, необходимо управлять мощностью переменного тока, он используется в регуляторах скорости потолочных вентиляторов, цепях диммера лампы переменного тока и т. Д. Давайте рассмотрим простую схему переключения TRIAC, чтобы понять, как она работает на практике. ,

Здесь мы использовали TRIAC для включения и выключения нагрузки переменного тока с помощью кнопки .Затем сетевой источник питания подключается к маленькой лампочке через TRIAC, как показано выше. Когда переключатель замкнут, фазное напряжение подается на вывод затвора TRIAC через резистор R1. Если это напряжение затвора выше порогового напряжения затвора, то через вывод затвора протекает ток, который будет больше порогового тока затвора.

При этом условии TRIAC входит в прямое смещение, и ток нагрузки будет течь через лампочку. Если нагрузки потребляют достаточный ток, TRIAC входит в состояние фиксации.Но так как это источник переменного тока, напряжение будет достигать нуля для каждого полупериода, и, таким образом, ток также мгновенно достигнет нуля. Следовательно, фиксация в этой цепи невозможна, и TRIAC отключится, как только будет открыт переключатель, и здесь не требуется коммутационная схема. Этот тип коммутации TRIAC называется естественной коммутацией . Теперь давайте построим эту схему на макете, используя BT136 TRIAC , и проверим, как он работает.

При работе с источниками питания переменного тока требуется повышенная осторожность, рабочее напряжение понижается в целях безопасности. Стандартное напряжение переменного тока 230 В 50 Гц (в Индии) понижается до 12 В 50 Гц с использованием трансформатора.Маленькая лампочка подключена как нагрузка. Экспериментальная установка выглядит следующим образом, когда завершена.

При нажатии кнопки на штырь затвора поступает напряжение затвора, и, таким образом, TRIAC включается. Лампа будет светиться, пока нажата кнопка. Как только кнопка отпущена, TRIAC будет в заблокированном состоянии, но поскольку входное напряжение равно переменному току, хотя TRIAC опустится ниже удерживающего тока и, таким образом, TRIAC отключится, полная работа также может быть найдена в . видео, данное в конце этого урока.

TRIAC управление с использованием микроконтроллеров

Когда TRIAC используются в качестве диммеров или для управления фазой, импульс затвора, который подается на вывод затвора, должен контролироваться с помощью микроконтроллера. В этом случае штифт также будет изолирован с помощью оптопары. Схема для того же самого показана ниже.

Для управления TRIAC с использованием сигнала 5 В / 3,3 В мы будем использовать оптопару , такую ​​как MOC3021 , в которой есть TRIAC.Этот TRIAC может быть вызван 5 В / 3,3 В через светоизлучающий диод. Обычно сигнал ШИМ подается на 1 ^-й вывод MOC3021, и частота и рабочий цикл сигнала ШИМ будут изменяться для получения желаемого выхода. Этот тип схемы обычно используется для регулировки яркости лампы или скорости двигателя.

Влияние скорости — схемы демпфирования

Все TRIAC страдают от проблемы, которая называется Rate Effect. То есть, когда клемма MT1 подвергается резкому увеличению напряжения из-за шума переключения или переходных процессов или скачков напряжения, TRIAC пропускает его как сигнал переключения и автоматически включается.Это связано с внутренней емкостью, присутствующей между клеммами MT1 и MT2.

Самый простой способ решить эту проблему — использовать схему Snubber. В вышеупомянутой схеме резистор R2 (50R) и конденсатор C1 (10 нФ) вместе образуют RC-сеть, которая действует как цепь демпфирования. Любые пиковые напряжения, подаваемые на MT1, будут отслеживаться этой RC-сетью.

Эффект люфта

Другая распространенная проблема, с которой столкнутся дизайнеры при использовании TRIAC, — это эффект обратной реакции.Эта проблема возникает, когда потенциометр используется для управления напряжением затвора TRIAC. Когда POT повернут к минимальному значению, напряжение не будет прикладываться к выводу затвора, и, таким образом, нагрузка будет отключена. Но когда POT повернут на максимальное значение, TRIAC не включится из-за эффекта емкости между выводами MT1 и MT2, этот конденсатор должен найти путь для разряда, иначе он не позволит включить TRIAC o. Этот эффект называется эффектом обратной реакции. Эта проблема может быть устранена простым введением резистора последовательно с переключающей схемой, чтобы обеспечить путь для разряда конденсатора.

Радиочастотные помехи (RFI) и TRIACs

Коммутационные цепи

TRIAC более подвержены радиочастотным помехам (EFI), потому что, когда нагрузка включена, ток внезапно возрастает с 0A до максимального значения, создавая тем самым импульс электрических импульсов, который вызывает радиочастотный интерфейс. Чем больше ток нагрузки, тем хуже будут помехи. Использование схем подавления, таких как подавитель LC, решит эту проблему.

TRIAC — ограничения

Когда требуется переключать сигналы переменного тока в обоих направлениях, очевидно, что TRIAC будет первым выбором, поскольку он является единственным двунаправленным электронным силовым электронным переключателем.Он действует так же, как два SCR, подключенных друг к другу, а также имеет одинаковые свойства. Хотя при проектировании цепей с использованием TRIAC необходимо учитывать следующие ограничения

• TRIAC имеет две структуры SCR внутри, одна проводит в положительной половине, а другая в отрицательной половине. Но они не запускаются симметрично, вызывая разницу в положительном и отрицательном полупериоде выхода
• Кроме того, поскольку переключение не является симметричным, это приводит к высоким уровням гармоник, которые вызывают шум в цепи.
• Эта проблема гармоник также приведет к электромагнитным помехам (EMI)
• При использовании индуктивных нагрузок существует большой риск протекания пускового тока к источнику, поэтому следует убедиться, что TRIAC полностью отключен и индуктивная нагрузка безопасно разряжена по альтернативному пути

,

Схема диммера TRIAC с дистанционным управлением

В этом проекте мы собираемся создать диммер TRIAC для устройств переменного тока. Здесь мы не собираемся использовать микроконтроллер. Мы использовали основные компоненты для выполнения этой задачи. В этом проекте мы будем использовать Triac для управления яркостью лампы переменного тока с помощью пульта дистанционного управления. Вы также можете управлять скоростью вентилятора с помощью пульта ДУ телевизора, используя схему симисторного регулятора диммера .

Для управления током в одном направлении у нас есть диода, тиристор , который может быть запущен или смещен в одном направлении за один раз.Или мы можем сказать, что они могут проводиться только в течение полуциклов, либо положительного, либо отрицательного. Но при работе с переменным током нам нужны более эффективные коммутационные устройства, и здесь TRIAC входит в картину.

Если мы снова подключим два тиристора к выпечке, то это станет эквивалентной схемой TRIAC. Таким образом, TRIAC также основан на той же концепции, которая может проводить во время положительного, а также отрицательного полупериода синусоидальной волны переменного тока. TRIAC — это краткая форма триодного коммутатора переменного тока .

Необходимые компоненты:

1. TSOP1738 -1
2. 555 таймер IC -2
3. CD4017 -1
4. MCT2E оптопара -1
5. MOC3021 TRIAC Driver -1
6. LM7805 -1
7. BC547 Транзистор -1
8. 12-0-12 Трансформатор -1
9. 1n4007 Диод -10
10. Конденсатор 1000 мкФ, 1 мкФ, 4,7 мкФ, 0,01 мкФ, 0,1 мкФ (4)
11. Резистор 10К (2), 1К (3), 220К, 22К, 15К, 3,3К, 220Ом, 680, 330 (3)
12. Резистор 30к (10к + 10к + 10к)
13. LED -2

Схема и рабочее объяснение

:

Эта принципиальная схема Triac Dimmer немного сложна для начинающих, но в целом она проста.В этом у нас есть TSOP1738 ИК-приемник U1, который отвечает за прием ИК-сигналов (инфракрасного) от пульта ДУ телевизора. Узнайте больше об обнаружении ИК сигнала с помощью TSOP1738 здесь.

Как только он получает сигнал от пульта ДУ телевизора, он активирует таймер 555 U2 , настроенный в режиме моностабильного мультивибратора. Этот мультивибратор используется для генерации одного импульса каждый раз, когда мы нажимаем любую кнопку на пульте дистанционного управления. Как правило, когда мы нажимаем любую кнопку на ИК-пульте дистанционного управления, он посылает последовательность импульсов, и здесь нам не нужна эта последовательность импульсов, нам нужен только один импульс для запуска моностабильного мультивибратора и счетчика десятилетий IC 4017 (U3).U3 — это счетчик десятилетий IC 4017 , который здесь используется для изменения периода времени следующего таймера IC 555 в моностабильном мультивибраторе (U4) путем изменения его значения временного резистора. Смотрите схему для понимания. Здесь 555 IC U4 используется для генерации метрического триггерного импульса. Проверьте больше схем IC 4017, чтобы узнать больше об этом.

Счетчик декад 4017 устанавливает Временное сопротивление (R) для 555 IC U4 в моностабильном мультивибраторе, переключая его выход на следующий выходной вывод.Здесь мы подключили 4 разных резистора к разным выходным контактам 4017. С помощью конденсатора и выбранного сопротивления (R5, R6, R7, R8) мультивибратор U4 генерирует выходной импульс на своем выводе в течение фиксированного периода времени, всякий раз, когда Спусковой штифт становится низким. Пусковой вывод мультивибратора U4 будет ожидать поступления импульса пересечения нуля от оптопары M2CTE (U5), которая приводится в действие полным мостовым выпрямителем для обнаружения пересечения нуля. Выход моностабильного мультивибратора U4 поступает на оптрон с драйвером триака MOC3021 (U7), который отвечает за управление TRIAC путем подачи импульса на вывод затвора TRIAC.

Трансформатор переменного тока 12-0-12 используется для подачи питания на схему и для получения синусоидального сигнала для обнаружения пересечения нуля. Регулятор напряжения 7805 также используется для подачи напряжения 5 В в цепь. Светодиод D1 используется для индикации принятого пульса, а светодиод D8 — для индикации питания.

Расчеты для ИК с дистанционным управлением цепи симистора:

Моностабильный мультивибратор Расчет длительности выходного импульса:

Период времени = 11.* R * C

Где R - сопротивление, а C - емкость 

Давайте возьмем пример здесь, в нашей схеме, мы использовали два моностабильных мультивибратора. В первом 555 мультивибраторе у нас есть R2 и C2:

R2 = 220K
C2 = 1 мкФ
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 220 * 1000 * 1) / 1000000
Период времени на выходе импульса = 0,242 с или 242 миллисекунды 

Теперь для секунды 555 Моностабильный мультивибратор, ниже приведены расчеты с четырьмя различными сопротивлениями, которые активируются нажатием кнопки дистанционного управления для управления яркостью лампы переменного тока:

R5 = 30K
С3 + С4 = 0.1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Время импульса выходного импульса, когда триггерный импульс запускает мультивибратор, будет:
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 30 * 1000 * 0,2) / 1000000 = 0,0066 с или ~ 7 мс (1/3 мощности) 

Тогда у нас есть

R6 = 22K
C3 + C4 = 0,1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Период времени на выходе импульса = (1,1 * 22 * ​​1000 * 0,2) / 1000000 = 0,00484 с или ~ 5 мс (1/2 мощности) 

Тогда у нас есть

R7 = 15K
C3 + C4 = 0,1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Период выходного импульса = (1.1 * 15 * 1000 * 0,2) / 1000000 = 0,0033 с или ~ 3 мс (мощность 2/3) 

Теперь у нас есть

R7 = 1K
C3 + C4 = 0,1 + 0,1 мкФ = 0,2 мкФ
Период времени выходного импульса = (1,1 * 1 * 1000 * 0,2) / 1000000 = 0,00022 с или <1 мс (полная мощность) 

Наконец, пользователю необходимо сгенерировать импульс 0-10 мс для Triac Driver, чтобы контролировать яркость лампы переменного тока. А для генерации импульса различной длительности пользователь может изменять значения R5, R6, R7, R8, нажимая кнопки пульта ДУ.А также пользователь может изменить первое сопротивление мультивибратора (R2), чтобы изменить длительность импульса дистанционного управления.

Также проверьте демонстрационное видео , приведенное ниже.

,