Как найти управляющий электрод симистора

Меня до сих пор малость смущает слово «чайник», хотя и применил его в названии статьи: “ Симистор — принцип работы для чайника”. Этот жаргон внедрен поколением людей, выросших вместе с компьютерными технологиями. Так они подчеркивают новичка, которому надо все подробно объяснять.

В этом жанре я постарался изложить всю информацию. Старые, бывалые электрики и так хорошо знают эту тему.

Что такое симистор и как он выглядит — кратко

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

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

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

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

Что такое ключ в электронике и электрике — образное пояснение

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

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

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

1. Механическими.
2. Электромеханическими.
3. Электронными.

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

Таблица: как работает электрический ключ

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

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

При этом возникает электрическая дуга, выжигающая поверхность контактирующих металлов.

Она же может стать причиной пожара или взрыва горючих сред.

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

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

Как происходит управление симистором: основные принципы

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

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

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

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

Схема включения транзистора: 2 типа конструкций

Для начала уточняю возможности биполярных моделей.

Как работает биполярный транзистор

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

1. p-n-p;
2. или n-p-n.

Кратко привожу пример устройства и работы по первому варианту.

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

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

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

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

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

Как работает полевой (униполярный) транзистор

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как подключают тиристоры для управления нагрузкой в бытовой сети 220 вольт

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

Оно же вырабатывается на триаке.

Схема включения симистора: как создается уникальная ВАХ

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

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

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

Структуру его полупроводниковых слоев можно представить следующим видом.

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

Такой полупроводник при эксплуатации отличается:

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

При этом надо учитывать, что он:

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

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

• мощности;
• изменения яркости освещения ламп;
• числа оборотов электродвигателей.

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

Сразу замечу, что новичка может ввести в заблуждение общепринятое слово «регулятор». Технически правильнее назвать сие изделие «ограничитель».

Симисторные и тиристорные модули работают за счет уменьшения величины номинальной мощности. Они не способны ее повышать, ибо банально срезают часть синусоиды.

Схем, работающих на этом принципе, разработано очень много. Они используются, как в промышленности, так и при самостоятельном изготовлении. Дальше предлагаю ознакомиться с одной из простейших.

Такую конструкцию можно собрать своими руками новичку для получения практических навыков, поместить ее в небольшую коробочку. Она при размещении на теплоотводящем радиаторе позволяет управлять нагрузкой до 5 киловатт.

В работе схемы участвует всего 5 деталей:

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

Конструктивно регулятор можно выполнить простым навесным монтажом или разместить на монтажной плате. Это не принципиально, деталей мало.

Эта конструкция позволяет регулировать:

• температуру паяльника, нагревателей резистивного типа;
• обороты вращения коллекторных электродвигателей (пылесосы, стиральные машины, дрели, болгарки, перфораторы, шлифовальные машинки, электролобзики;
• свет от лампочек накаливания;
• ток зарядки автомобильных аккумуляторов;
• силу тока на первичной стороне трансформатора, но при этом создается искаженный сигнал, который несколько ухудшит процесс трансформации — электромагнитных преобразований.

В принципе это обычный диммер. Подобные изделия продаются в магазинах для ламп накаливания. Только он отличается небольшими доработками, упрощениями, не подходит к светодиодным и энергосберегающим источникам. Возможно их мерцание.

Схема не обеспечивает сохранение мощности на валу двигателя: при увеличении нагрузки, например, усиленном вдавливании резца в обрабатываемую деталь, обороты ротора падают.

Она вполне рабочая, но упрощена до минимума деталей. В ней даже трудно выделить все 4 основных узла, присущих подобным регуляторам. А это:

1. частотно задающая RC цепочка;
2. формирователь импульсов для отпирания симметричного управляющего диода;
3. силовой элемент — сам симистор;
4. демпферная RC цепочка (защищает триак от помех, возникающих на индуктивной нагрузке — электродвигателе).

Для любителей смотреть видеоролики рекомендую обратить внимание на видеоматериал Ростислава Михайлова, где он довольно доступно разъясняет эти 4 принципы работы симмисторного регулятора мощности.

Как проверить симистор новичку: 4 популярных способа с показом преимуществ, недостатков и типичных ошибок

Вопрос проверки возникает после того, когда выяснилось, что наш электроприбор стал неправильно работать или вообще отказал. При этом мы вначале осматриваем triac внешне.

Если на корпусе заметны трещины, сколы, следы нагара, то ему открыт путь в утиль. В остальных случаях требуется оценить работоспособность. Нужны проверки электрических характеристик. Для этого необходимо:

1. посмотреть маркировку полупроводника на корпусе;
2. уточнить технические характеристики по даташипу (так принято называть техническую документацию производителя).

Например, в интернете не сложно найти подобные сведения на симистор BTA-41600B, который работает в предыдущей схеме. Показываю их обычным скриншотом.

Я взял самый необходимый минимум. Нам важно определиться с критическими значениями параметров, запомнить их, не превысить при проверках. Иначе можем повредить исправный модуль, что новички делают часто.

Во время выполнения электрических проверок понимаем, что в подавляющем большинстве случаев неисправность может проявиться всего двумя дефектами:

1. замыканием или уменьшением сопротивления между любыми контактными выводами, что свидетельствует о внутреннем повреждении полупроводниковой структуры;
2. обрывом собранной внутри корпуса заводской схемы.

При этом учитываем, что обычный замер величин сопротивления между контактами не эффективен: требуется оценить в работе открытие и закрытие полупроводниковых переходов.

Дальше привожу четыре методики, которые позволяют с вероятностью до 95% выявить все неисправности. Как довести этот результат до 100% я объясняю в конце статьи.

Как проверить симистор на исправность за 6 шагов: только батарейка и лампочка

Эта методика подходит для триаков, которые стоят в бытовой технике: посудомоечных или стиральных машинах, пылесосах, блоках питания…

Шаг №1. Подготовка к проверке

Нам потребуется:

1. Источник напряжения в виде батарейки или аккумулятора от полутора до девяти вольт.
2. Лампочка накаливания от карманного фонарика или автомобильной подсветки.
3. Три гибких провода длиной порядка 15-20 см, желательно разной расцветки.

Облегчат проверку 5 зажимов типа крокодил (можно воспользоваться прищепками или любым паяльником для сборки схемы).

Один провод (показал черным цветом) разрезаем посередине и припаиваем к его концам контакты лампочки.

Для удобства работы все концы зачищаем и устанавливаем на них зажимы. На один провод (показал белым цветом) достаточно подключить только один крокодил.

После этого нам нужно убедиться в исправности батарейки и лампочки: крокодилы черного провода подключаем на клеммы источника питания, наблюдаем свечение. Если его нет, то выясняем причину.

Здесь же желательно измерить ток в этой цепочке: такая нагрузка будет подаваться на контакты проверяемого triac. Его нельзя спалить.

Шаг №2. Сборка схемы проверки

Ранее мы уже выяснили: какая клемма у симистора является управляющим электродом (G). Цепляем на нее зажим белого провода. Второй конец никуда не подключаем.

На оставшиеся контакты полупроводника (Т1 и Т2) сажаем зажимы от двух других проводов.

Вторые концы черного и синего проводов соединяем произвольно с клеммами батарейки (+) и (-).

Шаг №3. Проверка закрытого состояния полупроводника

Наблюдаем отсутствие загорания нити накала у лампочки. Поскольку она включена в разрыв силового перехода, то делаем вывод об его исправности: закрыт.

Возникновение же свечения будет свидетельствовать об образовании внутреннего шунта, что является дефектом.

Шаг №4. Проверка открытия полупроводникового перехода

Подача команды на запуск триака осуществляется кратковременной коммутацией (легким касанием и быстрым снятием) оголенного конца белого провода (G) на вывод Т2.

Этим действием мы подаем напряжение управления на симметричный управляемый диод при подключенном к его силовым выводам источнике тока, а затем снимаем.

Исправный triac откроется, лампочка засветится. Отсутствие свечения — явный признак внутренних повреждений.

Еще раз напоминаю: обратите внимание на величину напряжения источника. Она должна соответствовать минимальному значению отпирания перехода, но значительно превышать ее нельзя.

Шаг №4. Проверка закрытия полупроводникового перехода

Выполняется кратковременным шунтированием (установкой перемычки) между силовыми выводами T1 и T2.

Лампочка погасла — переход исправен, осталась гореть — дефект полупроводника или перемычки (иногда «кривые руки» проверяющего).

На этом проверка одной части схемы триака (обычный тиристор) считается законченной.

Шаг №5. Сборка схемы проверки второй части triac

Симистор состоит из двух тиристоров. Дальше нам остается оценить его вторую половинку, проводящую ток в противоположном направлении.

Снимаем и меняем местами зажимы проводов, сидящих на клеммах батарейки (+ и -).

Шаг №6. Проверка работоспособности второй части

Повторяем последовательно все действия, расписанные выше в шагах №3, 4, 5. Убеждаемся, что второй переход:

1. нормально находится в закрытом состоянии;
2. при поступлении управляющего сигнала открывается;
3. по команде на отключение закрывается.

На основании положительных тестов всех шести шагов делаем вывод об исправности триака. Если хоть одна из проверок не прошла, то полностью бракуем полупроводник.

Эта методика позволяет источником постоянного тока с низким напряжением оценить косвенным способом состояние полупроводниковых переходов, коммутирующие цепи 220 вольт.

Как проверить симистор тестером: 2 особенности, которые надо знать и учитывать

Показываю на примере своей старенькой, но полностью рабочей цешки Ц4324, отмеченной знаком качества в семидесятых годах прошлого века.

Тестер может измерять сопротивление в двух режимах:

1. омметра;
2. килоометра.

При этом он работает по одним и тем же алгоритмам закона Ома, выполняя простые преобразования выходного стабилизированного напряжения в электрический ток, отклоняющий стрелку измерительной головки.

За счет переключателей режимов величина напряжения в разных позициях меняется. Показываю это фотографиями.

В положении омметра я своим карманным мультиметром замерил на выходных клеммах цешки всего 0,14 вольта.

Перевел ее в режим килоометра kΩ×1. Тестер выдает почти 3 вольта (напряжение открытия BTA-41600B составляет 1,5).

В обоих случаях стрелка прибора установилась на значок бесконечности (∞).

Аналоговый тестер в каждом режиме измерения сопротивления выдает свои стабилизированные величины. У всех приборов они могут отличаться.

При проверках triac вам надо учитывать эту особенность, ибо значения 0,14 вольта явно не хватит для открытия полупроводникового перехода. Поэтому вы можете совершить ошибку: забраковать исправный прибор. Уточните характеристики своего тестера заранее.

Дальнейшая технология проверки триака тестером повторяет только что разобранную методику. Просто в нашем измерительном приборе уже имеется встроенный источник питания и внутренняя схема, выполняющая функцию нагрузки.

Индикатором протекания тока через силовые выводы полупроводника служит стрелка цешки, указывающая величину сопротивления подключенной цепочки.

Методика проверки за 5 шагов

Шаг №1. Сборка схемы

Тестер переводим в режим измерения сопротивлений. Его концы соединяем с силовыми выводами триака Т1 и Т2. На управляющий контакт G подключаем отдельный зажим с проводом.

Шаг №2. Оценка состояния закрытого перехода

На тестере смотрим положение стрелки:

1. позиция «∞» указывает на исправность прибора;
2. иное отклонение — брак.

Шаг №3. Оценка срабатывания

Закорачиваем вывод G на Т2 и снимаем провод. Наблюдаем открытие триака по отклонению стрелки.

В зависимости от модели и конструкции сопротивление исправного модуля составит примерно 20-80 Ом. При внутреннем обрыве оно не изменится.

Шаг №4. Оценка закрытия перехода

Кратковременно закорачиваем выводы Т1 и Т2. Исправный прибор закроется, стрелка тестера вернется на положение ∞.

Шаг №5. Оценка работоспособности второй части симистора

Чтобы сменить направление тока через силовой переход переключим концы на тестере.

После этого выполняем шаги №2, 3, 4. Каждый раз анализируем состояние триака.

Как проверить симистор мультиметром

При таком способе также важно оценить выходное напряжение прибора в режиме измерения сопротивлений. Показываю фотографией свой замер, который делал тестером. Результат — 3,6 вольта (9 делений из 30 на шкале +12 V).

Существуют модели мультиметров, не способные выполнять подобную проверку из-за маленького уровня выходного напряжения. Его просто не хватит для управления переключением триака.

Важно: до выполнения проверки оцените возможности своего мультиметра.

Если ваш прибор подходит по выходному напряжению, то с его помощью смело проходите все пять шагов, которые я расписал для тестера. Повторятся не вижу смысла.

Тестер проверки симисторов: 2 варианта исполнения

Радиолюбители и промышленность разработали много полезных схем и конструкций для определения работоспособности различных электронных деталей. Новичкам полезно иметь следующий прибор.

Заводской тестер проверки симисторов

В торговле можно приобрести относительно дешево модуль LCR-T4 12864 9V или ему подобный. Он позволяет быстро и наглядно отслеживать состояние различных полупроводников, показывает их внутреннюю схему и характеристики.

Тестер проверки симисторов и тиристоров своими руками: как сделать и пользоваться

Привожу относительную простую схему, которую может спаять электрик начального уровня.

В качестве входного трансформатора можно использовать любой готовый с двумя выходными обмотками на 9 вольт и нагрузкой порядка 0,3 А. Его же не сложно рассчитать и намотать своими руками.

Со стороны 220 вольт трансформатор защищает плавкая вставка на 0,1 А.

Конденсаторы С1, С2, С5, С6, С7, С8: это электролиты с напряжением на 16 вольт, а остальные — керамические. Диодным мостом может работать любая сборка с напряжением на 50 вольт и током 1 ампер.

Выпрямительные диоды VD2 и VD3 подбираются по току 300 мА и напряжению 25 вольт.

Микросхемы: 7805 (аналог КР142ЕН5А, КР142ЕН5В) и 7905 (аналог КР1162ЕН5А, КР1162ЕН5Б, КР1179ЕН05).

Лампочка сигнализации — на 12 вольт, 0,15 ампера или близкая к этим параметрам.

Как пользоваться тестером

Испытания тиристоров и симисторов выполняются по одному индивидуально. Их устанавливают в соответствующие гнезда «Анод», «Катод», «Управляющий электрод».

Ключ тока управляющего электрода SA2 вначале устанавливают в положение, соответствующее открытию перехода. Переключатель SA1 — «Прямое напряжение».

Включают питание 220.

Как проверять тиристор

Шаг 1. После подачи питания на схему наблюдаем отсутствие свечения лампочки: закрытие полупроводникового перехода.

Шаг 2. Срабатываем кнопку SB2 «Запуск +». Контролируем загорание лампочки. Отпускаем кнопку — наблюдаем, что лампочка не тухнет и продолжает светиться (переход открыт).

Шаг 3. Срабатываем кнопку SB1 «Сброс». Контролируем погасание лампочки (закрытие перехода).

Как проверять симистор

Шаг 1. Устанавливаем модуль в гнезда, выполняем все три шага проверки тиристора.

Шаг 2. Переключаем ключ SA1 в положение — «Обратное напряжение».

Шаг 3. Срабатываем кнопку SB2 «Запуск +». Контролируем загорание лампочки. Отпускаем кнопку — наблюдаем, что лампочка не тухнет и продолжает светиться (переход открыт).

Шаг 4. Срабатываем кнопку SB1 «Сброс». Контролируем погасание лампочки (закрытие перехода).

Заключительный вывод

Основной недостаток всех перечисленных методик состоит в том, что они не могут вскрыть отдельные дефекты полупроводников, которые проявляются под напряжением 220 вольт, ибо работают с величинами до 9-12.

100% результат способна гарантировать только полная проверка в условиях эксплуатации с реальной нагрузкой и замером выходных характеристик.

Для ее выполнения потребуется:

1. Осциллограф с делителем напряжения, показывающий форму выходного сигнала;
2. Токоизмерительные клещи или амперметр, оценивающие величину выходного тока на нагрузке.

Только новичкам самостоятельно я не рекомендую делать такую проверку: она опасна и требует навыков работы под напряжением в действующих цепях, умения пользоваться сложными измерительными приборами.

В бытовых условиях проверяйте семистор любой из описанных выше методик пониженным напряжением. Они не представляют повышенной опасности.

Доброго времени суток, уважаемые читатели нашего сайта! В данной статье мы решили рассказать вам о таком важном маленьком приборчике, без которого современную электронику представить себе очень сложно. Для того, чтобы понять, что такое симистор, давайте сначала поговорим немного о полупроводниках.

Что такое полупроводник?

Полупроводники — это нечто среднее между проводниками и диэлектриками (про них у нас есть отдельная статья, рекомендуем ознакомиться). Да, они проводят электрический ток, но проводят они их не так хорошо, как проводники. Физики любят говорить, что у них есть “определенный коэффицент” проводимости. Нам же больше нравится называть их такими веществами, которые достаточно плохо проводят ток. Так вот, из полупроводников изготавливают тиристоры. Что это такое?

Перейдем к тиристорам

Тиристоры — это штуки, которые очень напоминают электронные ключи, однако у них нет закрытого состояния? Как? А вот так! У них немного другое предназначение. По сути, это 2 транзистора, которые управляют мощностью нагрузки с помощью очень слабого сигнала. Обычные тиристоры состоят из 3 деталей — катода, управляющего электрода и анода.

Виды тиристоров

Давайте теперь узнаем, какие тиристоры существуют в природе и какие из них будут интересны нам в первую очередь:

• динисторы (тиристоры, у которых всего 2 вывода — анод и катод)
• триодный тиристор (с 3 выводами)
• тетроидный тиристор (с 4 выводами)
• симистор или симметричный тиристор (именно его мы сегодня изучим доскосконально)

Симистор? Впервые слышу

Симистор — это один из подвидов тиристоров, который обычно состоит из множества тиристоров. По-другому его также называют симметричный симистор.

Из чего состоит этот симистор?

Симистор очень часто физики представляют в виде пятислойного полупроводника. Также бывают и изображения в виде 2 тиристоров. При этом, управление сильно отличается от того, как управляется включенные триодные тиристоры потому их и выделили в отдельную группу. Давайте теперь узнаем, как работает управление.

Управление симистором

Дело в том, что у обыкновенного тиристора есть как катод, так и анод, причем каждый из них выполняет строго определенную функцию, а вот у симистора все немного иначе. Представим, что у нас есть и катод и анод, но когда симистор подключен и работает, то катод становится анодом, а анод — катодом. Вот такое чудесное превращение. Именно поэтому мы не можем сказать, что они здесь присутствуют в явном виде и будет просто называть их выходами (электродами). Для того, чтобы точно не ошибиться, давайте будет называть выходы симистора условными катодом и анодом. Еще немного теории.

У симистора управление работает следующим образом: на входе полярность может быть либо отрицательной — это первый вариант. Второй вариант — это тот, когда она совпадает с полярностью на аноде, что встречается реже. Далее все просто — задаем нужную силу тока и ее хватает для отпирания симистора. Обратите внимание, что для тока специально сделан управляющий электрод, именно им мы и пользуемся для этой цели.

Вуаля! Главная сложность для нас здесь — это подобрать идеальный ток, вот и все!

Симистор схема

Теперь, когда мы уже знаем достаточно много о структуре симисторов и том, каким образом они обычно управляются, пришло время посмотреть, как они выглядят на схемах и что здесь есть интересного. Взгляните, например, на эту схему:

Здесь нам стоит сразу отметить, какие есть условные обозначения, чтобы дальше без проблем разбираться во всех схемах. Симисторы обычно имеют 3 электрода, один из которых — это затвор. Его обозначают через английскую букву G. Что, уже гораздо больше понимания, верно? Отлично! Теперь давайте разберемся со схемой немного другого симистора. Замечаете отличия? Да, ведь здесь симистор составлен из целых 2 тиристоров!

Ага, а почему же тогда это симистор? Почему нельзя было сюда поставить схему обычного эквивалентного тиристора? А все дело в том, что управляется такая схема несколько иначе.

Регулятор на симисторе

Теперь пришло время нам обсудить, каким образом симистор регулирует напряжение. Это на самом деле очень интересно. Смотрите. Как только симистор начинает работать, на один из его электронов сразу же подается напряжение, которое всегда является переменным. Далее на управляющий электрод дается отрицательный ток, который и будет управлять процессом. Как будет преодолен порог включения (он всегда известен заранее, в этом и удобство), симистор откроется и ток начнет проходить через него. Отметим, что симистор перестанет работать в тот момент, когда ток поменяет полярность (другими словами он закроется). Далее все идет цикл за циклом и повторяется.

Ага, вроде понятно. А что влияет на скорость открытия и закрытия симистора? Что влияет на силу на выходе? Здесь все опять же очень просто. При нарастании входного напряжения импульс на выходе также увеличивается. Соответственно, если на входе маленькое напряжение — то и на выходе импульс будет короткий. Приведем в пример обыкновенную лампочку с симистором. Чем больше подаем напряжения — тем ярче лампочка. Здорово, не так ли?

Режимы работы симистора

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

В чем главные достоинства симистора

Давайте рассмотрим симистор как реле. В такой роли у него много существенных преимуществ:

• дешево. Да, это тоже плюс. Ну а что? Когда вам нужно сразу много, то будет очень хорошо, если потратить нужно будет меньше
• служит очень долго (конечно же, по сравнению с другими приборами этого класса)
• надежность из-за отсутствия контактов

Но есть у него и минусы

Конечно, идеальных приборов пока не придумали, поэтому здесь мы тоже не в праве их скрывать:

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

Как проверить симистор?

Поговорив о положительных и отрицательных моментах симистора, мы плавно подвели наше с вами изучение симисторов к очень важному аспекту, а именно — к проверке. Вы можете сказать? Что это еще за проверка. Наверняка это что-то бесполезное. А мы вам ответим, что проверять симисторы — это очень важно, ведь на нем по сути держится весь электроприбор, и выявив брак или неисправность хотя бы в одном симисторе из партии, у вас есть шанс спасти целые электроприборы от серьезных поломок. Но и здесь новички задают вопрос.

А на фабриках, где изготавливают эти симисторы разве их не проверяют. Вопрос этот очень интересен, но ответ тоже довольно прост. На заводах нет времени на проверку каждого отдельного симистора, поэтому от силы проверке может подвергаться один прибор из партии. Поэтому давайте теперь уже поговорим о том, как же все-таки можно проверить на исправность этот замечательный прибор.

Существует сразу несколько эффективных способов проверки симистора. Давайте подробно разберемся с каждым из них. Для начала сразу скажем, что проверять симистор внутри схемы — это совершенно неверное действие. Вам сначала обязательно нужно извлечь его из платы, а потом уже работать с ним. Почему?

Тут все очень просто. Если вы будете проверять свой симистор и при этом он будет внутри схемы, то вы можете проверить его и он будет неисправен, но на самом деле будет неисправен соседний элемент, подключенный к нему параллельно. Поэтому нужно исключить все факторы, отключив симистор от схемы, выпаяв его. Отметим, что проверять нужно будет каждый отдельный элемент, иначе вы не сможете найти причину поломки. Сначала, как правило, проверяют силовые цепи, потом уже переходят к ключам, сделанным из полупроводниковых материалов. Как же можно проверить полупроводниковые ключи:

1. проверка мультиметром (например прозвонкой или омметром). Это работает по следующему принципу: используем мультиметр в режиме измерения сопротивления Контактами присоединяем к нашему симистору, а затем смотрим полученные измерения. Дело в том, что у исправного симистора значение на омметре должно быть большим или очень большим.
2. проверка батарейкой в паре с лампочкой. На первый взгляд такая идея может показаться глупой и нерациональной, но на деле же это не так. Давайте узнаем, как это работает. Тут все немного сложнее, но все по порядку. Для начала нам нужно будет подсоединить лампочку одним контактом к катоду (условному) нашего симистора. Далее второй контакт лампочки подключается к “отрицательной” стороне батарейки. Останется только присоединить “плюсовой” конец к аноду. Если лампочка горит нормально, то значит и симистор полностью рабочий.

Мощность симистора

Теперь, когда мы уже достаточно много знаем о симисторах, пришло время перейти к технической части. Как? Уже? Ага, вы уже к этому готовы. Итак, самый главный аспект, который волнует всех покупателей этого замечательного прибора — это мощность. Конечно, под этим понимается обычно целая совокупность технических характеристик симистора. О них и пойдет речь. Отметим, что мы разберем характеристики на примере довольно популярной модели — BT139-800.

Сначала давайте узнаем. Что вообще из себя представляют технические характеристики. Больше всего нас будут волновать:

• самое большое напряжение, которое только возможно
• самое большое напряжение, когда симистор открыт
• то напряжение, при котором симистор отпирается
• самый маленький ток, при котором открывается симистор
• температуры, при которых работает симистор
• время отклика (срабатывания)

Ага, вроде бы мы обо всем этом уже говорили, поэтому не так уж и сложно. Хорошо. Теперь о каждой характеристике немного подробнее.

Время отклика (срабатывания)

Скорость срабатывания симистора — это тоже очень важный параметр. Почему? Когда в цепи много таких симисторов и если каждый будет долго срабатывать, то большой аппарат будет очень долго реагировать на каждую команду или даже вообще не сможет работать.

У тока тоже есть своя скорость, а если на его задержку еще будет накладываться куча других, то прибор может стать ну очень медленным, поэтому на это тоже нужно обращать внимание. Наш симистор срабатывает в среднем за 2 микросекунды и это очень хороший результат. Формально, это то время, которое пройдет с момента, когда симистор начинает открываться и уже открыт.

Температура тоже важна

Симисторы, конечно же, работают при достаточно обычных для нас температурах. Однако при помещении его в критические условия будет лучше, если этот диапазон будет очень широким. Наш симистор работает при температуре от МИНУС 40, до ПЛЮС 125 градус по Цельсию. В обычной жизни этот диапазон оптимален, поэтому тут добавить нечего.

Самое большее возможное напряжение

В симисторе BT139-800 это 800 вольт и других моделей этот параметр может отличаться. Не стоит считать, что это напряжение, при котором симистор отлично работает. Нет, напротив — это теоретическое напряжение, от которого симистор еще не выйдет из строя. То есть при идеальных условиях для конкретной модели этот симистор еще вытянет такое напряжение в цепи, однако при превышении его шансов на дальнейшую работоспособностью почти нет. Идем дальше.

Минимальный ток управления

Начнем с того, что этот ток принято измерять в миллиамперах. Разумеется, все зависит от того, как определена полярность симистора в данное время, а также от полярности входного напряжения. Наш симистор имеет мин ток управления от 5 до 22 миллиампер. Однако при проектировании схемы, в которой будет работать симистор, правильнее всего будет ориентироваться на максимальные значения тока. Для нашего симистора это значения, которые находятся между 35 и 70 миллиамперами.

Чтобы управлять включением и отключением мощных нагрузок в цепях переменного тока используются электромеханические реле различных конструкций (включая контакторы, пускатели и т.п.). Этот способ имеет недостатки, связанные с наличием механических контактов – они могут обгорать, привариваться и т.п. Удобнее использовать бесконтактную коммутацию с помощью электронных ключей.

Для чего нужен симистор, где применяется

Часто вместо реле в силовой электронике применяют бесконтактные силовые элементы — тринисторы. Упрощенно говоря, они представляют собой управляемый диод – в обычном состоянии тиристор закрыт (если не рассматривать область возникновения динисторного эффекта), при подаче токового сигнала в управляющий электрод тринистор открывается. Закрывается электронный ключ при прекращении тока через главную цепь (катод-анод) ниже установленного уровня. Это достигается снижением напряжения между выводами главной цепи (катодом и анодом) или подачей напряжения обратной полярности.

Следовательно, в цепях переменного или пульсирующего напряжения ключевой элемент закрывается каждый раз при переходе напряжения через ноль. Далее его надо открывать снова.

Недостатком такого ключа является его односторонняя проводимость. Чтобы запитать нагрузку, требующую переменного тока, приходится усложнять схему, добавляя другие элементы – например, устанавливая два тиристора встречно-параллельно или вводя в силовую цепь диодный мост.

Соответственно, усложняется схема управления. А можно пойти другим путем – использовать симистор (симметричный тиристор), в зарубежной технической литературе – Triac (триак)). Он тоже управляется внешним сигналом, а его ключевое отличие от тринистора – способность пропускать ток как в одном, так и в другом направлении.

Принцип работы и конструкция

Конструктивно симистор представляет собой сложную структуру из полупроводниковых материалов p- и n-типов. Так как силовая цепь этого прибора имеет двустороннюю проводимость, то называть противоположные выводы катодом и анодом некорректно. При этом структура электронного ключа несимметрична и выводы в общем случае неравноценны. Для анализа устройства и работы симистора применяют термины:

• условный анод (А2, МТ2);
• условный катод (А1,МТ1).

Характеристики и ключевые особенности

При рассмотрении вольт-амперной характеристики симистора следует понимать, что этот прибор в первую очередь — разновидность тиристора. По этой причине на его ВАХ есть области, в которых наблюдается динисторный эффект – при повышении напряжения между анодом и катодом выше определенного уровня силовой ключ открывается даже без управляющего сигнала.

В большинстве случаев динисторный эффект не используется, и даже вреден – ключ становится неуправляемым. При выборе режима работы ключа надо избегать работы прибора в этих областях ВАХ.

Открыть симистор можно подачей тока в управляющий электрод. Такой ток можно создать, приложив напряжение между управляющим электродом и выводом МТ2. Напряжение должно быть либо отрицательным, либо совпадающим по знаку с напряжением, приложенным между условными анодом и катодом.

Чем выше ток, тем раньше (при меньшем напряжении катод-анод) откроется прибор (штриховые красные линии на ВАХ). При пороговом уровне управляющего тока симистор открывается вне зависимости от напряжения, приложенного к главной цепи и его поведение не отличается от поведения обычного диода. Этот пороговый ток называется отпирающим током.

Следовательно, тиристор можно открыть четырьмя различными способами:

1. Напряжение на МТ2 положительно относительно МТ1. Напряжение на управляющем электроде положительно по отношению к МТ1, ток управления «втекает» в УЭ.
2. Напряжение на МТ2 положительно по отношению к МТ1. Напряжение на управляющем электроде отрицательно относительно МТ1, ток управления «вытекает» из УЭ.
3. Напряжение на МТ2 отрицательно относительно МТ1. Напряжение на управляющем электроде положительно по отношению к МТ1, ток управления «втекает» в УЭ.
4. Напряжение на МТ2 отрицательно относительно МТ1. Напряжение на управляющем электроде отрицательно по отношению к МТ1, ток управления «вытекает» из УЭ.

Закрывается же симистор при падении тока по цепи МТ1-МТ2 до уровня ниже значения тока удержания (независимо от направления тока). Поэтому проблему составляет применение триаков в цепях постоянного тока. Включить ключ в таких условиях легко, а для того, чтобы выключить, придется принимать специальные меры. Закрыть симистор, подобно тиристору, подачей обратного напряжения, тоже не получится из-за двусторонней проводимости.

Маркировка и обозначение на схеме

Условно-графическое обозначение симистора на схеме состоит из двух встречно-параллельно направленных диодов, что символизирует двустороннюю проводимость прибора. Управляющий электрод (в зарубежной технической литературе Gate, поэтому его часто называют затвором и обозначают индексом G) изображается со стороны МТ1.

Буквенный индекс триака – VS. Если на схеме содержится несколько симисторов, к обозначению каждого добавляется порядковый номер – VS1, VS2, VS3 и т.д.

Отечественные тиристоры могут иметь маркировку КУ (подобную тринисторам). Так обозначаются триаки КУ208, КУ614 и т.п. Чтобы однозначно определить тип прибора, придется заглянуть в справочник. Существует иной вариант обозначения – ТС (тиристор симметричный). Существуют приборы ТС-106, ТС-122, ТС-112, ТС-132 и другие.

Многие импортные симисторы могут маркироваться буквами BT, а также BTA или BTB. В полную маркировку может входить максимальное напряжение, на которое рассчитан прибор. Так, прибор BT137-600 может эксплуатироваться при напряжении 600 вольт, а BT131-800 – на 800.

Чтобы узнать остальные параметры конкретного триака, надо использовать справочник по полупроводниковым приборам.

Пример включения симистора

Самый простой пример включения симистора – в качестве выключателя на два положения – «включено-выключено». При замыкании кнопки на управляющий переход подается напряжение, ток через резистор R открывает ключевой элемент. Нагрузка запитывается (если это лампочка, она начинает гореть). При размыкании кнопки при первом же переходе переменного напряжения через ноль, лампа гаснет.

Можно, конечно, в этом случае обойтись совсем без симистора, коммутируя нагрузку выключателем. Но его контакты должны быть рассчитаны на полный ток нагрузки, а если применить симистор – то лишь на гораздо меньший ток открывания триака.

Более известна схема фазоимпульсного управления нагрузкой на базе триака. Напряжение (и ток) на управляющем электроде растут со скоростью, задаваемой потенциометром VR1 и конденсатором С1. Регулируя сопротивление, можно «отодвигать» момент открывания после перехода синусоиды через ноль. При следующем переходе симистор закроется. Так можно изменять среднее время нахождения нагрузки под напряжением. При этом может изменяться яркость свечения лампочки, частота вращения электродвигателя и т.п.

В видео рассмотрено подключение и управление нагрузкой с помощью симистора BT136

Проверка симистора

С помощью мультиметра достоверно проверить симистор не получится. Для открывания ключа потребуется ток в несколько десятков миллиампер, который тестер вряд ли выдаст в режиме измерения сопротивления. Можно лишь прозвонить главную цепь (между условными анодом и катодом) на «спекание». Мультиметр должен показать бесконечное сопротивление, но это может означать как исправное состояние в запертом режиме, так и обрыв (выгорание) силового тракта. Такая проверка не может считаться полноценной.

Придется собирать небольшую цепь. В качестве нагрузки можно использовать лампочку (лучше накаливания) на 220 вольт. Если симистор не рассчитан на такое сетевое напряжение, придется подключить схему через понижающий трансформатор или ЛАТР, и выбрать лампочку так, чтобы она светилась при пониженном напряжении хотя бы в половину накала. При нажатии на кнопку через резистор пойдет ток на управляющий электрод, и полупроводниковый ключ откроется. Лампочка вспыхнет. При отпускании кнопки лампа погаснет (на практике – мгновенно, на самом деле – при ближайшем переходе переменного напряжения через ноль, а это произойдет не позднее, чем через 0,02 секунды). Можно подавать в схему и постоянное напряжение, но симистор не закроется при отпускании кнопки, и лампа будет гореть до снятия напряжения.

Сборка схемы требует времени и навыков, но лишь так можно достоверно проверить триак на исправность.

Разобравшись с принципом работы симистора, можно применять его и в других схемах. Все ограничено только инженерной фантазией.