Симистор: принцип работы для чайника

Что такое симистор и как он выглядит — кратко

Словосочетание «симметричный триодный тиристор» на английском языке переводится как симметричный триодный тиристор. Его еще называют триодом переменного тока (триодом переменного тока). Или сокращенно симистор).

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

Я показываю с фотографиями наиболее типичные конструкции корпуса, в котором производятся эти полупроводниковые приборы.

Что такое ключ в электронике и электронике — образное объяснение

Сравним его работу с устройством входной двери, закрываемой замком.

Человек без ключа не сможет пройти через него — замок надежно закрыт. Хозяин квартиры и доверенные ему люди имеют ключ, открывают дверь и беспрепятственно входят в помещение.

Ключи работают так же, как у электрика, передавая нагрузку. Только они командно-управляемые и бывают трех типов:

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

Электричество работает, например, за счет освещения комнаты. А ключ позволяет человеку контролировать этот процесс с помощью определенных технологий. Они позволяют переключать силовые контакты и даже выполнять дополнительные действия.

Таблица: как работает электрический ключ

Функции	Тип ключа
Механик	Электромеханический	Электронный
Как это работает	Силовые контакты переключателя, переключателя, кнопок переключаются по кинематической схеме за счет манипуляций со стороны оператора	Силовые контакты переключаются электромагнитом под действием управляющего сигнала.	Силовые контакты переключаются электронной схемой под действием управляющего сигнала.
Сигнал управления	Ручное действие	Электромагнит срабатывает под действием определенного электрического параметра нормированного значения (уставки). Это может быть ток, напряжение, частота, мощность, фаза…	Биполярный транзистор переключается входным управляющим напряжением. Полевой транзистор представляет собой электрическое поле, поэтому его так и называют. Тиристор и симистор работают от тока, протекающего через электрод затвора.
Главное преимущество	Относительная простота механизма	Возможность удаленного переключения за счет изменения различных электрических сигналов	Помимо дистанционного переключения схемы есть регулировка выходного тока, что позволяет собирать различные регуляторы. Например, изменить мощность нагрузки, установить скорость вращения электродвигателя.

Основным недостатком механических и электромагнитных ключей является переключение силовых контактов, которые вынуждают размыкать цепь нагрузки.

Это создает электрическую дугу, которая обжигает поверхность соприкасающихся металлов.

Это также может вызвать возгорание или взрывы горючих материалов.

В энергетических компаниях введена обязательная процедура: ежегодный внутренний осмотр всех реле, контакторов и пускателей с очисткой контактных поверхностей и давления контактных соединений.

Электронные ключи работают без дуги. Они имеют небольшие размеры и хорошо помещаются в корпусах электроприборов.

Как работает отпирание тиристора

Чтобы понять принцип работы тиристора, необходимо обратить внимание на схему замещения. Он может состоять из двух полупроводниковых триодов (транзисторов). Именно на нем удобно рассматривать процесс разблокировки тиристоров. Устанавливается определенный ток, который протекает через управляющий электрод тиристора. В этом случае ток имеет прямое смещение. Этот ток считается основой транзистора со структурой ppp.

Таким образом, ток в коллекторе будет в несколько раз выше (необходимо значение управляющего тока умножить на коэффициент усиления транзистора). Кроме того, вы можете видеть, что это значение базового тока для второго транзистора со структурой проводимости ppp, и он разблокирован. В этом случае ток коллектора второго транзистора будет равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов и первоначально установленного тока управления. Аналогичными свойствами обладают симисторы (принцип действия и их управление рассмотрены в статье.

Кроме того, этот ток необходимо добавить к ранее установленному току цепи управления. И вы получаете именно то значение, которое необходимо для удержания первого транзистора в разблокированном состоянии. Если управляющий ток очень высокий, два транзистора насыщаются одновременно. Внутренняя обратная связь продолжает поддерживать свою проводимость, даже когда исчезает начальный ток на управляющем электроде. При этом на аноде тиристора регистрируется довольно большое значение тока.

Тестирование

У каждого радиолюбителя есть свои способы проверить симистор. Для этого можно использовать специальные приспособления или подручные материалы. Главное знать, как правильно проверить прибор по принципу его работы.

Способ №1

Самый простой способ — проверить симистор омметром. Для этого нужно подключить катод детали к отрицательному контакту омметра, анод — к положительному контакту. Затем закоротите анод с электродом затвора. На самом омметре нужно выставить единицу (х1). Если при этом стрелка показывает сопротивление устройства в пределах 15-50 Ом, то можно считать, что симистор исправен и пригоден для установки в любое радиоустройство.

Но вот важный момент. Если в этом положении с анода убраны все контакты и показания сопротивления не меняются, это подтверждает целостность детали. Если стрелка начинает отклоняться в сторону нуля, бросьте симистор в мусорную корзину.

Способ №2

Конечно, можно придумать большое количество различных устройств, с помощью которых управлять симистрой не составит труда. Но для этого придется приложить усилия и потратить свое время на сборку, хотя для многих это будет удовольствием. Для примера приведем одну из схем такого тестового устройства, вот она на следующем рисунке.

Схема подключения этого устройства к симистору точно такая же, как и в тесте с омметром. Но в этом устройстве есть светодиод (HL1). Затем при подаче напряжения на симистор через кнопку (ключ) должен включиться источник света. А это говорит о функциональности детали.

Остерегайтесь сопротивлений. Их сопротивления рассчитываются при номинальном напряжении. Практика показала, что сопротивления в диапазоне 9-12 Ом вполне достаточно.

Полупроводниковая структура симистора

Конструкция симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностью пенисового типа от контактов электродов основного и управляющего воздействия. Всего полупроводниковая структура содержит пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется pn переходом, который имеет нелинейную ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где меньше слой n, больше слой p и высокое значение сопротивления в противоположном направлении. Пробой pn перехода происходит при напряжении в несколько тысяч вольт.

При срабатывании симистора вперед срабатывает правая половина конструкции. Левая часть конструкции отключена, это считается током с очень высоким сопротивлением. Характеристики динамического и статического плоского симистора при прямом действии при приеме положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего вперед.

По этой схеме на СЭП подается напряжение со знаком плюс относительно СЭ, причем pn-переходы j2 и j4 подключены в прямом направлении, а pn-переходы j1 и j3 подключены в противоположном направлении. По этой причине структуру можно рассматривать как тиристорную структуру, включенную в обратном направлении, которая не участвует в работе по пропусканию тока. В этом случае действие устройства определяется с помощью левой стороны структуры и представляет собой обратно ориентированную структуру p — n — p — n с дополнительным пятым слоем n0, примыкающим к слою p1.

Симистор? Впервые слышу

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

Из чего состоит этот симистор?

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

Управление симистором

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

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

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

Симистор схема

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

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

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

Регулятор на симисторе

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

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

Режимы работы симистора

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

В чем главные достоинства симистора

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

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

Но есть у него и минусы

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

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

Достоинства и недостатки

Каково назначение рассматриваемого полупроводникового прибора? Чаще всего используется для переключения переменного тока. В этом плане симистор очень удобен: с помощью небольшого элемента можно управлять высоковольтным источником питания. Популярны решения при замене обычного электромеханического реле. Преимущество такого решения в том, что отсутствует физический контакт, за счет которого зажигание становится более надежным, переключение бесшумное, ресурс на порядки больше, а производительность выше. Еще одно преимущество симистора — относительно невысокая цена, которая вкупе с высокой надежностью схемы и наработкой на отказ выглядит привлекательно.

Разработчики не смогли полностью избежать недостатков. Например, бытовая техника сильно нагревается под нагрузкой. Мы должны обеспечить отвод тепла. На радиаторах установлены мощные симисторы (или «силовые»). Другой недостаток, влияющий на использование, — это создание гармонических помех в электрической сети некоторыми схемами управления симисторами (например, домашним диммером для регулирования яркости).
Обратите внимание, что напряжение на нагрузках будет отличаться от синусоиды, которая связана с минимальным напряжением и током, при которых возможно воспламенение. По этой причине следует подключать только ту нагрузку, которая не имеет высоких требований к мощности. При постановке задачи получить синусоидальную волну этот метод переключения работать не будет. Симисторы очень чувствительны к шумам, переходным процессам и помехам. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Применение

Этот тип полупроводникового элемента изначально предназначался для промышленного применения, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требует