Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

Схема включения

Зачем нужны тиристоры, можно понять, разобравшись в их принципе работы. Для этого есть смысл рассмотреть включение элемента в простейшей схеме. Тиристор в ней используется как электронный ключ.

К аноду тиристора подсоединяется лампочка L, служащая нагрузочным сопротивлением. К ней через кнопку К2 подключается положительная клемма источника питания GB, а его минус подводится к катоду полупроводникового элемента. Подача тока на управляющий электрод выполняется через ограничительный резистор R и кнопку K1.

При замыкании переключателя К2 к аноду и катоду полупроводника будет приложено напряжение, соответствующее величине ЭДС источника питания. При этом прибор будет заперт, ток через него не потечёт, а лампочка не загорится. Чтобы в цепи VS – L появился ток, понадобится отпереть тиристор.

Дальнейшее нажатие кнопки K1 никоим образом не будет влиять на состояние схемы. Для того чтобы потушить лампочку, понадобится разорвать цепь кнопкой K2 или отсоединить источник питания. Но при этом тиристор может закрыться и при снижении напряжения на аноде до определённой величины, определяемой параметрами тиристора.

Таким образом, тиристор — это полупроводниковый элемент, использующийся в схемах как электронный ключ. Это возможно благодаря свойствам p-n переходов. При этом, осуществляя коммутацию больших токов, сам прибор имеет небольшие габариты, а его корпус может выдерживать значительную тепловую мощность. Но всё же для предотвращения его повреждения тепловым пробоем часто совместно с элементом используется теплоотвод, представляющий собой, в зависимости от мощности нагрузки, простую алюминиевую пластинку или массивного вида радиатор.

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Предназначение и использование симисторов в радиоэлектронике

Особенность тиристора заключается в пропускании тока от одного контакта (анода) к другому (катоду) и в обратном направлении. Любой тиристор управляется как положительным, так и отрицательным током. Для его работы нужно подать низковольтный импульс на управляющий контакт.

После такой сигнальной подачи симистор открывается и переходит из закрытого состояния в открытое, пропустив, через себя ток. Во время прохождения отпирающего тока через управляющий контакт он открывается. А также отпирание происходит, когда напряжение между электродами превышает определённую величину.

Симистор.

При подаче переменного тока смена состояния тиристора вызывает изменение полярности напряжения на силовых электродах. Он закрывается, при смене полярности между силовыми выводами, а также когда рабочий ток ниже, чем ток удержания. Для предотвращения ложного срабатывания симистора, вызванное различными радиомеханическими помехами, использующиеся приборы имеют дополнительную защиту.

Для этого обычно используется демпферная RC цепочка (последовательное соединение резистора и конденсатора постоянного тока) между силовыми контактами симистора. Иногда используется индуктивность. Она служит для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

Проверка симистора тестером.

Как починить сломанный диммер в вашем доме

Починка сломанного диммера — это очень простая задача, которую вы можете выполнить за считанные минуты. Вместо того, чтобы вызывать профессионального электрика, вы можете сделать работу самостоятельно. С этим руководством и правильными инструментами вы сможете быстро исправить неисправный диммер и сэкономить немного денег. Советуем вам посмотреть как подключить диммер.

Шаг 1 — выключите источник питания

Первым и наиболее важным шагом в работе с электроарматурой является отключение электропитания от сети. После того, как вы отключили электропитание, дважды проверьте с помощью тестера цепи, чтобы убедиться, что на коммутатор не подается питание.

Шаг 2 — Снимите крышку

Снимите панель переключателей, отвинтив винты, которые удерживают ее на стене. После того, как вы удалите винты, вы сможете извлечь диммер, который необходимо исправить.

Шаг 3 — Снимите диммер

Медленно вытяните диммер, но не держите его за металлические части. Вытяните выключатель достаточно далеко, чтобы обнажить провода.

Шаг 5 — Купить новый диммер

Купить новый выключатель в хозяйственном магазине; Вы можете взять старый диммер с собой, чтобы купить такой же, но новый. Пока вы находитесь в хозяйственном магазине, купите гайки для проводов.

Шаг 6 — Подключение проводов

Подключите новый диммер к проводам, которые вы сняли со старого переключателя. Убедитесь, что вы соответствуете цветам проводов при соединении их вместе.

Шаг 7 — Проволочные гайки

Поместите гайки на провода, которые вы подключили, чтобы они были надежно закреплены. Проволочные гайки должны быть правильно навинчены и проследите, чтобы не было оголенных проводов.

Шаг 8 — Проверьте провода

Слегка потяните за провода, чтобы убедиться, что они правильно подключены, чтобы не допустить ослабления проводов в диммере. Незакрепленные провода вызывают искры и повышают риск поражения электрическим током.

Шаг 11 — Включите питание

После того, как вы закончили замену панели переключателей, включите питание от главного автоматического выключателя.

Шаг 12 — Проверьте переключатель

Проверьте выключатель, чтобы видеть, работает ли он должным образом. Если вы обнаружите, что диммер не работает, проверьте соединения еще раз.

Это все, что вам нужно сделать, чтобы починить сломанный диммер в вашем доме.

Диагностика симистора

Потребность в исследовании симистора дома возникает только в случае поломки бытового электроприбора. Значит, все характеристики элемента измерять не стоит и нужно только определить наличие или отсутствие дефектов, обрывов или так называемых пробоев p-n переходов. Для этого применяются два метода:

1. Измерение сопротивлений p-n переходов тестером.
2. Индикация выполнения функций элемента.

Можно определить годность симистора как проверив тестером, так и с помощью простой схемы индикации, даже без профессиональной подготовки. Результаты применения обоих методов, как правило, дают одинаковые результаты и позволяют в домашних условиях определить неисправность. Для метода измерений потребуется стрелочный или цифровой тестер, а если его нет — батарейка и лампочка (можно светодиод) для метода индикации.

Прежде чем начинать проверку, следует выяснить расположение управляющего электрода. Корпуса у симисторов бывают разные, поэтому самый простой способ — узнать по маркировке, воспользовавшись интернетом. Катод и анод симистора — понятия относительные и взаимозаменяемые, так как он имеет одинаковые свойства для любой полярности напряжения. Для удобства можно определить для себя один из отводов катодом.

Тестирование нужно проводить в два этапа, меняя полярность тестера или батарейки.

Метод измерения показателей

Определить дефект можно на основании разных сопротивлений p-n переходов в разных направлениях. Тестеры определяют сопротивление, пропуская ток через объект измерения. При направлении тока от p слоя к n слою полупроводника сопротивление будет незначительным. Обратное направление тока практически невозможно (бесконечное сопротивление) или очень велико (для элементов малой мощности).

При неоднократном чередовании полупроводниковых слоев между контактами элемента, как в нашем случае, сопротивление нужно измерять в трех состояниях, не разрывая контакт щупов тестера с анодом и катодом:

• Измеряем сопротивление между управляющим электродом и катодом, не соединяя ни с чем анод — результат должен быть от десятков до сотен Ом;
• Переносим щуп тестера с управляющего электрода на анод. Измеряем сопротивление между анодом и катодом — сопротивление должно быть велико до бесконечности (МОм для маломощных элементов);
• Управляющий контакт соединяем с анодом — показания тестера резко снижаются, величина сопротивления зависит от мощности симистора, но не превышают сотен Ом. Мощные симисторы могут не открыться по причине слабого управляющего тока. В этом случае можно не соединяя управляющий контакт с анодом, подключить его через обычную пальчиковую батарейку к катоду соблюдая полярность;
• Управляющий электрод отсоединяем от анода (батарейки), не разрывая контактов тестера с анодом и катодом — тестер продолжает показывать низкое сопротивление.

Схемы измерений выглядят следующим образом:

Если все сопротивления соответствуют указанным в таблице, изменим полярность подключения тестера и повторим измерения.

В случае когда хоть один из результатов измерений не соответствует табличному, симистор следует заменить и не спешить с приобретением новой техники, так как можно починить старую.

При помощи батарейки

Тестер найдется не у каждого хозяина, а вот отыскать дом, в котором нет батарейки, кажется невозможным. Если батарейка нашлась в фонарике — значит, к ней найдется и лампочка. Для этого метода можно взять и светодиодный индикатор включения из любого ненужного прибора.

Метод очень прост, но в случае использования светодиода следует соблюдать полярность его включения в схему.

Начинаем с подсоединения к условному катоду симистора одного контакта лампочки. Ко второму контакту подключаем «минус» батарейки. Плюсовой контакт присоединяем к аноду. Свечения быть не должно. Не разбирая схемы, соединяем управляющий контакт с анодом. Лампочка должна светить. Размыкаем управление и анод — свечение должно продолжиться. В уже собранной схеме поменяем полярность подсоединения батарейки и повторим действия. Если лампочка не реагирует на подключение или светится — гаснет не так, как описано — есть шанс сохранить домашний электроприбор, заменив один симистор.

https://youtube.com/watch?v=G45QOqDRhD4

Тестирование элемента

Существует несколько способов проверки симистора на работоспособность. Для самого простого понадобится только лишь мультиметр, а для более сложных измерений — автономный источник питания или тестовая схема.

С помощью тестера проверка происходит с использованием знаний, основанных на принципе работы симистора. Диагностика мультиметром не сможет определить все характеристики элемента, но вполне достаточной будет для первичного тестирования работоспособности.

Простую проверку можно осуществить, используя лампочку и элемент питания. Для этого одна клемма батарейки подключается на управляющие и рабочие выводы симистора, а вторая — на цоколь лампочки. Вывод элемента соединяется с центральным контактом осветителя. В этом случае переход должен быть открыт, тогда лампочка загорится.

Проверка тестером

Для проведения тестов подойдёт прибор любого типа действия, но при этом необходимо, чтобы значения выдаваемого им тока хватило для переключения элемента. Поэтому более предпочтительным будет использование аналогового прибора. Например, чтобы проверить тестером BTB12-800CW, понадобится обеспечить ток порядка 30 мА, а для BTB16-700BW этот показатель должен быть равен 15 мА.

Также понадобится обратить внимание на состояние батарейки, стоящей в тестере. В цифровом устройстве на экране не должен высвечиваться значок замены батарейки, а в аналоговом при закорачивании щупов друг на друга стрелка должна указывать на ноль. Суть измерения сводится к проверкам переходов прибора

Для этого тестер переключается в режим прозвонки сопротивлений на самый маленький диапазон. Выполнять проверку лучше всего в следующей последовательности:

Суть измерения сводится к проверкам переходов прибора. Для этого тестер переключается в режим прозвонки сопротивлений на самый маленький диапазон. Выполнять проверку лучше всего в следующей последовательности:

1. Измерительные щупы подключаются к силовым выводам симистора T1 и T2. Если радиоэлемент исправен, то мультиметр должен показать бесконечно большое сопротивление.
2. Меняется полярность приложенного сигнала на рабочих выводах. Для этого измерительные щупы переставляются. Сопротивление также должно быть большим.
3. Кратковременно соединяется рабочий вывод T1 или T2 и управляющий электрод G.
4. Снова измеряется сопротивление перехода между T1 и T2. В одну сторону оно должно измениться. Так, для BTB12-800CW оно составит около 50 Ом.
5. Изменяется полярность. При этом импеданс перехода должен быть большим, что соответствует отсутствию обратного пробоя.

Использование схемы

Существует множество различных схем, использующихся радиолюбителями для тестирования работоспособности триака. Но лучше применять универсальную схему, способную проверить любой элемент тиристорного семейства, например, BTB16-700BW. Она не нуждается в настройке и работает сразу после сборки. Для того чтобы её собрать, понадобятся следующие элементы:

1. Резисторы R1—R4 470 Ом, R4—R5 1 кОм.
2. Конденсаторы С1 и С2 — 100 мкФ х 6,5 В.
3. Диоды VD1, VD2, VD5 и VD6 — 2N4148; VD2 и VD3 — АЛ307.

В качестве источника питания можно использовать батарейку типа КРОНА.

Суть измерений сводится к следующим действиям: переключатель S3 переставляется в верхнее положение, в результате на устройство подаётся питание. После этого кратковременным нажатием на кнопку S2 подаётся ток на управляющий вывод элемента.

Если BTB16-700BW рабочий, то его переход должен открыться, о чём просигнализирует светодиод VD3. Затем переключатель устанавливается в среднее положение, светодиод должен погаснуть. На следующем этапе S3 переключается в нижнее положение, и нажимается кнопка S2. Результатом этих действий будет загорание светодиода VD4. Такое поведение симистора позволит со стопроцентной уверенностью заявить о его работоспособности.

Проверить симистор не так уж и сложно, особенно если использовать тестер, хотя лучше собрать специальную схему. Но при этом стоит отметить, что из-за высокой чувствительности триаков к току переключения в качестве мультиметров лучше применять стрелочные приборы.

Как избежать ложных срабатываний

Так как для срабатывания симистора достаточно небольшого потенциала, возможны ложные срабатывания. В некоторых случаях они не страшны, но могут привести и к поломке. Поэтому лучше заранее принять меры. Есть несколько способов уменьшить вероятность ложных включений:

• Уменьшить длину линии к затвору, соединять цепь управления — затвор и Т1 — напрямую. Если это невозможно, использовать экранированный кабель или витую пару.
• Снизить чувствительность затвора. Для этого параллельно ставят сопротивление (до 1 кОм).

  Практически во всех схемах с симисторами в цепи затвора есть резистор, уменьшающий чувствительность прибора

• Использовать триаки с высокой шумовой устойчивостью. В маркировке у них добавлена буква «Н», от «нечувствительный». Называют их «симисторы ряда «Н». Отличаются они тем, что минимальный ток перехода у них намного выше. Например, симистор BT139-600H имеет ток перехода IGT min =10mA.

Как уже говорили, симистор управляется током. Это дает возможность подключать его напрямую к выходам микросхем. Есть одно ограничение — ток не должен превышать максимально допустимый. Обычно это 25 мА.

Где взять питание тестировщику

Положение электродов мультиметра

Адаптер телефона дает ток 100 – 500 мА. Часто бывает мало (если понадобится проверить тиристор КУ202Н мультиметром, отпирающий ток 100 мА). Где взять больше? Посмотрим шину USB: третья версия выдаст 5 А. Чрезвычайно большой ток для микроэлектроники, бросьте сомневаться в мощностных характеристиках интерфейса. Распиновку посмотрим в сети. Приводим рисунок, указывающий раскладку типичных портов USB. Показаны два типа интерфейсов:

1. Первый USB тип А характерен компьютерам. Максимально распространенный. Найдете на адаптерах (зарядных устройствах) портативных плееров, iPad. Можно использовать в качестве источников питания схемы тестирования тиристора.
2. Второй тип В характерен больше как концевой. Подключаются периферийные устройства наподобие принтеров, прочей оргтехники. Найти в качестве исходного источника питания сложно, игнорируя факт недоступности, авторы проверили раскладку.

Если кабель USB разрезать – уверены, многие ринутся курочить старую технику, обрывать хвосты мышкам – внутри провод питания +5 вольт традиционно красный, оранжевый. Информация поможет правильно прозвонить схему, добыть нужное напряжение. Присутствует на выключенном системном блоке (к розетке подсоединено). Вот почему огонек мышки продолжает гореть. На время теста компьютер достаточно будет ввести в режим гибернации. Кстати, напрямую не имеется в Windows 10 (полазить по настройкам, найдете в управлении энергопотреблением).

Раскладка портов USB

Заручившись помощью схемы, проверим тиристор, не выпаивая. Рабочая точка задана относительно земли порта, поэтому внешние устройства будут играть малую роль. Традиционно заземление персонального компьютера завязано на корпус, куда выходит провод входного фильтра гармоник. Схемные +5 вольт, земля развязаны с шиной. Достаточно тестируемую схему отключить от питания. Для проверки тиристора понадобится напаять усики на каждый вывод. Чтобы подвести питание, управляющий сигнал.

Многие, елозят на стуле, не понимая одной вещи: тут рассказываем, как прозвонить тиристор мультиметром, причем здесь светодиод плюс все навороты? Место светодиода можно – даже лучше – включить щупы тестера, регистрировать ток. Удается использовать малое напряжение питания, всегда безопаснее одновременно. Что касается персонального компьютера, дает широкие возможности тестирования любых элементов, включая тиристоры. Блок питания системника дает набор напряжений:

1. +5 В идет кулерам, многим другим системам. Фактически стандартное напряжение питания. Провода вольтажа красного цвета.
2. Напряжение +12 вольт используется для питания многих потребителей. Провод желтого цвета (не путать с оранжевым).
3. – 12 вольт оставлено обеспечить совместимость с RS. Старый добрый COM-порт, через который сегодня программируются адаптеры промышленных систем. Некоторые источники бесперебойного питания. Провод обычно синий.
4. Оранжевый провод обычно несет напряжение +3,3 В.

Видите, разброс великий, главное – ток. Мощность блоков питания компьютеров колеблется в области 1 кВт. Откроет любой тиристор! Пора пришла заканчивать. Надеемся, теперь читатели знают, как проводится прозвонка тиристора мультиметром. Иногда придется повозиться. Упомянутый выше тиристор КУ202Н снабжен структурой pnpn, незапираемый. После пропадания управляющего напряжения ключ не закрывается. Нужно убрать питание, чтобы погас светодиод. Отпирающее напряжение положительное. Подходит схеме. Единственно, ток удержания составляет 300 мА. Случай, когда не любой телефонный зарядник годится провести опыт.

Новый тип стабилизаторов напряжения

Симисторные и тиристорные стабилизаторы напряжения сегодня постепенно, но уверенно вытесняет с рынка новый тип устройств – инверторные стабилизаторы напряжения. Разработанные на в 2020 году, устройства получили самые высокие технические характеристики, среди которых:

• повышенная точность стабилизации (2%);
• чистый синус на выходе;
• расширенный диапазон входного напряжения сети (90-310 В);
• непрерывное регулирование сетевого напряжения;
• мгновенная скорость срабатывания;
• универсальное применение.

Больше информации об инверторных стабилизаторах напряжения нового поколения.

Схема регулятора мощности

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

На схеме расположены:

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

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

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

Советы для работы

Перед извлечением симистора или платы, на которой он установлен, убедитесь, что устройство обесточено и физически отключено от электросети.

Для диагностики симисторов, припаянных к печатной плате, достаточно отсоединить управляющий контакт. Для этого потребуется паяльник. И также не станут лишними для установки нового элемента пинцет и припой.

При помощи домашнего тестера (мультиметра) можно проверять самые разные радиоэлементы. Для домашнего мастера, увлекающегося электроникой – это настоящая находка.

Например, проверка тиристора мультиметром может избавить вас от необходимости поиска новой детали во время ремонта электрооборудования.

Для понимания процесса, разберем, что такое тиристор:

Это полупроводниковый прибор, выполненный по классической монокристальной технологии. На кристалле имеется три или более p-n перехода, с диаметрально противоположными устойчивыми состояниями.

Основное применение тиристоров – электронный ключ. Можно эффективно использовать эти радиоэлементы вместо механических реле.

Включение происходит регулируемо, относительно плавно и без дребезга контактов. Нагрузка по основному направлению открытия p-n переходов подается управляемо, можно контролировать скорость нарастания рабочего тока.

К тому же тиристоры, в отличие от реле, отлично интегрируются в электросхемы любой сложности. Отсутствие искрения контактов позволяет применять их в системах, где недопустимы помехи при коммутации.

Деталь компактна, выпускается в различных форм-факторах, в том числе и для монтажа на охлаждающих радиаторах.

Управляются тиристоры внешним воздействием:

• Электрическим током, который подается на управляющий электрод;
• Лучом света, если используется фототиристор.

При этом, в отличие от того же реле, нет необходимость постоянно подавать управляющий сигнал. Рабочий p-n переход будет открыт и по окончании подачи управляющего тока. Тиристор закроется, когда протекающий через него рабочий ток опустится ниже порога удержания.

Еще одним свойством тиристора, которое используется как основная характеристика – он является односторонним проводником. То есть паразитные токи в обратном направлении протекать не будут. Это упрощает схемы управления радиоэлемента.

Тиристоры выпускаются в различных модификакциях, в зависимости от способа управления, и дополнительных возможностей.

• Диодные прямой проводимости;
• Диодные обратной проводимости;
• Диодные симметричные;
• Триодные прямой проводимости;
• Триодные обратной проводимости;
• Триодные ассиметричные.

Существует разновидность триодного тиристора, имеющая двунаправленную проводимость.

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.