Симметричный тиристор
Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).
Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.
У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?
Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.
В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).
Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.
У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий. Обозначается он буквой G (от англ. слова gate – "затвор"). Два остальных – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).
А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.
Следует отметить, что симистор управляется несколько по-другому, нежели эквивалентная тиристорная схема.
Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов. По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе. К сожалению, чаще бывает наоборот.
Как работает симистор?
Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.
Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.
Симисторный регулятор мощности
После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.
Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.
Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.
Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:
По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.
Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.
К недостаткам можно отнести:
Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.
Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.
Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.
Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора C1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.
Основные параметры симистора.
Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.
Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.
В импульсном режиме напряжение точно такое же.
Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.
Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.
Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.
Наименьший импульсный ток – 160 мА.
Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.
Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.
Время включения – 10 мкс.
Время выключения – 150 мкс.
Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот. Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.).
Оптосимистор.
Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.
Оптосимистор MOC3023
Устройство оптосимистора
Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как "не подключается".
Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.
Бывает, нужно подключить какое-то достаточно мощное устройство через контакты реле или даже просто обычного выключателя. Контакты, как правило, не очень мощные и рассчитаны на малые токи, поэтому они впоследствии просто выгорают. Если же их разгрузить, то служат они гораздо дольше и надежнее. А разгрузить можно, например, следующим образом.
 Существует такой электронный прибор, который называется симистор. Еще его называют симметричным тиристором. Имеет он три электрода: анод, катод и управляющий электрод. В открытом состоянии симистор проводит ток от анода к катоду и обратно, в закрытом – не проводит. То есть, действует, как обычный выключатель. То обстоятельство, что симистор проводит ток в обоих направлениях, позволяет включить его в схему переменного тока для управления нагрузкой. |
На фото электроды тиристора обозначены так: А – анод, К – катод, У – управляющий электрод. Для нашего случая подойдет симистор с маркировкой КУ208Г.
А управлять симистором тоже просто. Если соединить его управляющий электрод через резистор 100 ом с анодом, то симистор открывается. И наоборот, если это соединение разорвано, симистор закрыт. В цепи управления течет очень небольшой ток, благодаря которому симистор и открывается, пропуская по основной цепи анод-катод гораздо больший ток, до 10 ампер. А это уже достаточная нагрузка, более 2 киловатт.
Таким образом, если включить в управляющую цепь наши слабые контакты, мы можем через симистор управлять и мощной нагрузкой. Схема подключения достаточно проста, и объяснять здесь, в общем-то, и нечего.
Единственное, что еще следует добавить, это о температурном режиме симистора. Как и любой подобный прибор, при значительных нагрузках он тоже прогревается, хоть и работает в так называемом ключевом режиме. Электронщики знают, что это такое. Поэтому в некоторых случаях бывает необходимо разместить симистор на охлаждающем радиаторе. Им может послужить даже просто алюминиевая или медная пластина достаточных размеров. На фото показан такой симистор, укрепленный на алюминиевом радиаторе.Если симистор чуть теплый после того, как проработал под нагрузкой, скажем, минут 10-15, ничего страшного. А если горячий – надо ставить на радиатор.
Применить такую схемку можно в самых разных ситуациях. Можно, например, разгрузить контакты механического терморегулятора, описанного в статье Масляный радиатор? Да, но правильный., или, скажем, включать мощную сирену контактами оптоэлектронного выключателя. Такие продаются рублей за 300, с ними можно простейшую охранную сигнализацию соорудить. Этот выключатель реагирует на движение в зоне видимости. Даже просто от движения руки на расстоянии 5-6 метров от него срабатывает.Правда, у меня такой выключатель установлен на освещение в прихожей. Настроен так: зашел – свет включился. Вышел – свет погас через 20 секунд. Но я все равно под ним симистор пристроил, уж больно хилые там контактики. А случилось раз, лапочка замкнула накоротко, и контакты в этом выключателе подгорели. Отремонтировал, конечно, и воткнул симистор. Теперь, если подобное случится еще раз, контактики целыми останутся, а просто автоматы после счетчика сработают. Симистор с кратковременными перегрузками справляется вполне успешно, выдержит.
© Юрий Болотов 2006
Хотите что-то сказать? Приходите на мой видеоканал, где можно общаться в комментариях к видеороликам.
Вывод, который через R1 подключается к первой ножке оптосимистора, подключаем к любому цифровому пину Андуино. В моём примере это будет 7 пин.
Вывод от 2-й ножки оптосимистора (у меня подключено через индикаторный светодиод) подключаем к пину GND Ардуино.
Для работы с данным модулем подойдут те же скетчи, что использовались в статье про электромеханическое реле.
Скетч мигалка
| int relayPin = 7; int flag=0; |
void setup()
<
pinMode(relayPin, OUTPUT);
flag=0;
>
>
Результат” выполнения скетча на видео.
В отличии от электромеханического реле, здесь не получится использовать в качестве нагрузки дешёвую китайскую лампочку, в выключенном состоянии она будет тускло светится.
>
detector