Симистор — устройство и принцип работы прибора

Все радиолюбители, профессиональные электрики и техники, которые ежедневно имеют дело с электрическими цепями и схемами, так или иначе сталкиваются и активно используют при своей работе полупроводниковые элементы. Все они функционируют благодаря так называемым n-p и p-n-переходам, в которых электроны вступают во взаимодействие с дырками.

В самом элементарном диоде насчитывается два слоя и p-n-переход, у биполярного транзистора их уже три, а перехода оба вида. Так вот, если к биполярному добавить еще один слой, то получится уже другой полупроводниковый прибор, именуемый тиристором.

Что такое симистор

А дальше, если один тиристор подключить с другим параллельно, то выйдет уже некая симметричная фигура двух тиристоров. Вот это и есть симметричный тиристор или другими словами, симистор. В зарубежной литературе и практике больше известен под названием TRIAC.

ТРИАК имеет один управляющий и два дополнительных силовых вывода, они же электроды. На схемах главный именуется «затвором» и обозначен буквой G. Электроды силовые отмечены указателями Т1, Т2. Реже А и А1, А 1 и А2.

Стоит отметить, что тиристор такого типа в зарубежных трудах и технике – довольно редкий гость, в схемах используется нечасто. Скорее всего, из-за того, что он был придуман и получил патент на советских просторах, от чего в Европе и Америке не нашел широкого применения и распространения.

Принцип работы: как работает симистор

Уникальность такого устройства заключается в том, что анода и катода в привычном понимании относительно использования в электросхемах, тут нет. Хотя в схеме они присутствуют. Просто становятся крайне похожими друг на друга, ведь катод и анод одновременно могут иметь свойства каждого из них. То есть любой электрод данного прибора не имеет конкретного заряда. Так и выходит, что в симисторе электрический ток проходит не в одном, а сразу в двух направлениях! Что делает его незаменимым в схемах, где участвует переменный ток.

Например, в автоматическом регуляторе мощности, которые используются в любом источнике света, кондиционере или электроинструменте, симистор работает в такой схеме. Начав получать напряжение из электросети, в приборе только один силовой электрод срабатывает и получает переменное напряжение. А управляющий вывод с диодного моста получает отрицательное напряжение управления. Если включение станет чрезмерным, то симметрический тиристор сработает на открытие и отправит ток в нагрузку. Как только на входе прибора изменится полярность напряжения, он перестанет работать на открытие. Этот процесс зацикливается и повторяется снова и снова.

Из этого получается, что скорость включения симистора напрямую зависит от величины управляющего напряжения. И если оно уменьшается, то стихают и импульсы на нагрузке. А в целом, напряжение, после прохождения данного ТРИАКа, становятся регулируемыми в части импульсов и исходят в диапазоне, схожим на присущей пиле. На практике такая способность регулировки напряжения управления в симисторе дает возможность влиять и настраивать диапазон температур на острие электропаяльника или же яркость светодиодной ленты. Поэтому, например, целесообразно симметрический тиристор использовать в устройстве по регулировке яркости светодиодных лампочек, лент, модулей и прожекторов, который называется диммером.

Схемы управления симисторами

Большим преимуществом данного устройства является его возможность одновременно управлять как положительным зарядом тока, так и отрицательным. Это дает возможность говорить сразу о четырех его основных режимах работы, то есть управляющее напряжение, относительно каждой своей полярности, может разбиваться на четыре сектора работы.

Так, например, существует отдельная схема на случай, чтобы симистор не открылся случайно, а не, как положено, в момент избыточного включения. В ней между двумя силовыми электродами вводится так называемая RC-цепочка. Номинальное значение сопротивления в ее резисторе под названием R1 варьируется в пределах от пятидесяти и до 470 Ом, а конденсатора с маркировкой С1 – в величинах 0,01- 0,1 мкф. Случается, что данные показатели доводится подбирать экспериментальным путем.

Маркировка симисторов

Различают довольно много маркировок данных симметричных тиристоров, которые зависят от ряда его основных параметров. Например, в широком ассортименте в интернет-магазинах электроники и в целом на рынке подобных комплектующих можно встретить модели типа:

• BT131-600
• BT134-600
• BT137-600E
• BT138-600
• BTA16-600B
• MAC08MTI
• BTB12-800CWRG
• BTA140-600
• BTA41-600BRG
• BTA41-600 и прочие.

Например, модель BTA24-600B – стандартный, не оснащенный снаббером. Этот элемент необходимо устанавливать внешне и отдельно.
Отдельно стоит остановиться на таком понятии как корпус симистора. В современных моделях различают такие основные пластиковые корпусы как:

• D-PAK
• DO-35
• M1
• SOT-223
• TO-126
• TO-220
• TO-247AC
• TO-92
• TOP-3

К числу основных параметров, которые следует использовать для обозначения характеристик устройства относятся показатели максимального обратного напряжения, максимальные значения тока в открытом положении и в импульсном режиме, самого малого значения тока в постоянном режиме, которого достаточно для открытия симистора, как и наименьшего импульсного тока.

Важно учитывать, какие показатели напряжения в открытом режиме могут определяться при разных значениях тока, например, 160 ампер и 300 ампер. В таком случае, они оба должны быть пропорциональны друг другу, то есть ток при 160 амперах, быть равным 5 вольтам, а при 300 амперах – 2,5 вольтам, т.е. идти на понижение.

У симисторов огромная разница во времени, когда происходит включение и выключение. Так, в среднем оно может у одной и той же модели быть, допустим, 10 микросекунд на включение и 150 микросекунд на выключение. Одним словом, здесь срабатывает принцип, когда напряжение и сила тока экспотенциальны – чем выше второе, тем меньше первое. Принцип работает и в обратном положении данных величин.

В целом TRIAC при вхождении в цепь, может выполнять функции как электровыключателя, так и реле. В таком случае, его достоинства являются существенными:

• Низкая цена;
• Длительный срок эксплуатации в отличие от электромеханических приборов;
• Бесконтактный метод работы, а значит отсутствие дребезжания и искрения.

Однако эти полупроводниковые схемы имеют и свои негативные стороны, которых следует активно избегать:

• Небольшой диапазон рабочих температур, из-за чего возможен перегрев (поэтому они устанавливаются на радиаторах вплотную)
• Невозможность использования при высокочастотном режиме, поскольку по длительному разрыву между временем открытия и закрытия они не успевают правильно отреагировать на высокую частотность
• Чувствителен к электромагнитному излучению, реагирует ложным открыванием, что ограничивает сферу его использования

Как проверить работоспособность симистора

Чтобы правильно осуществить проверку на работоспособность данное устройство, необходимо оснаститься специальным тестером или мультиметром. Последний за счет работы сразу в нескольких режимах сможет определить вольтаж, величину сопротивления и количество ватт, при том как в переменной области исследований, так и в постоянной.

Первый способ проверки эксплуатационных характеристик симметричного тиристора основан на показаниях мультиметра, который переведен в режим омметра. Необходимо попарно подключить выходы мультиметра к контактам ТРИАКа и измерить их в обычном положении. При этом сопротивление должно выдавать свои максимальные показатели, то есть стремиться к бесконечности. В цифровых мультиметрах это визуализируется как увеличение цифрового значения на экране прибора рывкообразно, а на аналоговом – стрелка плавно, но устойчиво будет отклоняться на радиально-линейной шкале вправо до упора. Если это случилось, то необходимо к электроду управления такого тиристора присоединить анод. Анод сработает на открытие радиодетали, а сопротивление устремиться к нулю. В такой случае, скорее всего, симмистор полностью рабочий.

Другой способ подойдет для тех, у кого под рукой не оказалось мультиметра. Тогда понадобится тестер, типа для определения фазы и нуля в цепи, и аккумуляторная пальчиковая батарейка или любой другой элемент, осуществляющий питание электронных устройств. Сначала соединяем контакты тестера и ТРИАКа. Если все хорошо, то световой сигнал лампы контроля на тестере не сработает. Затем с батарейки подаем напряжение между управляющим и силовыми выводами. Полярность тестера и рабочего электрода должны совпасть, а лампа контроля загореться. Если ток удержания в переходе нашего двойного тиристора достаточен, то лампочка не потухнет и после отключения батарейки, только если выключить сам тестер.

Область применения симисторов

Они используются в сфере эксплуатационных элементов на железных дорогах, а именно в релейных шкафах, схемах электрической централизации стрелок и устройств, в области сигнализации и связи, регулируют железнодорожные переезды и световые головки светофоров, используются в радиотехнике, например, в электропаяльниках, вентиляторах, обогревателях.

Даже после выхода из строя, можно, заменив часть устройства, продолжать его использовать еще долгие годы, пока маркировки и совсем не станет видно. В виду надежности применимы в промышленности и транспорта для сигнализации, централизации и блокировки сигналов от устройств.