Интернет журнал о промышленности и технологиях

Симистор, принцип работы и устройство

Опубликовано: 06.09.2018

Электронные схемы основаны на полупроводниковых элементах. В 1960 годах многие конструкторские бюро проводили работы, направленные на улучшение показателей тиристоров, которые пропускают электроток в одном направлении. В результате практических опытов на заводе «Электровыпрямитель» были разработаны и запатентованы симисторы. Особо стоит отметить тот факт, что зарубежные ученые смогли добиться подобного прорыва лишь спустя 6 месяцев. В английском языке такой полупроводниковый прибор получил название TRIAC (триак).

ЧТО ТАКОЕ СИМИСТОР И ЗАЧЕМ ОНИ НУЖНЫ

Устройство и принцип действия

Если взять техническое определение, то симистор это симметричный триодный тиристор: именно так расшифровывается эта аббревиатура. Основное отличие симисторов: их принцип работы, а именно способность пропускать ток в обоих направлениях. Это значительно расширяет сферу применения полупроводников, давая новые возможности для создания компактных схем управления.

Симистор представляет собой полупроводниковый прибор с пятью переходами типа n-p-n. Такая конструкция позволяет задействовать устройство в электрических цепях переменного тока. Для более понятного восприятия приведем схему, которой обычно обозначается симистор.

Как видно из предложенной схемы, симистор представляет собой трехполюсное устройство на основе полупроводников. Такой прибор имеет три вывода:

Выводы Т1 и Т2 являются силовыми электродами и разделяются по полярности подключения на анод и катод; Вывод G является управляющим электродом или затвором, позволяет осуществлять управление симистором.

Как уже отмечалось, принцип работы основан на прохождении электрического сигнала в обоих направлениях. Это позволяет использовать симисторы в качестве электронного реле в любых схемах, где нужно регулировать нагрузку или прохождение тока по цепи.

Кратко рассмотрим принцип работы этого универсального устройства. Нормальное положение симистора – закрытое, то есть, ток через него не проходит.

На управляющий вывод G подается сигнал (напряжение). При этом сигнал может быть любой полярности: как отрицательной, так и положительной; При превышении мощности сигнала определенного уровня (в зависимости от конструкции и назначения триака), происходит отпирание симистора. Это означает, что между силовыми электродами Т1 и Т2 начинает протекать ток; При изменении полярности управляющего сигнала, электрический ток проходит в обратном направлении.

Обратите внимание! Еще одной особенностью симисторов является тот факт, что после отпирания устройства нет необходимости поддерживать постоянный управляющий сигнал. Симистор самостоятельно закроется после падения напряжения на силовых электродах ниже значения удержания.

Такой принцип работы симисторов получил широкое применение во всех приборах, где необходимо регулировать силу тока или напряжение: от зарядных устройств до настройки яркости освещения.

Плюсы и минусы устройства

После того как мы разобрались, что такое симистор, давайте изучим достоинства и недостатки этого управляющего прибора. К достоинствам относят:

Основной плюс триака – в приборе отсутствуют механические контакты. Из этого исходят остальные преимущества устройства; Длительный срок эксплуатации, при этом поломки практически не случаются; Принцип работы симистров исключает искрение в процессе эксплуатации даже при больших мощностях проходящего тока. Это особенно важно в релейных схемах: не создаются дополнительные радиопомехи; Кроме этого, такие полупроводниковые приборы имеют невысокую стоимость.

Но, как и любое устройство, симметричные тиристоры не лишены некоторых минусов:

Значительное тепловыделение в процессе работы; Чувствительность к электромагнитным помехам и шумам; Неспособность работать при высоких частотах переменного тока; Падение напряжения до двух вольт на приборе, находящемся в открытом состоянии. При этом этот показатель не зависит от мощности проходящего тока. Этот фактор является препятствием для применения симисторов в маломощных установках;

В то же время, симисторы при больших токах греются, что требует применения радиаторов для охлаждения корпуса. В промышленности встречается охлаждение мощных триаков активным способом – при помощи вентилятора.

В некоторых цепях возможно возникновение шумов и помех. Поэтому для подключения управляющего электрода лучше использовать экранированный провод.

Развитие технологий

Особенностью четырех-квадрантных симисторов является их ложное срабатывание, что может привести к выходу из строя. Это требовало применения дополнительной защитной цепочки, включающей различные элементы. Относительно недавно были разработаны трех-квадрантные устройства, которые обладают определенными преимуществами:

За счет уменьшения количества необходимых элементов, плата стала еще более компактной; Как следствие, снижение потерь напряжения и уменьшение стоимости готового изделия; За счет отсутствия демпфера и дросселя, стало возможным использовать симметричные тиристоры в цепях с повышенной частотой.

Также упрощение схемы позволило использовать трех-квадрантный симистор в нагревательных приборах: такая конструкция меньше греется и не реагирует на окружающую температуру.

Сфера применения

Принцип работы и компактные размеры симисторов позволяют применять их практически повсеместно. В самом начале своего появления триаки использовались при проектировании мощных трансформаторов и зарядных устройств. Сегодня же, с развитием производства небольших полупроводников, симметричные тиристоры стали значительно компактнее, что позволяет использовать их в самых различных установках и сферах.

В промышленности мощные приборы используются для управления станками, насосами и другим электрооборудованием, где требуется плавное изменение проходящего тока. В быту применение симисторов еще более обширно:

Это практически весь электроинструмент: от ручной дрели и шуруповерта до зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов; Многие бытовые электроприборы: пылесосы, фены, вентиляторы и так далее; В бытовых компрессорных установках (кондиционеры и холодильники); Электронагревательные устройства: камины, духовки, СВЧ печи.

Повсеместное применение триаков послужило толчком для разработки диммеров – популярного сегодня устройства для плавного регулирования освещения. Принцип работы механического диммера основан на использовании симистора.

Проверка симисторов

Любой даже самый долговечный прибор рано или поздно выходит из строя. Не исключением стал и симистор. Поэтому важно знать, как можно проверить триак на работоспособность, чтобы произвести его замену. Для этого можно использовать два метода.

Первый метод заключается в использовании двух аналоговых омметров. Дальнейшие измерения производятся следующим образом:

Щупы первого омметра подключаются к катоду и аноду симистора. Будет удобнее, если щупы зафиксировать зажимами, чтобы они не соскакивали. Если включить прибор, сопротивление будет очень велико: стрелка будет «лежать»; Щупы второго омметра подключаются следующим образом: один щуп фиксируется на аноде, а вторым щупом прикасаются к управляющему электроду.

Если симметричный тиристор исправен, то произойдет его отпирание, а сопротивление на первом омметре упадет до нескольких ом.

Подобным образом можно проверять симисторы, не выпаивая их: достаточно отсоединить затвор. Далее проверка производится описанным выше методом.

Второй метод проверки подразумевает прозвонку мультиметром . Чтобы измерения оказались верными, переключатель тестера ставится в положение «проверка диодов». Затем измерительные щупы фиксируются на аноде и катоде. В случае с гладкими щупами-иглами, можно использовать переходник из проволоки. В отличие от аналогового омметра, мультиметр покажет сопротивление равное 1. Затем тонкой проволокой замыкаем анод и затвор. Произойдет отпирание полупроводника и на дисплее тестера отобразится реальное сопротивление симистора.

Теперь вы знаете, что такое симметричный тиристор, принцип его работы, способы проверки работоспособности и основные бытовые приборы, где он используется.

Советуем к прочтению