Що таке симистор, як він працює і для чого потрібний

Симистор є напівпровідниковим приладом. Його повна назва – симетричний тріодний тиристор. Його особливість - можливо проводити струм в обидві сторони. Даний елемент ланцюга має три висновки: один є керуючим, а два інших – силовими. У цій статті ми розглянемо принцип роботи, будову та призначення симістора у різних схемах електроприладів.

Конструкція та принцип дії

Особливість симістора є двоспрямованої провідності електричного струму, що йде через прилад. Конструкція пристрою будується на використанні двох зустрічно-паралельних тиристорів із загальним керуванням. Такий принцип роботи дав назву від скороченого «симетричного тиристора». Оскільки електрострум може протікати в обидві сторони, немає сенсу позначати силові висновки як анод і катод. Доповнює загальну картину електрод, що управляє.

Умовне позначення на схемі за ГОСТ:

Зовнішній вигляд:

У симисторі є п'ять переходів, що дозволяють організувати дві структури. Яка їх використовуватиметься залежить від місця освіти (конкретний силовий висновок) негативної полярності.

Як працює симистор? Вихідно напівпровідниковий прилад знаходиться в замкненому стані і струм не проходить. При подачі струму на електрод, що управляє, останній переходить у відкритий стан і симистор починає пропускати через себе струм. Працюючи від мережі змінного струму полярність на контактах постійно змінюється. Схема, де використовується аналізований елемент, буде працювати без проблем. Адже струм пропускається в обох напрямках. Щоб симистор виконував свої функції, на електрод, що управляє, подають імпульс струму, після зняття імпульсу струм через умовні анод і катод продовжує протікати до тих пір, поки ланцюг не буде розірваний або вони не будуть під напругою зворотної полярності.

При використанні в ланцюзі змінного струму симистор закривається на зворотній напівхвилі синусоїди, тоді потрібно подавати імпульс протилежної полярності (той, під якою знаходяться «силові» електроди елемента).

Принцип дії системи управління може коригуватися залежно від конкретного випадку та застосування. Після відкриття та початку протікання подавати струм на керуючий електрод не потрібно. Ланцюг живлення розриватися не буде. При необхідності відключити живлення слід знизити струм у ланцюгу нижче рівня величини утримання або короткочасно розірвати ланцюг живлення.

Управляючі сигнали

Щоб досягти бажаного результату із симістором використовують не напругу, а струм. Щоб пристрій відкрився, він повинен бути на певному невеликому рівні. Для кожного симистора сила струму, що управляє, може бути різною, її можна дізнатися з даташита на конкретний елемент. Наприклад, для симістора КУ208 цей струм має бути більше 160 мА, а для КУ201 - не менше 70 мА.

Полярність сигналу, що управляє, повинна збігатися з полярністю умовного анода. Для керування симістором часто використовують вимикач та струмообмежувальний резистор, якщо він керується мікроконтролером – може знадобитися додаткова установка транзистора, щоб не спалити вихід МК, або використовувати симісторний оптодрайвер типу MOC3041 і подібних.

Чотириквадрантні симістори можуть відпиратися сигналом з будь-якою полярністю. У цій перевагі є і недолік - може знадобитися збільшений струм, що управляє.

За відсутності прилад замінюється двома тиристорами. При цьому слід правильно підбирати їх параметри та переробляти схему керування. Адже сигнал подаватиметься на два керуючі висновки.

Достоїнства і недоліки

Навіщо потрібен аналізований напівпровідниковий прилад? Найпопулярніший варіант використання – комутація у ланцюгах змінного струму. У цьому плані симистор дуже зручний – використовуючи невеликий елемент, можна забезпечити управління високовольтного живлення.

Популярні рішення, коли їм заміняють звичайне електромеханічне реле. Плюс такого рішення – відсутній фізичний контакт, завдяки чому включення живлення стає надійнішим, перемикання безшумним, ресурс на порядки більший, швидкодія вища. Ще одна перевага симистора – відносно невисока ціна, що разом із високою надійністю схеми та часом напрацювання на відмову виглядає привабливо.

Цілком уникнути мінусів розробникам не вдалося. Так, прилади сильно нагріваються під навантаженням. Доводиться забезпечувати відведення тепла. Потужні (або "силові") симістори встановлюють на радіатори. Ще один недолік, що впливає на використання, це створення гармонійних перешкод електромережі деякими схемами симісторних регуляторів (наприклад, побутовий димер для регулювання освітленості).

Відзначимо, що напруга на навантаження буде відрізнятися від синусоїди, що пов'язано з мінімальною напругою і струмом, при яких можливе включення. Через це підключати слід лише навантаження, яке не висуває високих вимог до електроживлення. При постановці завдання досягти синусоїди такий спосіб комутації не підійде. Симистори сильно схильні до впливу шумів, перехідних процесів і перешкод. Також не підтримуються високі частоти перемикання.

Галузь застосування

Характеристики, невелика вартість та простота пристрою дозволяє успішно застосовувати симістори в промисловості та побуті. Їх можна знайти:

  1. У пральній машині.
  2. У печі.
  3. У духовках.
  4. У електродвигуні.
  5. У перфораторах та дрилях.
  6. У посудомийній машині.
  7. У регуляторах висвітлення.
  8. У пилососі.

У цьому перелік, де використовується цей напівпровідниковий прилад, не обмежується. Застосування провідникового приладу здійснюється практично у всіх електроприладах, що тільки є в будинку. На нього покладено функцію управління обертанням приводного двигуна в пральних машинках, вони використовуються на платі управління для запуску роботи всіляких пристроїв – легше сказати, де їх немає.

Основні характеристики

Розглянутий напівпровідниковий пристрій призначений для управління схемами. Незалежно від того, де в схемі він застосовується, важливі такі характеристики симісторів:

  1. Максимальна напруга. Показник, якого досягнуто на силових електродах не викличе, в теорії, виходу з ладу. Фактично, є максимально допустимим значенням за умови дотримання діапазону температур. Будьте обережні – навіть короткочасне перевищення може призвести до знищення даного елемента ланцюга.
  2. Максимальний короткочасний імпульсний струм у відкритому стані. Пікове значення та допустимий для нього період, що вказується в мілісекундах.
  3. Робочий діапазон температури.
  4. Відмикаюча напруга управління (відповідає мінімальному постійному струму, що відмикає).
  5. Час увімкнення.
  6. Мінімальний постійний струм управління, необхідний включення приладу.
  7. Максимальна імпульсна напруга, що повторюється, в закритому стані. Цей параметр завжди вказується у супровідній документації. Позначає критичну величину напруги, граничну даного приладу.
  8. Максимальне падіння рівня напруги на симісторі у відкритому стані. Вказує граничну напругу, яка може встановлюватись між силовими електродами у відкритому стані.
  9. Критична швидкість наростання струму у відкритому стані та напруги у закритому. Вказуються відповідно в амперах та вольтах за секунду.
  10. Перевищення рекомендованих значень може призвести до пробою або помилкового відкриття не до місця. Слід забезпечувати робочі умови дотримання рекомендованих норм і виключити перешкоди, у яких динаміка перевищує заданий параметр.
  11. Корпус симистора. Важливий для проведення теплових розрахунків і впливає на потужність, що розсіюється.

Ось ми й розглянули, що таке симистор, за що він відповідає, де застосовується і які характеристики має. Розглянуті простою мовою теоретичні ази дозволять закласти основу майбутньої результативної діяльності. Сподіваємося, надана інформація була для вас корисною та цікавою!

Ви не маєте права надсилати коментарі