Регулятор мощности: простая схема симисторного и тиристорного устройства

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

• 
  металлическими;
• жидкостными;
• угольными;
• керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене — р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

• А – закрытое состояние.
• В – открытое состояние.
• UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
• URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
• IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
• IRRM (IОБ) — допустимый уровень тока обратного включения.
• IН (IУД) – значения тока удержания.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

• зарядные устройства для автомобильных АКБ;
• бытовое компрессорное оборудования;
• различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
• ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Читайте также:  Lxxvi какое это число

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Читайте также:  Схема ШИМ регулятора яркости светодиодов на микроконтроллере

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
• Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 — 0,05 мкФ.
• Симметричный тринистор BTA41-600.

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 — 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
• Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
• Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
• Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

• R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
• R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Виды современных устройств

Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.

На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:

1. Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
2. 
   Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
3. Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
4. Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.

Читайте также:  Как разрезать плитку в домашних условиях

При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:

• плавность регулировки;
• рабочую и пиковую подводимую мощность;
• диапазон входного рабочего сигнала;
• КПД.

Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.

Тиристорный прибор управления

Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.

Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.

Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.

Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.

Симисторный преобразователь мощности

Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.

Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.

Фазовый способ трансформации

Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.

Читайте также:  Как проверить резистор мультиметром не выпаивая

Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.

Как проверить симистор новичку: 4 популярных способа с показом преимуществ, недостатков и типичных ошибок

Вопрос проверки возникает после того, когда выяснилось, что наш электроприбор стал неправильно работать или вообще отказал. При этом мы вначале осматриваем triac внешне.

Если на корпусе заметны трещины, сколы, следы нагара, то ему открыт путь в утиль. В остальных случаях требуется оценить работоспособность. Нужны проверки электрических характеристик. Для этого необходимо:

1. посмотреть маркировку полупроводника на корпусе;
2. уточнить технические характеристики по даташипу (так принято называть техническую документацию производителя).

Например, в интернете не сложно найти подобные сведения на симистор BTA-41600B, который работает в предыдущей схеме. Показываю их обычным скриншотом.

Я взял самый необходимый минимум. Нам важно определиться с критическими значениями параметров, запомнить их, не превысить при проверках. Иначе можем повредить исправный модуль, что новички делают часто.

Во время выполнения электрических проверок понимаем, что в подавляющем большинстве случаев неисправность может проявиться всего двумя дефектами:

1. замыканием или уменьшением сопротивления между любыми контактными выводами, что свидетельствует о внутреннем повреждении полупроводниковой структуры;
2. обрывом собранной внутри корпуса заводской схемы.

При этом учитываем, что обычный замер величин сопротивления между контактами не эффективен: требуется оценить в работе открытие и закрытие полупроводниковых переходов.

Дальше привожу четыре методики, которые позволяют с вероятностью до 95% выявить все неисправности. Как довести этот результат до 100% я объясняю в конце статьи.

Как проверить симистор на исправность за 6 шагов: только батарейка и лампочка

Эта методика подходит для триаков, которые стоят в бытовой технике: посудомоечных или стиральных машинах, пылесосах, блоках питания…

Шаг №1. Подготовка к проверке

Нам потребуется:

1. Источник напряжения в виде батарейки или аккумулятора от полутора до девяти вольт.
2. Лампочка накаливания от карманного фонарика или автомобильной подсветки.
3. Три гибких провода длиной порядка 15-20 см, желательно разной расцветки.

Облегчат проверку 5 зажимов типа крокодил (можно воспользоваться прищепками или любым паяльником для сборки схемы).

Один провод (показал черным цветом) разрезаем посередине и припаиваем к его концам контакты лампочки.

Для удобства работы все концы зачищаем и устанавливаем на них зажимы. На один провод (показал белым цветом) достаточно подключить только один крокодил.

После этого нам нужно убедиться в исправности батарейки и лампочки: крокодилы черного провода подключаем на клеммы источника питания, наблюдаем свечение. Если его нет, то выясняем причину.

Здесь же желательно измерить ток в этой цепочке: такая нагрузка будет подаваться на контакты проверяемого triac. Его нельзя спалить.

Шаг №2. Сборка схемы проверки

Ранее мы уже выяснили: какая клемма у симистора является управляющим электродом (G). Цепляем на нее зажим белого провода. Второй конец никуда не подключаем.

На оставшиеся контакты полупроводника (Т1 и Т2) сажаем зажимы от двух других проводов.

Вторые концы черного и синего проводов соединяем произвольно с клеммами батарейки (+) и (-).

Шаг №3. Проверка закрытого состояния полупроводника

Наблюдаем отсутствие загорания нити накала у лампочки. Поскольку она включена в разрыв силового перехода, то делаем вывод об его исправности: закрыт.

Возникновение же свечения будет свидетельствовать об образовании внутреннего шунта, что является дефектом.

Шаг №4. Проверка открытия полупроводникового перехода

Подача команды на запуск триака осуществляется кратковременной коммутацией (легким касанием и быстрым снятием) оголенного конца белого провода (G) на вывод Т2.

Этим действием мы подаем напряжение управления на симметричный управляемый диод при подключенном к его силовым выводам источнике тока, а затем снимаем.

Исправный triac откроется, лампочка засветится. Отсутствие свечения — явный признак внутренних повреждений.

Еще раз напоминаю: обратите внимание на величину напряжения источника. Она должна соответствовать минимальному значению отпирания перехода, но значительно превышать ее нельзя.

Шаг №4. Проверка закрытия полупроводникового перехода

Выполняется кратковременным шунтированием (установкой перемычки) между силовыми выводами T1 и T2.

Лампочка погасла — переход исправен, осталась гореть — дефект полупроводника или перемычки (иногда «кривые руки» проверяющего).

На этом проверка одной части схемы триака (обычный тиристор) считается законченной.

Шаг №5. Сборка схемы проверки второй части triac

Симистор состоит из двух тиристоров. Дальше нам остается оценить его вторую половинку, проводящую ток в противоположном направлении.

Снимаем и меняем местами зажимы проводов, сидящих на клеммах батарейки (+ и -).

Шаг №6. Проверка работоспособности второй части

Повторяем последовательно все действия, расписанные выше в шагах №3, 4, 5. Убеждаемся, что второй переход:

1. нормально находится в закрытом состоянии;
2. при поступлении управляющего сигнала открывается;
3. по команде на отключение закрывается.

На основании положительных тестов всех шести шагов делаем вывод об исправности триака. Если хоть одна из проверок не прошла, то полностью бракуем полупроводник.

Эта методика позволяет источником постоянного тока с низким напряжением оценить косвенным способом состояние полупроводниковых переходов, коммутирующие цепи 220 вольт.

Как проверить симистор тестером: 2 особенности, которые надо знать и учитывать

Показываю на примере своей старенькой, но полностью рабочей цешки Ц4324, отмеченной знаком качества в семидесятых годах прошлого века.

Тестер может измерять сопротивление в двух режимах:

1. омметра;
2. килоометра.

При этом он работает по одним и тем же алгоритмам закона Ома, выполняя простые преобразования выходного стабилизированного напряжения в электрический ток, отклоняющий стрелку измерительной головки.

За счет переключателей режимов величина напряжения в разных позициях меняется. Показываю это фотографиями.

В положении омметра я своим карманным мультиметром замерил на выходных клеммах цешки всего 0,14 вольта.

Перевел ее в режим килоометра kΩ×1. Тестер выдает почти 3 вольта (напряжение открытия BTA-41600B составляет 1,5).

В обоих случаях стрелка прибора установилась на значок бесконечности (∞).

Аналоговый тестер в каждом режиме измерения сопротивления выдает свои стабилизированные величины. У всех приборов они могут отличаться.

При проверках triac вам надо учитывать эту особенность, ибо значения 0,14 вольта явно не хватит для открытия полупроводникового перехода. Поэтому вы можете совершить ошибку: забраковать исправный прибор. Уточните характеристики своего тестера заранее.

Дальнейшая технология проверки триака тестером повторяет только что разобранную методику. Просто в нашем измерительном приборе уже имеется встроенный источник питания и внутренняя схема, выполняющая функцию нагрузки.

Индикатором протекания тока через силовые выводы полупроводника служит стрелка цешки, указывающая величину сопротивления подключенной цепочки.

Методика проверки за 5 шагов

Шаг №1. Сборка схемы

Тестер переводим в режим измерения сопротивлений. Его концы соединяем с силовыми выводами триака Т1 и Т2. На управляющий контакт G подключаем отдельный зажим с проводом.

Шаг №2. Оценка состояния закрытого перехода

На тестере смотрим положение стрелки:

1. позиция «∞» указывает на исправность прибора;
2. иное отклонение — брак.

Шаг №3. Оценка срабатывания

Закорачиваем вывод G на Т2 и снимаем провод. Наблюдаем открытие триака по отклонению стрелки.

В зависимости от модели и конструкции сопротивление исправного модуля составит примерно 20-80 Ом. При внутреннем обрыве оно не изменится.

Шаг №4. Оценка закрытия перехода

Кратковременно закорачиваем выводы Т1 и Т2. Исправный прибор закроется, стрелка тестера вернется на положение ∞.

Шаг №5. Оценка работоспособности второй части симистора

Чтобы сменить направление тока через силовой переход переключим концы на тестере.

После этого выполняем шаги №2, 3, 4. Каждый раз анализируем состояние триака.

Как проверить симистор мультиметром

При таком способе также важно оценить выходное напряжение прибора в режиме измерения сопротивлений. Показываю фотографией свой замер, который делал тестером. Результат — 3,6 вольта (9 делений из 30 на шкале +12 V).

Существуют модели мультиметров, не способные выполнять подобную проверку из-за маленького уровня выходного напряжения. Его просто не хватит для управления переключением триака.

Важно: до выполнения проверки оцените возможности своего мультиметра.

Если ваш прибор подходит по выходному напряжению, то с его помощью смело проходите все пять шагов, которые я расписал для тестера. Повторятся не вижу смысла.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

Читайте также:  Диодный мост: назначение и изготовление своими руками

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Регулятор мощности для паяльника своими руками

Рассмотрим пример изготовления регулятора тока своими руками. Например, будем регулировать мощность паяльника. Регулирование в таком устройстве позволяет не перегревать место пайки и способно защищать жало паяльника от выгорания.

Такого типа устройства выпускаются достаточно давно. Одним из видов его был отечественный прибор, носящий название «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял использовать низковольтный паяльник напряжением 36 вольт, питаемый от сети 220 В.

Регулятор на симисторе КУ208Г

Схема прибора довольно интересная и простая в реализации. Отличительной её особенностью является использование неоновой лампочки.

Конденсатор, величиной порядка 0,1 мкФ, предназначен для генерации пилообразного импульса и защиты схемы управления от помех. Резисторы применяются для ограничения тока, а с помощью переменного резистора ток регулируется, его величина составляет около 220 кОм. Неоновая лампочка позволяет выполнять линейное управление и одновременно является индикатором. По интенсивности её яркости можно контролировать регулировку.

Недостатком такой схемы будет слабая информированность о мощности паяльника. Для наглядного отображения значений выставленного значения, при достаточном уровне радиоподготовки, можно применить микроконтроллер, например, pic16f628a. На нем также возможно будет выполнить электронную регулировку мощности, отказавшись от переменного резистора.

Читайте также:  Как выглядит клеевой пистолет для рукоделия

Регулировка на интегральном стабилизаторе

Ещё одним способом управления мощностью является применение интегральных стабилизаторов. Используя такое устройство, очень легко изготовить диммер для 12 вольтового регулятора напряжения. Такое устройство простое в сборке и обладает встроенной защитой, может использоваться как для подключения паяльника на 12 В, так и светодиодной ленты. Обычно переменный резистор подключается к входу управляющего электрода микросхемы. Недостаток — сильный нагрев стабилизирующей микросхемы.

Переменное напряжение сети 220 В понижается через трансформатор до 16−18 вольт. Далее через диодный мост и сглаживающий конденсатор выпрямленное значение поступает на вход линейного стабилизатора. С помощью переменного резистора посредством изменения рабочей характеристики микросхемы выставляется требуемое напряжение на выходе. Такое напряжение будет стабилизированным и для нашего случая составит 12 вольт.

При самостоятельном изготовлении приборов соблюдайте осторожность и помните про технику безопасности при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный регулятор из исправных деталей не требует настройки и сразу начинает работать.

Простой регулятор мощности для паяльника (лампы) на MAC97A

Простой регулятор мощности до 100Вт можно сделать всего из нескольких деталей. Его можно приспособить для регулирования температуры жала паяльника, яркости настольной лампы, скорости вентилятора и т.п. Регулятор на тиристоре получается по размерам сильно большой и конструктивно имеет недочеты и большую схему. Регулятор мощности на импортном малогабаритном симисторе mac97a (600В; 0,6А) можно коммутировать и более мощные нагрузки, простая схема, плавная регулировка, маленькие габариты.

Если у тиристора есть анод и катод, то электроды у симистора так охарактеризовать нельзя, потому что каждый электрод является и анодом и катодом одновременно. 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.

Как раз простой схемой, характеризующей принцип работы симистора служит наш электронный 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, а также скорость вентилятора.

Принципиальная схема регулятора на симисторе MAC97A6

Описание работы регулятора мощности на симисторе

При каждой полуволне сетевого напряжения конденсатор С заряжается через цепочку сопротивлений R1, R2, когда напряжение на С становится равным напряжению открывания динистора VD1 происходит пробой и разрядка конденсатора через управляющий электрод VS1 .

Динистор DB3 является двунаправленным диодом (триггер-диод), который специально создан для управления симистором или тиристором. В основном своем состоянии динистор DB3 не проводит через себя ток (не считая незначительный ток утечки) до тех пор, пока к нему не будет приложено напряжение пробоя.

В этот момент динистор переходит в режим лавинного пробоя и у него проявляется свойство отрицательного сопротивления. В результате этого на динисторе DB3 происходит падение напряжения в районе 5 вольт, и он начинает пропускать через себя ток, достаточный для открытия симистора или тиристора.

Диаграмма вольт-амперной характеристики (ВАХ) динистора DB3 изображена на рисунке:

Поскольку данный вид полупроводника является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет разницы, как его подключать.

Характеристики динистора DB3

Кому нужно регулировать нагрузку более 100Вт, ниже представлена похожая схема более мощного регулятора на симисторе ВТ136-600.

Принципиальная схема регулятора на симисторе BT136-600

Приведенная схема регулятора мощности на симисторе рассчитана на достаточно большой ток нагрузки.

Если у Вас нет необходимых деталей и платы для сборки регулятора мощности на симисторе MAC97A6, Вы можете купить полный набор для его сборки в нашем магазине.

П О П У Л Я Р Н О Е:

Графический редактор — Tux Paint — простая бесплатная программа для рисования. Программа предназначена для детей и имеет простую понятную панель инструментов, веселое озвучивание команд, рисованный пингвин-помощник, который поможет детям своими подсказками 🙂

Хоть и Tux Paint простая программка, но в ней есть множество различных инструментов для рисования: набор разных кистей и штампов для рисования, формы и линии, заливка и размытие, волны и вздутие, рельсы и цветочки, зеркало и многое другое.

Читайте также:  Nvidia или amd что лучше для игр

Прибор для проверки коэффициента усиления мощных и маломощных транзисторов своими руками

Хотя сейчас много в продаже различных приборов и мультиметров, измеряющих коэффициент усиления транзисторов, но любителям что-нибудь мастерить и паять можно порекомендовать несколько несложных схем и доработку.

Данный прибор для проверки транзисторов позволяет точно замерять ряд следующих параметров…

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Читайте также:  Светодиодное освещение в интерьере квартиры: плюсы и минусы (виды устройств)

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

• Резистор R1 – 51 Ом.
• Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
• Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
• Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

• Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
• Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
• Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

• Выполняем пункты 1-4.
• Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

• относительно невысокая стоимость приборов;
• длительный срок эксплуатации;
• отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

• Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

• Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
• Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Как происходит управление симистором: основные принципы

Электронные элементы (диоды, транзисторы, тиристоры, триаки) создаются под различные задачи, имеют разное количество полупроводниковых слоев. Понять принципы управления триаком нам поможет метод освоения информации от простого к сложному.

Основы протекания тока в полупроводниках я уже описывал ранее. У диода, состоящего из двух «p» и «n» переходов носителями зарядов выступают дырки и электроны.

При прямом подключении источника напряжения с нагрузкой образуется ток, а при обратном — прекращается. Этот процесс наглядно описывается вольт-амперной характеристикой (показана справа).

Такой алгоритм заложен в работу одного p-n перехода. По мере усложнения конструкции элементов их количество понемногу увеличивается.

Схема включения транзистора: 2 типа конструкций

Для начала уточняю возможности биполярных моделей.

Как работает биполярный транзистор

В работе этого ключа участвует два полупроводниковых перехода. Биполярный транзистор создается с одной из двух возможных структур:

1. p-n-p;
2. или n-p-n.

Кратко привожу пример устройства и работы по первому варианту.

В правой части картинки показаны характеристики зависимости токов через эмиттер и коллектор от приложенного напряжения на участках цепи эмиттер-база и коллектор-база.

Состояние полупроводниковых переходов меняется величиной приложенного к ним напряжения, чем достигают один из четырех режимов:

1. основной или активный (открыт коллекторный переход);
2. инверсный (открыт эмиттерный переход);
3. насыщенный (открыты оба перехода);
4. отсечка (закрыты оба перехода).

При эксплуатации используют в основном два последних режима за счет изменения тока через базу. Его прекращение закрывает ток через нагрузку, подключенную к коллектору, а подача с номинальным значением — открывает, то есть переводит в режим насыщения.

Конструкции с n-p-n переходами работают по этим же принципам, но направления токов у них меняются.

Как работает полевой (униполярный) транзистор

Рассмотрим на примере n-канальной структуры p-n-p. Для нашего случая этого вполне достаточно.

Ширина канала и тока Ic через сток и исток увеличивается при введении положительного напряжения на затвор (Uзи). Оно может достигать определенного порогового значения, при котором происходит закрытие транзистора.

Выходная ВАХ зависит от напряжения между стоком и истоком (Uси).

Ключ на полевом транзисторе работает за счет изменения его проводимости напряжением, подаваемым на затвор, когда он переходит в режим открытия или закрытия.

Подобные схемы отличаются повышенным быстродействием по отношению даже к биполярным модулям.

Схема включения тиристора: 2 варианта подключения для цепей постоянного и переменного тока

Этой теме я уже посвятил отдельную статью на своем блоге. Здесь же вкратце показываю, что в его структуре работает уже не три, а четыре полупроводниковых перехода, например, p-n-p-n.

Такую схему можно упрощенно представить составленной из двух одинаковых транзисторов (2 транзисторных ключа, подключенных встречно с коммутацией базы одного на коллектор другого).

ВАХ тиристора имеет две области смещений и 4 режима, из которых нас интересует только два:

1. открытое (1-2);
2. или закрытое состояние (0-1).

Они находятся в первом квадранте. Посмотрите внимательно на эту область. Она нам пригодится при уяснении работы триака.

Использование одного тиристора позволяет управлять одной полуволной синусоидального сигнала или цепями постоянного тока.

Как подключают тиристоры для управления нагрузкой в бытовой сети 220 вольт

Возьмем за основу предыдущую схему и дополнительно включим в нее еще один тиристор со своей цепочкой управления. Так появится двухполупериодное выпрямление на нагрузке R.

Оно же вырабатывается на триаке.

Схема включения симистора: как создается уникальная ВАХ

Принципиально triac (симметричный управляемый диод) можно представить состоящим из тиристоров, собранных встречно параллельно. Поэтому его на электрических схемах так и обозначают.

Обратите внимание на его электроды анод и катод (+ и -). Они переименовались в Т1 и Т2. Встречаются иные обозначения. Связано это с тем, что triac способен пропускать одновременно обе полугармоники положительного и отрицательного направления переменной синусоиды.

Другими словами: триак работает как с прямым направлением тока, так и обратным.

Структуру его полупроводниковых слоев можно представить следующим видом.

А их вольт амперная характеристика в первом квадранте работает как у тиристора (прямые токи), а в третьем — симметрично вывернута (обратное направление), что еще раз демонстрирует принцип действия triac.

Такой полупроводник при эксплуатации отличается:

• высокой надежностью, обеспечивающей ему длительный ресурс;
• отсутствием подвижных контактных механизмов, создающих помехи в сети;
• допустимой стоимостью.

При этом надо учитывать, что он:

• требует отвода тепла (применения дополнительных радиаторов охлаждения), ибо при перегреве может сгореть;
• подвержен воздействию высокочастотных помех из электросети — в схему встраивается шунтирующая электрические шумы RC цепочка.

Технические возможности триака позволяют создавать на его основе не только электрические ключи, коммутирующие различные цепи, но и всевозможные регуляторы:

• мощности;
• изменения яркости освещения ламп;
• числа оборотов электродвигателей.

Оптосимистор — удобный метод управления мощным симистором микроконтроллером

Так как симистор проводит ток в обоих направлениях, то по отношению к его основным терминалам, управляющий ток может находится в четырёх квадратах.

Можно это также представить в виде таблицы:

В datasheet приводят, в каких квадрантах управляется конкретный симистор и какой для этого нужен ток. Например, выбранный симистор управляется во всех 4-х квадрантах. Но при этом различается управляющий ток и защитные свойства от ложных срабатываний.

Читайте также:  Как подсоединить теплый пол к регулятору: особенности процесса

Видно, что 4-ый квадрант самый невыгодный. Управляющий ток резко возрастает. Также и защитные свойства при таком управлении падают.

Отсюда следует вывод, что при управлении микроконтроллером лучше управлять в 1-3 квадранте.

Если управление прямое, то МК необходимо уметь менять полярность вывода, что сложно, или иметь общее с терминалом A1 плюсовое питание (управление будет во втором и третьем квадранте). Второй вариант не сложно реализовать при конденсаторном источнике питания. В этом appnote AN2986 подробно рассматривается этот случай.

Второй вариант — управлять через оптосимистор. Таких устройств довольно много и они стоят недорого. Например — MOC3041. Есть оптосимисторы со встроенной схемой контроля перехода через ноль, они могут выключаться только около нуля. Такой нам и нужен для схемы управления полными периодами. А есть без этой схемы. С их помощью можно управлять фазовым методом.

Схема управления с использование оптосимистора получается такая:

само устройство внутри выглядит так:

Управление в этом случае получается одной полярности с терминалом A2, то есть в первом и третьем квадранте.

Дополнительно оптосимистор изолирует схему работы микроконтроллера от сети, что уменьшает помехи, и повышает надёжность прибора. Если нет требований к компактности прибора, то рекомендуем использовать оптосимисторы для управления другими более мощными симисторами.