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.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

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.

Обозначение:

• А – закрытое состояние.
• В – открытое состояние.
• U DRM (U ПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
• U RRM (U ОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
• I DRM (I ПР) – допустимый уровень тока прямого включения
• I RRM (I ОБ) — допустимый уровень тока обратного включения.
• I Н (I УД) – значения тока удержания.

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.

• 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

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.

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),

В электронных схемах различных приборов довольно часто используются полупроводниковые устройства – симисторы. Их применяют, как правило, при сборке схем регуляторов. В случае неисправности электроприбора может возникнуть необходимость проверить симистор. Как это сделать?

Зачем нужна проверка

В процессе ремонта или сборки новой схемы невозможно обойтись без электрических деталей. Одной из таких деталей является симистор. Его применяют в схемах устройств сигнализации, световых регуляторах, радиоприборах и многих отраслях техники. Иногда его применяют повторно после демонтажа неработающих схем, и нередко приходится встречать элемент с утраченной от длительного использования или хранения маркировкой. Случается, что и новые детали надо проверить.

Как же быть уверенным, что симистор, установленная в схему, действительно исправен, и в будущем не нужно будет затрачивать много времени на отладку работы собранной системы?

Для этого необходимо знать, как проверить симистор мультиметром или тестером. Но сначала надо понять, что собой представляет данная деталь, и как она работает в электрических схемах.

По сути, симистор является разновидностью тиристора. Название составлено из этих двух слов – «симметричный» и «тиристор».

Разновидности тиристоров

Тиристорами принято называть группу полупроводниковых приборов (триодов), способных пропускать или не пропускать электрический ток в заданном режиме и в определенные промежутки времени. Так создают условия работоспособности схемы в соответствии с ее функциями.

Управление работой тиристоров осуществляется двумя способами:

• подачей напряжения определенной величины для открытия или закрытия прибора, как в динисторах (диодных тиристорах) – двухэлектродных приборах;
• подачей импульса тока определенной длительности или величины на управляющий электрод, как в тринисторах и симисторах (триодных тиристорах) – трехэлектродных приборах.

По принципу работы эти приборы различаются на три вида.

Динисторы открываются при достижении напряжения определенной величины между катодом и анодом и остаются открытыми до уменьшения напряжения опять же до установленного значения. В открытом состоянии работают по принципу диода, пропуская ток в одном направлении.

Тринисторы открываются при подаче тока на контакт управляющего электрода и остаются открытыми при положительной разности потенциалов между катодом и анодом. То есть они открыты, пока в цепи существует напряжение. Это обеспечивается наличием тока, сила которого не ниже одного из параметров тринистора – тока удержания. В открытом состоянии также работают по принципу диода.

Симисторы – разновидность тринисторов, которые пропускают ток по двум направлениям, находясь в открытом состоянии. По сути, они представляют пятислойный тиристор.

Запираемые тиристоры – тринисторы и симисторы, которые закрываются при подаче на контакт управляющего электрода тока обратной полярности, нежели та, которая вызвала его открытие.

С помощью тестера

Проверка работоспособности симистора мультиметром или тестером основана на знании принципа работы этого устройства. Конечно же, она не даст полной картины состояния детали, так как невозможно определить рабочие характеристики симистора без сборки электрической схемы и проведения дополнительных измерений. Но часто вполне достаточно будет подтвердить или опровергнуть работоспособность полупроводникового перехода и управления им.

Чтобы проверить деталь, необходимо использовать мультиметр в режиме измерения сопротивления, то есть как омметр. Контакты мультиметра присоединяются к рабочим контактам симистора, при этом значение сопротивления должно стремиться к бесконечности, то есть быть очень большим.

После этого соединяется анод с управляющим электродом. Симистор должен открыться и сопротивление должно упасть почти до нуля. Если все так и произошло, скорее всего, симистор работоспособен.

При разрыве контакта с управляющим электродом симистор должен остаться открытым, но параметров мультиметра может быть недостаточно, что бы обеспечить так называемый ток удержания, при котором прибор остается проводимым.

Устройство можно считать неисправным в двух случаях. Если до появления напряжения на контакте управляющего электрода сопротивление симистора ничтожно мало. И второй случай, если при появлении напряжения на контакте управляющего электрода сопротивление прибора не уменьшается.

С помощью элемента питания и лампочки

Существует вариант прозвона симистора простейшим тестером, представляющим собой разорванную однолинейную цепь с источником питания и контрольной лампой. Еще для проверки понадобится дополнительный источник питания. В качестве его может быть использован любой элемент питания, например типа АА с напряжением 1,5 В.

Прозванивать деталь нужно в определенном порядке. В первую очередь необходимо соединить контакты тестера с рабочими контактами симистора. Контрольная лампа при этом гореть не должна.

Затем необходимо подать напряжение между управляющим и рабочим электродами с дополнительного источника питания. На рабочий электрод подается полярность, соответствующая полярности подключенного тестера. При подключении контрольная лампа должна загореться. Если переход симистора настроен на соответствующий ток удержания, то лампа должна гореть и при отключении дополнительного источника питания от управляющего электрода до момента отключения тестера.

Так как прибор должен пропускать ток в обоих направлениях, для надежности можно повторить проверку, изменив полярность подключения тестера к симистору на противоположную. Надо проверить работоспособность прибора при обратном направлении тока через полупроводниковый переход.

Если до подачи напряжения на управляющий электрод контрольная лампа загорелась и продолжает гореть, то деталь неисправна. Если при подаче напряжения контрольная лампа не загорелась, симистор также считается неисправным, и использовать его в дальнейшем нецелесообразно.

Симистор, смонтированный на плате, можно проверить, не выпаивая его. Для проверки необходимо только отсоединить управляющий электрод и обесточить всю схему, отключив ее от рабочего источника питания.

Соблюдая эти простейшие правила, можно произвести отбраковку некачественных или отработавших свой ресурс деталей.

На сайт уже были обзоры, посвященные созданию аппаратов для точечной сварки. Предмет очень дорогой при покупке в готовом виде, но часто очень нужный в хозяйстве для тех, кто любит что то поделать руками. Напомню, что этот аппарат позволяет легко приваривать контактные пластины к аккумуляторам, сваривать тонкие листы металла, варить стальную проволоку и тд. Под катом моя версия реализации данного агрегата. Читателей ожидают размышления, схемы, платы, программирование, конструирование (все элементы колхозинга) с множеством фото и видео…

Так как в обзоре будут использоваться многие детальки, то я по ходу обзора приведу на них ссылки, возможно сейчас есть эти же детали дешевле у других продавцов.

Предмет обзора приехал в жесткой пластиковой упаковке, в которой лежало 10 экземпляров симистора BTA41-800B.

Данный элемент нам требуется для включения и выключения в нужные моменты сварочного аппарата.
Максимальное обратное напряжение 800 В
Максимальное значение тока в открытом состоянии 40 А
Рабочая температура от -40 до 125 °C
Корпус TOP-3

Симистop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC - triode for alternating current) - полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. Следует отметить, что симистop изобретён и запатентован был в СССР (в г. Саранске на заводе «Электровыпрямитель» в 1962-1963 г.).
Блок схема этого элемента:

A1 и A2 - силовые электроды
G - управляющий электрод
В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях.

Подробно характеристики BTA41-800B можно посмотреть в .

Для управления симистором обычно используются специальные симисторные оптроны (triac driver). Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения.

.

В большинстве случаев предпочтительным является использование оптосимисторов с детекцией нуля, по целому ряду причин. Иногда (при резистивной нагрузке детекция нуля не важна. А иногда нужно включать нагрузку например на максимуме синусоиды сетевого напряжения, тогда приходится сооружать свою схему детеции и, конечно, использовать оптосимистор без детекции нуля.

Перейдем к нашему устройству. Так уж сложились звезды, что мне потребовалось заменить банки в паре аккумуляторов шуруповертов и в руки попала неисправная микроволновка… И в то же время, в голове давненько витала мысль о необходимости соорудить себе точечную сварку. И я решился на этот шаг.

Далее необходимо намотать толстый провод вместо извлеченной вторичной обмотки. Я использовал вот такой многожильный провод сечением 70 мм2:


Старое его название ПВ3-70. Больших усилий намотка провода не требовала, получилось так:


Я купил 2 метра провода, думаю, можно было обойтись и одним метром.
Зачищаем концы:


Готовим паяльное оборудование (флюс лти-120, катушка 2мм припоя и газовая горелка надетая на баллон газа):


Наконечник лучше использовать из луженной меди под провод 70 мм (ТМЛ 70-12-13):


Обильно смачиваем флюсом внутренние поверхности наконечников и провода. Вставляем провод в наконечник подгибая непослушные проводки (не быстрая процедура), и греем горелкой подавая сбоку припой. Результат примерно такой:


Все ужасы закроем термоусадкой:


На мой провод отлично уселась вот такая:


На этой стадии уже можно подключить трансформатор к розетке проводом от микроволновки (он уже имеет клеммы для подключения) и даже попробовать сделать первую сварку, коммутируя нажатием на концы толстого провода, единственное, я рекомендую прикрутить какие-то медные детали, так как наконечники портить не желательно. Варить получится разве что какие-то толстые детали - так как возможности коммутации весьма ограничены.

Перейдем к электрической части. Я уже говорил что коммутацию первичной обмотки решил делать симистором, осталось решить вопрос каким оптосимистором им управлять. Я решил делать схему распознавания нуля, поэтому выбрал вариант без детекции нуля, взяв . на эту микросхему. Типовое включение следующее:


Вентилятор от микроволновки я решил использовать для охлаждения трансформатора и платы. Так как он тоже на 220 В, то для его включения я решил использовать релюшку , она компактная и хорошо справляется с маломощной нагрузкой.

Для управления логикой я решил использовать контроллер в корпусе QFP32.

Блок питания нужен на 5 Вольт, я применил . Он рассчитан на 600 мА, чего вполне достаточно.

Основной фокус в данном деле это синхронизация с сетью 220 В. Нужно научиться включать нагрузку в момент когда сетевое напряжение имеет определенное значение. В итоге я пришел к такой схеме:


Особенности: VD1 - нужно выбирать быстрый диод (я взял MUR) - он нужен для шунтирования оптрона и избегания появления на нем обратного напряжения более 5 В, VD2 - подойдет любой выпрямительный (подойдет 1N4007 - он существенно снизит тепловую нагрузку на R2, убрав лишнюю полуволну), R2- следует взять мощностью 1-2 Вт (у меня под рукой не было и я поставил 2 резистора параллельно по 90 КОм на 1/4 Вт, температура оказалась приемлемой). А6 - это аналоговый вход контроллера, который использовал я для этих целей. R1 подтягивает вход контроллера к земле. В остальном схема довольно простая.

Нарисовал плату в программе Sprint Layout:


Изготавливаем плату ЛУТ-ом. После травления в хлорном железе:


После смывки тонера:


После лужения:


Вопреки привычной тактике, я сначала спаял силовую часть, чтобы ее отладить независимо от контроллера, на симистор решил приклеить радиатор, выпиленный из алюминиевого профиля:


Получилось так:


Убедился что все хорошо:


Схема слежения за нулем выдает вот такое:

Припаял остальные элементы:




Прошиваем загрузчик (благо я специально вывел пины SPI), и начинаем писать тестировать, исправлять, перепаивать…


Для отладки интенсивно использовался осциллограф, я использую на даче , дома конечно удобнее стационарный:

Теперь можно припаять провода для подключения нагрузки (трансформатора и вентилятора), я использовал провода с клеммами от той же микроволновки, в этот момент промелькнула мысль не перепутать бы их при сборке…

Для проверки подключил лампу накаливания вместо трансформатора, на этом этапе сварка выглядит так:

Сдвиг в 3 мс - дает вот такие управляющие импульсы:


А вот так выглядит то, что идет в нагрузку (масштаб сетевого напряжения специально взят иной):


И вот так при другой длительности:

Для визуализации я использовал (использовал только 2: синий и зеленый), с общим катодом. Когда сварочник включен в сеть, горит зеленый свет, когда идет сварка синий. Также используется звуковая сигнализация с помощью вот , при нажатии кнопки сварки проигрывается одна мелодия, после другая.
Для визуализации процесса настройки, я использовал с диагональю 1.3". Он компактный и хорошо виден из-за своей яркости - по моему оптимальное решение.

Стартовый экран выглядит так:


Рабочий режим так:


Как видно, можно задать три параметра: длительность сварочного импульса, количество импульсов и сдвиг относительно распознанного начала положительной полуволны.

Все параметры настраиваются . Я решил сделать такую логику: переключение режимов настройки осуществляется кратковременным нажатием энкодера, изменение текущего параметра в заданном диапазоне вращением энкодера, а чтобы сохранить текущие параметры нужно использовать длительное нажатие энкодера, тогда при загрузке будут именно они использоваться (значения по умолчанию).

Видео тестовой сварки с экранчиком и применением энкодера, в качестве нагрузки вместо трансформатора все та же лампочка 75 Вт:

Первый опыт сварки на жести от консервной банки, еще без корпуса:


Результатом я остался доволен.

Но нужен корпус. Корпус решил изготовить из дерева. Один мебельный щит из Леруа у меня был, второй купил. Прикинул расположение и напилил, навырезал (получилось не особо аккуратно, но меня как корпус для аппарата точечной сварки вполне устраивает:


Все управление решил сделать в передней части корпуса для удобства настройки в процессе работы:


Сзади предусмотрел отверстия для забора воздуха:


В качестве кнопки включения и предохранителя установил автомат на 10А.

Корпус покрасил черной краской:


Для защиты установил решетки на заднюю панель:

Немного про кнопку включения. Ее решил делать отдельно, причем, мне хотелось иметь два варианта кнопки: стационарный - для длительной работы и мобильный - для быстрой сварки. Соответственно требовался разъем, в качестве которого выступил стандартный разъем для питания (припаял к нему проводки и изолировал термоусадкой):


Стационарный вариант кнопки решил соорудить в виде :


К ней шел коротенький проводок, видимо предполагается ее присоединение к длинному. Разбираем:


Припаиваем ПВС 2х0.5:


В исходном кабеле шло три провода:


Нам черный не нужен.
Собираем все обратно. И припаиваем на другой конец провода штекер:


Мобильную версию изготовил совсем просто:

Экранчик и разъем для кнопки крепим в корпус:


Туда же крепим нашу плату:


Внутри довольно плотно:


Помните я писал о мысли про неперепутывание нагрузок… так вот я перепутал. OMRON G3MB-202P - отправился к праотцам, начав находится включенным независимо от управляющего сигнала… Во он:


Пришлось снимать стенку, потом плату и перепаивать релюху. Процесс сопровождался небольшим количеством нецензурных выражений. Причем плату до этого я уже покрыл защитным лаком в 2 слоя… Но не будем о грустном. Все получилось, прибор заработал.

Как известно, вращение вентилятора, особенно такого не маленького как в нашем случае, сопровождается вибрацией и нагрузкой на крепление, резьбовое соединение постепенно ослабевает и процесс усугубляется. Чтобы этого не происходило, я в своих поделках стараюсь пользоваться отечественным фиксатором резьбы Автомастергель от «Регион Спецтехно». Обзор этого замечательного геля я даже :


Данный фиксатор является анаэробным, то есть полимеризуется именно там где нужно - в плотной скрутке резьбы.

На дно корпуса прикрутил гламурные ножки:

Тестовая сварка, принесла немало положительных эмоций:


В качестве электродов нужно использовать медные пластины, у меня их не было, сплющил трубку от кондиционера - вполне нормально.
Варилось вот это:

Итоговый вид агрегата:


Вид сзади:

Гвозди сваривает вполне нормально:

Немного измерений. Параметры дачной электросети:


Потребление холостого хода:


При включенном вентиляторе:


Из-за инерционности прибора и сварки короткими импульсами скорее всего прибор не может определить максимальную мощность, вот столько он показал:


Токовые клещи у меня не умеют показывать пик, то что удалось зафиксировать кнопкой:


В реальности я видел цифру в 400 А.
Напряжение на контактах:

Теперь полезное применение. У одного человека (привет ему:)) Шуруповерт перезимовал на даче и весной или даже осенью был затоплен паводком. Жалобы были на очень короткое время работы акумов 1-2 шурупа и все… Вот такая картина вскрытия:


Акумы чувствовали себя явно не в порядке, позже это подтвердилось тестами:


На замену были заказаны новые банки. И после окончания работ со сварочником, самое время было их заменить:




Оторвать руками полоски у меня не вышло. Платка была отмыта провода тоже заменены::


Аккумулятор начал новую жизнь:


Видео сварки аккумуляторов:

Результат всегда стабилен, оптимальное время 34 мс, количество импульсов 1, сдвиг 3 мс.

Спасибо всем, кто дочитал этот огромный обзор до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной. всем крепких соединений и добра!

Планирую купить +166 Добавить в избранное Обзор понравился +279 +504

Из статьи вы узнаете о том, что такое симистор, принцип работы этого прибора, а также особенности его применения. Но для начала стоит упомянуть о том, что симистор - это то же, что и тиристор (только симметричный). Следовательно, не обойтись в статье без описания принципа функционирования тиристоров и их особенностей. Без знания основ не получится спроектировать и построить даже простейшую схему управления.

Тиристоры

Тиристор является переключающим который способен пропускать ток только в одном направлении. Его нередко называют вентилем и проводят аналогии между ним и управляемым диодом. У тиристоров имеется три вывода, причем один - это электрод управления. Это, если выразиться грубо, кнопка, при помощи которой происходит переключение элемента в проводящий режим. В статье будет рассмотрен частный случай тиристора - симистор - устройство и работа его в различных цепях.

Тиристор - это еще выпрямитель, выключатель и даже усилитель сигнала. Нередко его используют в качестве регулятора (но только в том случае, когда вся электросхема запитывается от источника переменного напряжения). У всех тиристоров имеются некоторые особенности, о которых нужно поговорить более подробно.

Свойства тиристоров

Среди огромного множества характеристик этого полупроводникового элемента можно выделить самые существенные:

1. Тиристоры, подобно диодам, способны проводить только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как
2. Из отключенного во включенное состояние тиристор можно перевести, подав на управляющий электрод сигнал с определенной формой. Отсюда вывод - у тиристора как у выключателя имеется два состояния (причем оба устойчивые). Таким же образом может функционировать и симистор. Принцип работы ключа электронного типа на его основе достаточно прост. Но для того чтобы произвести возврат в исходное разомкнутое состояние, необходимо, чтобы выполнялись определенные условия.
3. Ток сигнала управления, который необходим для перехода кристалла тиристора из запертого режима в открытый, намного меньше, нежели рабочий (буквально измеряется в миллиамперах). Это значит, что у тиристора есть свойства усилителя тока.
4. Существует возможность точной регулировки среднего тока, протекающего через подключенную нагрузку, при условии, что нагрузка включена с тиристором последовательно. Точность регулировки напрямую зависит от того, какая длительность сигнала на электроде управления. В этом случае тиристор выступает в качестве регулятора мощности.

Тиристор и его структура

Тиристор - это полупроводниковый элемент, который имеет функции управления. Кристалл состоит из четырех слоев р и п типа, которые чередуются. Так же точно построен и симистор. Принцип работы, применение, структура этого элемента и ограничения в использовании рассмотрены детально в статье.

Описанную структуру еще называют четырехслойной. Крайнюю область р-структуры с подключенным к ней положительной полярности выводом источника питания, называют анодом. Следовательно, вторая область п (тоже крайняя) - это катод. К ней приложено отрицательное напряжение источника питания.

Какими свойствами обладает тиристор

Если провести полный анализ структуры тиристора, то можно найти в ней три перехода (электронно-дырочных). Следовательно, можно составить эквивалентную схему на полупроводниковых транзисторах (полярных, биполярных, полевых) и диодах, которая позволит понять, как ведет себя тиристор при отключении питания электрода управления.

В том случае, когда относительно катода анод положительный, диод закрывается, и, следовательно, тиристор тоже ведет себя аналогично. В случае смены полярности оба диода смещаются, тиристор также запирается. Аналогичным образом функционирует и симистор.

Принцип работы на пальцах, конечно, объяснить не очень просто, но мы попробуем сделать это далее.

Как работает отпирание тиристора

Для понимания нужно обратить внимание на эквивалентную схему. Она может быть составлена из двух полупроводниковых триодов (транзисторов). Вот на ней и удобно рассмотреть процесс отпирания тиристоров. Задается некоторый ток, который протекает через электрод управления тиристора. При этом ток имеет смещение прямой направленности. Этот ток считается базовым для транзистора со структурой п-р-п.

Поэтому в коллекторе ток у него будет больше в несколько раз (необходимо значение тока управления умножить на коэффициент усиления транзистора). Далее можно видеть, что это значение тока базовое для второго транзистора со структурой проводимости р-п-р, и он отпирается. При этом коллекторный ток второго транзистора будет равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов и первоначально заданного тока управления. Симисторы (принцип работы и управление ими рассмотрены в статье) обладают аналогичными свойствами.

Далее этот ток необходимо суммировать с ранее заданным током цепи управления. И получится именно то значение, которое необходимо, чтобы поддерживать первый транзистор в отпертом состоянии. В том случае, когда ток управления очень большой, два транзистора одновременно насыщаются. Внутренняя ОС продолжает сохранять свою проводимость даже тогда, когда исчезает первоначальный ток на управляющем электроде. Одновременно с этим на аноде тиристора обнаруживается довольно высокое значение тока.

Как отключить тиристор

Переход в запертое состояние тиристора возможен в том случае, если к электроду управления открытого элемента не прикладывается сигнал. При этом ток спадает до определенной величины, которая называется гипостатическим током (или током удержания).

Тиристор отключится и в том случае, если произойдет размыкание в цепи нагрузки. Либо когда напряжение, которое прикладывается к цепи (внешней), меняет свою полярность. Это происходит под конец каждого полупериода в случае, когда питается схема от источника переменного тока.

Когда тиристор работает в цепи запирание можно осуществить при помощи простого выключателя или кнопки механического типа. Он соединяется с нагрузкой последовательно и применяется для обесточивания цепи. Аналогичен и принцип работы правда, имеются в схеме некоторые особенности.

Поэтому желательно располагать выключатель так, чтобы он находился между катодом и электродом управления. Это позволит гарантировать, что тиристор отключится нормально, а удерживающий ток отсечется. Иногда для удобства и повышения быстродействия и надежности применяют вместо механического ключа вспомогательный тиристор. Стоит отметить, что работа симистора во многом схожа с функционированием тиристоров.

Симисторы

А теперь ближе к теме статьи - нужно рассмотреть частный случай тиристора - симистор. Принцип работы его схож с тем, что был рассмотрен ранее. Но имеются некоторые отличия и характерные особенности. Поэтому нужно поговорить о нем более подробно. Симистор представляет собой прибор, в основе которого находится кристалл полупроводника. Очень часто используется в системах, которые работают на переменном токе.

Самое простое определение этого прибора - выключатель, но управляемый. В запертом состоянии он работает точно так же, как и выключатель с разомкнутыми контактами. При подаче сигнала на электрод управления симистора происходит переход прибора в открытое состояние (режим проводимости). При работе в таком режиме можно провести параллель с выключателем, у которого контакты замкнуты.

Когда сигнал в цепи управления отсутствует, в любой из полупериодов (при работе в цепях переменного тока) происходит переход симистора из режима открытого в закрытый. Симисторы широко используются в режиме релейном (например, в конструкциях светочувствительных выключателей или термостатов). Но они же нередко применяются и в системах регулирования, которые функционируют по принципам фазового управления напряжения на нагрузке (являются плавными регуляторами).

Структура и принцип работы симистора

Симистор - это не что иное, как симметричный тиристор. Следовательно, исходя из названия, можно сделать вывод - его легко заменить двумя тиристорами, которые включаются встречно-параллельно. В любом направлении он способен пропустить ток. У симистора имеется три основных вывода - управляющий, для подачи сигналов, и основные (анод, катод), чтобы он мог пропускать рабочие токи.

Симистор (принцип работы для "чайников" этого полупроводникового элемента предоставлен вашему вниманию) открывается, когда на управляющий вывод подается минимальное необходимое значение тока. Или в том случае, когда между двумя другими электродами разность потенциалов выше предельно допустимого значения.

В большинстве случаев превышение напряжения приводит к тому, что симистор самопроизвольно срабатывает при максимальной амплитуде питающего напряжения. Переход в запертое состояние происходит в случае смены полярности или при уменьшении рабочего тока до уровня ниже, чем ток удержания.

Как отпирается симистор

При питании от сети происходит смена режимов работы за счет изменения полярности у напряжения на рабочих электродах. По этой причине в зависимости от того, какая полярность у тока управления, можно выделить 4 типа проведения этой процедуры.

Допустим, между рабочими электродами приложено напряжение. А на электроде управления напряжение по знаку противоположно тому, которое приложено к цепи анода. В этом случае сместится по квадранту симистор - принцип работы, как можно увидеть, довольно простой.

Существует 4 квадранта, и для каждого из них определен ток отпирания, удерживающий, включения. Отпирающий ток необходимо сохранять до той поры, покуда не превысит в несколько раз (в 2-3) он значение удерживающего тока. Именно это и есть ток включения симистора - минимально необходимый ток отпирания. Если же избавиться от тока в цепи управления, симистор будет находиться в проводящем состоянии. Причем он в таком режиме будет работать до той поры, покуда ток в цепи анода будет больше тока удержания.

Какие накладываются ограничения при использовании симисторов

Его сложно использовать, когда нагрузка индуктивного типа. Скорость изменения напряжения и тока ограничивается. Когда симистор переходит из запертого режима в открытый, во внешней цепи возникает значительный ток. Напряжение не падает мгновенно на силовых выводах симистора. А мощность будет мгновенно развиваться и достигает довольно больших величин. Та энергия, которая рассеивается, за счет малого пространства резко повышает температуру полупроводника.

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.

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:

Невысокая стоимость.

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.).

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

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 N ot C onnect, 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.