Симистор

Сими́стор (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. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако, по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.

Обозначение на схемах
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора
Разрез кристалла симистора
Фото современных симисторов

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

Структура

Симистор имеет пятислойную структуру полупроводника. Упрощённо симистор можно представить в виде эквивалентной схемы из двух триодных тиристоров (тринисторов), включённых встречно-параллельно. Следует, однако, заметить, что управление симистором отличается от управления двумя встречно-параллельными тринисторами.

Управление

Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение относительно условного катода. Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, то есть когда напряжение на условном аноде имеет  отрицательную полярность, а на управляющем электроде —  положительную).

Ограничения

При использовании симистора накладываются ограничения, в частности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости изменения напряжения (dU/dt) между основными электродами симистора и скорости изменения рабочего тока di/dt. Превышение скорости изменения напряжения на симисторе (из-за наличия его внутренней ёмкости), а также величины этого напряжения, могут приводить к нежелательному открыванию симистора. Превышение скорости нарастания тока между основными электродами, а также величины этого тока, может привести к повреждению симистора. Существуют и другие параметры, на которые накладываются ограничения в соответствии с предельно допустимыми режимами эксплуатации. К таким параметрам относятся ток и напряжение управляющего электрода, температура корпуса, рассеиваемая прибором мощность и пр.

Опасность превышения по скорости нарастания тока заключается в следующем. Благодаря глубокой положительной обратной связи переход симистора в открытое состояние происходит лавинообразно, но, несмотря на это, процесс отпирания может длиться до нескольких микросекунд, в течение которых к симистору оказываются приложены одновременно большие значения тока и напряжения. Поэтому, даже несмотря на то, что падение напряжения на полностью открытом симисторе невелико, мгновенная мощность во время открывания симистора может достигнуть большой величины. Это сопровождается выделением тепловой энергии, которая не успевает рассеяться и может привести к перегреву и повреждению кристалла.

Одним из способов защиты симистора от выбросов напряжения при работе с индуктивной нагрузкой является включение варистора параллельно основным выводам симистора. Для защиты симистора от превышения скорости изменения напряжения применяют так называемую снабберную цепочку (RC-цепь), подключаемую аналогично.

Устойчивость симистора к разрушению при превышении допустимой скорости нарастания тока (dI/dt) зависит от внутреннего сопротивления и индуктивности источника питания и нагрузки[1]. При работе на ёмкостную нагрузку необходимо внести в цепь соответствующую индуктивность.

История

К 1963 году уже были известны конструкции симисторов[2]. Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт[3] подал заявку на авторское свидетельство на симметричный тиристор 22 июня 1963 года[4][2], то есть раньше[4], чем подана заявка на патент от американской корпорации «Дженерал электрик»[5][6].

Примечания
  1. General Electric Co. Тиристоры. Технический справочник = Silicon controlled rectifier manual / пер. с англ. под ред. В. А. Лабунцова и др.. — 2-е изд., доп. — М.: Энергия, 1971. — С. 358. — 560 с. — 20 000 экз.
  2. Номер патента: 349356, Авторы: Думаневич, Евсеев, Заявка 0843040 от 22.06.1963
  3. Позже преобразованный в Научно-исследовательский и технологический институт силовой полупроводниковой техники (НИИ завода «Электровыпрямитель»)
  4. История. ЭЛЕКТРОВЫПРЯМИТЕЛЬ. ПАО Электровыпрямитель. Дата обращения: 6 марта 2022.
  5. Mark P.D. Burgess Semiconductor Research and Development at General Electric General Electric History, 2008
  6. Автор: Gutzwiller W, US Patent 3275909 «Semiconductor Switch», заполнен 19 декабря 1963 года

Ссылки

Литература
  • Э. Кадино . Цветомузыкальные установки = Jeux de lumière (пер. с франц.). — М.: ДМК-Пресс, 2000. — 251 с. — (В помощь радиолюбителю). — ISBN 5-94074-005-7.
  • Я. С. Кублановский . Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — Т. 1104 (Вып.). — 112 с. — (Массовая радиобиблиотека). — 60 000 экз.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.