напівпровідникових переходів, то і робота такого диністора пояснюється дуже просто. У колах змінного струму електричного пробою зазнають по черзі обидва переходи. Спробуйте проаналізувати його роботу. Реалізація такої ідеї і дала можливість діаку працювати саме у колах змінного струму, на що не здатен діодний диністор. Діак не має чітко визначеного аноду чи катоду, тому і напрямок його увімкнення не має значення. Основне призначення такого елементу – пороговий ключ у колах змінної напруги (втім, він здатен працювати і в колах постійної). Позаяк чітко визначених функцій електродів не існує, а крайні виводи діака p-, то їх позначають як А1 та А2, тобто анод-1 та анод-2.

Найяскравішим представником симетричного диністора є діак – DB3. Такий диністор сьогодні можна зустріти в електронних трансформаторах, внутрішніх джерелах живлення ламп-економок, різноманітних регуляторах потужності.

Ми з вами уже використовували цей елемент у схемі регулятора нагріву паяльника. Використовували, так би мовити "наосліп", але тепер уже знаємо як він працює і що з ним відбувається. А працює він так само, як і діодний диністор за винятком того, що пропускає крізь себе змінний струм саме завдяки своїй внутрішній будові.

ВАХ діака практично повторює ВАХ диністора з врахуванням його структури, тобто, вона є дзеркальною як для "прямого", так і для "зворотного" увімкнення.

На жаль, перевірити диністори мультиметром або тестером неможливо. Тобто, якщо диністор "пробитий" наскрізь, то прилад покаже малий опір в обидва боки, а от якщо він годящий, то його буде неможливо відрізнити від диністора із вигорілими переходами чи з внутрішніми пошкодженнями, бо в обох випадках опір великий – безмежний в обох напрямках.

Для перевірки диністора слід мати джерело постійного струму з напругою більшою ніж паспортна напруга відкриття (пробою) диністора. Паспортна напруга відкриття DB3 – 28-36 В, типова – 32 В. Тож нам потрібне джерело живлення з напругою не меншою за 40 В.

Можна взяти на віру придатність диністора. Його робота у реальній схемі покаже недоліки, а можна використати додаткове джерело напруги і перевірити диністор за допомогою нашого регулятора-стабілізатора із додатковим джерелом живлення. Схему кола перевірки діака ви можете бачити на малюнку нижче, ліворуч. На схемі зображене позначення діодного диністора, та такий метод перевірки у колі постійного струму цілком справедливий і для симетричного.

Сумарна напруга нашого регулятора та додаткового джерела живлення із фіксованою напругою 24.0 В складатиме 36.0 В. Її можна буде регулювати від 25.25 до 36.0 вольтів – те, що нам потрібно. Такий діапазон регулювання повністю перекриватиме межу заявленої напруги відкриття диністора. Резистор обмежує струм у колі на рівні безпечному для світлодіода та DB3. Кнопка потрібна для вимкнення диністора

Методика перевірки зводиться до простого поступового збільшення напруги живлення кола. Отже, виводимо регулятор напруги нашого стабілізатора на мінімальне значення, приєднуємо до кола діак. Світлодіод не повинен світитися. Поступово збільшуємо напругу живлення, контролюючи її величину на вольтметрі. У якусь мить світлодіод спалахне. Напруга спалахування світлодіода і буде напругою відкриття диністора. Зменшуємо напругу – світлодіод повинен горіти, розриваємо коло натиснувши на кнопку – світлодіод повинен згаснути. Знову збільшуємо напругу, світлодіод повинен спалахнути на рівні величини напруги, яку ми відмітили першого разу. Якщо таке є, діак DB3 – годящий.Якщо ви використовуєте як індикатор напруги вольтметр стабілізатора, не забувайте до нього додавати значення напруги додаткового джерела живлення. При вказаній на схемі величині опору, струм через диністор протікає невеличкий, тож при достатньому зменшенні напруги (що тягне за собою зменшення струму), діак закриється (на якомусь рівні зменшеного струму, це і буде струм І утр вашого піддослідного екземпляру). Струм через діак ви зможете проконтролювати додавши до кола мультиметр, звісно ж, послідовно із диністором.

Як джерело додаткової напруги можна використати, наприклад, декілька з'єднаних послідовно батарейок 6F22 ("крона"), чи комбінацію батарейок та мережевих джерел живлення. Головне, щоб перекривався діапазон напруги відкриття диністора.

Отже діак відкрився і почав пропускати струм і навіть зменшення напруги, при достатньому струмі його не закриє. Закрити диністор можна декількома способами (дивіться малюнок вище – праворуч):

1 – розірвавши коло проходження струму (такий спосіб вимкнення використано у нашому імпровізованому стенд);

2 – замкнувши на-коротко диністор, що рівнозначно способу першому, адже при натисканні на кнопку струм потече через коло з найменшим опором;

3 – додавши у коло додатковий резистор. Під час натискання на кнопку струм потече через коло із додатковим резистором, отже струм у ньому впаде до величини меншої за І утр;(саме на зменшення струму до такої величини і повинен бути розрахований додатковий резистор R дод);

4 – подавши на пристрій імпульс струму оберненої полярності (Увага! такий спосіб закриття надійно закриває лише триністори та діодні диністори). Під час роботи цієї ланки, через резистор заряду R зар відбувається заряд конденсатора С, який, після натискання на кнопку SA формує розрядний імпульс струму зворотної полярності через диністор чи то триністор, закриваючи його.

До речі, у технічному паспорті на діаки є типова схема за допомогою якої можна надійно перевірити їхню придатність. Але вона передбачає використання мережі змінного струму 220 В (найліпше, звісно, через розділовий трансформатор). Я її наведу. Втім, початківцям, які невпевнено себе почувають при роботі зі змінним струмом побутової мережі, такого методу перевірки я б не радив, це небезпечно. Та й іншим хочу вкотре нагадати – робота з побутовою мережею 220 В потребує уваги, обережності та розуміння того, що ви робите і для чого!

Напруга контролюється на резисторі R3. Вона буде, звісно, змінною. А момент увімкнення DB3 ви побачите на шкалі приладу.

Триністор

Наступна група – тиристори з декількома виводами. Основна маса – це елементи із трьома виводами, хоч бувають і з чотирма.

Першим розглянемо тиристор із трьома виводами який має назву – триністор. Такий елемент відрізняється від диністора тим, що має вивід від одного із середніх шарів. Завдяки третьому виводу – виводу управління, триністор можна відкривати при напрузі меншій ніж U увм і навіть U пр. зкр. макс (зверніть увагу на ВАХ диністора, адже ці компоненти у своїй основі, практично, аналогічні). Для цього потрібно через вивід управління триністора пропустити струм управління відкриттям І у.від. Чим більший цей струм, тим менша напруга U увм при якій відкриється триністор.

При управлінні статичним (незмінним, постійним) навантаженням в анодному колі (лампи розжарення, різноманітні нагрівачі, в тому числі і паяльники і т. ін.) основний струм, який протікає через триністор зростає практично миттєво, тому для його 

відкриття на вивід управління достатньо подати коротенький імпульс тривалістю лише декілька мікросекунд. Імпульс може мати як негативну, так і позитивну полярність, це залежить від конструктивних особливостей триністора. Давайте звернемо на це увагу.

На малюнку праворуч структурні схеми двох видів триністорів. З відводом управління від p-прошарку, та з відводом управління від n-прошарку (поруч наведені їхні схематичні символи). Саме від цього і залежить полярність імпульсу, який подають на електрод управління. Для відкриття триністора з виводом від p-шару потрібен позитивний імпульс (такі триністори на практиці зустрічаються найчастіше), а для відкриття триністора з виводом від n-шару – негативний.

Щоб закрити триністор, слід зменшити основний струм через нього до рівня, меншого, ніж І утр (зверніть увагу на ВАХ диністора). На практиці (у колах постійного струму), це робиться шляхом пропускання короткого імпульсу струму більшого за основний у полярності зворотній до нього. З цією метою використовуються спеціальні пристрої комутації. Тож ті схеми закриття багатошарового напівпровідника, які ми розглянули у розділі про диністори, цілком підходять і до триністорів.

Триністор, який працює у колах змінного струму, закривається автоматично, під час закінчення півхвилі прямого (основного), для нього, струму. Цим і пояснюється широке застосування триністорів у пристроях змінного струму для управління електродвигунами змінного струму, випрямлячах, інверторах, різноманітних імпульсних схемах, пристроях автоматики і т. ін.

Струм та напруга кола управління невеличкі, зате основний струм може сягати одиниць, десятків, сотень амперів при напрузі від десятків-сотень до тисяч вольтів. Тому й кажуть, що коефіцієнт підсилення по потужності у триністорів сягає 10⁴…10⁵.

Триністор симетричний – тріак або симістор

Триністори пропускають основний струм лише в одному напрямку. У цьому є певний недолік. Він полягає в тому, що потужність на навантаженні ділиться навпіл, бо триністор, як ми вже знаємо, пропускає лише одну половину хвилі змінного струму. Для того, щоб позбутися такого недоліку застосовують зустрічне увімкнення триністорів. Один пропускає позитивну половину хвилі, інший – негативну. А для того, щоб спростити схему управління парою триністорів, слід застосувати симістор.    

Симістор або тріак – не що інше, як симетричний триністор. Умовно такий елемент можна уявити собі, неначе два триністори увімкнені зустрічно паралельно із спільним виводом управління в одному корпусі.

Його внутрішня структура досить складна, а функціонально він працює так само, як і триністор, правда зі здатністю пропускати змінний струм в обох напрямках. Тому, вважаю, не має потреби перевантажувати голову зайвими складнощами.

ВАХ симістора схожа на ВАХ триністора із дзеркальним відображенням, так, як ВАХ диністора та ВАХ діака.

Беручи до уваги те, що цей елемент не має чітко обумовленого анода та катода, його робочі (основні) електроди позначають, як Т1 (термінал-1) та Т2 (термінал-2). Електрод управління має позначення G – gate (ворота), або У – управління.

Перевірка триністорів

Знайомлячись із диністорами ми розглянули методи перевірки цих елементів. Що ж до триністорів, то перевірка їхньої придатності також базується на здатності працювати як у колах постійного так і змінного струму. Виходячи із цього триністор можна перевірити використовуючи стенди з постійним або змінним струмом живлення.

Найпростіший спосіб – використати наш регулятор-стабілізатор або батарейку 6F22 (крона). Стенд зробимо на макетній платі, компоненти для такого стенду оберемо самі, розмірковуючи над їхніми номіналами.

Давайте зупинимося на напрузі 9.0-10.0 В. У якості піддослідного, оберемо тиристор Р0115DA. Такий елемент реалізований у корпусі ТО-92. Знайдемо в Інтернеті його технічний паспорт (datasheet) для того, щоб з'ясувати максимальний струм який він здатен пропустити через себе. Граничне значення – 0.5 А. Звісно ж таким струмом навантажувати ми його не будемо. Втім, ми пересвідчилися, що якісь особливі умови обмеження струму відсутні. Заодно з'ясуємо як розташовані його виводи. Тут теж усе зрозуміло А – анод, К – катод, G – електрод управління (gate). До речі, це – триністор.

Тепер подумаємо над схемою нашого стенду. На наведеній приблизній схемі ви бачите джерело живлення, це стабілізатором або батарейка, два резистори, дві кнопки та світлодіод. Ну і піддослідний елемент – VS. З кнопками, я гадаю, все зрозуміло: постійно замкнена SA2 здатна (при натисканні) переривати коло і змушувати закриватися триністор, постійно розімкнена SA1 подає імпульс струму (при натисканні) на електрод управління для відкриття триністора. Резистор R1 – не що інше, як баластний резистор для світлодіода HL, який обмежує його струм. Сам світлодіод є індикатором увімкненого стану триністора. Резистор R2 обмежує струм на електроді управління.

Щодо вибору резисторів. Величина R1 залежатиме від використаного світлодіода (у моєму випадку світлодіод червоний і резистор має опір 680 Ом). Величина резистора R2 залежатиме від того типу триністора, який на даний момент ви збираєтесь перевіряти.

Розберемося детальніше. З самого початку ми обрали для експерименту триністор Р0115DA реалізований у корпусі ТО-92. В тому ж таки технічному паспорті знаходимо струм управління триністором 15-50 мкА. Отже відповідно до цього струму і розраховуємо резистор. А от, скажімо, для триністорів середнього діапазону потужності – ВТ151, струм управління 2-15 мА. Тобто резистор R2 задає струм електрода управління триністора і підбирається відповідно до його характеристик.

Ви вже зрозуміли, що стенд дозволяє перевірити різноманітні триністори та симістори.

На малюнках вище ви бачите приклади реалізації стендів для перевірки триністорів у найбільш вживаних корпусах ТО92 та ТО220. Вони відрізняються різним розташуванням електродів. Зверніть увагу на колір дротів-перемичок: чорний К(Т1) – катод(термінал­1), червоний А(Т2) – анод(термінал-2), жовтий G – електрод управління. У більшості компонентів реалізованих у схожих корпусах порядок виводів збігається, але це не обов'язково, тож – будьте уважними.

Ми пам'ятаємо, що триністор здатен працювати у колах змінного струму. Тож аналогічний стенд можна побудувати і з живленням від джерела змінного струму, наприклад, трансформатора з 220 на 9 В.

Замість батарейки використаємо трансформатор, живлячи стенд від його вторинної обмотки. Такий стенд не потребуватиме кнопки SA2, адже вимикання триністора відбуватиметься при зміні полярності хвилі змінного струму, а вимикання симістора після відпускання кнопки SA1.

Малопотужні тиристори зовні схожі на звичайні малопотужні транзистори, бо виготовляються у стандартизованих корпуса. Тиристори середньої потужності вже мають конструктивну особливість, яка дозволяє такий компонент прикріпити, в разі потреби, на радіатор. Ну, а потужні тиристори, для комутації великих промислових струмів, навіть важко уявити без радіатора. Такі компоненти зовні інколи незграбні і працюють лише у комплекті з радіаторами, часто – суто індивідуальними. На фото угорі ви можете бачити потужний тиристор у формі таблетки, або праворуч – здвоєний потужний елемент.

До того ж, не забувайте, існують, також, SMD компоненти.

ВИСНОВКИ

На наступний сходинці ми почнемо своє знайомство із транзисторами, які, до речі, можуть використовуватися у так званому "ключовому режимі". Можливо когось зацікавить, чому б просто не використовувати транзистор замість тиристора для комутації кіл? Ключовий режим транзистора застосовується досить часто, вони дійсно можуть працювати як елементи комутації, але у порівнянні з тиристорами схеми управління такими транзисторними ключами більш складніші, бо вони потребують точних, вивірених параметрів напруги (струму) управління для правильної роботи. Якщо напруга (струм) управління не буде точно відповідати параметрам транзистора для роботи у ключовому режимі, то транзисторний ключ може опинитися у проміжному стані між "увімкнено" та "вимкнено".

Ну, і здоровий глузд підказує, що перемикач, який може потрапити у таку ситуацію з якимось проміжним станом, не є надійним перемикачем.

З іншого боку, для тиристора проміжний стан не характерний. Для цих пристроїв усе дуже просто – вони або увімкнені, або вимкнені. Це таке-собі електромагнітне реле в електронному вигляді – є контакт, немає контакту. Недарма електронні безконтактні перемикачі (реле) виготовляються саме на базі тиристорів.

До того ж, не забувайте про основну перевагу триністорів – коефіцієнт підсилення по потужності!

Отже, основні "діючі особи" групи тиристорів:

Диністор - має лише два виводи. У колі діє, як чутливий до рівня напруги перемикач. Поки різниця напруги на його виводах нижче за певну напругу пробою, він залишається вимкненим. Але, коли рівень напруги збільшується до напруги точки пробою, він умикається. Струм проводить в одному напрямку від анода до катода, звідси і назва – діодний диністор.

Діак (симетричний диністор) – схожий на діодний, але може проводити струм в обох напрямках. Основне призначення – комутація змінних та постійних струмів.

Триністор – звичайний стан – закритий, але коли подати невеличкий імпульс струму на електрод управління, він умикається. Тоді, навіть при відсутності сигналу управління, він лишається відкритим. Щоб вимкнути його, слід зменшити основний струм (від от анода до катода) до мізерних величин, або взагалі його вимкнути. Ще, закривається за допомогою імпульсу струму зворотної до основного полярності. Струм пропускає лише в одному напрямку – від анода до катода.

Триністор перемикальний – схожий на звичайний триністор, але має чотири електроди. З них два основні – анод та катод, і два – виводи управління, комутуючи сигнал на яких триністор можна або увімкнути, або вимкнути. Струм пропускає в одному напрямку від анода до катода.

Симістор або тріак (симетричний триністор) – схожий на звичайний триністор за винятком того, що має дзеркальну функціональність, тобто може працювати в обох напрямках. Отже, здатен комутувати повний змінний струм, працює також і в колах постійного струму. Симістор лишається увімкненим лише доти, поки на виводі управління присутній сигнал і вимикається при його відсутності. Струм пропускає в обох напрямках –  від T1 до T2 і навпаки.

Регулятор напруги (потужності)

Ми уже з вами можемо дозволити собі проаналізувати схему регулятора потужності паяльника, так, саме того, який ми зробили раніше. Ми виготовили його наосліп, повторюючи описувані дії. Тепер, знаючи і розуміючи що то є таке – тиристори, спробуємо з'ясувати як працює регулятор.

Елементів у цій конструкції дуже мало, вони нам усі відомі, тож така задача буде цілком посильною.

Ланцюжок R1, R2, C1 задає мить відкриття діака V2. Опір R1, до того ж – обмежує максимальний струм у ланцюжку при мінімальному значенні опору потенціометра R2, який, у свою чергу регулює час накопичення потрібної величини ЕРС на конденсаторі C1. Конденсатор C1, відповідно, заряджається до потрібної напруги через послідовний ланцюжок R1 та R2. При досягненні цією напругою, напруги відкриття діака V2, відбувається його пробій. Струм потрапляє на електрод управління симістором V1 і відкриває його. Паяльник отримує порцію напруги живлення. Після переходу хвилі змінної напруги через нуль, її полярність на конденсаторі C1 змінюється на протилежну. Потенціал напруги на ньому у цю мить стає рівним нулю. Відповідно – діак V2 закривається, вимикаючи сигнал управління на симісторі V1.

Процес повторюється знову для протилежної півхвилі змінного струму. Позаяк і діак, і симістор здатні працювати у колах змінного струму, а конденсатор не полярний, вони "чесно" виконують свою роботу.

Величина порції напруги живлення, отриманої паяльником, залежить від швидкості заряду конденсатора, тобто від опору, який задається потенціометром R2.

Я намагався стисло пояснити принцип роботи виготовленого нами регулятора, який дозволяє з'ясувати практичні способи застосування тиристорів. Гадаю ви його зрозуміли.

-------------------------------------------------------------------

ВІДСТУП

модернізуємо джерело живлення

Декілька слів стосовно попереднього допису щодо пристроїв контролю за напругою та струмом регулятора-стабілізатора.

Все таки для аматорів-початківців, які захочуть облаштувати свій регулятор такими приладами, я б радив застосувати універсальний вимірювач напруги та струму DSN-VC288. Його вартість не більша за вартість двох вольтметрів. У ньому вже є резистори для корекції виміру як напруги так і струму. Приєднання його до регулятора не повинно викликати ускладнень.

Єдине зауваження, якого ви не знайдете у жодного виробника такого вольтамперметра! Спочатку декілька фото, а потім з'ясуємо певні речі.

На фото вище, частини внутрішнього влаштування різних моделей мультиметрів. На них зображені шунти, які використовуються для виміру великих струмів у діапазоні 10-20 А. Зверніть увагу на попереджувальні написи на лицьовому боці будь-якого мультиметра, у якому є діапазон для виміру такого великого струму. На багатьох із них ви знайдете приблизно таке попередження: "Максимальний проміжок виміру не повинен перевищувати 10-15 секунд". Такі ж самі запобіжні попередження надруковані і в інструкціях до того чи іншого мультиметра.

Це зроблено для того, щоб продовжити життя вашого приладу, бо під час виміру великих струмів – шунт досить таки відчутно нагрівається. Він оточений пластиковими деталями та й закріплений на друкованій платі, інколи, звичайним запаюванням. При довготривалому часі виміру, потужність, яка виділяється у вигляді тепла – здатна завдати непоправної шкоди.

Продовження статті за посиланням.