Как проверить тиристор

Тиристоры: принципы работы для начинающих электриков простыми словами и 3 методики проверки их работоспособности в домашних условиях

Тиристор – это полупроводниковый прибор p-n-p-n структуры, который играет роль ключа в цепях с большими токами, при этом управление им осуществляется слаботочным сигналом. Применяется для включения силовых электроприводов, систем возбуждения генераторов. Коммутируемые токи доходят до 10 кА.

Особенность тиристоров заключается в том, что при подаче управляющего сигнала, они открываются и остаются в этом состоянии, даже если сигнал в последующем будет снят. Единственное требование – протекающий через них ток должен превышать определенное значение, который называется током удержания.

Одни тиристоры пропускают ток только в одну сторону. Это динисторы, срабатывающие от превышения значимого напряжения. Есть также тринисторы, управляемые подачей тока на третий вывод прибора.

Тиристоры пропускающие ток в обе стороны называются симисторы или триаки. Кроме этого, бывают фототиристоры управляемые светом.

Основные характеристики

Для проверки тринистора необходимо знать и понимать, что скрывается за основными параметрами и для чего их нужно измерять.

Отпирающее напряжение управления Uy – это постоянный потенциал на управляющем электроде, вызывающий открывание тиристора.

Uобр max – это максимальное обратное напряжение, при котором тиристор еще находится в рабочем состоянии.

Iос ср – это среднее значение протекающего через тиристор тока в прямом направлении с сохранением его работоспособности.

Аналоги

Зарубежными аналогами тиристора КУ202Н являются ВТХ32S100, H20T15CN, 1N4202. Зарубежные производители не выпускают устройств таких же геометрических размеров, что и КУ202Н, поэтому нужно будет изменить место под монтаж устройства. Следует также учитывать, что их параметры могут незначительно отличаться от рассматриваемого тиристора, например, средний ток может быть равен 7,5 А.

Кроме иностранных устройств можно использовать российский аналог — Т112-10. Как и КУ202Н он имеет металлический корпус и анодный выход под резьбу. Однако его размеры меньше, поэтому монтажное место все равно придется изменить.

Определение управляющего напряжения

Теперь можно приступать к тестированию тринистора. Для этого возьмем КУ202Н с рабочим током 10 А и напряжением 400 В.

У большинства радиолюбителей имеется мультиметр и неизбежно возникает вопрос, как проверить тиристор мультиметром, возможно ли это и, что дополнительно может понадобиться. Последовательность действий такая:

для начала переключаем мультиметр в положение измерения сопротивления с диапазоном 2 кОм. В этом режиме на измерительных щупах будет присутствовать напряжение внутреннего источника питания тестера;

Так как тиристор управляется как отрицательными, так и положительными сигналами, то его можно открыть, подключая перемычкой управляющий электрод к катоду.

Мультиметр должен находиться в режиме омметра, и щупы подсоединены к аноду и катоду. Так можно определить, каким напряжением управляется тиристор.

Проверка тиристоров на разъеме мультиметра для транзисторов

Многих интересует, возможно ли прозвонить тиристор мультиметром, используя штатное гнездо проверки транзисторов передней панели, обозначенное pnp/npn. Ответ положительный. Нужно просто подать правильно напряжения. Коэффициент усиления, выданный на дисплей, наверняка будет неверным. Поэтому руководствоваться цифрами избегайте. Давайте посмотрим, как примерно делается. Если открывается тиристор положительным потенциалом, подключать нужно на пин B (base) полугнезда npn. Анод втыкается на пин C (коллектор), катод – E (emitter). Едва ли удастся проверить мощный тиристор мультиметром, для микроэлектроники методика сгодится.

Проверка исправности

Второй вариант тестирования заключается в следующем. К блоку питания постоянного тока через тринистор подключается лампа на это же напряжение.

К аноду и катоду подключается мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. Диапазон измерения должен превышать напряжение источника.

Затем на управляющий электрод с помощью батарейки любого номинала и пары проводов подается управляющее напряжение. Тринистор должен открыться, лампочка загореться.

Тестер сначала показывает напряжение источника питания, после воздействия маленького значения, которое соответствует падению потенциалов на тиристоре в открытом состоянии.

После этого можно снять управляющее воздействие, лампа продолжит гореть, так как протекающий через прибор ток больше тока удержания.

Диагностика прибора

Проверка мультиметром втягивающего реле стартера

Осуществляя проверку радиоэлемента на исправность, чаще всего используют мультиметр. Удобство применения этого измерительного прибора объясняется его многофункциональностью. С его помощью можно прозвонить элемент на пробой или измерить уровни пороговых напряжений

При этом неважно, аналоговый или цифровой тип измерителя используется

Для получения верных результатов измерения понадобится подготовить мультиметр к работе. Вся суть подготовительной операции сводится к проверке элемента питания тестера

При работе с цифровым устройством необходимо обратить внимание на значок мигающей батарейки. Если он есть, значит, элемент питания необходимо заменить

Для аналогового устройства перед работой выполняется установка стрелки в нулевое положение. Если это сделать невозможно, то элемент питания нужно заменить.

Для достоверного результата во время измерения мультиметром также желательно проследить за окружающей температурой. Связанно это с тем, что при увеличении температуры проводимость полупроводников возрастает. Оптимальной для измерения считается температура около 22 °C.

Прозвонка без выпаивания

Из-за специфики устройства проверить симистор мультиметром, не выпаивая, не так уж и просто. Для полной проверки используется электрическая схема, позволяющая провести ряд необходимых измерений. Единственное, что можно сделать с помощью мультиметра, так это проверить его на явный пробой.

Для этого тестер переключается в режим позвонки диодов, после чего измерительными щупами дотрагиваются до выводов динистора. При любой полярности тестер должен показать обрыв, что будет обозначать отсутствие пробоя в элементе. Но это не будет гарантировать исправность прибора. Если при измерении мультиметр покажет короткое замыкание, то такой тиристор можно уже будет дальше не проверять, так как он неисправен.

При этом следует знать, что прозванивать радиоэлемент в схеме будет некорректно, так как параллельно с его выводом могут быть подключены другие радиоэлементы, влияющие на измерения. Выполняя простую прозвонку, необходимо хотя бы один из вводов динистора отсоединить от печатной платы. Для того чтобы проверить динистор, не выпаивая, можно использовать возможности той схемы, в которой он установлен.

В этом случае для проверки мультиметр переключается на режим измерения напряжения. В зависимости от предполагаемого напряжения пробоя выбирается диапазон измерения. Измерительные щупы подключаются параллельно к выводам элемента, после чего измеряется уровень сигнала. Если при изменении входного сигнала произойдёт скачок напряжения, то это и будет обозначать напряжение пробоя динистора, то есть его работоспособность.

Тестовая схема

Чтобы получить уверенность в работоспособности элемента, радиолюбители используют тестовые схемы. Они бывают разной степени сложности, что в итоге влияет на точность полученного результата. Самая простая схема состоит из трёх элементов:

регулируемого источника питания;
резистора;
индикатора.

В качестве последнего можно использовать светодиод. Собрав такую схему, приступают к проверке. Параллельно элементу в режиме измерения напряжения подключается тестер.

Например, чтобы проверить тиристор КУ202Н мультиметром, вначале устанавливается уровень выходного напряжения около двадцати вольт. При этом светодиод в схеме гореть не должен. Затем медленно поднимается уровень до того момента, пока светодиод не загорится. Свечение индикатора свидетельствует о том, что динистор открылся и через него начал проходить электрический ток. Для его закрытия уровень напряжения снижается.

Значение разности потенциалов, при котором происходит изменение режима работы, и является максимальным напряжением открытия. В рассматриваемом случае тестер должен показать значение около 50 вольт, в то время как уровень входного сигнала будет около 60 вольт. Резистор применяется любого типа. Его назначение заключается в том, чтобы ограничить величину тока, проходящего через светодиод.

Зная, как проверить тиристор КУ 202, можно проверить и любой другой тип тиристора, динистора или симистора. Следует отметить, что профессионалы вместо мультиметра используют осциллограф. Совместно с ним применяется тестовая приставка. К гнёздам X5 и X6 подключаются измеряемые элементы. При использовании тиристора его управляющий элемент подключается к гнезду X7. У элементов с управляющим выводом напряжение изменяется с помощью переменного резистора R4. Если радиоэлемент целый, тогда осциллограмма должна быть такой, как на рисунке.

Проверка динистора

Для определения работоспособности динистора может потребоваться источник питания с напряжением, превышающим напряжение включения динистора.

Для ограничения тока потребуется резистор на 100-1000 Ом. Теперь можно подключать плюс источника к аноду, а катод к одному из выводов ограничивающего резистора.

Второй конец сопротивления подключается к минусу источника питания. До этого необходимо мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения подключить к аноду и катоду.

Значения тестера должны лежать в пределах милливольт. Динистор открылся.

Блиц-советы

Рекомендации:

Перед тем как проверять тиристор, следует внимательно ознакомиться с техническими характеристиками данного устройства. Эти знание помогут быстрей и эффективней проверить тиристор.
Обычные, стандартные устройства для измерения (омметр, тестер, мультиметр) хорошо зарекомендовали себя для проверки тиристора, но современные приборы, дадут информацию намного точней. К тому же их гораздо легче использовать.
Во избежание неприятных ситуаций все схемы должны собираться в точности.
В работе с любыми диодными устройствами, включая тиристоры, нужно соблюдать технику безопасности.

Защита тиристора:

Тиристоры действуют на скорость увеличение прямого тока. В тиристорах обратный ток восстановления. Если этот ток упадет до низшего значения, может возникнуть перенапряжение. Чтобы предотвратить перенапряжения используются схемы ЦФТП. Также для защиты используют варисторы, их подключают к местам, где выводы индуктивной нагрузки.

Тиристор – переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент имеет четыре кремниевых слоя типа «n» и «p» и три вывода – анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ) (рис. 1а).

Как и полупроводниковый диод, тиристор проводит ток в одном направлении, но может находиться в двух состояниях: выключено и включено. Управление осуществляется по входу УЭ (см рис. 1б). После включения для возврата тиристора в исходное (выключенное) состояние необходимо, чтобы с управляющего электрода было снято напряжение или было закорочено с катодом, как на рисунке 1в. Закрытие тиристора так же можно произвести сменой полярности, т. е. переменным питающим напряжением.

Схема прибора для проверки исправности тиристора с таблицей состояния, исходя из принципов работы тиристора, представлена на рисунке 2.

Прибор проверки тиристора питается от сети переменного тока через понижающий трансформатор Т1. Нажатием на кнопку SB1 «Контроль», определяется исправность или неисправность тиристора, в соответствии с таблицей истинности на рисунке 3.

В приборе для проверки тиристора применены резисторы МЛТ, причем резистор R1 составлен из трех резисторов МЛТ-2 сопротивлением по 150 Ом, соединенных параллельно. Диоды кремневые маломощные на рабочее напряжение более 30 вольт. В качестве понижающего трансформатора подойдет любой, мощностью более 10 ватт и напряжением на вторичной обмотке 22…27 вольт.

Необычный способ

Есть еще один вариант проверки тиристора мультиметром, без прозвона. Но в этом случае прибор должен быть маломощным, с малым током удержания.

Для проверки используется разъем проверки транзисторов. Обычно он располагается ниже переключателя и представляет собой круглый разъем в диаметре примерно 1 см.

На нем должны быть следующие обозначения: В – означает база транзистора, С – коллектор, Е – эмиттер.

Если тринистор открывается положительным напряжением, то управляющий вывод надо подключить к базе, анод с катодом к коллектору и эмиттеру соответственно.

Читайте также: Понижающий трансформатор 220 на 12 Вольт: виды и варианты использования, как выбрать и изготовить своими руками

Так как тестер при проверке транзистора измеряет коэффициент усиления, то и в этом случае он выдаст какие-то значения, которые будут неверные. Но это не важно, главное убедиться в исправности тринистора.

Принцип работы тиристора

Принцип работы тиристора основан на принципе работы электромагнитного реле. Реле – это электромеханическое изделие, а тиристор – чисто электрическое. Давайте же рассмотрим принцип работы тиристора, а иначе как мы его тогда сможем проверить? Думаю, все катались на лифте ;-). Нажимая кнопку на какой-нибудь этаж, электродвигатель лифта начинает свое движение, тянет трос с кабиной с вами и соседкой тетей Валей килограммов под двести и вы перемещаетесь с этажа на этаж. Как же так с помощью малюсенькой кнопочки мы подняли кабину с тетей Валей на борту?

В этом примере и основан принцип работы тиристора. Управляя маленьким напряжением кнопочки мы управляем большим напряжением… разве это не чудо? Да еще и в тиристоре нет никаких клацающих контактов, как в реле. Значит, там нечему выгорать и при нормальном режиме работы такой тиристор прослужит вам, можно сказать, бесконечно.

Тиристоры выглядят как-то вот так:

А вот и схемотехническое обозначение тиристора

В настоящее время мощные тиристоры используются для переключения (коммутации) больших напряжений в электроприводах, в установках плавки металла с помощью электрической дуги ( короче говоря с помощью короткого замыкания, в результате чего происходит такой мощный нагрев, что даже начинает плавиться металл)

Тиристоры, которые слева, устанавливают на алюминиевые радиаторы, а тиристоры-таблетки даже на радиаторы с водяным охлаждением, потому что через них проходит бешеная сила тока и коммутируют они очень большую мощность.

Маломощные тиристоры используются в радиопромышленности и, конечно же, в радиолюбительстве.

Проверка в схеме

Иногда требуется проверка тиристора, без выпаивания его из схемы. Для этого необходимо отключить управляющий электрод. После этого к аноду и катоду подключается мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения.

Вторым тестером подключаются к аноду и управляющему электроду тиристора. Второй прибор должен находиться в режиме омметра.

Если измерительные щупы подсоединены правильно, то показания первого тестера будут лежать в пределах нескольких десятков милливольт.

Если нет, то щупы нужно поменять местами и все повторить. Перед измерениями нужно убедиться, что плата и весь прибор обесточен.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.

Самые простые микросхемы демонстрируют два транзистора, которые совмещены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» поступает на NPN транзистора TR 2 каналы непосредственно в PNP-транзистора TR 1. В это время ток с TR 1 поступает в каналы в основания TR 2 . Эти два взаимосвязанных транзистора располагаются так, что база-эмиттер получает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Для этого нужно параллельное размещение.

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото — характеристика тиристора ВАХ

Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.

Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.

Фото — ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Как проверить тиристор, если вы полный чайник? Итак, обо всем по порядку.

Принцип работы тиристора

Принцип работы тиристора основан на принципе работы электромагнитного реле. Реле — это электромеханическое изделие, а тиристор — чисто электрическое. Давайте же рассмотрим принцип работы тиристора, а иначе как мы его тогда сможем проверить? Думаю, все катались на лифте ;-). Нажимая кнопку на какой-нибудь этаж, электродвигатель лифта начинает свое движение, тянет трос с кабиной с вами и соседкой тетей Валей килограммов под двести и вы перемещаетесь с этажа на этаж. Как же так с помощью малюсенькой кнопочки мы подняли кабину с тетей Валей на борту?

Тиристоры выглядят как-то вот так:

А вот и схемотехническое обозначение тиристора

Маломощные тиристоры используются в радиопромышленности и, конечно же, в радиолюбительстве.

Параметры тиристоров

Давайте разберемся с некоторыми важными параметрами тиристоров. Не зная эти параметры, мы не догоним принцип проверки тиристора. Итак:

1) U_y — отпирающее постоянное напряжение управления — наименьшее постоянное напряжение на управляющем электроде, вызывающее переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. Короче говоря простым языком, минимальное напряжение на управляющем электроде, которое открывает тиристора и электрический ток начинает спокойно себе течь через два оставшихся вывода — анод и катод тиристора. Это и есть минимальное напряжение открытия тиристора.

2) U_{обр max} — обратное напряжение, которое может выдержать тиристор, когда, грубо говоря, плюс подают на катод, а минус — на анод.

3) I_{ос ср} — среднее значение тока, которое может протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья.

Остальные параметры не столь критичны для начинающих радиолюбителей. Познакомиться с ними можете в любом справочнике.

Как проверить тиристор КУ202Н

Ну и наконец-то переходим к самому важному — проверке тиристора. Будем проверять самый ходовый и знаменитый советский тиристор — КУ202Н.

А вот и его цоколевка

Для проверки тиристора нам понадобится лампочка, три проводка и блок питания с постоянным током. На блоке питания выставляем напряжение загорания лампочки. Привязываем и припаиваем проводки к каждому выводу тиристора.

На анод подаем «плюс» от блока питания, на катод через лампочку «минус».

Теперь же нам надо подать относительно анода напряжение на Управляющий Электрод (УЭ). Для такого вида тиристора U_y — отпирающее постоянное напряжение управления больше чем 0,2 Вольта. Берем полуторавольтовую батарейку и подаем напряжение на УЭ. Вуаля! Лампочка зажглась!

Читайте также:

Стыки между ламинатами

также можно использовать щупы мультиметра в режиме прозвонки, на щупах напряжение тоже больше 0,2 Вольта

Убираем батарейку или щупы, лампочка должна продолжать гореть.

Мы открыли тиристор с помощью подачи на УЭ импульса напряжения. Все элементарно и просто! Чтобы тиристор опять закрылся, нам надо или разорвать цепь, ну то есть отключить лампочку или убрать щупы, или же подать на мгновение обратное напряжение.

Как проверить тиристор мультиметром

Можно также проверить тиристор с помощью мультиметра. Для этого собираем его по этой схемке:

Так как на щупах мультиметра в режиме прозвонки имеется напряжение, то подаем его на УЭ. Для этого замыкаем между собой анод и УЭ и сопротивление через Анод-Катод тиристора резко падает. На мультике мы видим 112 милливольт падение напряжения. Это значит, что он открылся.

После отпускания мультиметр снова показывает бесконечно большое сопротивление.

Почему же тиристор закрылся? Ведь лампочка в прошлом примере у нас горела? Все дело в том, что тиристор закрывается, когда ток удержания стает очень малым. В мультиметре ток через щупы очень малый, поэтому и тиристор закрылся без напряжения УЭ.

Есть также схема отличного прибора для проверки тиристора, ее можно глянуть в этой статье.

Тиристоры: принципы работы для начинающих электриков простыми словами и 3 методики проверки их работоспособности в домашних условиях

Эх, знали бы вы, как занудно и безобразно читал нам электротехнику преподаватель в институте. Тему про тиристоры: принципы работы, устройство и их проверку бубнил себе под нос, рисовал на доске графики, P-N переходы с дырками и электронами так, что понять его было очень сложно.

Чтобы подготовиться к экзамену, мне пришлось покупать учебники и разбираться самостоятельно. В зачетку получил пятерку, но предмет был быстро забыт …

Буквально через год после выпуска в должности инженера пришлось разбираться с работой тиристорной схемы. Знания возобновлял практически с нуля.

Помогли коллеги, показавшие удобные методики, избавившие от всех этих высоконаучных заумностей и позволившие представлять сложные электротехнические процессы простыми схемами.

Пользуюсь ими и поныне. Поскольку они не потеряли свою актуальность, то поэтапно раскрываю их технологию для разных случаев практической деятельности ниже.

Тиристор в электрической схеме: что это за полупроводник

Если воспользоваться научными терминами, то можно заметить, что конструкция этого сложного электронного прибора включает монокристалл полупроводника с тремя или большим количеством p-n переходов.

Они сделаны для того, чтобы изменять его проводимость до двух критических состояний, когда он:

Открыт и пропускает через себя электрический ток.
Полностью закрыт.

Для подключения к электрической схеме он снабжен, как правило, тремя, двумя или четырьмя выводами от контактных площадок p-n слоев.

Не стану дальше продолжать эту тему научным языком, ибо новички ничего не поймут, а мне сложно объяснить простыми терминами, как перемещаются носители зарядов (дырки и электроны) по всей этой структуре в каждом конкретном случае.

Да и никому это сейчас не надо кроме студентов, стремящихся сдать экзамен, и работников, проектирующих, разрабатывающих новые устройства.

Домашнему же электрику требуется просто понимать принцип работы конечного прибора дабы уметь проверять его исправность и грамотно эксплуатировать в повседневной жизни.

Поэтому показываю конечный результат — как выглядит вольт амперная характеристика тиристора при его работе.

На ней выделены две области рабочего состояния при прямом и обратном приложении напряжения, формирующие пять режимов, расписанных на картинке. Не будем вдаваться глубоко в теорию и сделаем для себя краткие выводы:

на начальном этапе области прямых смещений полупроводник закрыт, потом он открывается и остается открытым;
при обратном подключении к источнику напряжения он вначале не пропускает ток, но при достижении критического состояния пробивается.

Как же выглядит и обозначается тиристор на электрических схемах

Современная промышленность использует огромный ассортимент этих уникальных полупроводников. Они выпускаются в разных корпусах с возможностями передачи и коммутирования всевозможных мощностей.

Привожу внешний вид только небольшой их части, изготавливаемых в металлическом корпусе, предназначенном для работы в силовых цепях с большими токами.

А еще имеются конструкции, выпускаемые в пластиковом корпусе, позволяющем коммутировать токи меньших величин. Они применяются в схемах управления различных бытовых устройств.

Внешне тиристор выглядит как диод.

Только в большинстве случаев он имеет дополнительный вывод для подключения к внешней цепи — управляющий электрод. Обозначение на схеме тоже примерно одинаковое.

Изменение касается только небольшой дорисовки катодного вывода — маленькой ломаной линии. Все это хорошо видно при сравнении.

Внешний вид диодов и тиристоров, а также их обозначения на схемах похожи не случайно. Они, хоть и немного отличаются конструктивно, но работают по общему принципу: пропускают электрический ток только в одну сторону.

Этот вопрос я излагаю дальше более конкретно.

Как просто понять принципы работы и научные термины этого сложного полупроводника: 2 мневмонических правила

Заповедь №1 для новичка

Представим, что мы сплавляемся на большом плоту по широкой реке. Двигаться мы можем только по течению, а не против него. Поток воды перемещается за счет разности высот (потенциалов), обладающих различным уровнем потенциальной энергии.

Вот и ток в диоде может проходить только в одну сторону: от анода к катоду. Иное движение электронов блокирует полупроводниковый переход. Других средств регулирования здесь нет.

Все это полностью соответствует работе тиристора, но с небольшими дополнениями: диод сразу открывается при прямом приложении напряжения к его выводам.

Тиристор же в этом случае закрыт, ток не проводит. Он действует как плотина со шлюзами, загораживающая реку. Наш плот просто остановится перед возникшей преградой. Для возобновления движения ему необходимо открыть ворота водяного заграждения.

Делается все это по команде, когда импульс тока определенного направления подается через управляющий электрод, например, на анод (при соответствующем управлении).

Только в этом случае закрытый полупроводниковый переход открывается и сохраняет свое состояние в течение всего времени, пока на него подано прямое входное напряжение.

Если импульс тока исчезает, то это не влияет на работу полупроводникового перехода: он остается открытым. Для закрытия тиристора необходимо: разорвать цепь питания в любом месте или вывести из работы источник напряжения либо надежно зашунтировать анод с катодом.

Вот такое простое мневмоническое правило, основанное на сравнении гидравлических и электротехнических процессов позволяет легче работать с этим сложным электронным изделием.

Завет №2: особенности применения тиристоров внутри цепей постоянного и переменного тока

Внутреннее сопротивление полупроводниковых переходов в открытом состоянии довольно маленькое. Ток через него определяется по закону Ома, а при приложенном постоянном напряжении по величине он не меняется.

Схема управления тиристором в этом случае не позволяет корректировать его силу. Регулировать ее нужно другими средствами.

Импульс же тока, подаваемый посредством управляющей команды, регулируется до безопасного значения подключенным токоограничивающим резистором R.

Делается это для исключения пробоя слоя полупроводников, задействованных в протекании управляющего сигнала.

Как работает тиристор в схеме бытовых приборов на переменном токе

Иные перспективы создают переменные цепи, а, особенно, синусоидальные источники напряжения. У них сигнал имеет не строго постоянную величину, а меняющуюся во времени форму синусоиды.

Здесь каждый период колебания состоит из двух полупериодов:

положительного;
отрицательного.

Они имеют свои знаки на графике: «плюс» и «минус». Реально же при смене полупериода направление протекания тока меняется на строго противоположное.

Когда синусоида достигает нулевой амплитуды, то ток через полупроводниковый переход прекращается, он закрывается. Для возобновления процесса необходимо на следующем положительном полупериоде вновь подать импульс на управляющий электрод.

Все это происходит автоматически. Одновременно смещение положения открывающего импульса по времени (в угловой системе измерения — по фазе) позволяет регулировать силу тока за счет изменения момента открытия перехода.

Включение второго тиристора с соответствующей полярностью в нижнюю полуволну позволяет регулировать и ее величину. Тогда мы получаем не чистую синусоидальную форму, а немного обрезанную по времени (до момента включения управляющего импульса).

3 варианта такого сигнала показаны на нижнем графике выходного тока при открытии двух тиристоров в моменты:

возрастания полуволны;
на ее амплитуде;
и при спаде.

Таким обрезанным, а не чисто синусоидальным током питается наш электроинструмент: дрели, перфораторы, болгарки и другие приборы с тиристорным или симисторным управлением.

В общем-то ничего страшного в подобном изменении формы сигнала нет: все производители провели массу экспериментов и запустили эту схему в эксплуатацию.

Нам же все это необходимо четко представлять, ибо при ремонте или наладке с помощью осциллографа такие сигналы напряжения необходимо проследить на контрольных точках электрической цепи.

Выпрямительные устройства с регулировкой тока — второй принцип работы

Схемы зарядных, пускозарядных приборов и сварочных аппаратов постоянного тока работают на выпрямленном напряжении. При этом часто устройства выпрямления типового диодного моста заменяется на трансформаторное преобразование однофазного сигнала с двумя диодами или тиристорами.

Ее принято называть двухполупериодным выпрямлением.

Здесь в каждой выходной полуобмотке силового трансформатора вмонтирован тиристор, обрабатывающий свою полуволну.

Выпрямление же достигается схемой подключения полуобмоток с общей точкой и выбором направления подключения цепи «анод-катод» каждого полупроводникового прибора.

Итоговая форма выпрямленного и измененного сигнала выглядит следующим образом.

Опять же, для сравнения с предыдущим принципом показываю форму сигналов в трех вариантах запуска фазосдвигающего управляющего импульса. Здесь видно, что отрицательный полупериод перевернулся, а работа схемы управления не изменилась.

Правило №3: отличия управления транзистором и тиристором

У меня как-то так получилось, что вначале пришлось практически осваивать электронные схемы, работающие на транзисторах, а только после них — тиристорные сборки.

Поэтому я вначале уяснил и запомнил, что выходной сигнал на транзисторе можно изменять за счет величины разницы потенциалов на его базе, то есть напряжением.

Мои же друзья разъяснили, что тиристорная схема, как правило, открывается током, протекающим через управляющий электрод.

Такое небольшое дополнение к вышеизложенному материалу новичкам стоит запомнить. А чтобы понять разницу между силой электрического тока и величиной действующего напряжения я написал две отдельные статьи.

Рекомендую ознакомиться с ними подробнее. Они тоже изложены простым языком.

Как проверить тиристор: 3 доступные методики для новичков

Принцип этой технологии я буду показывать на примере силового тиристора КУ202Н по одной простой причине: он оказался под рукой при написании статьи, а все более мощные модели я умудрился раздать друзьям для их самоделок…

Способы электрических
проверок буду показывать на его примере. Для этого публикую важные характеристики, которые надо учитывать при работе. Они делятся на две группы:

предельные;
номинальные.

Параметры первой категории относятся к импульсному режиму, используемому кратковременно. Они нас не интересуют: длительную эксплуатацию могут создать только номинальные показатели.

Обращаем внимание на:

Максимально допустимое напряжение — 400 В;
Постоянный ток в открытом и закрытом состоянии — 10 А;
Ток удержания — 200 мА;
Отпирающий постоянный ток — 100 мА.

Эти данные для других полупроводниковых приборов можно взять в технических справочниках и на многочисленных сайтах в сети интернет.

Самый первый метод проверки: стрелочным тестером или цифровым мультиметром

Оценка состояния исправности КУ202Н прибором Ц4324 за 3 шага

Такой раритетный измерительный инструмент старого электрика у меня до сих пор в рабочем состоянии. Он сохранился благодаря знаку качества и постоянной внимательности при замерах.

Шаг №1. Выставление режима и замер закрытого состояния перехода

Устанавливаю центральным переключателем режим измерения сопротивлений и кнопкой — предел «килоомы». Плюсовой вывод цешки сажу на анод, а минусовой подключаю к катоду.

Тиристоры: принципы работы для начинающих электриков простыми словами и 3 методики проверки их работоспособности в домашних условиях

Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это самый простой пример описываемого устройства и как оно работает. Кремниевый выпрямитель или тиристор очень похож на транзистор. Это многослойное полупроводниковое устройство, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. Из-за того, что его принцип работы очень схож с ректификационным диодом (выпрямительные приборы переменного тока или динисторы), на схемах обозначение часто такое же — это считается аналог выпрямителя.

Фото — Cхема гирлянды бегущий огонь

Бывают:

ABB запираемые тиристоры (GTO),
стандартные SEMIKRON,
мощные лавинные типа ТЛ-171,
оптронные (скажем, ТО 142-12,5-600 или модуль МТОТО 80),
симметричные ТС-106-10,
низкочастотные МТТ,
симистор BTA 16-600B или ВТ для стиральных машин,
частотные ТБЧ,
зарубежные TPS 08,
TYN 208.

Но в это же время для высоковольтных аппаратов (печей, станков, прочей автоматики производства) используют транзисторы типа IGBT или IGCT.

Читайте также: Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов: схема подключения, для увеличения ёмкости, чтобы увеличить напряжение

Но, в отличие от диода, который является двухслойным (PN) трехслойного транзистора (PNP, NPN), тиристор состоит из четырех слоев (PNPN) и этот полупроводниковый прибор содержит три p-n перехода. В таком случае, диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристорами, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно почитать книгу автора Замятин).

Тиристор – это однонаправленный преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но в отличие от диода, устройство может быть сделано для работы в качестве коммутатора разомкнутой цепи или в виде ректификационного диода постоянного электротока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме коммутации и не могут быть использованы как приборы амплификации. Ключ на тиристоре не способен сам перейти в закрытое положение.

Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводниковых приборов вместе с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться из одного режима в другой. Такой тиристор называется быстродействующим. Конечно, большую роль здесь играет класс прибора.

Как работает такое устройство?

Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем.

Тиристорный регулятор общей мощности, принцип и особенности работы которого будут основаны на фазовости управления величиной напряжения, изменяет и общую мощность в приборах. Данная особенности заключена в том, что в нормальных производственных условиях на нагрузку могут воздействовать примерные показатели напряжения бытовой сети, которая будет меняться в соответствии с синусоидальным законом. Выше, при описании принципа функционирования работы тиристора было сказано о том, что любой тиристор включает в себя функционирование лишь в одном направлении, то есть осуществляет управление своей полуволной от синусоидов. Что же это может означать?
Если при помощи такого прибора, как тиристор со временем подключать нагрузку в строго определённое время, то показатель действующего напряжения будет довольно низким, так как половина от напряжения (действующее значение, которое и воспроизводит нагрузку) будет намного меньше, чем световое. Такое явление можно рассмотреть на графиках движения.

При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.

Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).

В то время как на схему начинает своё воздействие первая полуволна, происходит особая зарядка ёмкости С1, а также С2. Скорость их полной зарядки будет ограничена потенциометром R 5. Такой элемент будет полностью переменным, и при его помощи будет задаваться выходное напряжение. В тот момент, когда на поверхности конденсатора С1 появится нужное для открытия диристора VS 3 напряжения, весь динистор откроется, а через него начнёт проходить ток, при помощи которого откроется тиристор VS 1.

Во время пробоя динистра и образуется точка на общем графике. После того как значение напряжение перейдёт нулевую отметку, и схема будет находиться под воздействием второй полуволны, тиристор VS 1, закроется, а процесс будет повторяться, только уже для второго динистра, тиристора, а также конденсатора. Резисторы R 3 и R 3 нужны для ограничения общего тока управления, а R 1 и R 2 — для процесса термостабилизации всей схемы.

Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.

Применение тиристора

Назначение тиристоров может быть самое различное, например, очень популярен самодельный сварочный инвертор на тиристорах, зарядное устройство для автомобиля (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Из-за того, что сам по себе прибор может пропускать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (на их мосте используются именно такие детали). Для контроля работы детали в таком случае необходим регулятор напряжения на тиристоре.

Фото — применение Тиристора вместо ЛАТРа

Не стоит забывать и про тиристор зажигания для мотоциклов.

Описание конструкции и принцип действия

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото — характеристика тиристора ВАХ

Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.

Фото — ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Схема простого регулятора мощности

Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.

Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.

Простейший регулятор

Радиоэлементы, обозначенные на схеме:

VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
VS- KУ203В или его аналог;
R1 – сопротивление с номиналом 15кОм;
R2 – резистор переменного типа 30кОм;
С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
Rn – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).

Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R2) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.

Влияние сопротивления R2 на работу регулятора

Пояснение к рисунку:

график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t2) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.

Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.

Читайте также: Общий характер растекания тока в земле. Напряжение шага и напряжение прикосновения. Способы выравнивания потенциалов.

Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:

подавать напряжение через сглаживающий фильтр (его схему несложно найти), самый простой вариант реализации – ферритовое кольцо с обмотанным вокруг него сетевым кабелем;

Фильтр на основе ферритового кольца от кабеля монитора

Проверка тиристора

Перед тем, как купить прибор, нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Подключить измерительный прибор можно только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ниже:

Фото — тестер тиристоров

Согласно описанию, к аноду необходимо подвести напряжение положительного характера, а к катоду – отрицательного. Очень важно использовать величину, которая соответствует разрешению тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, это значит, что напряжение тестера немного больше, чем тиристора. После того, как Вы собрали прибор, можно начинать проверять выпрямитель. Нужно нажать на кнопку, которая подает импульсные сигналы для включения.

Проверка тиристора осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). После этого если на тиристоре загорелись бегущие огни, то устройство считается нерабочим, но мощные приборы не всегда сразу реагируют после поступления нагрузки.

Фото — схема тестера для тиристоров

Помимо проверки прибора, также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ или прочие марки, он работает примерно также, как и регулятор мощности на тиристоре. Главным отличием является более широкий спектр напряжений.

Видео: принцип работы тиристора

Принцип работы фазового регулирования

Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.

Минимальная мощность

На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.

Половинная мощность

Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.

Мощность, близкая к максимальной

Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) — незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.

Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.

Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа — создание высокого уровня помех в электросети.

В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.

Переключение тиристора через «ноль»

Обозначения:

A – график полуволн переменного напряжения;
B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
D – 75% от максимума.

Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.

Видео: Испытания тиристорного регулятора мощности

Технические характеристики

Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.

Читайте также:

Укладка ламината на цементный пол

На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.

Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
Напряжение в закрытом положении 100 В
Импульс в открытом положении — 30 А
Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
Среднее напряжение
Неотпирающее напряжение >=0,2 В
Установленный ток в открытом положении
Ток обратный
Отпирающий ток постоянного типа
Установленное постоянное напряжение
Время включения
Время выключения

Включение устройства осуществляется в течение микросекунд. Если Вам понадобится замена описанного прибора, то проконсультируйтесь с продавцом-консультантом электромагазина – он сможет подобрать аналог по схеме.

Фото — тиристор ку202н

Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.

Тиристоры: принцип работы, назначение, характеристики, проверка работоспособности

Тиристор представляет собой вид полупроводниковых приборов, предназначенный для однонаправленного преобразования тока (т.е. ток пропускается только в одну сторону).

Этот преобразователь имеет два устойчивых состояния: закрытое (состояние низкой проводимости) и открытое (состояние высокой проводимости). Назначение тиристора – выполнение функции электроключа, особенность которого – невозможность самостоятельного переключения в закрытое состояние. Прибор выполняет функции коммутатора разомкнутой цепи и ректификационного диода в сетях постоянного тока. Основным материалом при производстве этого полупроводникового устройства является кремний. Корпус изготавливается из полимерных материалов или металла – для моделей, работающих с большими токами.

Устройство тиристора и области применения

В состав прибора входят 3 электрода:

анод;
катод;
управляющий электрод.

В отличие от двухслойного диода, тиристор состоит из 4-х слоев – p-n-p-n. Оба устройства пропускают ток в одну сторону. На большинстве старых моделей его направление обозначается треугольником. Внешнее напряжение подается знаком «-» на катодный электрод (область с электропроводностью n-типа), «+» – на анодный электрод (область с электропроводностью p-типа).

Тиристоры применяют в сварочных инверторах, блоках питания зарядного устройства для автомобиля, в генераторах, для устройства простой сигнализации, реагирующей на свет.

Принцип работы тиристоров

В специализированной литературе тиристор называется «однооперационным» и относится к группе не полностью управляемых радиодеталей. Он переходит в активное состояние при получении импульса определенной полярности от объекта управления. На скорость активации и последующее функционирование оказывают влияние:

характер нагрузки – индуктивная, реактивная;
величина тока нагрузки;
скорость и амплитуда увеличения управляющего импульса;
температура среды устройства;
уровень напряжения.

Переключение из одного состояния в другое осуществляется с помощью управляющих сигналов. Для полного отключения тиристора требуется выполнить дополнительные действия. Выключение осуществляется несколькими способами:

естественное выключение (естественная коммутация);
принудительное выключение (принудительная коммутация), этот вариант может осуществляться множеством способов.

При эксплуатации возможны незапланированные переключения из одного положения в другое, которые провоцируются перепадами характеристик электроэнергии и температуры.

Классификационные признаки

По способу управления различают следующие виды тиристоров:

Диодные (динисторы)

Активируются импульсом высокого напряжения, подаваемым на анод и катод. В конструкции присутствуют 2 электрода, без управляющего.

Триодные (тринисторы)

Разделяются на две группы. В первой управляющее напряжение поступает катод и электрод управления, во второй – на анод и управляющий электрод.

Симисторы

Выполняют функции двух включенных параллельно тиристоров.

Оптотиристоры

Их функционирование осуществляется под действием светового потока. Функцию управляющего электрода выполняет фотоэлемент.

По обратной проводимости тиристоры разделяются на:

обратно проводящие;
обратно непроводящие;
с ненормируемым обратным значением напряжения;
пропускающие токи в двух направлениях.

Основные характеристики тиристоров, на которые стоит обратить внимание при покупке

Максимально допустимый ток. Эта величина характеризует наибольшее значение тока открытого тиристора. У мощных устройств она составляет несколько сотен ампер.
Максимально допускаемый обратный ток.
Прямое напряжение. Этот параметр тиристора равен падению напряжения при максимально возможном токе.
Обратное напряжение. Характеризует максимально допустимое напряжение на устройстве, находящемся в закрытом состоянии, при котором оно не утрачивает способность выполнять свои функции.
Напряжение включения. Это наименьшая величина, при которой возможно функционирование тиристора.
Минимальный ток управляющего электрода. Равен величине тока, которого достаточно для активации устройства.
Наибольшая допустимая рассеиваемая мощность.

Проверка тиристора на исправность

Прибор можно проверить несколькими способами, один из них – использование специального самодельного тестера, собираемого по представленной ниже схеме:

Такая схема предназначена для работы при напряжении 9-12 В. Для других значений напряжения питания производят перерасчет величин R1-R3.

К аноду подключают положительный полюс, к катоду подводят «-».
На управляющий электрод с помощью кнопки SA подают сигнал к открытию устройства.
Если светодиод загорается до нажатия кнопки SA или не загорается после нажатия, то прибор является неработоспособным.

Заключение

Тиристор – не полностью управляющий ключ. Если есть ток удержания, то перейдя в открытое состояние, тиристор остается в нем, даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход.

Тиристоры: принцип действия, конструкции, типы и способы включения

Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля.

Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение.

Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и управляющий электрод (G), что отражено на рис. 1

Рис. 1. Обычный тиристор: a) – условно-графическое обозначение; б) – вольтамперная характеристика.

На рис. 1, b представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления iG. Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при iG = 0. При увеличении тока iG прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока iA , при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре.

Ветвь IV представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряжением значения UBO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона.

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц.

Конструктивное исполнение тиристоров приведено на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция корпусов тиристоров: а) – таблеточная; б) – штыревая

Тиристор в цепи постоянного тока

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности. На длительность переходного процесса при включении значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и скорость нарастания импульса тока управления iG , температура полупроводниковой структуры тиристора, приложенное напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недопустимых значений скорости нарастания прямого напряжения duAC/dt, при которых может произойти самопроизвольное включение тиристора при отсутствии сигнала управления iG и скорости нарастания тока diA/dt. В то же время крутизна сигнала управления должна быть высокой.

Среди способов выключения тиристоров принято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит при работе тиристоров в цепях переменного тока в момент спадания тока до нуля.

Способы принудительной коммутации весьма разнообразны. Наиболее характерны из них следующие: подключение предварительно заряженного конденсатора С ключом S (рис 3, а); подключение LC-цепи с предварительно заряженным конденсатором CK (рис 3 б); использование колебательного характера переходного процесса в цепи нагрузки (рис 3, в).

Рис. 3. Способы искусственной коммутации тиристоров: а) – посредством заряженного конденсатора С; б) – посредством колебательного разряда LC-контура; в) – за счёт колебательного характера нагрузки

При коммутации по схеме на рис. 3,а подключение коммутирующего конденсатора с обратной полярностью, например другим вспомогательным тиристором, вызовет его разряд на проводящий основной тиристор. Так как разрядный ток конденсатора направлен встречно прямому току тиристора, последний снижается до нуля и тиристор выключится.

В схеме на рис. 3,б подключение LC-контура вызывает колебательный разряд коммутирующего конденсатора Ск. При этом в начале разрядный ток протекает через тиристор встречно его прямому току, когда они становятся равными, тиристор выключается. Далее ток LC-контура переходит из тиристора VS в диод VD. Пока через диод VD протекает ток контура, к тиристору VS будет приложено обратное напряжение, равное падению напряжения на открытом диоде.

В схеме на рис. 3,в включение тиристора VS на комплексную RLC-нагрузку вызовет переходный процесс. При определенных параметрах нагрузки этот процесс может иметь колебательный характер с изменением полярности тока нагрузки iн. В этом случае после выключения тиристора VS происходит включение диода VD, который начинает проводить ток противоположной полярности. Иногда этот способ коммутации называется квазиестественным, так как он связан с изменением полярности тока нагрузки.

Тиристор в цепи переменного тока

При включении тиристора в цепь переменного тока возможно осуществление следующих операций:

включение и отключение электрической цепи с активной и активно-реактивной нагрузкой;

изменение среднего и действующего значений тока через нагрузку за счёт того, что имеется возможность регулировать момент подачи сигнала управления.

Так как тиристорный ключ способен проводить электрический ток только в одном направлении, то для использования тиристоров на переменном токе применяется их встречно-параллельное включение (рис. 4,а).

Рис. 4. Встречно-параллельное включение тиристоров (а) и форма тока при активной нагрузке (б)

Среднее и действующее значения тока варьируются за счёт изменения момента подачи на тиристоры VS1 и VS2 открывающих сигналов, т.е. за счёт изменения угла и (рис. 4,б). Значения этого угла для тиристоров VS1 и VS2 при регулировании изменяется одновременно при помощи системы управления. Угол называется углом управления или углом отпирания тиристора.

Наиболее широкое применение в силовых электронных аппаратах получили фазовое (рис. 4,а,б) и широтно-импульсное управление тиристорами (рис. 4,в).

Рис. 5. Вид напряжения на нагрузке при: а) – фазовом управлении тиристором; б) – фазовом управлении тиристором с принудительной коммутацией; в) – широтно-импульсном управлении тиристором

При фазовом методе управления тиристором с принудительной коммутацией регулирование тока нагрузки возможно как за счёт изменения угла ? , так и угла ? . Искусственная коммутация осуществляется с помощью специальных узлов или при использовании полностью управляемых (запираемых) тиристоров.

При широтно-импульсном управлении (широтно-импульсной модуляции – ШИМ) в течение времени Тоткр на тиристоры подан управляющий сигнал, они открыты и к нагрузке приложено напряжение Uн. В течение времени Тзакр управляющий сигнал отсутствует и тиристоры находятся в непроводящем состоянии. Действующее значение тока в нагрузке

где Iн.м. – ток нагрузки при Тзакр = 0.

Кривая тока в нагрузке при фазовом управлении тиристорами несинусоидальна, что вызывает искажение формы напряжения питающей сети и нарушения в работе потребителей, чувствительных к высокочастотным помехам – возникает так называемая электромагнитная несовместимость.

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, используемыми для коммутации высоковольтных и сильноточных (сильнотоковых) цепей. Однако они имеют существенный недостаток – неполную управляемость, которая проявляется в том, что для их выключения необходимо создать условия снижения прямого тока до нуля. Это во многих случаях ограничивает и усложняет использование тиристоров.

Для устранения этого недостатка разработаны тиристоры, запираемые сигналом по управляющему электроду G. Такие тиристоры называют запираемыми (GTO – Gate turn-off thyristor) или двухоперационными.

Запираемые тиристоры (ЗТ) имеют четырехслойную р-п-р-п структуру, но в то же время обладают рядом существенных конструктивных особенностей, придающих им принципиально отличное от традиционных тиристоров – свойство полной управляемости. Статическая ВАХ запираемых тиристоров в прямом направлении идентична ВАХ обычных тиристоров. Однако блокировать большие обратные напряжения запираемый тиристор обычно не способен и часто соединяется со встречно-параллельно включенным диодом. Кроме того, для запираемых тиристоров характерны значительные падения прямого напряжения. Для выключения запираемого тиристора необходимо подать в цепь управляющего электрода мощный импульс отрицательного тока (примерно 1:5 по отношению к значению прямого выключаемого тока), но короткой длительности (10-100 мкс).

Запираемые тиристоры также имеют более низкие значения предельных напряжений и токов (примерно на 20-30 %) по сравнению с обычными тиристорами.

Основные типы тиристоров

Кроме запираемых тиристоров разработана широкая гамма тиристоров различных типов, отличающихся быстродействием, процессами управления, направлением токов в проводящем состоянии и т.д. Среди них следует отметить следующие типы:

тиристор-диод , который эквивалентен тиристору со встречно-параллельно включенным диодом (рис. 6.12,a);

диодный тиристор (динистор) , переходящий в проводящее состояние при превышении определённого уровня напряжения, приложенного между А и С (рис. 6,b);

запираемый тиристор (рис. 6.12,c);

симметричный тиристор или симистор , который эквивалентен двум встречно-параллельно включенным тиристорам (рис. 6.12,d);

быстродействующий инверторный тиристор (время выключения 5-50 мкс);

тиристор с полевым управлением по управляющему электроду , например, на основе комбинации МОП-транзистора с тиристором;

оптотиристор, управляемый световым потоком.

Рис. 6. Условно-графическое обозначение тиристоров: a) – тиристор-диод; b) – диодный тиристор (динистор); c) – запираемый тиристор; d) – симистор

Тиристоры являются приборами, критичными к скоростям нарастания прямого тока diA/dt и прямого напряжения duAC/dt. Тиристорам, как и диодам, присуще явление протекания обратного тока восстановления, резкое спадание которого до нуля усугубляет возможность возникновения перенапряжений с высоким значением duAC/dt. Такие перенапряжения являются следствием резкого прекращения тока в индуктивных элементах схемы, включая малые индуктивности монтажа. Поэтому для защиты тиристоров обычно используют различные схемы ЦФТП, которые в динамических режимах осуществляют защиту от недопустимых значений diA/dt и duAC/dt.

В большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источников напряжения, входящих в цепь включенного тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительную индуктивность LS . Поэтому на практике чаще возникает необходимость в ЦФТП, снижающих уровень и скорость перенапряжений при выключении (рис. 7).

Для этой цели обычно используют RC-цепи, подключаемые параллельно тиристору. Существуют различные схемотехнические модификации RC-цепей и методики расчета их параметров для разных условий использования тиристоров.

Для запираемых тиристоров применяются цепи формирования траектории переключения, аналогичных по схемотехнике ЦФТП транзисторов.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Какими правильно и быстро проверить тиристор

Тиристор представляет собой деталь с относительно сложным алгоритмом работы. При применении нужно быть уверенным в надёжности его функционирования. Поэтому следует знать, как можно проверить тиристор на работоспособность.

Как работает тиристор

Когда говорят о выпрямителях, прежде всего, вспоминают диоды, у которых есть два вывода и один P-N переход. Тиристор предназначен для выполнения аналогичной функции, но он имеет два или большее количество переходов. Устройство может находиться в двух состояниях — закрытом и открытом. В первом случае у него низкая проводимость, во втором — высокая.

Особенностью тиристора является то, что он открывается при поступлении управляющего сигнала и остается в таком состоянии даже после снятия сигнала. Функционирование данного радиоэлемента возможно при соблюдении единственного требования: величина тока, протекающего через него, должна быть больше определенного значения, называемого током удержания.

В зависимости от типа у тиристора может быть разное количество выводов. Существуют детали с двумя контактами (динисторы), с тремя (тринистеры), четырьмя (тетродные) или большим их числом. Например, симисторы пропускают ток в обе стороны и могут выполнять функции двух одновременно используемых тиристоров. Существует разновидность этих деталей, управление в которых происходит при помощи фотоэлемента (оптотиристоры).

Одной из наиболее распространённых разновидностей является деталь, состоящая из четырёх полупроводниковых слоёв, в которых соприкосновение происходит между теми, которые имеют различные типы проводимости. Контакты, через которые идёт ток, называют анодом или катодом в зависимости от типа основных носителей зарядов. В первом случае рассматриваются те, которые имеют Р-тип, во втором – N-тип.

В центре радиоэлемента находится один Р-слой и один N-слой. У тринистора управляющий электрод будет присоединён к одному из них. Если это полупроводник Р-типа, то речь идёт об анодном управлении. В противном случае — о катодном. У тетродного тиристора имеются оба этих управляющих входа.

Деталь предназначена пропускать ток в одном направлении. Переключение между открытым и закрытым состоянием происходит при помощи получения импульса соответствующей полярности на управляющий вход. Существует два типа тиристоров:

Однонаправленные работают только с одним направлением тока. При этом они могут находиться в выключенном или включённом состоянии.
Симметричные, хотя и пропускают ток в одном направлении, но при этом позволяют его переключать на противоположное.

На работу тиристоров оказывают влияние следующие факторы:

Тип нагрузки. Она может быть индуктивной или реактивной.
Сила тока, проходящего через тиристор.
Величина используемого напряжения.
Температурные условия работы.
Амплитудные и другие характеристики управляющего импульса.

В случае возникновения перепадов напряжения или резкого изменения температурных условий тиристор способен внезапно менять своё состояние. Для объяснения работы используется схема, на которой тиристор изображают в виде двух транзисторов. Она позволяет лучше понять процессы, происходящие в нём. Проверка тиристора мультиметром необходима для того, чтобы убедиться в его исправности.

На иллюстрации видно, что устройство тиристора основано на работе двух транзисторов различного типа, связанных между собой. Это выглядит логичным, если принять во внимание его структуру.

Основными характеристиками являются:

Величина прямого напряжения.
Максимальная сила тока при работе с конкретным тиристором.
Напряжение выключения.
Минимальная используемая сила тока.
Величина напряжения выключения.
Наибольшая допустимая мощность.

Использование тиристоров полезно следующим:

Их можно рассматривать в качестве выпрямителей.
Возможно применение в качестве средства управления мощностью нагрузки.
Тиристоры имеют два устойчивых состояния.
На их основе можно делать усилители тока.
Эти детали способны осуществлять преобразование постоянного электротока в переменный.
Применяются в системах автомобильного зажигания, в коммутационных устройствах для управления силовым оборудованием.

Подготовка к тестированию

Перед тем как прозвонить тиристор, рекомендуется изучить его маркировку. Спецификации собраны в специализированных справочниках.

Проверка исправности

Существует довольно простой метод, как проверить тиристор КУ202Н или любой другой тринистор на исправность. Понадобятся лампочка, батарейка, три проводка.

Прозвонка тиристора выполняется в такой последовательности:

К батарейке через тринистор следует подключить лампочку.
Щупы подсоединить к плюсовому и отрицательному выводу проверяемого элемента, настроив мультиметр на режим измерения постоянного напряжения.
Следует обеспечить подачу питания на управляющий электрод, подключив батарейку. Тринистор должен открыться. Свечение лампочки будет свидетельствовать о работоспособности радиоэлемента. При использовании неисправной детали этого не произойдёт.

Такая проверка позволит быстро и с минимальными затратами времени определить работоспособность тиристора.

Последовательность проверки мультиметром

Проверка тиристора мультиметром является более точным способом по сравнению с тем, когда используется лампочка. В данном случае в качестве источника энергии используется аккумулятор, обеспечивающий питание прибора.

Перед тем как проверить тиристор мультиметром, следует настроить прибор на измерение сопротивления. При этом нужно выбрать диапазон, максимальное значение которого составляет 2000 Ом.

Чтобы проверить тиристор КУ202Н мультиметром, необходимо выполнить следующие действия:

Чёрный щуп подсоединить к выводу со знаком плюс, а красный — со знаком минус. На дисплее должно появиться бесконечно большое значение сопротивления.
Далее с помощью перемычки надо соединить управляющий электрод с анодом. Проверка мультиметром должна показать, что сопротивление стало небольшим, следовательно, тринистор открылся. Если убрать перемычку, значение сопротивления снова станет бесконечным. Это объясняется наличием небольшого удерживающего тока.
Так как управление тринистором осуществляется и отрицательным, и положительным сигналом, то чтобы открыть его, нужно соединить перемычкой катод с управляющим электродом. Далее следует прозвонить тиристор мультиметром еще раз. Таким образом определяется управляющее напряжение.
Использование мультиметра

Проверка с использованием омметра

При проверке тестером к положительной клемме подключают анод тиристора, к отрицательной – катод. С управляющим электродом соединяют положительную клемму через нормально разомкнутую кнопку. Теперь оборудование готово к проведению проверки тиристора:

С разомкнутой кнопкой управляющий сигнал не поступает на устройство. При этом проводимость будет низкой. Омметр должен показать бесконечность.
После нажатия на кнопку на тиристор будет послан управляющий сигнал, проводимость должна возрасти. В данной ситуации прибор должен показать соответствующее сопротивление.
При отпускании кнопки вновь ток идти не будет.

Если ток отсутствует независимо от нажатия кнопки или в любой ситуации проходит, то это говорит о неисправности тиристора. Если включение и выключение происходит в соответствии с нажатием кнопки, то деталь является исправной.

Также возможно проведение проверки с использованием двух омметров. Один из них подключают плюсовой клеммой к аноду, а минусовой — к катоду. Сопротивление при этом должно быть максимальным, поскольку тиристор находится не в активном состоянии.

Далее положительную клемму надо на короткое время подключить к управляющему входу. В результате проводимость тиристора должна увеличиться. Если показатели соответствуют приведённому описанию, то тиристор является исправным. В том случае, когда проводимость детали не зависит от подачи сигнала на управляющий вход, это говорит о том, что она неисправна.

Как проверить радиодеталь без выпаивания

Если есть необходимость протестировать элемент, не выпаивая его из платы, то нужно отключить управляющий электрод и подсоединить мультиметр к аноду и катоду. Прибор следует установить в режим, соответствующий постоянному напряжению.

Для измерений понадобится еще один мультиметр. Его нужно подсоединить к управляющему и положительному электроду тиристора, выбрав режим омметра.

Если щупы подключены как надо, первый прибор должен показать значение напряжения, не превышающее нескольких милливольт. В противном случае щупы следует поменять местами и еще раз провести измерения.

Проведение подробного тестирования

Когда известны технические данные тиристора, нужно измерить некоторые его параметры:

Сначала мультиметром необходимо прозвонить контакты. Щупы присоединяют к катоду и управляющему входу. Если тиристор исправен, то проверка должна показать сопротивление в пределах от 40 до 550 Ом.
Далее проводят такое же измерение, но щупы меняют местами. Величина сопротивления, которую нужно узнать, должна соответствовать такому же диапазону.
Надо измерить сопротивление между анодом и катодом. Оно должно быть бесконечно большим, поскольку ток проходить не должен. Если провода поменять местами, то показания прибора должны быть аналогичными. Наличие численного значения сопротивления свидетельствует о наличии пробоя в тиристоре.

Эти действия представляют собой частичную проверку. Если она не пройдена, это означает, что деталь неисправна. Для более обоснованного результата проверки потребуется выполнить дополнительные виды тестирования:

Чёрный щуп (отрицательный потенциал) подключают к катоду. Красный провод подсоединяют к аноду. В это время мультиметр работает в режиме проверки сопротивления. На дисплее должна отобразиться бесконечно большая величина.
Затем на короткое время красный провод дополнительно подсоединяют к управляющему выходу. Прибор в течение этого времени должен показать обычную величину сопротивления. Затем на экране вновь появится бесконечно большое значение. Открытие цепи на краткое время говорит о том, что тока, поступающего от батарейки мультиметра, недостаточно для длительного пребывания детали в открытом состоянии.

Для дальнейшей проверки понадобится специальная схема. Она будет выглядеть следующим образом.

Проверка тиристоров по рассмотренной схеме проводится следующим образом:

Подключается тестируемый тиристор.
Переключатель S2 устанавливают в положение, предусматривающее использование постоянного тока.
Осуществляют включение тумблером S1. При этом лампочка L1 не должна засветиться.
После нажатия на S3 индикатор загорится. При этом на управляющий вход будет подан отпирающий сигнал.
После отпускания S3 лампочка будет продолжать светиться.
Выполняется отключение переключателя S1, что приводит к прекращению подачи питания на тиристор.
Далее S2 устанавливают в положение для использования переменного тока. В результате индикатор гореть не должен.
После нажатия на S3 лампа начнёт светить в полсилы. После отпускания она работать перестанет. Слабый уровень освещения будет из-за того, что проходят только положительные полупериоды переменного напряжения.

Если проверяемый тиристор будет вести себя так, как указано в описании, то он является работоспособным. Если же индикатор светится постоянно, это свидетельствует о пробое. В том случае, когда после нажатия на S3 лампочка не загорается, можно говорить о внутреннем обрыве.

Советы по проведению проверки

Чтобы получить достоверный результат проверки, необходимо точно придерживаться правил её проведения. При этом потребуется принять во внимание следующее:

Нужно учитывать, что существуют разные виды тиристоров. Необходимо перед началом проверки внимательно изучить техническую документацию к устройству.
Проверять работоспособность КУ 202 или других типов тиристоров можно с помощью простых средств (батарейки и лампочки) или широко известных приборов (мультиметра, омметра). Но следует понимать, что современные специализированные устройства справятся с рассматриваемой задачей лучше.
При сборке схем для проверки важно точно следовать приведённым рекомендациям. Если сделать ошибку при монтаже, результатом может стать получение неверных данных.
Если выполнять проверку не выпаивая деталь из схемы, то ее результаты могут быть не точными.

В процессе проведения измерений необходимо также соблюдать правила техники безопасности.