Как отличить транзистор от симистора

Чем симистор отличается от тиристора

Тиристором называется управляемый полупроводниковый переключатель, обладающий односторонней проводимостью. В открытом состоянии он ведет себя подобно диоду, а принцип управления тиристором отличается от транзистора, хотя и тот и другой имеют по три вывода и обладают способностью усиливать ток.

Выводы тиристора — это анод, катод и управляющий электрод.

Анод и катод — это электроды электронной лампы или полупроводникового диода. Их лучше запомнить по изображению диода на принципиальных электрических схемах. Представьте, что электроны выходят из катода расходящимся пучком в виде треугольника и приходят на анод, тогда вывод от вершины треугольника — катод с отрицательным зарядом, а противоположный вывод — анод с положительным зарядом.

Подав на управляющий электрод определенное напряжение относительно катода, можно перевести тиристор в проводящее состояние. А для того чтобы тиристор вновь запереть, необходимо сделать его рабочий ток меньшим, чем ток удержания данного тиристора.

Тиристор, как полупроводниковый электронный компонент, состоит из четырех слоев полупроводника (кремния) p и n-типа. На рисунке верхний вывод — это анод — область p-типа, снизу — катод — область n-типа, сбоку выведен управляющий электрод — область p-типа. К катоду присоединяется минусовая клемма источника питания, а в цепь анода включается нагрузка, питанием которой следует управлять.

Воздействуя на управляющий электрод сигналом определенной длительности, можно очень легко управлять нагрузкой в цепи переменного тока, отпирая тиристор на определенной фазе периода сетевой синусоиды, тогда закрытие тиристора будет происходить автоматически при переходе синусоидального тока через ноль. Это несложный и весьма популярный способ регулирования мощности активной нагрузки.

В соответствии с внутренним устройством тиристора, в запертом состоянии его можно представить цепочкой из трех диодов, соединенных последовательно, как показано на рисунке. Видно, что в запертом состоянии данная схема не пропустит ток ни в одном, ни в другом направлении. Теперь представим тиристор схемой замещения на транзисторах.

Видно, что достаточный базовый ток нижнего n-p-n-транзистора приведет к возрастанию его коллекторного тока, который тут же явится базовым током верхнего p-n-p-транзистора.

Верхний p-n-p-транзистор теперь отпирается, и его коллекторный ток складывается с базовым током нижнего транзистора, и тот поддерживается в открытом состоянии благодаря наличию в данной схеме положительной обратной связи. И если сейчас перестать подавать напряжение на управляющий электрод, открытое состояние все равно останется таковым.

Чтобы запереть эту цепочку, придется как-то прервать общий коллекторный ток данных транзисторов. Разные способы отключения (механические и электронные) показаны на рисунке.

Симистор, в отличие от тиристора, имеет шесть слоев кремния, и в проводящем состоянии он проводит ток не в одном, а в обоих направлениях, словно замкнутый выключатель. По схеме замещения его можно представить как два тиристора, включенных встречно-параллельно, только управляющий электрод остается один общий на двоих. А после открытия симистора, чтобы ему закрыться, полярность напряжения на рабочих выводах должна измениться на противоположную или рабочий ток должен стать меньше чем ток удержания симистора.

Если симистор установлен для управления питанием нагрузки в цепи переменного или постоянного тока, то в зависимости от текущей полярности и направления тока управляющего электрода, более предпочтительными окажутся определенные способы управления для каждой ситуации. Все возможные сочетания полярностей (на управляющем электроде и в рабочей цепи) можно представить в виде четырех квадрантов.

Стоит отметить, что квадранты 1 и 3 соответствуют обычным схемам управления мощностью активной нагрузки в цепях переменного тока, когда полярности на управляющем электроде и на электроде А2 в каждом полупериоде совпадают, в таких ситуациях управляющий электрод симистора достаточно чувствителен.

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

В чем отличие работы тиристора и транзистора?

Транзисторы – распространенные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а также микросхем. Главное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Изменяя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще довольно распространенный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом в принципе отличается от транзисторов. В этой небольшой статье путем сравнения рассмотрены эти различия.

За основу возьмем простую схему с лампочкой. Коммутируя малый ток в цепи управляющего электрода будем управлять в разы большим током лампочки.

Вот как выглядит эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. При наличии питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Изменяя величину тока в базе с помощью переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор больше или меньше, меняя таким образом яркость свечения лампочки. Последовательно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не вышел из строя. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, выполненной на тиристоре.

При наличии питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь главное отличие. Мы не можем изменять яркость лампочки изменяя сопротивление в цепи управляющего электрода. Более того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но только в том случае, если ток лампочки протекающий через открытый тиристор будет больше определенного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора свой. Чем мощнее тиристор, тем большее значение тока удержания. Погасить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).

Это главная особенность применения тиристоров и главное их отличие от транзисторов.

Другими словами, тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и достоинство, и недостаток. Достоинство в том, что падение напряжения небольшое и потери ниже, чем, например, у наполовину открытого транзистора. Недостаток в том, что схема управления усложняется.

Тиристоры проще использовать в цепях переменного тока. Мы должны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна спадает, тиристор сам закроется. Задерживая время открывания при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, следовательно, значение тока в нагрузке.

Как пример, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, гаснуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с приходом новой полуволны тиристор не откроется.

Тиристоры целесообразно использовать в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод достаточно подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после окончания импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод снова нужно подавать отпирающий импульс и так далее.

Материал статьи продублирован на видео:

В чем разница между тиристором и симистором

Тиристорами и симисторами называют твердотельные полупроводниковые устройства, способные регулировать включение/выключение электротока в полезной нагрузке, поэтому их используют в качестве электронных ключей (коммутаторов). Оба элемента являются альтернативой классическим контактным коммутаторам (контакторам, пускателям, электромеханическим реле). Разница между симистором и тиристором обусловлена разным количеством p-n-переходов и их структурной конфигурацией.

Особенности p-n-перехода

Ключевым структурным «кирпичиком» большинства полупроводниковых элементов, используемых для проектирования электросхем, является p-n-переход.

Базовым полупроводником чаще всего служит монокристаллический кремний — Si. Области с электронной и дырочной проводимостью формируются с помощью дополнительного внедрения примесей (легирования). Пограничный слой между p- и n-областями называется p-n-переходом. Его сопротивление ничтожно мало, когда к n-слою приложено напряжение отрицательной полярности («минус»), а к p-слою — «плюс». При смене полярности сопротивление перехода резко возрастает, проводимость падает, ток в цепи отсутствует.

Как устроен тиристор

У полупроводникового тиристора, состоящего из трёх p-n-переходов, имеется три контактных электрода: анод (А), катод (К) и управляющий электрод (У) — затвор. Четырёхслойный «сэндвич» состоит из чередующихся дырочных (p) и электронных (n) прослоек.

Тиристор работает подобно вентилю, пропускающему через себя ток исключительно в одном направлении от анода к катоду (фаза «открыто»). В этом случае анод подключается к плюсу, а катод — к минусу.

Ток через тиристор прекращает идти («фаза закрыто») когда:

• Происходит отключение полезной нагрузки.
• Величина рабочего тока становится меньше тока удержания I_У (минимальное значение тока, регистрируемое в фазе «открыто»).

Тиристор включается подачей на управляющий электрод импульсного сигнала небольшой величины. Таким образом, в состояние «открыто» устройство переходит с помощью активации напряжения на затворе, а в состояние «закрыто» при уменьшении рабочего тока ниже величины I_У.

Итак, тиристор представляет собой устройство, имеющее только два состояния: либо «открыто», либо «закрыто». Главная функция данного элемента — включение/выключение участков электроцепей, то есть, выполнение роли электронного ключа.

С помощью двух биполярных транзисторов можно реализовать аналогичное регулирующее устройство, но это более трудоёмкий и громоздкий вариант.

Устройство симистора

Симистор — сокращенное название полупроводникового элемента. Его полное название — симметричный триодный тиристор или на английском — symmetrical triod thyristor. Используется ещё одна аббревиатура на латинице — TRIAC (triod for alternating current), которая переводится как триод для переменного тока. По сути симистор является развитием идеи тиристора и используется также в качестве электронного ключа в цепях переменного напряжения. TRIAC способен пропускать электроток как в прямом, так и в обратном направлении.

На рисунке показана структура p-n-переходов, из которой следует, что благодаря наличию дополнительных p- и n-слоёв (не менее четырёх) в одном монокристалле сформировано два встречно-параллельных тиристора. Для основных, силовых электродов (МТ1 и МТ2, иногда обозначаются А1, А2) в данном случае названия анод-катод не подходят, так как и тот, и другой могут выступать в этой роли. Поэтому у симистора их называют «Вывод 1» и «Вывод 2». Есть также управляющий электрод G — затвор.

Симистор подключается последовательно с полезной нагрузкой. В состоянии «закрыто» ток отсутствует, нагрузка отключена. При подаче на затвор отпирающего электронапряжения (фаза «открыто») начинает течь электроток, нагрузка подключается. В состоянии «открыто» симистор пропускает ток в обоих направлениях. Он способен оставаться в таком состоянии до тех пор, пока рабочий электроток, проходящий через МТ1 и МТ2, не станет меньше тока удержания. Данным свойством обладает и тиристор, и симистор. В этом их схожесть. То есть, отключение нагрузки в цепи переменного электронапряжения будет происходить в том случае, когда электроток, протекающий через электроды, изменит своё направление (в моменты смены полярности электронапряжения).

Любой симистор можно заменить двумя тиристорами, установленными по схеме встречно-параллельного включения. Такой способ включения позволяет электротоку проходить в двух направлениях. Следовательно, нивелируется недостаток тиристоров, заключающийся в их способности работать лишь с половиной мощности, присутствующей в электроцепи.

Похожи, но не близнецы

Симисторы отличаются от тиристоров, несмотря на внешнюю схожесть, одинаковое количество выводов (три) и наличие в структуре некоторого количества p-n-переходов. Основные отличия этих устройств:

• Тиристоры состоят из четырёх полупроводниковых слоёв, образующих три p-n-перехода. Для создания симистора необходимо, как минимум, пять p- и n-слоёв, с помощью которых получается четыре p-n-перехода.
• Контакты тиристора — катод, анод и управляющий электрод. У симистора также есть управляющий электрод — затвор. А вот электроды МТ1 и МТ2 могут быть и анодом и катодом, что даёт возможность симистору пропускать ток в обоих направлениях.
• Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора отличается от ВАХ тиристора.
• Тиристор является преобразователем однонаправленного действия.

Плюсы и минусы симисторов

К достоинствам следует отнести:

• Небольшую стоимость.
• Значительный эксплуатационный ресурс.
• Отсутствие механических контактов, которые приводят к «дребезгу», генерирующему помехи.

• Невысокая помехоустойчивость по отношению к шумам, сторонним помехам, переходным процессам.
• Ограниченный (низкий) диапазон частот переключения.
• Необходимость применения дополнительных радиаторов для отвода джоулева тепла. Зачастую один из выводов сделан в виде винта с резьбой для крепления к радиатору с помощью гайки.
• Для регулирования мощности на нагрузке требуется блок управления тиристорами и симисторами, выходные параметры которого определяются разницей в работе этих полупроводниковых устройств.

Области применения

Поскольку симисторы способны пропускать электроток в обоих направлениях, их применяют в цепях переменного электротока, где тиристор не «додаёт» мощности ввиду однонаправленности. Чаще всего этот полупроводниковый прибор применяется в следующих устройствах:

• Приборы, регулирующие яркость источников света (диммерах).
• Регуляторы скорости оборотов электроинструментов (шуруповёрты, дрели, лобзики и т. п.).
• Электронные регуляторы температуры индукционных плит.
• Холодильная аппаратура для плавного пуска.
• Бытовая техника (швейные и стиральные машины, пылесосы).
• Реверсивные выпрямители.

Историческая справка

Интересно, что симистор был изобретен в СССР в далёком 1963 г. Официальную заявку на изобретение авторы из Мордовского электротехнического института подали всего на полгода раньше заявки инженеров из знаменитой американской фирмы «Дженерал электрик». Название симистор, предложенное нашими изобретателями, на западе не прижилось. Там предпочитают называть его TRIAC.

Заключение

Отличие структурных особенностей симистора от тиристора связано с разным количеством p-n-переходов в составе этих радиоэлементов. Оба они могут служить электронными ключами, используемыми для регулирования мощности, подаваемой на полезную нагрузку.

В чем отличие тиристора от транзистора

Транзисторы и тиристоры — это электронные устройства, изготовленные на базе монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния), в которых сформирован определённый набор p—n-переходов. Транзисторы являются универсальными элементами современной электроники, позволяющими осуществлять генерацию, усиление, коммутацию и трансформацию электрических сигналов. Основная сфера применения тиристоров — использование в качестве ключевого (переключающего) элемента в схемах коммутации электросигналов. Отличие полупроводникового тиристора от транзистора обусловлено количеством и конфигурацией p—n-переходов, из которых состоят данные устройства.

Структура и принцип действия транзистора

В полупроводниковой электронике различают два вида транзисторов — биполярные и полевые. В рамках данной статьи рассмотрим разницу биполярного транзистора и тиристора. На рисунке схематично показана структура p—n—p-транзистора, состоящего из двух p—n-переходов, и его условное обозначение на электрических схемах. Устройство имеет три электрода: эмиттер (Э), коллектор (К) и базу (Б).

Аналогичную структуру имеет биполярный n—p—n-транзистор, в котором электрод базы соединён с p-слоем полупроводника, обладающего дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — с n-слоями, имеющими электронную проводимость. Два встречных p—n-перехода способны работать как в ключевом режиме, так и в режиме усилителя, когда электроток малой величины, поданный на базу, возрастает в 10 2 -10 3 раз. База играет роль управляющего электрода.

Структура и принцип действия тиристора

На рисунке ниже схематично показана структура полупроводникового p—n—p—n-тиристора, состоящего из трёх p—n-переходов, а также его условное обозначение (слева) на электрических схемах.

Как и транзистор, тиристор имеет три электрода: катод, анод и управляющий (затвор). Структура устройства состоит, как минимум, из четырёх слоёв легированного полупроводника с чередующимися типами проводимости p и n. Работа тиристора может быть реализована комбинацией двух транзисторов, но это более громоздкий с точки зрения схемотехники вариант.

Принцип работы тиристора такой же, как у диода. Протекание тока возможно только в одном направлении — от анода к катоду (состояние «открыто»). Возврат в состояние «закрыто» происходит в двух случаях:

• Отключение нагрузки.
• Уменьшение рабочего тока ниже уровня тока удержания I_уд (минимальная величина тока, возникающая при открытии).

Включение тиристора происходит при подаче на управляющий электрод (УЭ) небольшого кратковременного сигнала. То есть, открывание (включение) тиристора происходит при подаче напряжения на управляющий электрод, а закрывание (выключение) — с помощью снижения тока анод-катод. УЭ аналогичен базе транзистора, но отличие заключается в том, что открыть тиристор с помощью УЭ можно, а закрыть нельзя.

Таким образом, тиристор может быть или полностью в открытом состоянии, или полностью в закрытом. Отсюда следует основное предназначение тиристоров в качестве электронного ключа, выполняющего функцию включения (замыкания) и выключения (размыкания) электрических цепей.

Основные отличия

Несмотря на структурную схожесть, транзистор и тиристор существенно отличаются друг от друга:

• Транзисторы состоят из трёх полупроводниковых p и n слоёв, а тиристоры, как минимум, из четырёх.
• У транзистора присутствует два p—n-перехода, а у тиристора не менее трёх.
• Имеется существенное различие вольт-амперных характеристик.
• Транзистор может работать в линейном режиме, то есть, в режиме усиления поданного на него сигнала. Тиристор — это фактически переключатель, имеющий два состояния — «включен» или «выключен».
• Тиристор относится к классу устройств с внутренней положительной обратной связью, которая является следствием его внутренней структуры. В транзисторе внутренняя связь отсутствует.
• Транзистор используется чаще в цепях постоянного и переменного тока, а тиристор в основном в цепях переменного тока.

Заключение

Биполярный транзистор отличается от тиристора, прежде всего, структурными особенностями, связанными с разным количеством p—n-переходов в составе устройств. Свойства тиристора используются в схемах коммутации и управления электрическими приборами в широком диапазоне мощностей. На базе физических характеристик транзисторов создаются дискретные устройства усиления, генерации, коммутации, а также интегральные схемы.