Основы симисторов и их применение в микроэлектронике

Введение в симисторы

Симистор — это полупроводниковое устройство с переменной электрической проводимостью, представляющий собой одну из разновидностей тиристора, а точнее — комбинацию двух тиристоров, подключенных встречно-параллельным способом. За счет того, что в «‎состав» симистора входят 2 тиристора, он способен пропускать ток в обоих направлениях.

Зачем нужен симистор

Необходимость разработки симистора была обусловлена недостатком тиристора при работе с переменным током — он пропускает только одну полуволну синусоиды, из-за чего «‎теряется» мощность. То есть если, мы, например, пропустим переменное напряжение через тиристор на лампочку, то гореть она будет вполсилы. В симисторе этот недостаток отсутствует — на нагрузку поступает вся синусоида целиком. По этой причине этот прибор также называют симметричным (двунаправленным) тиристором или ТРИАКом (с английского TRIAC — triode for alternating current) и используют для управления мощностью в электрических цепях.

Принцип работы симисторов

Принцип работы данного полупроводникового прибора основан на особенностях подключения тиристоров, из которых он состоит, — электроды соединяются разнонаправленными зарядами (то есть анод к катоду), а управляющие контакты соединяются между собой. При этом один тиристор — с анодным управлением (управляющий контакт подключен к центральной P-области), а второй — с катодным (управляющий контакт подключен к центральной N-области). Но для того, чтобы эффективно управлять работой данного полупроводникового прибора, нужны дополнительные элементы, поскольку открываться они должны по очереди. Соответственно на объединенный управляющий контакт нужно попеременно подавать то положительное, то отрицательное напряжение. Реализовать это можно с помощью резистора и любого управляющего элемента — например, кнопки. При замыкании цепи кнопкой ток пойдет в прямом направлении через первый тиристор (из-за сопротивления резистора), а при размыкании — через второй. На выходе получим полную синусоиду.

Основные типы симисторов

В микроэлектронике выделяют несколько типов симисторов:

Общего назначения. Это гибкие устройства, предназначенные для широкого спектра применений. Они регулярно используются в светорегуляторах, регуляторах частоты вращения двигателя и других схемах.
С чувствительным затвором. Требуют меньшего пускового тока и обладают высокой чувствительностью к управляющим сигналам. Применение таких симисторов — цепи с низким током.
С высокой компенсацией. Предназначены для работы с высокими значениями изменения тока (di/dt). Применяются для снижения вероятности ложного срабатывания.
Высокотемпературные. Предназначены для работы при повышенных температурах.
С низким током удержания. Требуют меньшего тока для поддержания проводимости после срабатывания.

Применение симисторов в микроэлектронике

В микроэлектронике двунаправленные тиристоры широко применяются для регулирования скорости вращения двигателей, управления освещением, терморегуляции в бытовых и промышленных устройствах, в силовых блоках питания и других электронных устройствах, в т.ч. для управления мощностью.

Благодаря своей высокой надежности, долгому сроку службы и устойчивости к перегрузкам симисторы являются основой современной микроэлектроники. Особенности электрической проводимости позволяют эффективно управлять электрическим током, обеспечивая стабильную работу электронных устройств и повышая их производительность.

Преимущества использования симисторов

Преимущества симметричных тиристоров включают в себя:

Более высокая скорость коммутации в сравнении с релейными элементами,
Компактность,
Более низкая стоимость по сравнению с транзисторами,
Не подвержены износу (в отличие от реле) за счет отсутствия движущихся элементов.

Выбор симисторов для различных задач

При выборе полупроводникового устройства данного типа обращают внимание на характеристики:

максимальное напряжение, при котором может работать прибор,
максимальный ток,
наименьшее открывающее напряжение (параметр, при котором устройство открывается),
время включения и выключения (измеряется в микросекундах — сколько времени проходит с момента подачи напряжения до открытия),
ток удержания (величина, при которой симистор остается открытым),
скорость нарастания тока.

Заключение

Симисторы являются важными элементами микроэлектроники, способными управлять большими электрическими нагрузками и обеспечивать стабильную работу электрических устройств. Они широко используются в промышленности, автомобильной отрасли, бытовой технике и других сферах. Знание принципов работы симисторов и умение правильно их применять поможет повысить эффективность и надежность работы электротехнических систем.

24.06.2024