Мря-я-у-у-!!!
Это что-то
для чего-то
потому что
оттого-то!
МУР-Р-Р...
РАДИОКОМПОНЕНТЫ:
ТИРИСТОР
1. Я ПОМНЮ, как всё начиналось…
Когда-то давно, на заре юности (или на закате детства?) я впервые прочитал о цветомузыке, и мне шибко захотелось её сделать. Первая моя ЦМП была на пассивных LC-фильтрах, вторая – на трёх транзисторах П213 (подробнее см. мою статью «Цветомузыкальные приставки»). Настал момент, когда меня перестала удовлетворять малая яркость лампочек ЦМП (2,5В; 3,5В; 6,3В). Захотелось ярко осветить большой экран, получить яркую и контрастную цветовую картину, а для этого надо было использовать более мощные лампы. В журнале «РАДИО» я встречал схемы ЦМП с тиристорным управлением, но они были для меня сложноваты. Наконец, в №4 за 1972 год я нашёл подходящую схему [1] в разделе «За рубежом» (см. мою «Антологию ЦМП и ЦМУ» по материалам журналов РАДИО за 1965-2013гг).
Схема достаточно простая, понятная, и собрать её мне было вполне по силам. Но возникла чудовищная (по тем 
временам) проблема: где взять тиристоры? Для сельского радиолюбителя это было делом, практически, нереальным. База Посылторга, через которую я заказывал иногда кое-какие радиодетали, тиристоров в ассортименте не имела. Но я их добыл! Как – это отдельная песня. Я до сих пор точно помню, что это были КУ201Ж [2]. На них нельзя подавать 220В, поэтому пришлось использовать силовичок и автомобильные лампы на 12В. Они стояли в фарах с отражателями, рассеивателями и самодельными светофильтрами. Эффект (для меня, по крайней мере) был потрясающим! Я направлял свет от излучателей на матовый экран и на белую стену – fantastisch! Так состоялось моё первое практическое знакомство с тиристором.
2. В начале был ДИНИСТОР
Я начал своё знакомство с тиристором с практики. Гораздо позже я понял, как он устроен и как работает.
Тиристор – это полупроводниковый прибор, изготовленный на основе монокристалла полупроводника с тремя p-n-переходами (см. мои статьи «Полупроводниковый диод» и «Транзистор»). Тиристор может находиться в одном из двух состояний – открытом (высокая проводимость) или закрытом (низкая проводимость).
Но термином «тиристор» обозначают целое семейство полупроводниковых приборов. Каждый из них представляет собой «пирог» из слоёв, образующих полупроводниковую структуру с p-n-переходами.
Если сделаны выводы только от крайних p- и n-областей, то получается диодный тиристор, именуемый динистором [3].
Конструктивно динистор может быть выполнен, например, как обычный выпрямительный диод типа Д226, а может – и несколько иначе. На [4] показаны отечественный динистор КН102А и буржуинский DB3.
Динистор включают аналогично диоду, но в цепи питания обязательно должен быть резистор или иная нагрузка. Допускается подача на динистор напряжения обратной полярности, но в определённых пределах.
Из вольт-амперной характеристики (ВАХ) динистора видно [5], что от того, какой полярности приложено напряжение и каково его падение между анодом и катодом, зависит ток через динистор. Если подать на динистор прямое напряжение (+анод и –катод), и плавно увеличивать его, то ток через динистор сначала будет расти очень медленно и незначительно. Динистор закрыт. Так будет 
продолжаться до тех пор, пока напряжение не достигнет величины Uоткр. В этот момент произойдёт лавинообразное нарастание тока – динистор откроется. Падение напряжения на нём резко уменьшится. Ток через динистор будет определяться сопротивлением нагрузки R1. Но этот ток не должен превышать максимально допустимого Iоткр.макс. Напряжение, при котором динистор полностью открывается, называют напряжением включения Uвкл, а соответствующий ток – током включения Iвкл. В открытом состоянии динистор будет находиться до тех пор, пока протекающий через него ток превышает некое минимальное значение – ток удержания Iуд. Как только величина тока станет меньше Iуд – динистор закроется.
Обратная ветвь ВАХ динистора аналогична ВАХ обычного диода. Подача на динистор обратного напряжения выше Uобр.макс приведёт к его пробою.
В открытом состоянии на динисторе падает небольшое напряжение, и ток через него составляет, к примеру, 200 мА. Если же динистор работает в импульсном режиме и открывается на короткое время (не более 10 мс), то ток может достигать 2 А. При продолжительности включения 10 мкс – 10 А!
ДВА слова о ФИЗИКЕ процесса.
С точки зрения «серьёзной» физики объяснить лавинообразное нарастание тока через динистор при определённом значении приложенного прямого напряжения можно вполне точно и строго, но для этого надо привлечь зонную и электронную теории. А поскольку в школе их не изучают, я попробую пояснить данный эффект «на пальцах».
Диод начинает пропускать ток в прямом направлении при малом напряжении по той причине, что энергия, которая необходима электронам и дыркам для преодоления потенциального барьера p-n-перехода довольно мала. Динистор имеет три таких p-n-перехода, поэтому для преодоления трёх потенциальных барьеров нужно накопить довольно значительный запас энергии. Именно это и происходит за счёт электрического поля. В тот момент, когда энергия свободных носителей заряда становится достаточной для преодоления потенциальных барьеров всех p-n-переходов, и происходит лавинообразное нарастание тока через динистор.
3. ПРАКТИЧЕСКИЕ конструкции с динистором
3.1. Генератор световых импульсов [6].
Как только вилка генератора Х1 будет вставлена в розетку, начнёт заряжаться конденсатор С1 (только положительные полупериоды напряжения синусоидальной формы). Ток его зарядки ограничивается резистором R1. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет значения Uоткр динистора, он откроется и конденсатор С1 мгновенно разрядится через него на лампочку EL1 – она вспыхнет. И хотя напряжение на конденсаторе превышает рабочее напряжение на лампочке в 8 раз, она не перегорит, так как длительность импульса разрядного тока слишком мала.
После разрядки конденсатора динистор закрывается, снова начинается зарядка конденсатора С1 и т.д. Частота вспышек (импульсов) составляет примерно 0,5 Гц.
Если подключить конденсатор С2 ёмкостью несколько мкФ, то вспышки пропадут. Почему? Дело в том, что без него на резистор R1 поступали полупериоды сетевого напряжения, т.е. оно менялось от нуля до максимума и снова до нуля. Поэтому после разрядки конденсатора С1 ток через динистор в какой-то момент падал до нуля, и он закрывался. Конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения (см. мою статью «Блоки питания»), ток уже не падает до нуля, и динистор остаётся открытым.
Детали: динистор КН102А-Б, С1 – электролитический на напряжение не менее 50В, С2 – бумажный или электролитический (в зависимости от ёмкости) на напряжение не менее 300В, диод VD1 – на ток не менее 50 мА и напряжение не менее 400В, резистор МЛТ-2, лампочка 2,5Вх0,26А.
3.2. Звуковой генератор [7].
В нём лампочка заменена более высокоомной нагрузкой – головными телефонами BF1. Ёмкость зарядно-разрядного конденсатора С2 значительно уменьшена, поэтому частота импульсов возросла примерно до 1000 Гц – это звуковой диапазон. Конечно, возросло и сопротивление ограничительного резистора R2. Остальные элементы представляют собой однополупериодный выпрямитель, в котором резистор R1 способствует снижению обратного напряжения на диоде VD1. Конденсатор С1 в этом генераторе может быть бумажный, например МБМ; С2 – любого типа на рабочее напряжение не ниже 50В.
3.3. Стробоскоп на импульсной лампе [8].
Импульсную лампу ИФК-120 (от фотовспышки) включают в схему генератора, собранного на более высоковольтном (по сравнению с предыдущими схемами) динисторе КН102И. Импульсный высоковольтный трансформатор Т1 питает поджигающий электрод лампы.
Когда на устройство подают сетевое напряжение, конденсатор С1 начинает заряжаться и при достижении на нём напряжения Uоткр динистора, последний открывается, и через обмотку I трансформатора проходит импульс тока. А поскольку Т1 – повышающий, то на обмотке II, а значит и на поджигающем электроде возникает импульс высокого напряжения, лампа вспыхивает, конденсатор С1 разряжается через неё. Затем процесс повторяется.
Частота вспышек определяется номиналами элементов R1, R2, C1. Энергию (яркость) вспышки определяет ёмкость С1, а также напряжение, до которого он успеет зарядиться, которое, в свою очередь зависит от напряжения открывания динистора. Чтобы увеличить энергию, нужно поставить конденсатор большей ёмкости и/или включить последовательно с динистором стабилитрон на соответствующее напряжение. Но сумма напряжения включения динистора и напряжения стабилизации стабилитрона не должна превышать номинального напряжения С1, иначе он выйдет из строя.
Детали. Переменный резистор может быть типа СПО-0,5 или СП-1; С1 – на номинальное напряжение не ниже 200В; С2 – бумажный; Т1 – от фотовспышки или самодельный: кольцо К10х6х3мм из феррита М2000НМ, обмотка I – 4 витка ПЭЛШО-0,31, обмотка II – 60 витков ПЭЛШО-0,1.
4. КАК проверить динистор и существует ли его АНАЛОГ?
Из всего вышеизложенного должна бы родиться простая мысль, что обычным тестером динистор проверить нельзя. Вернее, можно, но надо понимать, что у исправного динистора сопротивление стремится к очень большой величине (десятки МОм), а у неисправного (пробитого),наоборот, к нулю.
Рассечём мысленно четырёхслойный пирог-динистор следующим образом [9]:
Oтсюда видно, что он состоит, как бы, из двух транзисторов [10] разной структуры (или проводимости): p-n-p и n-p-n (комплементарной пары):
Это и есть аналог динистора.
Схема 4.1. Импульсный стабилизатор конденсаторного блока питания [11].
В предлагаемом стабилизированном источнике питания с регулируемым выходным напряжением параллельно выходу диодного моста VD1 включен аналог неуправляемого четырехслойного диода (динистора), выполненный на комплиментарной паре транзисторов КТ502А, КТ503А. Для обеспечения стабильного порога включения аналога динистора подключен стабилитрон VD2 последовательно с эмитерным переходом транзистора VT1.
При увеличении выходного напряжения диодного моста конденсатор С2 начинает заряжаться. Когда напряжение достигнет некоторого значения, зависящего от положения движка переменного резистора R6, включится стабилитрон VD2 и откроется сначала транзистор VТ1, а затем и VТ2. Из-за глубокой положительной обратной связи транзисторы открываются лавинообразно и шунтируют выход моста, что приводит к скачкообразному уменьшению напряжения на нем практически до нуля. Диод VD3 закрывается, а конденсатор С2 подпитывает нагрузку. Когда напряжение на выходе моста уменьшится до нуля, транзисторный аналог динистора выключается, начинается зарядка конденсатора С2. Процесс повторяется. Суммарное напряжение насыщения между эмиттерами транзисторов (падение напряжения на аналоге динистора) около 0,7 В.
В зависимости от сопротивления нагрузки включение аналога динистора происходит в разные моменты полупериодов сетевого напряжения. В режиме холостого хода на выходе диодного моста - короткие импульсы, следующие с наибольшей скважностью. При подключении нагрузки скважность уменьшается: уменьшается время открытого состояния транзисторов, что приводит к увеличению длительности импульса напряжения, поступающего через разделительный диод VD3 на конденсатор С2.
Процесс стабилизации напряжения очень похож на функционирование известного радиолюбителям стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием. Частота следования импульсов равна частоте пульсаций на конденсаторе С2. Разделительный диод VD3 предотвращает разрядку конденсатора С2 через открытые транзисторы.
Амплитуда импульса тока через стабилитрон VD2 не превышает 0,5 мА во всех режимах работы, что свидетельствует об экономичности стабилизатора с транзисторным аналогом динистора по сигналу управления. Для сравнения: если применить импульсный элемент - тринистор, то приборам серий КУ201, КУ202 необходима амплитуда тока включения до 100 мА.
Кроме того, использование параллельного стабилизатора позволяет плавно регулировать выходное стабилизированное напряжение на нагрузке, например, сопротивлением 1 кОм в пределах от 4,7 до 46 В. На холостом ходу - соответственно от 4,84 до 46,06 В. Отличие значений напряжения на нагрузке и на холостом ходу составляет около одного процента. Этого вполне достаточно практически для всех случаев.
Если регулировка выходного напряжения не требуется (необходимо фиксированное значение), резисторы R5 и R6 удаляют, а анод стабилитрона подключают к эмиттеру транзистора VT2. Такой источник питания со стабилитроном Д814Г обеспечивает фиксированное стабилизированное напряжение 9,94 В на нагрузке сопротивлением 180 Ом. На холостом ходу выходное напряжение равно 10,09 В . При использовании стабилитрона Д814А Uвых=7,67 В на той же нагрузке, а на холостом ходу - 7,8 В. Как видно, разница между напряжениями на нагрузке и на холостом ходу и в этом случае составляет около одного процента.
Повысить выходное напряжение выпрямителя можно использованием в нем более высоковольтного стабилитрона или двух низковольтных, соединенных последовательно. При двух стабилитронах Д814В и Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлением 250 Ом может быть 23...24 В.
Приведенные примеры иллюстрируют возможность экспериментальным путем подобрать элементы бестрансформаторного выпрямителя на требуемое стабилизированное выходное напряжение при заданной нагрузке.
Когда требуется наличие общего провода между выходом стабилизированного выпрямителя и сетью, может быть применен известный однополупериодный диодно-конденсаторный выпрямитель. Для этого следует исключить диодный мост VD1, резистор R2 включить последовательно с балластным конденсатором С1, нижний (по схеме) сетевой провод соединить с «минусовым» выходным и между эмиттерами транзисторов подключить выпрямительный диод анодом к эмиттеру транзистора VT2.
Резистор R2 ограничивает входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного «дребезга» контактов сетевой вилки и розетки процесс включения сопровождается серией кратковременных замыканий и разрывов цепи.
При одном из таких явлений гасящий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т. е. примерно до 300 В. После разрыва и последующего замыкания цепи напряжение на конденсаторе и сетевое могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это - наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства.
Поэтому в устройствах, предложенных для повышения надежности, лучше применить более мощные комплиментарные пары транзисторов, например, КТ814А и КТ815А; КТ816А и КТ817А; КТ837А и КТ805А; КТ973А и КТ972А; 2Т505А и 2Т504А и т. д.
Устройство гальванически связано с сетью. Об этом следует помнить и соблюдать осторожность при его конструировании и налаживании.
5. ТРИНИСТОР
Именно этот полупроводниковый прибор [12] чаще всего называют тиристором. Но, как мы уже знаем, это не совсем правильно. Это – тринистор, второй представитель семейства тиристоров. Он имеет точно такую же «слоистую» полупроводниковую структуру, как и динистор, но у него имеется третий вывод [13] – управляющий электрод (УЭ). Что же даёт наличие УЭ?
Для ответа на этот вопрос предположим, что УЭ никуда не подключен. Тогда тринистор сохраняет все функции динистора и открывается при достижении на аноде (по отношению к катоду) напряжения Uвкл. Но стоит подать на управляющий электрод хотя бы небольшое положительное напряжение (относительно катода), и пропустить, таким образом, небольшой постоянный ток через цепь «УЭ à К», как напряжение включения уменьшится. Дальнейшее увеличение тока через УЭ приведёт к ещё большему уменьшению Uвкл, т.е. «выброс» ВАХ начнёт спрямляться [14].
Наименьшее напряжение включения будет соответствовать определённому максимальному току Iуо, который называют током спрямления, поскольку при нём верхняя кривая ветвь ВАХ тринистора срямляется настолько, что становится похожа на ВАХ обычного диода.
УЭ становится «поджигающим», включая тринистор при подаче на него управляющего напряжения. А после включении (открывания, отпирания) тринистора этот электрод теряет свои свойства и выключить тринистор 
удаётся, как и динистор, уменьшением прямого тока ниже Iуд, или кратковременным отключением питающего напряжения. Следует знать, что существуют так называемые запираемые (в отличие от большинства незапираемых) тринисторы, включить которые можно подачей на УЭ некоторого напряжения обратной полярности (- на УЭ и + на К).
И ещё одна особенность тринистора: он может быть открыт как постоянным током, пропускаемым через УЭ, так и импульсным. Причём, длительность импульса может составлять миллионные доли секунды!
Внешне тринисторы выглядят многообразнее своих «младших» братьев: как диоды с третьим выводом УЭ, как транзисторы, как шайбы, как конденсаторы и т.п. [15]
В тех случаях, если тринистор должен длительное время работать почти с масимальной нагрузкой, (например, при Iпр близком к предельно допустимому), он будет нагреваться иего необходимо устанавливать на радиатор [16]:
Само-собой, можно создать аналог тринистора [17] по образу и подобию аналога динистора:
Аналог тринистора [18]собран на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R1, R2, которые обеспечивают закрытое состояние аналога при включении напряжения питания. УЭ аналога – база транзистора VT2.
Чтобы включить аналог, надо подать на его УЭ импульс напряжения отрицательной полярности. Подавать импульс можно через конденсатор С1 или резистор R3 замыканием контактов соответствующих кнопок.
Аналог устойчиво работает в диапазоне 4-13 В. В отличие от реального тринистора аналог является полностью управляемым прибором. Его можно выключить, подав на УЭ сигнал положительной полярности кнопкой S2.
Iуд аналога весьма мал, поэтому для приведения его в закрытое состояние необходим выключатель S1 в цепи питания (если нет S2).
Звукосигнальное сторожевое устройство [19].
Оно срабатывает при кратковременном замыкании контактов выключателя S1, в качестве которого может служить, например, пружинный датчик качания. Сработав, аналог тринистора (VT1, VT2) включит питание тонального генератора на транзисторах VT3, VT4. Сигнал будет звучать до тех пор, пока питание не будет отключено с помощью S2.
Как и тринистор, аналог может быть переведён в проводящее состояние подачей на него напряжения, превышающего некоторый пороговый уровень. В этом варианте от ведёт себя подобно динистору, что можно использовать, например, для индикации кратковременного превышения напряжения в цепи питания.
В отличие от динистора, напряжение срабатывания аналога можно изменять [20a]подбором резисторов в цепях эмитерных переходов VT1, VT2: при увеличении их сопротивления понижается напряжение включения. Плавное изменение уровня срабатывания получим, помести в одну из упомянутых цепей подстроечный или переменный резистор R2. Так, при общем сопротивлении резисторов R1, R2 порядка 300 Ом аналог включается напряжением около 12 В. Возникающее при этом напряжение на нагрузке – резисторе R4 – открывает транзистор VT3, лампа NL1 выдаёт световой сигнал, который затем можно снять кнопкой S1.
На рис. [20б] приведён вариант устройства, когда срабатывание происходит от сигнала, не связанного с источником питания. Здесь диод VD2 выполняет функции разделительного, изолируя от повышенного напряжения сигнала потребители, рассчитанные на более напряжение источника питания GB1.
6. Как ПРОВЕРИТЬ ТРИНИСТОР?
Управляющий электрод позволяет проверить тринистор как обычным тестером (мультиметром), так и специальным пробником.
Чтобы проверить тиристор мультиметром [21], нужно прибор переключить в режим измерения сопротивления и подключить плюсовой щуп к аноду, а минусовой – к катоду. К управляющему электроду подключить кнопку, второй контакт которой подключен к аноду.
До того как будет нажата кнопка, мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, потому что тиристор находится в закрытом состоянии. После нажатия тиристор откроется, и сопротивление упадет до нескольких Ом. Для закрытия тиристора достаточно будет кратковременно отсоединить один из щупов.
Если же после подключения тиристора к прибору сопротивление сразу мало или после нажатия кнопки сопротивление не уменьшается, то такой тиристор является неисправным.
Для проверки можно также собрать «тестер тиристоров» [22]. На его изготовление уйдет всего несколько минут.
В этой схеме к аноду тиристора прикладывается положительное напряжение, а к катоду отрицательное. Желательно его выбрать соответствующее номиналу элемента. Но можно использовать и меньшее. На схеме резисторы подобраны под 9 – 12 В. Если напряжение будет соответствовать номиналу, то сопротивление резисторов нужно будет пересчитать.
Проверка осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). При этом светодиод HL1 должен загореться, так как тиристор откроется. Для того чтобы он закрылся необходимо снять напряжение (принцип работы тиристора).
Если светодиод загорается сразу после подачи напряжения на анод и катод или если не загорается после подачи управляющего напряжения, то такой тиристор является неисправным.
Универсальный пробник [23].
Пробник питается от сети переменного напряжения через понижающий трансформатор Т1. Переменное напряжение со вторичной обмотки Т1 подаётся на зажим Х2, к которому подключен анод тринистора. Одновременно через диод VD1, резистор R1 и кнопку SB1 к зажиму Х3, с которым соединяют УЭ тринистора, поступают положительные полуволны переменного напряжения (конечно, при нажатой кнопке).
Если тринистор исправный, он откроется и зажжётся лампа HL1. Если лампа зажжётся до нажатия на кнопку, это укажет на дефект тринистора – замыкание в цепи УЭ. Если одновременно зажигаются лампы HL1 и HL2, значит тринистор пробит. Не горит ни одна из ламп – тринистор имеет внутренний обрыв.
Детали. Каждый из резисторов R2, R3, R4 можно составить из трёх параллельно соединенных МЛТ-2, сопротивлением в 3 раза больше указанного на схеме. Диоды можно заменить любыми, рассчитанными на ток не менее 300 мА. Сигнальные лампы МН6,3-0,28 (6,3В и 0,28А). Их можно заменить лампами на 26В, исключив резисторы R3, R4. В качестве трансформатора Т1 используется выходной трансформатор кадровой развёртки телевизоров ТВК-110Л1, выдающий на вторичной обмотке около 25В. Понятно, что можно использовать и любой другой подходящий трансформатор.
Этим пробником можно проверять и диоды, рассчитанные на ток не менее 0,3А. Вывод анода диода – к Х2, вывод катода – к Х4. При исправном диоде зажжётся HL1 (или HL2, если диод включен наоборот). Если диод пробит – горят обе лампы, имеет внутренний обрыв – ни одна не горит.
Другая версия этого пробника [24].
Краткие пояснения.
HL1 – индикатор включения прибора.
Если при проверке тринистора после включения прибора ни один светодиод не горит – тринистор исправен. Далее: при нажатии на кнопку SB1 должен загореться светодиод HL2, свидетельствующий об открытии тринистора при подаче на него прямого напряжения. Если тринистор срабатывает и при обратном напряжении (включите его наоборот) –загорается светодиод HL3 – это говорит о его неисправности.
Этим пробником можно проверить симисторы (о них подробнее см. далее). Симистор подключают как тринистор – ни один светодиод не горит. При нажатии кнопки SB1 должен загореться светодиод HL2, свидетельствующий об исправном симисторе. Если же до нажатия кнопки загорелся какой-либо светодиод – симистор неисправен.
Диоды для проверки включают аналогично тринистору. Горит HL2 – диод исправен. Если горят оба светодиода – диод пробит, ни один не горит – внутренний обрыв.
Детали прибора пояснений не требуют. Т1 аналогичен предыдущему и даже может быть менее мощным.
Ещё один тестер для проверки тринисторов [25].
Тринисторы можно проверить с помощью омметра, замеряя сопротивление анод-катод полупроводникового прибора так, чтобы отрицательный вывод омметра был подключен к аноду, а положительный к катоду. Омметр должен показать сопротивление от 100 кОм до бесконечности в зависимости от типа проверяемого тринистора. Следующим шагом является соединение управляющего электрода с анодом. Нормальные показания омметра в этом случае - 15...50 Ом. Если теперь отключить управляющий электрод от анода, то на приборе должны сохраниться те же показания, пока не будет отключен анод или катод тринистора (разорвана их связь с омметром). Если теперь снова подключить выводы омметра к аноду и катоду, измерительный прибор не должен показывать никакого конечного сопротивления (или около 100 кОм - в случае с мощными тринисторами), пока управляющий электрод вновь не будет соединен с анодом.
При конструировании электронных схем периодически приходится выбраковывать радиоэлементы различного назначения. К сожалению, и новые приборы, реализуемые магазинами, не всегда гарантируют надежную работу радиоэлектронного узла, а паяные элементы с рекламацией магазины обратно не принимают. В практической работе часто приходится иметь дело с тринисторами, работающими в коммутационных цепях переменного тока, управляющими среднемощной нагрузкой 20...100 Вт. В связи с этим предлагается схема устройства (рис. 1), позволяющего в считанные минуты проверить и сделать заключение о пригодности к использованию практически любых популярных тринисторов. Испытания прошли тиристоры серий КУ101/201/221/202, Т10-160, Т122-10, Т161, Т112, Т222, Т15, Т16, Т253 и многие другие.
Для того чтобы не подвергать тринистор пайке, предусмотрен разъем РП10-5, с применением которого значительно облегчается эксплуатация прибора. Выводы тиристора подключают, как показано на схеме, к контактам Х1-ХЗ разъема. Устройство позволяет проверять тринистор не только в режиме ключа, но и исследовать его частотные характеристики. Для этого в схеме реализован транзисторный генератор с широкой регулировкой частоты от 0,1 до 100 Гц на комплементарной паре кремниевых транзисторов VT1 и VT2. Выход генератора через переключатель S2 соединяют с управляющим электродом испытуемого прибора. По мерцанию лампы в цепи катода тиристора можно сделать заключение о работоспособности и частотных характеристиках конкретного тринистора.
Этап первый - проверка тринистора на пробой. Испытуемый прибор VS1 необходимо подключать к схеме при выключенном напряжении питания. После подсоединения тринистора нажмите включатель S1 (его условно можно сравнить с кнопкой «Вкл»). Если на управляющий электрод напряжение не подано и лампа не светится, то тринистор исправен.
Второй этап - проверка прибора в импульсном режиме. Нажмите кнопку S2 «Пуск». Лампа Л1 должна мигать. Частоту мигания установите переменным резистором R1 «Частота». При минимальном сопротивлении резистора R1 - верхнее (по схеме) положение движка - частота генератора будет минимальной. Переменным резистором R3 «Чувствительность» можно подрегулировать устройство так, чтобы проверять не только маломощные, но и приборы средней мощности. Этот резистор задает уровень открывающего напряжения прибора VS1. Нормальное положение движка R3 -в режиме максимального сопротивления.
Вместо лампы на 2,5 В можно использовать любую лампу на напряжение 2,5...6,3 В, рассчитанную на ток 0,1...0,3 А. Напряжение питания схемы соответственно можно варьировать от +5 до +10 В. Конденсатор С1 применяется типа К50-6. Переменные резисторы R1, R3 с линейной характеристикой, например, СП1-В, СП2-2-10 или подобные. Кроме указанного разъема можно использовать любой подходящий с крупными гнездами.
7. Простые ЭКСПЕРИМЕНТЫ с тринистором
7.1. Как ОТКРЫТЬ тринистор?
Собрать схемку по рисунку [26], установить движок переменного резистора R2 в нижнее по схеме положение и подключить источник. Нажав кнопку SB1 и не отпуская её, плавно перемещать движок резистора вверх до тех пор, пока не загорится лампа HL1 – тринистор откроется. Кнопку можно отпустить – лампа будет продолжать гореть, поскольку через открытый тринистор протекает Iуд. Для отключения тринистора нужно отключить питание и снова его включить – лампочка гореть не будет, тринистор закрылся.
Чтобы измерить ток включения данного тринистора, включите в разрыв цепи УЭ (в точке А) и, плавно перемещая движок R2 из нижнего положения в верхнее (при нажатой кнопке), заметьте момент включения лампы. Миллиамперметр укажет искомое значение тока.
Для измерения тока удержания включите миллиамперметр в разрыв цепи в точке Б, а ещё один переменный резистор (R4 – в схеме не показан сопротивлением 2,2 кОм или 3,3 кОм), сопротивление которого должно быть выведено (=0) в разрыв цепи в точке В. При открытом тринисторе увеличивайте сопротивление дополнительного резистора до тех пор, пока ток миллиамперметра скачком не уменьшится до нуля. Показания прибора перед этим и будут характеризовать искомый параметр Iуд. Не удивляйтесь, если значения обоих токов окажутся небольшими, в пределах 10-15 мА.
Может случиться так, что после закрытия тринистора прибор будет показывать небольшой ток. Это вполне допустимо. Значение этого тока (0,5-10 мА) указывается в справочниках по тиристорам для максимального обратного напряжения.
7.2. Тринистор управляется импульсом [27].
Немного изменим предыдущую схему, убрав из неё переменный резистор и добавив конденсатор С1 ёмкостью 0,1-0,5 мкФ. Теперь на управляющий электрод постоянное напряжение не подаётся. Но тринистор от этого не стал неуправляемым!
Включите питающее напряжение и нажмите кнопку. Почти мгновенно зарядится конденсатор С1, а его ток в виде импульса пройдёт через параллельно соединённые R2 и УЭ. Но даже такого короткого импульса достаточно, чтобы тринистор открылся. Лампочка HL1 включится и будет гореть при отключенной кнопке SB1. Конденсатор разрядится через R1, R2 и будет готов к следующему пропусканию импульса тока.
Теперь возьмите электролитический конденсатор С2 ёмкостью не менее 100 мкФ и на мгновение подключите его (с соблюдением полярности) к выводам А и К тринистора. Через конденсатор также продёт импульс зарядного тока, в результате чего тринистор окажется зашунтированным (выводы А и К замкнуты) и закроется. Лампочка погаснет.
7.3. Способность тринистора открываться при разном анодном напряжении в зависимости от тока УЭ широко используются в разного рода регуляторах мощности, изменяющих средний ток, протекающий через нагрузку. Соберите схему [28].
В двухполупериодном выпрямителе могут работать как отдельные диоды, так и готовый мост типа КЦ402, КЦ405. Не надо ставить конденсатор фильтра на выходе выпрямителя. Он здесь не нужен! Для визуального контроля происходящих процессов весьма желательно подключить параллельно нагрузке HL1 осциллограф, работающий в автоматическом или ждущем режиме с внутренней синхронизацией.
Установив движок R2 в верхнее по схеме положение (сопротивление=0), подайте на диодный мост переменное напряжение. Нажмите кнопку SB1. Сразу же включится лампочка HL1. На экране осциллографа появится изображение рядом расположенных арок синусоиды – диаграмма выпрямленного напряжения [а) на рисунке].
Стоит отпустить кнопку и лампочка гаснет. Всё правильно, тринистор закрывается, как только синусоидальное напряжение достигает нуля. Если поставить электролитический конденсатор С1, то он будет сглаживать пульсации выпрямленного напряжения [пунктирная линия на а) рисунке], оно уже не будет уменьшаться до нуля, и лампочка не погаснет после отпускания кнопки.
Вновь нажав кнопку, плавно перемещайте движок R2 вниз (по схеме), увеличивая сопротивление. Яркость лампочки начнёт уменьшаться, а форма арок синусоиды – искажаться [б) на рисунке]. Дело в том, что ток через УЭ уменьшается по сравнению с первоначальным значением, а , следовательно, тринистор открывается при большем питающем напряжении, т.е. часть «полусинусоиды» он остаётся закрытым. Поскольку при этом уменьшается средний ток через лампу, её яркость снижается.
При дальнейшем увеличении сопротивления резистора R2, а, значит, уменьшении управляющего тока, тринистор может открываться лишь тогда, когда напряжение питания достигнет максимума [в) на рисунке]. Дальнейшее уменьшение управляющего тока приведёт к неоткрыванию тринистора.
Таким образом, изменением управляющего тока, а, значит, амплитуды напряжения на УЭ, удаётся регулировать мощность на нагрузке в предела 100-50%. В этом суть амплитудного метода управления тринистором.
Если же необходимо получить большие пределы регулирования, применяют фазовый метод., при котором изменяют фазу напряжения на УЭ по сравнению с фазой анодного напряжения. Перейти на этот метод управления несложно – достаточно подключить между УЭ и Катодом электролитический конденсатор ёмкостью 100-200 мкФ. Теперь тринистор будет способен открываться при малых амплитудах анодного напряжения, но уже по «второй» половине каждого полупериода [г) на рисунке]. В результате пределы изменения среднего тока через нагрузку, а, значит, выделяемой на ней мощности, расширяются, практически от 0 до 100%.
8. Простые устройства с ТРИНИСТОРОМ
8.1. Конструкции с тринисторным ключом
Индикатор на светодиоде [29a].
Если электроды Х1 окажутся в воде, откроется транзистор V1, а вслед за ним – тринистор V3, вспыхнет светодиод V2. R2 ограничивает ток через светодиод (значит, его яркость), R1 ограничивает ток базы транзистора.
Комбинированный индикатор [29b].
Если к разъёмам Х1 этого индикатора подключить фото- или терморезистор, то при уменьшении их сопротивления раздастся звук наподобие сирены и начнёт мигать светодиод. Это произойдёт потому, что датчик включен в цепь базы транзистора V1 и при определённом его сопротивлении транзистор откроется, следовательно, откроется тринистор. Он замкнёт цепь питания несимметричного мультивибратора на транзисторах V3, V5.
Сопротивление звуковой катушки динамика должно быть порядка 60 Ом.
«Электронная няня» [29c].
В этом устройстве тринисторный ключ стоит в цепи телефонного капсюля, являющего нагрузкой транзистора V4 звукового генератора. Совместно с симметричным мультивибратором на транзисторах V1, V2 и интегрирующей цепочкой R5C3 генератор образует устройство известное под названием «генератор-мяу». Но детали подобраны так, что звук несколько напоминает плач ребёнка.
Подключив к разъёмам Х1 электроды, завёрнутые в пелёнку, можно быть спокойным: как только пелёнка намокнет, сразу сработает сигнализация.
8.2. Простая ЦМП на тринисторах [30].
Простая схема цветомузыки на тиристорах может генерировать красивые световые эффекты. Причем значительная нагрузка, которая подключается к выходу в виде ламп накаливания, может осветить не малую площадь. Собрать схему светомузыки своими руками сможет да же начинающий радиолюбитель.
Развязывающий трансформатор можно взять из старого сетевого радио, только вход и выход необходимо поменять местами, что бы он работал как повышающий. В принцип действия светомузыки положено разделение сигнала звуковой частоты на три диапазона..
8.3. Бегущие огни [31].
Простая схема бегущих огней, собранная на тиристорах. В качестве нагрузки используются обычные электролампы мощностью 40 Ватт. Если использовать в схеме КУ202 с буквой Н или М, мощность ламп можно увеличить до 100 Ватт, каждая. Устройство можно использовать, в качестве новогодней гирлянды, заменив каждую лампу, последовательно соединенными лампами меньшим напряжением с током потребления не более 2 Ампер. Частота переключения каналов подбирается изменением RC в каждой цепочке. При эксплуатации устройства соблюдайте осторожность, т.к. схема питается от электрической цепи 220 Вольт.
8.4. Регулятор для паяльника [32]
позволяет плавно регулировать температуру нагрева жала паяльника.
В регуляторе - маломощный тринистор и такой же выпрямительный диод, включенные встречно- параллельно и установленные в разрыв одного из питающих проводов паяльника. При положительном полупериоде напряжения на верхнем по схеме штыре вилки X1 ток проходит через диод VD1 и нагрузку (паяльник), включенную в розетку X2.
При отрицательном полупериоде напряжения на указанном штыре диод закрыт и тока через нагрузку нет. Если бы отсутствовала цепь из тринистора VS1, конденсатора С1 и резисторов R1 - R4, на нагрузке выделялась бы мощность вдвое меньше той, которая была бы при непосредственном питании от сети. Благодаря же использованию тринистора с дополнительными деталями появляется возможность шунтировать диод, когда он закрыт, и пропускать через нагрузку дополнительный ток. Причем этот дополнительный ток можно регулировать переменным резистором R3, изменяя фазу открывания тринистора. В итоге будет изменяться средний ток, протекающий через нагрузку, а значит, выделяющаяся на ней средняя мощность.
Если при вставленной в сетевую розетку вилке XI и включенном в гнезда Х2 паяльнике измерить на нем переменное напряжение, то при перемещении движка резистора в крайние положения стрелка вольтметра зафиксирует изменение напряжения примерно от 150 до 210 В.
Естественно, включив в гнезда Х2 настольную лампу, можно изменять яркость ее свечения. Как в первом, так и во втором вариантах мощность нагрузки не : должна превышать 30 Вт.
Вместо диода Д226Б подойдет другой выпрямительный, рассчитанный на ток не менее 300 мА и обратное напряжение выше 300 В, а вместо тринистора КУ101Б -КУ101Г, КУ101Е. Если применить более мощный диод, например Д245А, и установить тринистор КУ201Д - КУ201Л или КУ202Д - КУ202Н, регулятор можно использовать для управления напряжением на нагрузке мощностью до 400 Вт.
Налаживание регулятора сводится к проверке и подбору пределов регулирования напряжения на нагрузке. Включив в гнезда Х2 настольную лампу, измеряют напряжение на ней при крайних положениях движка резистора. Минимальное напряжение (около 150 В) устанавливают подбором резистора R1, максимальное - подбором резистора R4. В заключение полезно изготовить и отградуировать шкалу переменного резистора.
8.5. Тринисторный регулятор для коллекторного электродвигателя [33].
Для того, чтобы можно было менять частоту вращения электродвигателя переменного тока, его подключают к тринисторному регулятору мощности. При этом электродвигатель включают либо в разрыв сетевого провода, либо после выпрямительного моста, питающего анодную цепь тринистора.
Если в цепи нагрузки контакт не нарушается, тринисторный регулятор работает надёжно. При подключении коллекторного электродвигателя характер нагрузки меняется – ток через неё течёт как бы импульсами, в результате чего на коллекторных щётках наблюдается искрение. Тринисторный регулятор с такой нагрузкой работает неустойчиво.
Регулятор, собранный по данной схеме, имеет некоторые особенности.
Во-первых, электродвигатель с силовым тринистором включены в диагональ выпрямительного моста, а на другую подано сетевое напряжение. Кроме того, тринистор управляется не короткими импульсами, а более широкими, благодаря чему кратковременные отключения нагрузки, характерные для работающего коллекторного электродвигателя, не сказываются на стабильности работы регулятора.
На однопереходном транзисторе VT1 собран генератор коротких (доли миллисекунд) положительных импульсов, используемых для управления вспомогательным тринистором VS1. Питается генератор трапецеидальным напряжением, которое получается ограничением стабилитроном VD1 положительных полуволн синусоидального напряжения частотой 100 Гц. С появлением каждой такой полуволны конденсатор С1 начинает заряжаться через цепочку резисторов R1-R3. Скорость зарядки конденсатора можно регулировать в некоторых пределах переменным резистором R1.
Как только напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания транзистора (он зависит от напряжения на базах транзистора и может регулироваться резисторами R4 и R5), на резисторе R5 появляется положительный импульс, поступающий на УЭ тринистора VS1. Этот тринистор открывается и появляющийся на резисторе R6 более длительный (по сравнению с управляющим) импульс открывает силовой тринистор VS2. Через него напряжение питания поступает на электродвигатель М1.
Момент открывания управляющего и силового тринисторов, а, значит, мощность на нагрузке (иначе – частоту вращения электродвигателя) регулируют переменным резистором R1.
Поскольку в анодную цепь тринистора VS2 включена индуктивная нагрузка, может наблюдаться самопроизвольное открывание тринистора даже без сигнала на управляющем электроде. Чтобы избежать этого, параллельно обмотке возбуждения Lв электродвигателя включен диод VD2.
8.6. Простое тиристорное зарядное устройство [34].
Устройство с электронным управлением зарядным током, выполненно на базе тиристорного фазоимпульсного регулятора мощности.
Оно не содержит дефицитных деталей, при заведомо рабочих деталях не требует налаживания.
Зарядное устройство позволяет заряжать авто аккумуляторные батареи током от 0 до 10 А, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, кой, как считается, содействует продлению срока службы батареи.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от — 35 °С до + 35°С.
Зарядное устройство представляет собой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный moctVDI + VD4.
Узел управления тиристором исполнен на аналоге однопереходного транзистора VTI, VT2. Время, в течение которого конденсатор С2 заряжается до переключения однопереходного транзистора, можно регулировать переменным резистором R1.При крайнем правом по схеме положении его движка зарядный ток станет максимальным, и наоборот.
Диод VD5 оберегает управляющую цепь тиристора VS1 от обратного напряжения, появляющегося при включении тиристора.
Зарядное приспособление в дальнейшем можно дополнить разными автоматическими узлами (отключение по завершении зарядки, поддержание нормального напряжения батареи при продолжительном ее хранении, сигнализации о верной полярности подключения батареи, защита от замыканий выхода и т. д.).
К недочетам прибора можно отнести - колебания зарядного тока при нестабильном напряжении электроосветительной сети.
Как и все подобные тиристорные фазоимпульсные регуляторы, устройство создает помехи радиоприему. Для борьбы с ними надлежит предусмотреть сетевой LC-фильтр, подобный использующемуся в импульсных сетевых блоках питания.
Конденсатор С2 - К73-11, емкостью от0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б -- КТ361Ё, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж - KT50IK, а КТ315Л - на КТ315Б + КТ315Д КТ312Б, КТ3102Л, КТ503В + КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 - СП-1, СПЗ-30а или СПО-1.
Амперметр РА1 - любой постоянного тока со шкалой на 10 А. Его можно сделать самостоятельно из любого миллиамперметра, подобрав шунт по образцовому амперметру.
Предохраннтель F1 - плавкий, но удобно применять и сетевой автомат на 10 А либо автомобильный биметаллический на такой же ток.
Диоды VD1 + VP4 могут быть любыми на прямой ток 10 А и обратное напряжение не менее 50 В (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).
Диоды выпрямителя и тиристор ставят на теплоотводы, каждый полезной площадью возле 100 см*. Для улучшения теплового контакта устройств с теплоотводами лучше применять теплопроводные пасты.
Заместо тиристора КУ202В подходят КУ202Г - КУ202Е; проверено на практике, что устройство нормально действует и с более мощными тиристорами Т-160, Т-250.
Надлежит заметить, что в качестве теплоотвода тиристора возможно применять непосредственно железную стенку кожуха. Тогда, правда, на корпусе будет минусовой вывод устройства, что в общем-то нежелательно из-за угрозы нечаянных замыканий выходного плюсового провода на корпус. Если укреплять тиристор через слюдяную прокладку, угрозы замыкания не будет, но ухудшится отдача тепла от него.
В приборе может быть применен готовый сетевой понижающий трансформатор нужной мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22 В.
Ежели у трансформатора напряжение на вторичной обмотке более 18 В, резистор R5 надлежит сменить другим, наибольшего сопротивления (к примеру, при 24 * 26 В сопротивление резистора надлежит увеличить до 200 Ом).
В случае, когда вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от середины, или есть две однообразные обмотки и напряжение каждой находится в указанных пределах, то выпрямитель лучше исполнить по обычной двуполупериодной схеме на 2-ух диодах.
При напряжении вторичной обмотки 28 * 36 В можно вообще отказаться от выпрямителя - его роль станет одновременно играть тиристор VS1 (выпрямление -однополупериодное). Для такового варианта блока питания нужно между резистором R5 и плюсовым проводом подключить разделительный диод КД105Б либо Д226 с любым буквенным индексом (катодом к резисторуR5). Выбор тиристора в таковой схеме станет ограничен - подходят только те, которые дозволяют работу под обратным напряжением (к примеру, КУ202Е).
Для описанного устройства подойдет унифицированный трансформатор ТН-61. 3 его вторичных обмотки необходимо соединить согласно последовательно, при этом они способны отдать ток до 8 А.
Все детали прибора, кроме трансформатора Т1, диодов VD1 + VD4 выпрямителя, переменного резистора R1, предохранителя FU1и тиристора VS1, смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.
9. СИМИСТОР
Название этого радиокомпонента произошло от двух слов: СИМметричный + тринИСТОР = СИМИСТОР. Условное графическое обозначение по нашим стандартам [35].
Следует отметить, что симистор был изобретён и запатентован в СССР в 1963 г.
С точки зрения схемотехнической симистор представляет собой как бы два тринистора, включенных встречно-параллельно, с объединённым УЭ:
или 
Но с точки зрения «внутреннего слоистого» строения – несколько иначе. Симистор содержит ПЯТЬ полупроводниковых слоёв и, соответственно, ЧЕТЫРЕ p-n-перехода. Можно представить себе его структуру примерно так [38
]. При таком изображении явно просматривается симметричность n-p-n-p-n [рисунок] слоистой структуры симистора. Слева – тринистор, справа – симистор.
Аналогично тринистору одна крайняя область с проводимостью n-типа соединяется с корпусом и служит выводом 2. Другая крайняя область n-типа служит выводом 1. Средняя область р-типа подключается к выводу УЭ. При работе в каком-либо устройстве управляющий импульс подаётся на УЭ относительно вывода 1, а полярность импульса зависит от полярности коммутируемого напряжения, которое прикладывается к выводам 1 и 2. Если напряжение на выводе 2 плюсовое, симистор открывается импульсом напряжения любой полярности. При минусовом напряжении на этом выводе импульс также должен быть отрицательной полярности. Выключение (закрывание) симистора осуществляется также, как и в случае с тринистором, снятием напряжения с вывода 2.
Конструктивно симистор выполнен также как тринистор [39]:
Симисторы, в отличие от тринисторов, проводят ток как в прямом направлении, так и в обратном, поэтому их ВАХ симметрична [40]:
Можно ли проверить симистор? Ответ положительный.
Вот схема:
Переключатели S1 и S2 изменяют полярность управляющего и коммутирующего напряжения соответственно. Кнопка SB1 служит для подачи управляющих импульсов, SB2 – для выключения симистора. Индикатором включения симистора служит лампочка HL1, рассчитанная на напряжение, которое подаётся на вывод 2 симистора. Питание должно осуществляться от двух отдельных источников.
А вот – универсальное устройство для проверки тиристоров [42]:
Иногда радиокомпоненты вызывают сомнение в работоспособности, особенно, когда мы ремонтируем какой-то аппарат, а также, когда мы пытаемся впаять деталь из коробки в новую схему. И если с проверкой транзисторов и диодов проблем не возникает - обычным омметром мультиметра, то с такими полупроводниковыми приборами, как симисторы и тиристоры дело обстоит посложнее. Проблема в том, что с мультиметра мы можем проверить только пробой. А для испытаний на работоспособность надо иметь реальную схему. Её мы сейчас и спроектируем. Как известно, тиристоры являются односторонними ключами для коммутации постоянного тока (DC), а симисторы двунаправленными (AC), и они предназначены для работы от сети переменного тока. Так что нужно собрать несложный специальный тестер, который и проверит тиристор, так сказать "в бою".
Список деталей тестера [43]: D1 - 1N4002; D2 - 1N4002; D3 - LED 5мм зелёный; D4 - LED 5 мм красный; R1 - 470 1/4W; R2 - 470 1/4W; R3 - 470 1/4W; R4 - 470 1/4W; R5 - 100 1w; Tr1 - трансформатор на 230V - 12V 0.6A.
В этих деталях расположение контактов - это почти стандарт, поэтому при разработке устройства их проверки контакты гнезда распаяны в соответствии с порядком большинства контактов тиристоров, но это не означает, что некоторые экземпляры не имеют другой порядок - всё зависит от производителя и модели компонента.
Готовую схему размещают в корпусе сетевого адаптера [44] на 10-15 вольт (уверены, их у каждого найдётся по несколько штук). А для того, чтобы проверять не только импортные (серии BT-138) тиристоры, но и отечественные, можно вывести три разноцветных провода с крокодилами на конце.
Готовый тестер [45].
10. Схемы простых устройств на симисторах.
10.1. Для сравнения – тринисторный [46] и симисторный [47] регуляторы мощности.
С его помощью можно уменьшить температуру калорифера, утюга, нагрев жала паяльника, яркость настольной лампы. В регуляторе используется по два тринистора и динистора. Напряжение на нагрузке (её мощность с указанными тринисторами не должна превышать 200 Вт) можно плавно изменять от 15 до 215 В.
Работает регулятор так. Когда на верхнем по схеме штырьке разъема Х1 положительный полупериод напряжения, заряжаются конденсаторы С1, С2 (через резистор R5). Но только на одном из них будет такая полярность напряжения, что откроется динистор (конечно, при определенном напряжении между выводами конденсатора). Речь идет о конденсаторе С2 и динисторе V4. В цепи управляющего электрода тринистора V2 потечет импульс тока разряда конденсатора. Тринистор откроется, подаст напряжение на нагрузку и одновременно разрядит другой конденсатор.
При отрицательном полупериоде напряжения на том же штырьке сетевого разъема включится другой динистор, а вслед за ним откроется тринистор V1. Таким образом, тринисторы будут открываться поочередно. Сдвиг фазы открывающего напряжения на управляющих электродах осуществляется переменным резистором, причем наибольший сдвиг будет при полностью введенном сопротивлении резистора, то есть при нижнем по схеме положении движка.
Динисторы выполняют роль электронных ключей, срабатывающих при определенном напряжении на конденсаторах. Применение динисторов позволяет добиться четкого срабатывания тринисторов при одинаковом сдвиге фазы независимо от их параметров.
Резисторы R2 и R4 ограничивают ток через управляющий электрод, а R1 и R3 позволяют добиться стабильной работы регулятора при изменении температуры окружающей среды.
Вместо динистора КН102А можно установить КН102Б или КН102В,но при этом придется несколько уменьшить емкость конденсаторов (до 0,2 или 0,15 мкФ). Лучше всего применить конденсаторы БМТ на номинальное напряжение не ниже 300 В. Постоянные резисторы - МЛТ-0,5, переменный - СП-1. Максимальная мощность нагрузки зависит от используемых тринисторов. С тринисторами КУ202К-КУ202Н к регулятору можно подключать нагрузку до 1000 Вт, но тринисторы в этом случае нужно обязательно укрепить на теплоотводах - пластинах дюралюминия толщиной не менее 1,5 мм и площадью 150-200 см2. Особенно удобно для этих целей использовать ребристые радиаторы, применяемые для охлаждения мощных транзисторов.
Устройство собрано по схеме симистор-динистор. Динистор, как нам известно может моментально открыться и пропускать ток при заданном напряжении, но в обратном направлении он ток пропускать не будет. Из отечественных можно использовать динистор серии КН102, он достаточно часто применялся в отечественных обогревателях с регулировкой температуры.
Динистор с успехом можно заменить на импортный - DB3, он часто встречается в старых ЛДС со встроенным ИБП, именно на плате ИБП можно найти такой динистор (он голубого цвета). Импортный динистор более компактный, но как показала практика - менее устойчив, так, что если есть, то ставьте наш КН102.
Симистор применен импортный - MAC97А8. Это достаточно мощный симисторный ключ (600 вольт 0,8 ампер).
Конденсатор неполярный - подобрать с минимальным напряжением 250 вольт, емкость от 0,22 до 1 мкФ, в данном случае применен фирмы ЭПОКС.
10.2. Регулятор для паяльника [48]
Каждому, кто так или иначе связан с практической электро- и радиотехникой, предлагаю оснастить важный для него инструмент — сетевой паяльник — самодельным регулятором температуры жала (РТЖ). От широко известных аналогов это устройство отличается простотой схемного решения в сочетании с высокой эксплуатационной надежностью самой конструкции. К тому же и деталей для изготовления данного устройства потребуется совсем немного: симистор, пара светодиодов да три резистора (из них один — переменный).
«Электронным сердцем» устройства является симистор КУ208Г (предельно допустимое постоянное напряжение в закрытом состоянии равно 400 В, максимально допустимый действующий ток в открытом состоянии составляет 5А, символический анод — на корпусе самого полупроводникового прибора).
Разобраться в особенностях работы предлагаемого РТЖ и полнее оценить его преимущества призваны помочь осциллограммы напряжений (рис.2). Сняты они в контрольной точке А принципиальной электрической схемы — в наиболее характерные для симистора VD1 моменты времени, при разном значении суммарного сопротивления R1 и R2.
Условившись отсчитывать углы открытия симистора прибора от начала положительной полуволны переменного напряжения, поступающего из сети, при анализе первой представленной осциллограммы [49.1] нетрудно заметить, что изначально малые углы открытия VD1 для положительной и отрицательной полуволн синусоиды зависят от величины резистора R2, когда сопротивление R1 равно нулю. Видно также: в первый момент угол открытия симистора для отрицательной полуволны больше, чем L1.
Можно предсказать (и следующая осциллограмма наглядно это подтверждает), что при 270° отрицательная полуволна будет блокирована симистором раньше, чем положительная полуволна достигнет угла 90°. Перестанет светиться светодиод НL2 [49.3]. Симистор VD1 начнет переходить в тиристорный режим работы.
Через время, характеризуемое наступлением L3, равного разности изначальных углов открытия для положительной и отрицательной полуволн (то есть когда угол открытия для положительной полуволны станет равным 90°), симистор закроется и для положительной полуволны [49.4]. Значит, перестанет светиться светодиод НL1.
Итак, при рассмотренном способе управления симистором для данного конкретного схемного решения работа паяльника проходит [49.2] при углах открытия положительной полуволны синусоиды не более 90°, а отрицательной — не более 270°. Этого вполне достаточно для практики, если питание паяльника рассчитано на 220 В. И если паяльник будет перегреваться, то увеличением угла открытия симистора можно добиваться снижения нагрева жала.
Иное дело — когда напряжение в сети вдруг уменьшается, а паяльник имеет спираль, рассчитанную на питание от 220 В. В таком случае рассмотренный вариант РТЖ оказывается, по сути, неприемлемым для снижения температуры жала паяльника (при недостаточной температуре припой становится вязким, а пайка непрочной).
Из сказанного можно сделать вывод: для работы с данной схемой регулирования температуры жала необходим паяльник, нагревательная обмотка которого должна быть рассчитана на угол открытия симистора 45°.
Если [49] поменять полярность включения VD1 и верхний конец резистора R2 сохранить подключенным к символическому аноду симистора, то реальные осциллограммы напряжений для контрольной точки А будут отличны от представленных на рисунках 2.1—2.4. При R1 = 0 угол открытия симистора для положительной полуволны синусоиды изначально будет больше, чем угол открытия симистора для отрицательной. Значит, теперь в тиристорный режим работы симистор станет переходить на отрицательной полуволне синусоиды.
По результативности оба таких варианта равноценны. На стадии макетирования следует отцифровать угол поворота резистора R1 в зависимости от угла открытия симистора. Можно упростить принципиальную электрическую схему, оставив из светодиодов в ней лишь НL1, который будет свидетельствовать, что в сети есть напряжение и РТЖ функционирует нормально.
Корпусом и монтажной платой для самодельного устройства, призванного регулировать температуру жала паяльника, может служить термостойкая коробочка подходящих размеров, выполненная, например, из односторонне фольгированного стеклотекстолита (о том, как такую сделать, см. № 2 журнала «Моделист-конструктор» за 1999 год). Еще лучше — компактно смонтировать все в карболитовой розетке квадратной или цилиндрической формы с уже подсоединенным электрошнуром, заправленным в штепсельную вилку.
10.3. Симистор вместо стартера в ЛДС [50]
В большинстве схем для включения ламп дневного света применяются стартеры. В схеме, предлагаемой автором, функцию стартера выполняет цепочка, состоящая из конденсатора и симисторного регулятора мощности [50, рис.1] Это пусковое устройство засвечивает лампу любой мощности в течение долей секунды, практически мгновенно. Предлагаемое устройство, возможно, позволит перейти к производству люминесцентных ламп с безнакальными электродами, как у неоновых ламп. Дроссель L1 соответствует мощности выбранной лампы. Напряжение отпирания составного динистора задается стабилитроном КС-191 [50,рис.2]. Точки 1 и 2 на рис.1 соответствуют точкам 1 и 2 на [50, рис.2].
10.4. Простейшая ЦМП [51]
Электрические параметры установки таковы. Выходная мощность усилителя, подключаемого к ней, должна быть не менее 1 Вт. К выходу каждого частотного канала можно подключать лампы с суммарной мощностью до 200 Вт. Питается устройство от сети переменного тока 220 В. Максимальная потребляемая мощность зависит от мощности используемых осветительных ламп - не более 600 Вт.
Принципиальная схема ЦМУ показана на рис.1. Условно ее можно разделить на четыре узла. Трансформатор Т1 выполняет роль устройства гальванической развязки выхода УНЧ и входа ЦМУ и одновременно повышает амплитуду напряжения входного сигнала. Конденсаторы С1-С4 и резисторы R1-R4 образуют три RС-фильтра; С3R1 - низкочастотный; С2R4 - высокочастотный и С1R2С4R3 - среднечас-тотный. Симисторы VS1-VS3 выполняют роль электронных ключей, управляющих работой осветительных ламп ЕL1-ЕL3. Последние своим мерцанием в такт мелодии сопровождают музыкальную программу.
Поясним принцип действия ЦМУ. После включения радиоприемника или магнитофона звуковой сигнал широкого частотного спектра поступает с выхода УНЧ на вход ЦМУ. Трансформатор Т1 повышает амплитуду напряжения входного сигнала в 30...40 раз, после чего сигнал проходит на входы фильтров. НЧ фильтр свободно пропускает низкочастотную составляющую сигнала в диапазоне 20...200 Гц и задерживает составляющие более высоких частот. ВЧ фильтр, наоборот, пропускает высокочастотный сигнал в интервале от 1000 до 2000 Гц и "гасит" сигналы более низких частот. И наконец, фильтр средних частот пропускает сигналы, лежащие в середине (100-2000 Гц) частотного диапазона. Так происходит частотное разделение спектра сигнала по трем каналам. Далее напряжение с выхода каждого фильтра поступает на управляющий электрод (УЭ) соответствующего симистора (VS1, VS2 или VS3). Симисторы открываются, и через лампы ЕL1-ЕL3, включенные в анодные цепи, идет ток.
Теперь можно приступить к сборке установки. Резисторы и конденсаторы размещают на монтажной плате размерами 30х40 мм. Ее лучше всего выполнить из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...2 мм. Вид платы показан на рис.2,а, а размещение элементов - на рис.2,6. Монтаж может быть не только печатным, но и навесным.
Симисторы устанавливают на одной плате из прочного изоляционного материала толщиной 2...5 мм, например, гетинакса или винипласта. Их соединяют с платой резисторов и конденсаторов тонкими многожильными проводами в хлорвиниловой изоляции.
В представленной схеме можно использовать следующие детали. Симисторы VS1 - VS3 типа КУ208В, КУ208Г или любые другие, например, серии ТС122, рассчитанные на напряжение не менее 250 В и ток не менее 2 А. Конденсаторы С1-С4 - малогабаритные керамические и бумажные на напряжение не ниже 63 В, например, типа К73 или МБМ. Подстроечные резисторы R1, R3 типа СП3-1Б. Их можно заменить на СПЗ-1А или СП4, однако в этом случае необходимо несколько изменить конструкцию монтажной платы с учетом новых габаритов и расположения выводов. Постоянные резисторы R2, R4 типа МЛТ, ОМЛТ, С2-23, С2-33, МТ мощностью не менее 0,25 Вт. Трансформатор Т1 марки ТВ3-1-6. На выводы 4 и 5 подают входной сигнал, а выводы 1 и 3 подключают между входами фильтров и общим проводом питания. Если у вас нет такого трансформатора, его можно заменить любым другим малогабаритным сетевым с напряжением вторичной обмотки 5...8 В. При этом вторичную обмотку соединяют с выходом УНЧ, а сетевую подключают ко входам фильтров. Вилка ХР1 должна соответствовать розетке выхода усилителя. ХР2 - стандартная сетевая вилка, рассчитанная на ток 3 А и более, предохранитель FU1 - на ток 1 ...3 А в зависимости от мощности подключенных ламп. Лампы FL1...FL3 - обычные сетевые (220 В) осветительные мощностью до 200 Вт.
Все элементы ЦМУ размещают в корпусе подходящих размеров. Лампы располагают в передней части корпуса за прозрачным экраном. Их можно снабдить отражателями для получения лучей света. Последние могут иметь как произвольное направление, так и симметричное. Корпус изготавливают из пластмассы или фанеры. Для экрана подойдет матовое или рифленое оргстекло, а для варианта лучевого освещения - прозрачное, например, оконное. Баллоны ламп нужно покрасить цветным лаком: лампу FL1 - в красный цвет, FL2 - в синий, a FL3 - в зеленый. Их устанавливают напротив центральной части экрана. Плату резисторов и конденсаторов, плату симисторов и трансформатор Т1 закрепляют на днище корпуса. На задней стенке устанавливают держатель предохранителя FU1, а также просверливают два отверстия: одно для сетевого провода, а второе - для шнура, соединяющего цветомузыкальную приставку с выходом усилителя. Корпус установки красят нитроэмалью или оклеивают пленкой под дерево.
Исходя из всего выше сказанного схема цветомузыкальной установки с тремя лампами - устройство наиболее простое, хотя, конечно, и менее богатое по цветовому решению. Вы можете повысить эффект, использовав 9 ламп мощностью по 60 Вт или 15 ламп мощностью по 40 Вт каждая. При этом в цепь анода каждого симистора включают 3 или 5 ламп соответственно одинакового цвета, соединенные друг с другом параллельно.
Когда ЦМУ собрана, приступают к ее наладке. Она заключается в регулировке чувствительности низкочастотного и среднечастотного каналов. Установку подсоединяют к усилителю, включают запись музыкальной программы и вставляют вилку ХР2 в розетку электросети. Вращая движки под-строечных резисторов R1 и R3, добиваются одинаковой яркости свечения ламп по всем трем каналам.
Для нормальной работы на вход ЦМУ необходимо подать достаточно мощный сигнал. Поэтому желательно соединить его с выходом УНЧ, рассчитанным на подключение дополнительных громкоговорителей.
10.4. Озонатор [52]
Озонаторы широко применяют для освежения и обеззараживания воздуха в непроветриваемых помещениях, например, чуланах, подвалах, туалетах и курительных комнатах. При этом устраняются запахи и улучшается естественная циркуляция воздуха. В домашних условиях такими приборами можно периодически обрабатывать небольшие запасы свежих овощей и фруктов для их лучшей сохранности.
Несложный домашний озонатор можно сделать по схеме, приведенной [52]. В устройство входят: преобразователь сетевого напряжения, основными элементами которого служат неоновая лампа HL и симистор VS1, индукционная катушка L1, элемент А1, создающий озон, и вентилятор с электродвигателем М1. За основу преобразователя напряжения взят симисторный регулятор мощности, описанный нами в «Радио», 1991, № 7, с.63. При включении озонатора в сеть, через обмотку индукционной катушки, резисторы R1 и R2, R3, R4, заряжаются конденсаторы С1 и С2. При напряжении на конденсаторе С1 60...70 В неоновая лампа HL зажигается и включает симистор VS1. В этот момент конденсатор С2 быстро разряжается через симистор и обмотку катушки до сетевого напряжения, что приводит к выключению симистора. Сформированный таким образом короткий импульс тока создает на вторичной обмотке индукционной катушки высокое напряжение, создающее в элементе А1 коронный разряд. При следующем полупериоде сетевого напряжения конденсатор С1 вновь заряжается, но в другой полярности. А так как конденсатор С2 уже заряжен в предыдущий полупериод и полярность его заряда в данный момент совпадает с полярностью сети, поэтому в момент очередного включения симистора на первичную обмотку индукционной катушки поступает суммарное напряжение сети и конденсатора С2. Конденсатор С2 при этом перезаряжается, а симистор выключается. В следующий полупериод сетевого напряжения цикл формирования импульса повторяется.
11. Оптотиристоры
Оптотиристоры [53] состоят из управляющего светодиода малой мощности на базе арсенида галлия (GaAs) и силового кремниевого (Si) фототиристора, обычно излучающего в инфракрасном спектре 0,9-1,2 мкм. Два полупроводниковых элемента, таким образом, объединены в одну конструкцию. Выводы излучающего светодиода в приборе электрически изолированы от силовых выводов. Оптотиристоры выпускаются в корпусах штыревого выполнения или в виде модульных конструкций, имеющих также изолированное основание.
Роль УЭ в оптотиристоре играет инфракрасное излучение [54]
Примеры оптотиристоров [55]:
Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например, при реализации реле высокого напряжения или большой мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими схемами с малыми уровнями напряжений и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением 220 В. Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами, его цоколевка и внутренняя структура показаны на [56]:
28 октября 2014г.
НАЗАД на страницу РАДИОкомпоненты
