Блок управления

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ МИКРОВОЛНОВЫХ ПЕЧЕЙ

 

 

Блоки управления для микроволновых печей встречаются двух типов: электромеханические и электронные. Имеется две основные функции, которые должен выполнять блок управления: поддержание заданной мощности и выключение печи по истечении установленного времени работы. Независимо от типа исполнения, все печи одинаково успешно справляются с этими задачами. Поскольку электронный блок управления содержит внутри себя микроЭВМ с богатыми потенциальными возможностями, у разработчиков микроволновых печей всегда есть подспудное желание каким-то образом задействовать эти возможности. И здесь каждый изощряется, как может. Начиная от встроенных часов и заканчивая отрывками из музыкальных произведений, сигнализирующими об окончании работы. Все это можно рассматривать как некоторые излишества, не влияющие на исполнение основных функций.

Величина подаваомого в рабочую камеру уровня микроволновой мощности регулируется временем срабатывания исполнительного устройства, в качестве того может использоваться реле, микропереключатель или симистор. Исполнительное устройство периодически включает и выключает источник питания магнетрона в соответствии с выбранной мощностью. Б качестве примера на рис. 2.25 отображены для цикла работы микроволновой печи Плутон, для различных режимов мощности. Полный цикл составляет 22 секунды. В зависимости от выбранной мощности, магнетрон включается только на определенное время, в пределах одного цикла, а каждый последующий цикл периодически повторяет последовательность этих действий.

Рис. 2.25. Продолжительность включения магнетрона при различных уровнях задаваемой мощности

Рис. 2.26. Внешний вид и внутренняя начинка типичного электромеханического таймера микроволновой печи

Несмотря на то что многие микроволновые печи а качестве исполнительного устройства имеют симистор. позволяющий осуществлять плавную регулировку больших мощностей, питание на магнетрон всегда подается в виде импульсов. Их скважность меняется в зависимости от требуемой мощности. Очень редкие и не совсем удачные исключения лишь подчеркивают правило. Основная причина такого подхода к конструированию печей состоит в том. что он гораздо проще и надежнее, в то же время на процесс приготовлении пищи способ регулировки мощности никак не влияет.

Электромеханический блок управления состоит из таймера и связанного с ним механизма ступенчатой регулировки мощности. Часто эти детали выполнены в едином корпусе. Обычно таймер включает в себя микродвигатель, редуктор, механический звонок и систему контактов и микропереключателей, обеспечивающих включение блока питания. Типичная конструкция таймера отображена на рис. 2.26.

Поскольку таймер электромеханический, то его попомки могут быть связаны как с механическими, так и с электрическими узлами. В первом случае это, как правило, выход из строя редуктора. Типичная неисправность — поломка зубьев в пластмассовых шестернях. В этом случае двигатель таймера работает, но отсчет времени не производится, и поэтому автоматического отключения микроволновой печи по истечении заданного времени не происходит. В большинстве случаев такую неисправность можно устранить, воспользовавшись способом, отображенным на рис. 2.10.

Поломки электрической части проявляются как отсутствие замыкания или размыкания внутренних контактов. Возможен также выход из строя микродвигателя, хотя на практике такое случается крайне редко. Обычно в таймере имеется две пары контактов. Первая, назовем ее условно основной, замыкает цепь, подающую питание на вентилятор магнетрона, на лампу для освещения камеры, а также на микродвигатели столика и таймера. В цепи питания магнетрона последовательно с основной парой контактов присутствует дополнительная, обеспечивающая периодическое включение и выключение бпока питания магнетрона в соответствии с выбранным режимом мощности. Дополнительные контакты, как правило, представляют собой встроенный стандартный микропереключатель. Из-за большого тока, проходящего через обе пары контактов (около 6 А), они могут подгорать. Если процесс подгорания начался, то он будет нарастать лавинообразно, пока контакт окончательно не выйдет из строя. Чем сильнее подгорел контакт, тем больше его сопротивление и тем большая мощность, в виде тепла, будет на нем выделяться. Сломанный микропереключатель необходимо заменить, а неработающие основные контакты можно зачистить. Контакт должен быть пружинящим, поэтому иногда его ламели требуется немного подогнуть. Чтобы добраться до контактов, таймер необходимо разобрать. Делать это нужно с осторожностью, следя, чтобы при снятии крышки не потерять присутствующие там пружины и мелкие детали.

В некоторых микроволновых печах, к примеру MOULINEX, для того чтобы разобрать таймер, необходимо предварительно снять звонок. Обратите внимание на то, что винт, крепящий звонок, может иметь левую резьбу.

Структурная схема электронного блока управления отображена на рис. 2.27.

Основным элементом блока управления микроволновой печи является микроконтроллер, в котором запрограммированы последовательность и значения выходных сигналов в зависимости от информации, поступающей на его входы. Главным источником входной информации служит клавиатура, на той попьзователь задает время и режимы изготовления пищи. Помимо этого, на вход микроконтроллера поступает сигнал о закрытии дверцы микроволновой печи и с различных сенсоров, если таковые имеются. Информация о выбранном режиме работы и о времени, остающемся до конца выполнения программы, отображается на индикаторе. В процессе работы микроконтроллер включает и выключает различные исполнительные устройства, к которым относятся реле, симисторы, пьезоэлектрические звонки и т.д. Для согласования по мощности исполнительные устройства, а иногда и устройства индикации подключаются через буферные усилители. Блок управления содержит также источник питания, состоящий из понижающего трансформатора, одного или нескольких выпрямителей и стабилизаторов.

Дпя ремонта блока управления его необходимо отсоединить от микроволновой печи, подать на него напряжение от независимого источника и поставить короткозамыкающую перемычку на блокирующий вход.

Рассмотрим более подробно основные узпы блока управления, присущие им поломки и методы их устранения.

Кпавиатура

Подавляющее большинство микроволновых печей имеют псевдосенсорную пленочную клавиатуру. Принцип ее действия отображен на рис. 2.28.

Кпавиатура выполнена в виде трехслойной полимерной пленки, приклеенной на твердую поверхность. На верхний и нижний слои с внутренней стороны нанесены металлизированные или угольные контактные площадки, объединенные с помощью инфраструктуры проводников в несколько шин. В месте расположения контактных площадок средний слой имеет вырезы, а на лицевой стороне

клавиатуры нанесены изображения кнопок. При нажатии на изображение кнопки контактные площадки замыкаются, подавая соответствующий сигнал на микроконтроллер. При отпускании кнопки клавиатура за счет эластичности материала восстанавливает исходную форму, и контакт размыкается. В качестве примера на рис. 2.29 отображены внутренняя структура и соединения проводников одной из наиболее часто встреч а ющихся клавиатур, от блока управления БУВИ-г*.

Рмс — 2.27– Структурная схема электронного блока упрэепения микроволновой печи

Рис. 2,28. Поперечное сечение пленочной клавиатуры в области замыкаемого контакта

Сомнения в исправности клавиатуры возникают в том случае, если эффект при нажатии на изображении кнопок либо вообще отсутствует, либо не соответствует ожидаемому. Разумеется, если ваши ожидания не выходят за рамки инструкции по эксплуатации.

Убедиться в том, что неисгравнссти блока управления вызваны работой клавиатуры, можно, вынув клавиатуру из разъема и замкнув на короткое время отрезком провода те выводы блока управления, которые должны замыкаться кнопкой подозреваемой в саботаже. Если эффект соответствует предписанному, значит, ваши сомнения оправданны и клавиатуру нужно ремонтировать. Сложность заключается в том, что необходимо предварительно знать, какие выводы какой кнопкой замыкаются. Если требуемая информация в данной статье отсутствует, можно выбрать два пути дальнейших действий. Первый путь радикальный. Нужно откпеить клавиатуру от блока управления и по топологии, которая видна с обратной, прозрачной, стороны, составить схему коммутации. Второй путь — это так называемый метод научного тыка. Он может быть использован, когда входные и выходные шины сайтены между собой, как, к примеру, на рис. 2.29. В этом случае схему ком*

мутации можно составить поочередным замыканием всех входных шин со всеми выходными, каждый раз анализируя полученный результат. Трудности здесь связаны с тем, что некоторые кнопки, к примеру ПУСК, можно включить, только если набрана предварительная информация. Поэтому составление схемы будет происходить в несколько этапов. Вначале отмечаются те соединения, которые можно установить сразу, а затем, используя установленные контакты для предварительного набора, определяются и недостающие звенья схемы коммутации. Любители головоломок и ребусов получат истинное наслаждение.

Рис. 2.29. Внутреннее строение пленочной клавиатуры от блока управления БУВИ-2

Типичными неисправностями, связанными с работой клавиатуры, являются:

О пропадание контакта в соединительном разъеме,

О обрыв проводящих дорожек,

О залипания.

Первый случай наиболее простой, и часто бывает достаточно поправить контакт в разъеме, чтобы устранить возникшие проблемы. Поэтому всегда имеет смысл начинать именно с проверки этого звена, особенно если выводы клавиатуры в разъеме имеют некоторый люфт и жестко не фиксированы.

Обрыв проводящих дорожек чаще всего происходит в выводах клавиатуры. Это обусловлено тем, что данное место наиболее подвержено деформации и, кроме того, проводники здесь являются открытыми, в отличие от остальных частей клавиатуры, где проводящее покрытие закрыто пленкой с обеих сторон. Обнаружить дефектные дорожки можно, рассматривая их на просвет. Восстановить поврежденные участки проще всего проводящим клеем. Технология такого ремонта настолько очевидна, что никаких пояснений не требуется. При отсутствии такого клея можно вырезать тонкую полоску медной или алюминиевой фольги и приклеить ее на поврежденный участок скотчем. Не рекомендуется пытаться решить проблему с помощью паяльника, поскольку при нагреве металл, из того состоят проводящие дорожки, будет скатываться в шарики и таким образом только усугубит неприятности. Даже если вам удастся припаять перемычку, используя низкотемпературный припой, надежность такого соединения будет невелика. Через какое-то время припой отвалится, попутно прихватив с собой часть проводящих дорожек.

В некоторых случаях обрыв дорожек происходит внутри клавиатуры. Помимо производственного брака это может быть вызвано чрезмерным усердием при нажатии клавиш и попаданием влаги на проводящую поверхность. Как правило, дорожки изготовлены методом напыления тонкого слоя серебра на попимерную пленку. Присутствие влаги вызывает окисление серебра, что может послужить причиной разрушения дорожки. Характерно, что одновременно с этим может происходить и замыкание соседних дорожек, поскольку вода, перенасыщенная ионами серебра, является хорошим электролитом, проводящим ток. Поэтому при уходе за микроволновой печью клавиатуру можно протереть влажной ветошью, но нельзя ее мыть.

Несколько спов о том, как можно обнаружить обрыв проводящих дорожек. Для этого входные и выходные шины нужно соединить между собой и подключить к тестеру, как отображено на рис. 2.30.

При такой схеме подключения при нажатии любой кнопки будет измеряться сопротивление соответствующего соединения. Если проводящие дорожки где-нибудь оборваны, то нажатие на определенные клавиши не приведет к изменению отображений прибора. Причем в зависимости от того, какие именно клавиши не срабатывают, можно ориентировочно определить местоположение дефектного участка. к примеру, если на предыдущем рисунке участок, отмеченный утолщенной линией, имеет обрыв, то не будут работать кнопки 5 и 6.

Если ни одна из кнопок не работает, то возможной причиной этого может быть неразомкнутый контакт в какой-либо кнопке или замыкание шин. Если виной всему кнопка, то проверить это можно, используя схему на рис. 2.30. отображения тестера будут фиксировать наличие замыкания, в то время как ни одна из кнопок не нажата. Убрав перемычки, соединяющие проводящие дорожки, и измерив сопротивление между каждой парой входных и выходных дорожек, залипшую кнопку можно локализовать. Причиной таких залипаний может быть деформация пленки и отслоение проводящего покрытия в области контактных площадок. Последний вариант типичен для клавиатур, у которых в качестве проводящего покрытия используется нечто, напоминающее уголь. Вещество, из того состоят контактные площадки, осыпаясь, заполняет промежуток между ними и при некотором накоплении приводит к замыканию.

Рис. 2.30. Обнаружение обрыва проводящих дорожек в пленочной клавиатуре

Иногда замыкание происходит между соседними дорожками. В основном это происходит при попадании влаги внутрь клавиатуры и, как правило, вблизи ленточного вывода, где имеются небольшие щели. Обнаружить такой несанкционированный контакт можно путем измерения сопротивления между соседними дорожками. Оно должно быть бесконечным или около того. В противном случае можно отклеить клавиатуру от корпуса блока управления и через прозрачную тыльную сторону попытаться обнаружить место замыкания.

Теоретически считается, что клавиатура, как, впрочем, и большинство деталей микроволновой печи, ремонту не подлежит. И приходится действовать в соответствии с поговоркой: Если нельзя, но очень хочется, то можно. Если в клавиатуре произошел внутренний обрыв или замыкание, то для восстановления ее работоспособности требуется вскрытие. Для этого нужно расчленить склеенные между собой слои в месте предполагаемого дефекта, устранить его и вновь все склеить. Чтобы вскрытие не показало, что больной умер от вскрытия, при его проведении нельзя допускать попадания клея на токопроводящие дорожки и желательно не притрагиваться к ним руками. Но даже при соблюдении всех мер предосторожности иногда подобная операция приводит к тому, что часть дорожки оказывается на одном слое, а часть — на другом. Чтобы при последующем склеивании контакт не исчез, нужно вдоль поврежденного участка проложить тонкую полоску фольги (либо воспользоваться токопроводящим клеем).

В последнее время кроме кнопок на лицевой панели блока управления иногда размещают механические генераторы импульсов. Эти устройства позволяют сократить время набора информации и уменьшить количество кнопок на клавиатуре. Принцип действия и устройство генератора импульсов очень просты и поясняются на рис. 2.31.

При повороте ручки генератора на некоторый угол ф поворачивается и укрепленный на той же оси кронштейн 1. На кронштейне имеется две пары ламелей 2. Ламели первой пары поочередно замыкаются с веерообразно расположенными металлическими полосками 3, электрически соединенными между собой. Эти полоски могут быть изготовлены непосредственно на плате методом травления. Вторая пара ламелей обеспечивает скользящий постоянный контакт с выходными клеммами генератора. Если схема подключения механического генератора импульсов соответствует приведенной на рисунке, то поочередное замыкание и размыкание контакта между ламелями и полосками, при повороте ручки, приводит к появлению импульсов на его выходе. Ламели первой пары немного смещены друг относительно друга, поэтому выходные импульсы на выходах разнесены во времени. Это позволяет микроконтроллеру определить направление вращения ручки, что необходимо, если один и тот же генератор используется как для увеличения отображений индикатора, так и для их уменьшения.

Рис. 2.31. Устройство механического генератора импульсов

Рис. 2.32. Вариант кнопки для блока управления микроволновой печи

Иногда встречается тип клавиатуры, в котором кнопки изготовлены по планарной технологии, как отображено на рис. 2.32.

При нажатии на кнопку замыкаемые контакты прижимаются цилиндром из проводящей резины, обеспечивая их замыкание. Сопротивление такого контакта может составлять сотни ом, однако этого достаточно для того, чтобы микроконтроллер отличил замкнутое состояние от разомкнутого. Однако с течением времени сопротивление по разным причинам может значительно возрасти, и взаимопонимание с контроллером пропадает. Исправить это можно, если приклеить кусочек фольги на замыкающую поверхность.

Индикатор

Для отображения вводимой с клавиатуры информации и текущего состояния работы микроволновой печи служат знакосинтезирующие индикаторы. Они преобразуют электрические сигналы в видимое изображение цифр, букв и т.д. Наибольшее распространение получили индикаторы, в основу работы которых положены такие физические эффекты, как: катодолюминесценция (в вакуумных люминесцентных), электрооптические эффекты в жидких кристаллах (в жидкокристаллических) и инжекционная электролюминесценция в р-n переходах (в полупроводниковых).

По способу отображения информации индикаторы можно подразделить на сегментные и матричные. В первом случае элементы отображения выполнены в виде сегментов, из которых можно составить цифры или буквы. Типичным представителем этого семейства может служить восьмисег-ментный индикатор, представленный на рис 2.33а. Он позволяет индицировать все цифры и ограниченное число букв.

Матричный индикатор представляет собой набор элементов в вице то^ек, сгруппированных по строкам и столбцам (рис. 2.336}. С его помощью можно иипицировать цифры, любые буквы, как латинского алфавита, так и кириллицы, а также различные знаки и пиктограммы.

Индикаторы могут быть многоразрядными, имеющими несколько знакомест в одном корпусе {рис. 2.33в). Если индикатор специально предназначен для работы в блоке управления микроволновой печи, он может содержать сгецифичные мнемосхемы, отображающие текущий режим работы.

Рис. 2.33. Восьмисегментный (в), матричный (б) и многоразрядный (в) индикаторы

Существует две основные схемы включения знакосинтезирующих индикаторов: статическая и мультиплексная. При статическом режиме работы все элементы отображения (сегменты, точки и т.д.) имеют отдельные выводы. Управляющие сигналы годаются одновременно на вое элементы, участвующие в отображении информации.

При мультиплексном режиме элементы отображения не имеют независимых выводов. Одноименные элементы всех знакомест {или элементы олной строки я матричном индикаторе) подключаются к отдельной общей шине питания. Напряжение на указанные шины поиаеюя последовательно во времени. В каждый конкретный момент под напряжением находится только одна шина. Знакоместа (столбцы в матричном индикаторе) имеют независимые выводы цепей управления. Если на какое-либо знакоместо подать постоянный управляющий сигнал, то поочередно будут высвечиваться все элементы данного знакоместа. Для того чтобы инфицировался нужный набор сегментов, управляющий сигнал подается тотько в те моменты, когда на соответствующие этим сегментам шины подано напряжение питания. При этом может наблюдаться нето мерцание элементов отображения, поскольку время их включения относительно невелико, по сравнению с периодом между включениями. Чтобы это не раздражено глаза, частота подачи импульсов питания на шины должна быть более 40 Гц. В этом случае человеческий глаз не замечает мерцания, даже если оно имеется. 8 качестве наглядного примера на рис. 2.34 отображен типичный индикатор для микроволновой печи и временные диаграммы сигналов на всех выводах при высвечивании слова End, сигнализирующего об окончании работы.

Достоинством мультиплексного режима является то, что он позволяет значительно сократить число йыводов индикатора. к примеру, для нормальной работы полупроводникового матричного индикатора на рис. 2.336 в статическом режиме требуется 43 вывода, а в мультиплексном — 13.

Рассмотрим более подробно конструкции и основные особенности индикаторов, используемых в микровол!юоых почах.

Вакуумный люминесцентный индикатор (рис. 2.35) представляет собой ламповый триод, заключенный в плоский стеклянный корпус, из того откачан воздух. Аноды выполнены в виде сегментов, покрытых катодопюминофорпм, светящихся под воздействием электронной бомбардировки. В зависимости от состава применяемого люминофора сегменты могут иметь различные цвета свечения. Величина анодного напряжения большинства индикаторов составляет 27–30 В.

Прямонакальный катод выполнен в виде нескольких нитей тонкой вольфрамовой проволоки с оксидным покрытием, закрепленной на растяжках. Обычно питание накала осуществляется переменное напряжением 2.4 В: Срок службы вакуумного люминесцентного индикатора в значительной степени определяется долговечностью оксидного катода. Рабочая темперагура катода, соответствующая номинальному напряжению накала, выбирается так, чтобы обеспечить его максимальную долговечность. Повышенное напряжение накала ускоряет процесс испарения эмис-сионно-активного слоя, а пониженное ослабляет устойчивость катода к воздействию факторов, отравляющих оксидное покрытие. Если напряжение накала отличается от номинального на 10%, то соок службы индикатора сокращается примерно на порядок.

Рис. 2.34– Работа многоразрядного индикатора в мультиплексном режиме

Рис. 2.35– Вакуумный люминесцентный индикатор для микроволновой пени

Сетка выполнена из вольфрама, имеет мелкую структуру и высокую прозрачность для электронов. Для полного снятия свечения анодов-сегментов на сетку необходимо подать запирающее {отрицательное) напряжение от 1.5 до 5 В.

Жидкокристаллические индикаторы являются пассивными. Сами они света не изпучают, поэтому для их работы требуется источник проходящего или отраженного света. Жидкие кристаллы лредсгавмяют собой органические соединения, находящиеся в промежуточном состоянии между твердым (кристаллическим) и изотропно-жидким. Под воздействием электрического поля молекулы жидких кристаллов переориентируются, в результате чего меняется его прозрачность. На рис. 2.36 отображена конструкция жидкокристаллического индикатора, работающего в отраженном сеете. Между двумя прозрачными стеклянными пластинами 1 помещается жидкокристаллическое вещество 2. На внутреннюю поверхность верхней (лицевой) пластины наносятся электроды из прозрачной эле-кгро проводя щей пленки 3 (к примеру, двуокиси олова), выполненные в виде сегментов требуемой формы. Нижний электрод 4 имеет высокий коэффициент отражения и являегся общим дня каждого знакоместа. Расстояние между пластинами составляет 5–20 мкм.

Если на какой-либо сегмент подано напряжение, то интенсивность отраженного света, проходящего сквозь жидкокристаллическое вещество, значительно ослабевает, в результате чего данный сегмент выглядит более темным. При отсутствии напряжения свет практически беспрепятственно отражается от зеркальной поверхности нижней пластины.

Достоинством жидкокристаллических индикаторов является их очень малое энергопотребление, недостатком — низкая контрастность, особенно при слабой освещенности. Указанный недостаток отсутствует в индикаторах, работающих в проходящем свете. Отличие таких индикаторов от рассмотренного состоит в том, что общий электрод также является прозрачным, а за нижней пластиной расположен внутренний источник света. Кроме того, существуют жидкокристаллические индикаторы, в основу работы которых положены другие физические эффекты, позволяющие, в частности, получать цветное изображение. Однако в настоящее время все эти разновидности индикаторов для микроволновых печей можно рассматривать как редкую экзотику.

Рис. 2.36. Принцип действия и устройство жидкокристаллического индикатора

Ресурс жидкокристаллических индикаторов ограничен тем, что со временем ухудшается контраст между активными и пассивными зонами, нарушается ориентация молекул, увеличивается время переключения. Это связано с электрохимическими явлениями на границе жидкий кристалл — подложка. Скорость деградационных процессов связана с наличием постоянной составляющей напряжения возбуждения, которая приводит к электролизу в жидком кристалле и газовыделению. Электроды теряют свою прозрачность, и сегменты становятся видимыми в отсутствие напряжения возбуждения, нарушается герметичность, растет ток потребления.

Полупроводниковые индикаторы представляют собой набор светодиодов, выполненных в форме сегментов, расположенных на общей подложке. Излучение светодиода возникает в области р-n перехода при пропускании через него прямого тока. При этом происходит возбуждение атомов, т.е. накачка электронов на более высокие энергетические уровни. Такое состояние атомов является нестабильным, поэтому они стремятся вернуться в исходное положение. В процессе возврата дополнительная энергия, полученная во время возбуждения, высвобождается в виде фотонов, что приводит к свечению. Излучение светодиодов происходит в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. На полупроводники, излучающие энергию в инфракрасном диапазоне, иногда наносят люминофор, который преобразует невидимое излучение в видимое.

К достоинствам полупроводниковых индикаторов можно отнести низкое напряжение питания, совместимость с микросхемами, высокое быстродействие, механическую прочность, надежность и долговечность. К недостаткам относятся большие токи потребления, высокая стоимость.

Как правило, индикаторы для микроволновых печей ремонту не подлежат. Нет большого криминала в том, чтобы при замене использовать индикатор другого типа, но основанного на том же принципе действия. Однако это потребует нетой переделки печатной платы, поскольку выводы у индикаторов разных типов обычно не совпадают.

Тиристоры и симисторы

Тиристор — это полупроводниковый прибор ключевого типа, проводящий ток в одном направлении. Он имеет три электрода: анод, катод и управляющий электрод. Внешний вид тиристоров и си-мисторов отображен на рис. 2.37.

Анод тиристора электрически соединен с корпусом прибора. Семейство вольт-амперных характеристик тиристора отображено на рис.2.38. Прямые ветви каждой из характеристик имеют три участка. Первый от начала координат до точки А, участок с высоким сопротивлением аналогичен

обратной ветви обычного выпрямительного диода. В этом состоянии тиристор выключен, и ток через него практически не проходит. Второй участок, между точками А и В, соответствует неустойчивому состоянию, когда тиристор даже при незначительном превышении напряжения, называемого напряжением переключения Unep, переходит в состояние с малым сопротивлением (точка В). Этот участок характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением, увеличение тока на нем сопровождается снижением напряжения между катодом и анодом. Участок от точки В и далее характеризуется высокой проводимостью или малым сопротивлением и аналогичен прямой ветви полупроводникового диода.

Рис. 2.37. Внешний вид корпусов для тиристоров и симисторов используемых в микроволновых печах

Рис. 2.38. Вольт-амперные характеристики тиристоров

Если через цепь управления пропустить ток управления 1у, то напряжение переключения уменьшается. Постепенно увеличивая 1у, мы достигнем тока спрямления, при котором участок с отрицательным сопротивлением полностью исчезает.

На практике рабочее напряжение выбирается меньше максимального напряжения переключения, то достигается при 1у=0, поэтому при отсутствии тока управления тиристор находится в закрытом состоянии. В свою очередь, ток управления обычно выбирается больше, чем ток спрямления, соответственно, при наличии тока управления тиристор всегда обладает низким сопротивлением независимо от анодного напряжения.

Примечательной особенностью тиристора является то, что он, переключенный в состояние с высокой проводимостью, будет находиться в этом состоянии сколь угодно долго даже при снятии управляющего сигнала. Это свойство позволяет включать тиристор с помощью коротких импульсов управляющего тока. Для того чтобы выключить тиристор, необходимо путем уменьшения напряжения в анодной цепи, снизить ток до нетого малого значения, имеющего порядок тока спрямления и называемого током удержания. Если тиристор стоит в цепи переменного тока, то его выключение автоматически происходит в момент прохождения напряжения через ноль.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики тиристора при отсутствии управляющего тока аналогична соответствующей характеристике диода. Появление тока управления вызывает незначительное увеличение обратного тока тиристора. В целом можно считать, что при отрицательном напряжении на аноде ток через тиристор не идет независимо от состояния управляющего электрода.

Тиристоры используются, в основном, как электронные ключи и регуляторы мощности. Они способны практически без потерь коммутировать цепи, по которым проходят токи в десятки и даже сотни ампер. Однако тиристоры имеют одно существенное неудобство — они проводят ток только в одну сторону, что ограничивает их использование в цепях переменного тока.

Этот недостаток устранен в симисторах. Свое наименование симистор получил от объединения слов симметричный тиристор. Кое-кто на Западе обзывает симистор триаком. Иногда это слово используется и в нашей технической литературе. Чтобы не возникало путаницы, будем считать, что триак — это псевдоним симистора.

Симистор способен проводить ток в обоих направлениях. Переключение из закрытого состояния в открытое происходит при подаче напряжения на управляющий электрод. Для того чтобы вновь закрыть симистор, необходимо изменить полярность напряжения на основных электродах. В этом нет проблемы, поскольку симистор предназначен для работы в цепях переменного тока, где это автоматически происходит через каждые полпериода.

Конструктивно симисторы изготавливаются в тех же корпусах,что и тиристоры. Поэтому, по аналогии, основные электроды симисторов иногда называют анодом и катодом. На самом деле понятия анод и катод для симистора теряют свой смысл, поскольку его основные электроды равноценны. Существуют специальные названия для основных электродов симистора, используемые в технической литературе — силовой электрод со стороны управляющего электрода, сокращенно СЭУ, и силовой электрод со стороны основания прибора — СЭ. Однако русский язык отвергает такие длинные и мудреные названия, поэтому в обиходе по-прежнему пользуются терминами анод и катод.

Вольт-амперные характеристики симистора отображены на рис. 2.39.

Рис. 2.39. Вольт-амперные характеристики симисторов

В отличие от тиристора, у симистора обратная ветвь характеристики напоминает прямую ветвь. Но именно напоминает, а не является ее зеркальным отражением. Симистор нельзя рассматривать как два встречно включенных тиристора в одном корпусе. В противном случае пришлось бы иметь два независимых управляющих электрода, что заметно усложняет схему управления. Включение симистора в произвольном направлении осуществляется от одного источника сигнала. Причем управляющий сигнал может быть как разнополярным, когда полярность между катодом и управляющим электродом соответствует полярности между катодом и анодом, так и однополяр-ным, когда независимо от полярности напряжения между анодом и катодом на управляющий электрод подается отрицательный относительно катода потенциал. Первый вариант более предпочтителен, с точки зрения параметров симистора, но в ряде случаев проще использовать второй вариант.

Основные отличия между прямыми и обратными ветвями вольт-амперных характеристик симистора состоят в том, что напряжение переключения и ток спрямления для прямой ветви меньше соответствующих параметров обратной ветви. Из этого можно сдепать следующие практические выводы: если напряжение между анодом и катодом больше напряжения переключения прямой ветви и меньше напряжения переключения обратной ветви, то симистор начнет проводить ток в одном направлении, т.е. будет работать как выпрямительный диод. Аналогичная ситуация возникнет, если напряжение на приборе в обоих случаях меньше напряжения переключения, но на управляющем электроде имеется сигнал, позволяющий включить симистор только в прямом направлении. Поскольку параметры полупроводниковых приборов заметно зависят от рабочей температуры, то при выборе симистора необходимо, чтобы рабочее напряжение с запасом отличалось от напряжения переключения. То же самое относится и к току управления: он должен быть заведомо больше тока спрямления.

Рис. 2.40. Схема включения симистора в цепь переменного тока и соответствующие ей осциллограммы токов и напряжений

Типовая схема включения симистора в цепь переменного тока и соответствующие ей осциллограммы токов и напряжений отображены на рис. 2.40. В качестве нагрузки в схеме используется обыкновенная лампа накаливания. Источником анодного напряжения является бытовая электрическая сеть, а на управляющий электрод подаются импульсы отрицательной полярности от специального генератора.

В моменты времени t±nn управляющие импульсы отпирают симистор, его сопротивление резко снижается и через него начинает проходить ток. Напряжение на симисторе в этот момент падает примерно до 1 В. Такое состояние продолжается до тех пор, пока переменный ток, проходящий через симистор, не станет меньше тока удержания. В этот момент симистор запирается и остается в таком положении до прихода следующего управляющего импульса. После этого все повторяется, но с обратной полярностью токов и напряжений. В принципе, управляющий сигнал не обязательно должен быть импульсным. Он может быть и постоянным. В этом случае симистор отпирается, когда анодный ток превышает ток спрямпения. При этом возрастает ток, потребляемый цепью управления, но, как правило, он несопоставим стоком анодной цепи, и этим фактором можно пренебречь.

Достоинство импульсного управления заключается в том, что при этом появляется возможность регулировки выходной мощности. Если задерживать момент подачи управляющих импульсов на нето время относительно начала полупериода, то действующее значение напряжения, прикладываемого к нагрузке, уменьшится (рис. 2.41). Таким образом, изменяя время задержки управляющих импульсов, можно регулировать мощность в нагрузке от максимального значения до нуля.

В микроволновых печах рассмотренный выше принцип фазового управления мощностью, как правило, не применяется. Однако он используется в специальных сетевых адаптерах, позволяющих в сеть напряжением 220 В включать приборы, предназначенные для работы с меньшим напряжением. В частности, во многих странах мира (к примеру, в США), стандартное напряжение бытовой электрической сети составляет