Triacs: Von einfach zu komplex

Im Jahr 1963 erschien eine große Familie von Trinistoren ein weiterer "Verwandter" - Triac. Wie unterscheidet er sich von seinen "Brüdern" - Trinistoren (Thyristoren)? Denken Sie an die Eigenschaften dieser Geräte. Ihre Arbeit wird oft mit der Wirkung einer normalen Tür verglichen: Das Gerät ist verriegelt - es gibt keinen Strom im Stromkreis (die Tür ist geschlossen - es gibt keinen Durchgang), das Gerät ist offen - ein elektrischer Strom erscheint im Stromkreis (die Tür ist geöffnet - eintreten). Aber sie haben einen gemeinsamen Fehler. Thyristoren leiten Strom nur in Vorwärtsrichtung - auf diese Weise öffnet sich eine gewöhnliche Tür leicht "von selbst", aber egal wie sehr Sie sie zu sich ziehen - in die entgegengesetzte Richtung sind alle Bemühungen erfolglos.

Durch Erhöhen der Anzahl der Halbleiterschichten des Thyristors von vier auf fünf und Ausstatten mit einer Steuerelektrode stellten die Wissenschaftler fest, dass ein Gerät mit einer solchen Struktur (später Triac genannt) elektrischen Strom sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung leiten kann.

Schauen Sie sich Abbildung 1 an, die die Struktur der Halbleiterschichten des Triacs zeigt. Äußerlich ähneln sie der Transistorstruktur p-n-r Typ, unterscheiden sich aber darin, dass sie drei zusätzliche Bereiche mit haben nLeitfähigkeit. Und hier ist das Interessante: Es stellt sich heraus, dass zwei von ihnen, die sich an der Kathode und der Anode befinden, die Funktionen nur einer Halbleiterschicht erfüllen - der vierten. Fünfte bildet einen Bereich mit n-Leitfähigkeit in der Nähe der Steuerelektrode.

Es ist klar, dass der Betrieb einer solchen Vorrichtung auf komplexeren physikalischen Prozessen basiert als andere Arten von Thyristoren. Um das Prinzip der Triac-Operation besser zu verstehen, verwenden wir das analoge Thyristor. Warum genau Thyristor? Tatsache ist, dass die Trennung der vierten Halbleiterschicht des Triacs nicht zufällig ist. Aufgrund dieser Struktur erfüllen Anode und Kathode in Vorwärtsrichtung des durch die Vorrichtung fließenden Stroms ihre Hauptfunktionen, und wenn sie umgekehrt sind, scheinen sie die Orte zu tauschen - die Anode wird zur Kathode, und die Kathode wird im Gegensatz dazu zur Anode, dh ein Triac kann als zwei gegenparallele betrachtet werden Thyristor eingeschaltet (Abb. 2).

Trinistor analoger Triac

Stellen Sie sich vor, ein Triggersignal wird an die Steuerelektrode angelegt. Wenn die Spannung an der Anode der Vorrichtung eine positive Polarität und an der Kathode eine negative Polarität aufweist, fließt ein elektrischer Strom durch den linken Trinistor. Wenn die Polarität der Spannung an den Leistungselektroden umgekehrt wird, schaltet sich der rechte Trinistor ein. Die fünfte Halbleiterschicht sendet wie ein Verkehrsregler, der die Bewegung von Autos an einer Kreuzung steuert, abhängig von der Stromphase ein Triggersignal an einen der Trinistoren. Wenn kein Triggersignal vorhanden ist, ist der Triac geschlossen.

Im Großen und Ganzen kann seine Wirkung beispielsweise mit einer Drehtür an einer U-Bahn-Station verglichen werden - in welche Richtung Sie sie drücken, wird sie sich mit Sicherheit öffnen. In der Tat legen wir die Entriegelungsspannung an die Steuerelektrode des Triac an - „drücken“ Sie sie, und die Elektronen fließen wie Passagiere, die zum Ein- oder Aussteigen eilen, in der durch die Polarität von Anode und Kathode vorgegebenen Richtung durch das Gerät.

Diese Schlussfolgerung wird durch die Strom-Spannungs-Kennlinie des Geräts bestätigt (Abb. 3). Es besteht aus zwei identischen Kurven, die um 180 ° relativ zueinander gedreht sind. Ihre Form entspricht der Strom-Spannungs-Charakteristik des Dynistors, und die Bereiche des nichtleitenden Zustands können wie die des Trinistors leicht überwunden werden, wenn eine Triggerspannung an die Steuerelektrode angelegt wird (sich ändernde Abschnitte der Kurven sind durch gestrichelte Linien dargestellt).

Aufgrund der Symmetrie der Strom-Spannungs-Kennlinie wurde das neue Halbleiterbauelement als symmetrischer Thyristor (kurz Triac) bezeichnet. Es wird manchmal Triac genannt (ein Begriff, der aus dem Englischen stammt).

Der Triac hat von seinem Vorgänger, dem Thyristor, alle seine besten Eigenschaften geerbt. Der wichtigste Vorteil der Neuheit ist jedoch, dass sich sofort zwei Halbleiterbauelemente in ihrem Gehäuse befinden. Überzeugen Sie sich selbst. Zur Steuerung des Gleichstromkreises wird ein Thyristor benötigt, für den Wechselstromkreis der Geräte müssen zwei vorhanden sein (parallel eingeschaltet). Und wenn wir berücksichtigen, dass jeder von ihnen eine separate Entriegelungsspannungsquelle benötigt, die das Gerät außerdem genau zum Zeitpunkt der Änderung der Stromphase einschalten muss, wird klar, wie schwierig eine solche Steuereinheit sein wird. Für den Triac spielt die Art des Stroms keine Rolle. Nur ein solches Gerät mit einer Entriegelungsspannungsquelle reicht aus, und ein universelles Steuergerät ist bereit. Es kann in einem Stromkreis mit Gleich- oder Wechselstrom verwendet werden.

Die enge Beziehung zwischen dem Thyristor und dem Triac führte dazu, dass diese Geräte viel gemeinsam hatten. Die elektrischen Eigenschaften des Triacs sind also durch dieselben Parameter wie der Thyristor gekennzeichnet. Auf die gleiche Weise sind sie auch gekennzeichnet - durch die Buchstaben KU, eine dreistellige Zahl und den Buchstabenindex am Ende der Bezeichnung. Manchmal werden Triacs etwas anders bezeichnet - mit den Buchstaben TC, was bedeutet, dass "Thyristor symmetrisch ist".

Die herkömmliche grafische Bezeichnung von Triacs in Schaltplänen ist in Abbildung 4 dargestellt.

Für eine praktische Bekanntschaft mit Triacs werden wir Geräte der KU208-Serie auswählen - triodensymmetrische Thyristoren vom Typ p-p-p-p. Die Gerätetypen sind in ihrer Bezeichnung durch die Buchstabenindizes A, B, C oder G gekennzeichnet. Die konstante Spannung, der der Triac mit dem Index A im geschlossenen Zustand standhalten kann, beträgt 100 V, B - 200 V, V - 300 V und G - 400 V. Die übrigen Parameter dieser Geräte sind identisch: Der maximale Gleichstrom im offenen Zustand beträgt 5 A, der Impulsstrom beträgt 10 A, der Leckstrom im geschlossenen Zustand beträgt 5 mA, die Spannung zwischen der Kathode und der Anode im leitenden Zustand beträgt -2 V, der Wert der Entriegelungsspannung an der Steuerelektrode 5 V bei 160 mA, vom Gehäuse abgeleitet Das Instrument des Einschalten 10 W, die maximale Betriebsfrequenz - 400 Hz.

Und jetzt wenden wir uns elektrischen Beleuchtungsgeräten zu. Es gibt nichts Einfacheres, um die Arbeit eines von ihnen zu verwalten. Ich drückte zum Beispiel die Schaltertaste - und im Raum leuchtete ein Kronleuchter auf, drückte erneut - ging aus. Manchmal wird dieser Vorteil jedoch unerwartet zu einem Nachteil, insbesondere wenn Sie Ihr Zimmer gemütlich machen, ein Gefühl von Komfort schaffen möchten und es daher so wichtig ist, die richtige Beleuchtung zu wählen. Nun, wenn sich das Leuchten der Lampen sanft änderte ...

Es stellt sich heraus, dass nichts unmöglich ist. Anstelle eines herkömmlichen Schalters muss nur ein elektronisches Gerät angeschlossen werden, das die Helligkeit der Lampe steuert. Die Funktionen der Steuerung, "Kommandant" der Lampen, in einer solchen Vorrichtung führen einen Halbleitertriac aus.

Sie können ein einfaches Steuergerät bauen, mit dem Sie die Helligkeit des Glühens einer Tischlampe oder eines Kronleuchters steuern, die Temperatur einer Heizplatte oder einer Spitze eines Lötkolbens mithilfe der in Abbildung 5 gezeigten Schaltung ändern können.

Abb. 5. Schematische Darstellung des Reglers

Der Transformator T1 wandelt die Netzspannung von 220 V in 12 - 25 V um. Er wird durch den Diodenblock VD1-VD4 gleichgerichtet und der Steuerelektrode des Triac VS1 zugeführt. Der Widerstand R1 begrenzt den Strom der Steuerelektrode und die Größe der Steuerspannung wird durch einen variablen Widerstand R2 gesteuert.

Abb. 6. Zeitdiagramme der Spannung: a - im Netzwerk; b - an der Steuerelektrode des Triacs, c - an der Last.

Um das Verständnis der Funktionsweise des Geräts zu erleichtern, erstellen wir drei Zeitdiagramme der Spannungen: Netz, an der Steuerelektrode des Triac und an der Last (Abb. 6). Nachdem das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wurde, wird an seinen Eingang eine Wechselspannung von 220 V angelegt (Abb. 6a). Gleichzeitig wird an die Steuerelektrode des Triac VS1 eine negative sinusförmige Spannung angelegt (Abb. 66). In dem Moment, in dem sein Wert die Schaltspannung überschreitet, öffnet das Gerät und der Netzstrom fließt durch die Last.Nachdem der Wert der Steuerspannung unter den Schwellenwert gefallen ist, bleibt der Triac offen, da der Laststrom den Haltestrom des Geräts überschreitet. In dem Moment, in dem die Spannung am Eingang des Reglers ihre Polarität ändert, schließt der Triac. Der Vorgang wird dann wiederholt. Somit hat die Spannung an der Last eine Sägezahnform (Fig. 6c).

Je größer die Amplitude der Steuerspannung ist, desto früher schaltet sich der Triac ein und desto länger ist der Stromimpuls in der Last. Umgekehrt ist die Dauer dieses Impulses umso kürzer, je kleiner die Amplitude des Steuersignals ist. In der äußersten linken Position des variablen Motorwiderstands R2 gemäß dem Diagramm absorbiert die Last die vollen "Teile" der Leistung. Wenn der R2-Regler in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, liegt die Amplitude des Steuersignals unter dem Schwellenwert, der Triac bleibt im geschlossenen Zustand und der Strom fließt nicht durch die Last.

Es ist leicht zu erraten, dass unser Gerät den von der Last verbrauchten Strom reguliert und sich dadurch ändert Lampenhelligkeit oder Temperatur des Heizelements.

Sie können die folgenden Elemente auf Ihr Gerät anwenden. Triac KU208 mit dem Buchstaben B oder G. Diodenblock KTs405 oder KTs407 mit einem beliebigen Buchstabenindex, vier sind ebenfalls geeignet Halbleiterdiode Serie D226, D237. Permanenter Widerstand - MLT-0,25, variabel - SPO-2 oder eine andere Leistung von mindestens 1 W. ХР1 - Standardnetzwerkstecker, XS1 - Buchse. Der T1-Transformator ist für eine Sekundärwicklungsspannung von 12-25 V ausgelegt.

Wenn es keinen geeigneten Transformator gibt, machen Sie es selbst. Der Kern besteht aus 16 Platten, die eingestellte Dicke beträgt 20 mm, die Wicklung I enthält 3300 Windungen PEL-1 0,1-Draht und die Wicklung II enthält 300 Windungen PEL-1 0,3.

Kippschalter - Jede Netzwerksicherung muss für den maximalen Laststrom ausgelegt sein.

Der Regler ist in einem Kunststoffgehäuse montiert. Ein Kippschalter, ein variabler Widerstand, ein Sicherungshalter und eine Buchse sind auf der Oberseite montiert. Ein Transformator, ein Diodenblock und ein Triac sind am Boden des Gehäuses installiert. Der Triac muss mit einem Wärmeableitungsstrahler mit einer Dicke von 1 - 2 mm und einer Fläche von mindestens 14 cm2 ausgestattet sein. Bohren Sie ein Loch für das Netzkabel in eine der Seitenwände des Gehäuses.

Das Gerät muss nicht angepasst werden und funktioniert bei ordnungsgemäßer Installation und zu wartenden Teilen sofort nach dem Anschließen an das Netzwerk.

VERGESSEN SIE MIT DEM REGLER NICHT DIE SICHERHEITSHINWEISE. Sie können das Gehäuse nur öffnen, indem Sie das Gerät vom Netzwerk trennen!

V. Yantsev.