Triacs: Από απλό σε σύνθετο

Το 1963, μια μεγάλη οικογένεια Trinistors εμφανίστηκε ένας άλλος "συγγενής" - τριακ. Πώς διαφέρει από τους «αδελφούς» του - οι τρινιστές (θυρίστορες); Θυμηθείτε τις ιδιότητες αυτών των συσκευών. Η εργασία τους συγκρίνεται συχνά με τη δράση μιας συνηθισμένης πόρτας: η συσκευή είναι κλειδωμένη - δεν υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα (η πόρτα είναι κλειστή - δεν υπάρχει διέλευση), η συσκευή είναι ανοιχτή - ένα ηλεκτρικό ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα (η πόρτα ανοίγει - εισέρχεται). Αλλά έχουν ένα κοινό ελάττωμα. Οι τυρτιστές περνούν ρεύμα μόνο προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός - με αυτόν τον τρόπο μια απλή πόρτα ανοίγει εύκολα "από τον εαυτό της", αλλά ανεξάρτητα από το πόσο το τραβάτε προς το μέρος σας - προς την αντίθετη κατεύθυνση, όλες οι προσπάθειες θα είναι άχρηστες.

Με την αύξηση του αριθμού των ημιαγώγιμων στρωμάτων του θυρίστορ από τέσσερα σε πέντε και τον εξοπλισμό του με ένα ηλεκτρόδιο ελέγχου, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι μια συσκευή με μια τέτοια δομή (που αργότερα ονομάζεται triac) είναι ικανή να μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω.

Δείτε το σχήμα 1, που απεικονίζει τη δομή των στρωμάτων ημιαγωγού του τριακ. Εξωτερικά, μοιάζουν με τη δομή τρανζίστορ p-n-r τύπου, αλλά διαφέρουν από το ότι έχουν τρεις επιπλέον περιοχές με nαγωγιμότητα. Και εδώ είναι αυτό που είναι ενδιαφέρον: αποδεικνύεται ότι δύο από αυτούς, που βρίσκονται στην κάθοδο και την άνοδο, εκτελούν τις λειτουργίες μόνο ενός στρώματος ημιαγωγών - το τέταρτο. Πέμπτη σχηματίζει μια περιοχή με n-αγωγιμότητα που βρίσκεται κοντά στο ηλεκτρόδιο ελέγχου.

Είναι σαφές ότι η λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής βασίζεται σε πιο πολύπλοκες φυσικές διεργασίες σε σχέση με άλλους τύπους θυρίστορ. Για να κατανοήσουμε καλύτερα την αρχή της λειτουργίας τριακ, θα χρησιμοποιήσουμε το αναλογικó θυρίστορ. Γιατί ακριβώς θυρίστορ; Το γεγονός είναι ότι ο διαχωρισμός του τέταρτου ημιαγώγιμου στρώματος του τριακ δεν είναι τυχαίο. Λόγω αυτής της δομής, στην αντίθετη κατεύθυνση του ρεύματος που ρέει μέσω της συσκευής, η άνοδος και η κάθοδος εκτελούν τις κύριες λειτουργίες τους και, αν αντιστραφούν, φαίνονται να ανταλλάσσουν θέσεις - η άνοδος γίνεται κάθοδος και η κάθοδος, αντίθετα, γίνεται άνοδος, δηλ. θυρίστορ (Εικόνα 2).

Αναλογική τριάδα Trinistor

Φανταστείτε ότι ένα σήμα ενεργοποίησης εφαρμόζεται στο ηλεκτρόδιο ελέγχου. Όταν η τάση στην άνοδο της συσκευής είναι θετική πολικότητα και αρνητική στην κάθοδο, ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα ρέει μέσω του αριστερού τρισίστορ. Εάν αντιστραφεί η πολικότητα της τάσης κατά μήκος των ηλεκτροδίων ισχύος, ενεργοποιείται το δεξί trinistor. Το πέμπτο στρώμα ημιαγωγού, όπως και ο ελεγκτής κυκλοφορίας στη διασταύρωση, κατευθύνει το σήμα ξεκλειδώματος, ανάλογα με τη φάση του ρεύματος, σε έναν από τους τρινιστές. Εάν δεν υπάρχει σήμα σκανδαλισμού, το τριακ είναι κλειστό.

Σε γενικές γραμμές, η δράση του μπορεί να συγκριθεί, για παράδειγμα, με περιστρεφόμενη πόρτα σε σταθμό μετρό - σε ποια κατεύθυνση τον πιέζετε, σίγουρα θα ανοίξει. Πράγματι, εφαρμόζουμε την τάση ξεκλειδώματος στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του triac - "πιέζουμε" αυτό και τα ηλεκτρόνια, όπως οι επιβάτες που βιάζονται να επιβιβαστούν ή εξέρχονται, θα ρέουν μέσω της συσκευής προς την κατεύθυνση που υπαγορεύεται από την πολικότητα της ανόδου και της καθόδου.

Αυτό το συμπέρασμα επιβεβαιώνεται από το χαρακτηριστικό της τάσης ρεύματος της συσκευής (σχήμα 3). Αποτελείται από δύο πανομοιότυπες καμπύλες που περιστρέφονται κατά 180 ° μεταξύ τους. Το σχήμα τους αντιστοιχεί στο χαρακτηριστικό ρεύματος τάσης του δυνασίστρου και οι περιοχές της μη-αγώγιμης κατάστασης, όπως αυτή του τρινίστορ, μπορούν εύκολα να ξεπεραστούν αν εφαρμοστεί τάση σκανδάλης στο ηλεκτρόδιο ελέγχου (οι μεταβαλλόμενες διατομές των καμπυλών φαίνονται με διακεκομμένες γραμμές).

Λόγω της συμμετρίας του χαρακτηριστικού ρεύματος τάσης, η νέα συσκευή ημιαγωγών ονομάστηκε συμμετρικό θυρίστορ (εν συντομία - ένα τριακ). Ονομάζεται μερικές φορές ένα τριακ (ένας όρος που προέρχεται από τα αγγλικά).

Το triac έχει κληρονομήσει από τον προκάτοχό του, τον θυρίστορ, όλες τις καλύτερες ιδιότητες του. Αλλά το πιο σημαντικό πλεονέκτημα της καινοτομίας είναι ότι δύο συσκευές ημιαγωγών βρίσκονται αμέσως στην περίπτωσή της. Δικαστής για τον εαυτό σας. Για τον έλεγχο του κυκλώματος συνεχούς ρεύματος απαιτείται ένα θυρίστορ, διότι το κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος των συσκευών πρέπει να είναι δύο (ενεργοποιείται παράλληλα). Και αν λάβουμε υπόψη ότι κάθε ένας από αυτούς χρειάζεται ξεχωριστή πηγή τάσης ξεκλειδώματος, η οποία θα πρέπει επίσης να ενεργοποιήσει τη συσκευή ακριβώς τη στιγμή της αλλαγής της φάσης του ρεύματος, γίνεται σαφές πόσο δύσκολη είναι μια τέτοια μονάδα ελέγχου. Για το triac, το είδος του ρεύματος δεν έχει σημασία. Μόνο μία τέτοια συσκευή με πηγή τάσης ξεκλειδώματος είναι αρκετή και μια γενική συσκευή ελέγχου είναι έτοιμη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κύκλωμα ισχύος DC ή AC.

Η στενή σχέση μεταξύ του θυρίστορ και του τριακς οδήγησε στο γεγονός ότι αυτές οι συσκευές είχαν πολλά κοινά. Έτσι οι ηλεκτρικές ιδιότητες του τριακ χαρακτηρίζονται από τις ίδιες παραμέτρους όπως ο θυρίστορας. Επίσης, σημειώνονται με τον ίδιο τρόπο - με τα γράμματα KU, έναν τριψήφιο αριθμό και τον ευρετήριο επιστολών στο τέλος της ονομασίας. Μερικές φορές, τα τριακάκια ορίζονται κάπως διαφορετικά - με τα γράμματα TC, πράγμα που σημαίνει ότι ο "θυρίστορας είναι συμμετρικός".

Η συμβατική γραφική παράσταση των τριακίδων σε διαγράμματα κυκλωμάτων παρουσιάζεται στο σχήμα 4.

Για μια πρακτική γνωριμία με τα triacs, θα επιλέξουμε συσκευές της σειράς KU208 - τρισδιάστατα συμμετρικά θυροσκόπια τύπου p-p-p-p. Οι τύποι συσκευών υποδεικνύονται από τους δείκτες γραμμάτων με τον χαρακτηρισμό τους - A, B, C ή G. Η σταθερή τάση που μπορεί να αντέξει το triac με το δείκτη A όταν είναι κλειστό είναι 100 V, B - 200 V, V - 300 V και G - 400 V. Οι υπόλοιπες παράμετροι αυτών των συσκευών είναι ίδιες: το μέγιστο συνεχές ρεύμα στην ανοιχτή κατάσταση είναι 5Α, το ρεύμα παλμού είναι 10Α, το ρεύμα διαρροής στην κλειστή κατάσταση είναι 5mA, η τάση ανάμεσα στην κάθοδο και την άνοδο στην κατάσταση αγωγιμότητας είναι -2V, η τιμή της τάσης ξεκλειδώματος στο ηλεκτρόδιο ελέγχου 5 V στα 160 mA, που διαχέονται από το περίβλημα Το όργανο εξουσία- 10 W, η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας - 400 Hz.

Και τώρα ας γυρίσουμε σε ηλεκτρικές συσκευές φωτισμού. Δεν υπάρχει τίποτα ευκολότερο να διαχειριστεί το έργο κανενός από αυτούς. Πατήθηκα, για παράδειγμα, το πλήκτρο διακόπτη - και στο δωμάτιο ένας πολυέλαιος ανάβει, πιέζεται και πάλι - βγήκε έξω. Μερικές φορές, ωστόσο, αυτό το πλεονέκτημα απροσδόκητα μετατρέπεται σε μειονέκτημα, ειδικά αν θέλετε να κάνετε το δωμάτιό σας άνετο, δημιουργήστε μια αίσθηση άνεσης και γι 'αυτό είναι τόσο σημαντικό να επιλέξετε το σωστό φωτισμό. Τώρα, αν η λάμψη των λαμπτήρων αλλάξει ομαλά ...

Αποδεικνύεται ότι δεν υπάρχει τίποτα αδύνατο. Είναι απαραίτητο αντί για ένα συμβατικό διακόπτη να συνδέσετε μια ηλεκτρονική συσκευή που ελέγχει τη φωτεινότητα της λάμπας. Οι λειτουργίες του ελεγκτή, "commander" των λαμπτήρων, σε μια τέτοια συσκευή εκτελεί ένα ημιαγωγό triac.

Μπορείτε να δημιουργήσετε μια απλή συσκευή ελέγχου που θα σας βοηθήσει να ελέγξετε τη φωτεινότητα της λάμψης μιας επιτραπέζιας λυχνίας ή ενός πολυελαίου, να αλλάξετε τη θερμοκρασία μιας θερμής πλάκας ή μιας άκρης ενός συγκολλητικού σιδήρου χρησιμοποιώντας το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 5.

Το Σχ. 5. Σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή

Ο μετασχηματιστής Τ1 μετατρέπει την τάση δικτύου 220 V σε 12 - 25 V. Διορθώνεται από το μπλοκ διόδου VD1-VD4 και τροφοδοτείται στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του triac VS1. Η αντίσταση R1 περιορίζει το ρεύμα του ηλεκτροδίου ελέγχου και το μέγεθος της τάσης ελέγχου ελέγχεται από μια μεταβλητή αντίσταση R2.

Το Σχ. 6. Διαγράμματα χρονισμού τάσης: α - στο δίκτυο. b - στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του triac, c - στο φορτίο.

Για να γίνει ευκολότερη η κατανόηση της λειτουργίας της συσκευής, κατασκευάζουμε τρία χρονικά διαγράμματα τάσεων: το δίκτυο, στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του triac και στο φορτίο (Εικ. 6). Αφού συνδεθεί η συσκευή στο δίκτυο, στην είσοδο της τροφοδοτείται μια εναλλασσόμενη τάση 220 V (εικόνα 6α). Ταυτόχρονα, εφαρμόζεται αρνητική ημιτονοειδής τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του τριακ VS1 (Εικ. 66). Τη στιγμή που η τιμή υπερβαίνει την τάση μεταγωγής, η συσκευή θα ανοίξει και το ρεύμα του ρεύματος θα ρέει μέσα από το φορτίο.Αφού η τιμή της τάσης ελέγχου γίνει χαμηλότερη από το κατώφλι, ο τριάκτης παραμένει ανοιχτός λόγω του γεγονότος ότι το ρεύμα φορτίου υπερβαίνει το ρεύμα συγκράτησης της συσκευής. Τη στιγμή που η τάση στην είσοδο του ρυθμιστή αλλάζει την πολικότητα του, κλείνει το τριακ. Στη συνέχεια η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Έτσι, η τάση στο φορτίο θα έχει ένα σχήμα πριονωτού δοντιού (Σχήμα 6c)

Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος της τάσης ελέγχου, τόσο νωρίτερα θα ενεργοποιηθεί το triac και επομένως, όσο μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ο παλμός θα βρίσκεται στο φορτίο. Αντίθετα, όσο μικρότερο είναι το πλάτος του σήματος ελέγχου, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια αυτού του παλμού. Στην άκρα αριστερή θέση της μεταβλητής αντιστάσεως R2 του κινητήρα σύμφωνα με το διάγραμμα, το φορτίο θα απορροφήσει τα πλήρη "τμήματα" ισχύος. Εάν ο ρυθμιστής R2 γυρίζει προς την αντίθετη κατεύθυνση, το πλάτος του σήματος ελέγχου είναι κάτω από την τιμή κατωφλίου, το triac θα παραμείνει στην κλειστή κατάσταση και το ρεύμα δεν θα ρέει μέσα από το φορτίο.

Είναι εύκολο να υποθέσουμε ότι η συσκευή μας ρυθμίζει την ισχύ που καταναλώνεται από το φορτίο, αλλάζοντας έτσι φωτεινότητα της λυχνίας ή τη θερμοκρασία του θερμαντικού στοιχείου.

Μπορείτε να εφαρμόσετε τα ακόλουθα στοιχεία στη συσκευή σας. Triac KU208 με το γράμμα B ή G. Το μπλοκ διόδου KTs405 ή KTs407 με οποιονδήποτε ευρετήριο γραμμάτων, τέσσερα είναι επίσης κατάλληλα ημιαγωγού διόδου σειρά D226, D237. Μόνιμη αντίσταση - MLT-0.25, μεταβλητή - SPO-2 ή οποιαδήποτε άλλη ισχύς τουλάχιστον 1 W. ΧΡ1 - τυπικό βύσμα δικτύου, υποδοχή XS1. Ο μετασχηματιστής T1 έχει σχεδιαστεί για τάση δευτερεύουσας περιέλιξης 12-25 V.

Εάν δεν υπάρχει κατάλληλος μετασχηματιστής, το κάνετε μόνοι σας. Ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από πλάκες Ε16, το πάχος του σετ είναι 20 mm, η περιέλιξη Ι περιέχει 3300 σπείρες σύρματος PEL-1 0.1 και το τύλιγμα II περιέχει 300 στροφές του PEL-1 0.3.

Ο διακόπτης εναλλαγής - οποιαδήποτε ασφάλεια δικτύου, πρέπει να σχεδιαστεί για το μέγιστο ρεύμα φορτίου.

Ο ρυθμιστής συναρμολογείται σε πλαστική θήκη. Ένας διακόπτης εναλλαγής, ένας μεταβλητός αντιστάτης, ένας συγκρατητήρας ασφαλειών και μία υποδοχή είναι τοποθετημένοι στην επάνω πλάκα. Ένας μετασχηματιστής, ένα μπλοκ δίοδος και ένα τριακ είναι εγκατεστημένοι στο κάτω μέρος της θήκης. Το τριακ πρέπει να είναι εφοδιασμένο με ένα θερμαντικό σώμα που απορροφά θερμότητα με πάχος 1 - 2 mm και επιφάνεια τουλάχιστον 14 cm2. Τρυπήστε μια τρύπα για το καλώδιο τροφοδοσίας σε ένα από τα πλευρικά τοιχώματα του πλαισίου.

Η συσκευή δεν χρειάζεται να ρυθμιστεί και με τα κατάλληλα εξαρτήματα εγκατάστασης και επισκευής, θα αρχίσει να λειτουργεί αμέσως μόλις συνδεθεί στο δίκτυο.

ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΤΟΝ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟ, ΜΗΝ ΑΠΑΓΟΡΕΥΕΤΕ ΓΙΑ ΤΙΣ ΠΡΟΦΥΛΑΞΕΙΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ. ΜΠΟΡΕΙΤΕ ΝΑ ΑΝΟΙΞΕΤΕ ΤΗΝ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΜΟΝΟ ΔΙΑΚΟΠΟΝΤΑΣ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ!

V. Yantsev.