Triakit: Yksinkertaisesta monimutkaiseen

Vuonna 1963 suuri trinistoreiden perhe näytti toisen "sukulaisen" - triac. Kuinka hän eroaa "veljistään" - trinistoreista (tiristoreista)? Muista näiden laitteiden ominaisuudet. Heidän työtä verrataan usein tavallisen oven toimintaan: laite on lukittu - piirissä ei ole virtaa (ovi on suljettu - kanavaa ei ole), laite on auki - virta ilmestyy piiriin (ovi aukesi - anna sisään). Mutta heillä on yhteinen virhe. Tiristorit kulkevat virtaa vain eteenpäin - tällä tavalla tavallinen ovi aukeaa helposti "itsestään", mutta riippumatta siitä kuinka paljon vedät sitä itseäsi kohti - vastakkaiseen suuntaan kaikki ponnistelut ovat turhia.

Nostamalla tiristorin puolijohdekerrosten lukumäärän neljästä viiteen ja varustamalla se ohjauselektrodilla, tutkijat havaitsivat, että tällaisen rakenteen omaava laite (jota myöhemmin kutsutaan triaciksi) kykenee siirtämään sähkövirran sekä eteen- että taaksepäin.

Katso kuvaa 1, joka kuvaa triacin puolijohdekerrosten rakennetta. Ulkopuolella ne muistuttavat transistorin rakennetta p-n-r tyyppi, mutta eroavat siinä, että niillä on kolme lisäaluetta njohtavuus. Ja tässä on mielenkiintoista: osoittautuu, että kaksi heistä, jotka sijaitsevat katodilla ja anodilla, suorittavat vain yhden puolijohdekerroksen - neljännen - toiminnot. Viides muodostaa alueen n-johtavuus lähellä ohjauselektrodia.

On selvää, että tällaisen laitteen toiminta perustuu monimutkaisempiin fysikaalisiin prosesseihin kuin muun tyyppiset tyristorit. Triac-operaation periaatteen ymmärtämiseksi paremmin käytämme sen tyristori-analogia. Miksi juuri tyristori? Tosiasia on, että triacin neljännen puolijohdekerroksen erottaminen ei ole sattumaa. Tämän rakenteen vuoksi laitteen läpi virtaavan virran eteenpäin suuntaan anodi ja katodi suorittavat päätoimintonsa, ja jos ne käännetään, ne näyttävät vaihtavan paikkoja - anodista tulee katodi, ja katodista, päinvastoin, tulee anodi, ts. Triakkia voidaan pitää kahdessa vasta-suuntaisesti. tyristori kytketty päälle (kuva 2).

Trinistorin analoginen triac

Kuvittele, että laukaisusignaali syötetään ohjauselektrodiin. Kun laitteen anodin jännite on positiivinen napaisuus ja negatiivinen katodilla, sähkövirta virtaa vasemman trinistorin läpi. Jos tehoelektrodien jännitteen polaarisuus muuttuu, oikea trinistori kytkeytyy päälle. Viides puolijohdekerros, kuten liikenteenohjaaja, joka ohjaa autojen liikkumista risteyksessä, lähettää liipaisusignaalin virran vaiheesta riippuen yhdelle trinistereistä. Liipaisusignaalin puuttuessa triakki suljetaan.

Kaiken kaikkiaan sen toimintaa voidaan verrata esimerkiksi metroaseman pyöröoviin - mihin suuntaan työnnät, se aukeaa varmasti. Itse asiassa, me sovellamme lukituksen jännitettä triacin ohjauselektrodiin - “työnnä” sitä, ja elektronit, kuten matkustajat, jotka kiirehtivät noustaan ​​sisään tai poistua, virtaavat laitteen läpi suunnassa, jonka anodin ja katodin napaisuus määrää.

Tämän johtopäätöksen vahvistaa laitteen virta-jänniteominaisuudet (kuva 3). Se koostuu kahdesta identtisestä käyrästä, jotka ovat kiertyneet 180 ° toisiinsa nähden. Niiden muoto vastaa dynistorin virta-jänniteominaisuuksia, ja johtamattoman tilan alueet, kuten trinistorin, voidaan helposti ylittää, jos laukaisujännite kohdistetaan säätöelektrodiin (käyrien muuttuvat osat on esitetty katkoviivoilla).

Virta-jänniteominaisuuksien symmetrian takia uutta puolijohdelaitetta kutsuttiin symmetriseksi tiristoriksi (lyhyesti sanottuna - triaciksi). Sitä kutsutaan joskus triaciksi (termi, joka tulee englannista).

Triac on perinyt edeltäjältään tyristorilta kaikki parhaat ominaisuudet. Mutta uutuuden tärkein etu on, että kaksi puolijohdelaitetta sijaitsevat kotelossaan kerralla. Arvioi itse. Tasavirtapiirin ohjaamiseksi tarvitaan yksi tyristori, laitteiden vaihtovirtapiirissä on oltava kaksi (kytketty päälle rinnakkain). Ja jos otamme huomioon, että jokainen niistä tarvitsee erillisen vapautusjännitteen lähteen, jonka lisäksi laitteen on kytkettävä päälle juuri virran vaiheen vaihtamishetkellä, tulee selväksi, kuinka vaikea tällainen ohjausyksikkö tulee olemaan. Triacille sellaisella virralla ei ole merkitystä. Vain yksi tällainen laite, jolla on vapautusjännitteen lähde, riittää, ja yleinen ohjauslaite on valmis. Sitä voidaan käyttää tasa- tai vaihtovirtapiirissä.

Tiristorin ja triacin läheinen suhde johti siihen, että näillä laitteilla oli paljon yhteistä. Joten triacin sähköisille ominaisuuksille on ominaista samat parametrit kuin tyristorille. Ne on myös merkitty samalla tavalla - kirjaimilla KU, kolminumeroisella numerolla ja merkinnän lopussa olevalla kirjainhakemistolla. Joskus triakkeja nimitetään jonkin verran eri tavoin - kirjaimilla TC, mikä tarkoittaa "tyristori on symmetrinen".

Triakkien tavanomainen graafinen kuvaus piirikaavioissa on esitetty kuvassa 4.

Käytännöllistä tutustumista varten triasseihin valitsemme KU208-sarjan laitteet - p-p-p-p-tyyppiset triodesymmetriset tyristorit. Laitetyypit on merkitty kirjaindekseillä nimityksissään - A, B, C tai G. Vakiojännite, jonka indeksi A: n mukainen triac kestää suljettuna, on 100 V, B - 200 V, V - 300 V ja G - 400 V. Näiden laitteiden jäljellä olevat parametrit ovat identtisiä: suurin suoravirta avoimessa tilassa on 5 A, pulssivirta on 10 A, vuotovirta suljetussa tilassa on 5 mA, katodin ja anodin välinen jännite johtavassa tilassa on -2 V, lukitusjännitteen arvo ohjauselektrodilla 5 V 160 mA: n lämpötilassa, kotelon hajottamana Instrumentin virran kytkemisen 10 W, suurin sallittu käyttöpaine taajuus - 400 Hz.

Ja siirrytään nyt sähkövalaisimiin. Niiden työtä ei ole helppoa hallita. Painoin esimerkiksi kytkinnäppäintä - ja huoneessa kattokruunu syttyi, painin uudelleen -, menin ulos. Joskus tämä etu muuttuu kuitenkin yllättäen haitoksi, varsinkin jos haluat tehdä huoneestasi viihtyisän, luoda mukavuuden tunteen, ja tätä varten on niin tärkeää valita oikea valaistus. Nyt, jos lamppujen hehku muuttui sujuvasti ...

Osoittautuu, ettei ole mitään mahdotonta. Tavanomaisen kytkimen sijaan tarvitaan vain kytkeä elektroninen laite, joka säätelee lampun kirkkautta. Ohjaimen, lamppujen "komentajan" toiminnot tällaisessa laitteessa suorittavat puolijohdetriacin.

Voit rakentaa yksinkertaisen ohjauslaitteen, joka auttaa hallitsemaan pöytävalaisimen tai kattokruunun hehkua, muuttamaan keittolevyn tai juotosrauhan kärjen lämpötilaa kuvan 5 osoittamalla piirillä.

Kuva 5. Säätimen kaavio

Muuntaja T1 muuntaa verkkojännitteen 220 V arvoon 12 - 25 V. Se tasasuunkaistaan ​​diodilohkoilla VD1-VD4 ja syötetään triac VS1: n ohjauselektrodiin. Vastus R1 rajoittaa ohjauselektrodin virtaa, ja ohjausjännitteen suuruutta säädetään muuttuvalla vastuksella R2.

Kuva 6. Jännitteen ajoituskaaviot: a - verkossa; b - triakin ohjauselektrodissa, c - kuormassa.

Laitteen toiminnan ymmärtämisen helpottamiseksi rakennamme kolme jännitekaaviota: verkkovirta, triakin ohjauselektrodilla ja kuormalla (kuva 6). Kun laite on kytketty verkkoon, sen tuloon syötetään vaihtojännite 220 V (kuva 6a). Samaan aikaan negatiivinen sinimuotoinen jännite johdetaan triac VS1: n ohjauselektrodiin (kuva 66). Sillä hetkellä, kun sen arvo ylittää kytkentäjännitteen, laite avautuu ja verkkovirta virtaa kuorman läpi.Sen jälkeen kun ohjausjännitteen arvo on alempi kuin kynnysarvo, triac pysyy auki johtuen siitä, että kuormavirta ylittää laitteen pitovirran. Sillä hetkellä, kun jännite säätimen tulossa muuttaa napaisuuttaan, triac sulkeutuu. Sitten prosessi toistetaan. Siten kuorman jännitteellä on sahanmuotoinen muoto (kuva 6c)

Mitä suurempi säätöjännitteen amplitudi, sitä aikaisemmin triakki kytkeytyy päälle, ja sitä pidempi on nykyinen pulssi kuormassa. Toisaalta, mitä pienempi ohjaussignaalin amplitudi, sitä lyhyempi tämän pulssin kesto on. Moottorin muuttuvan vastuksen R2 äärivasemmassa vasemmassa asennossa kaavion mukaan kuorma imee täydet voiman "osat". Jos R2-säädintä käännetään vastakkaiseen suuntaan, ohjaussignaalin amplitudi on pienempi kuin kynnysarvo, triakki pysyy suljetussa tilassa ja virta ei virtaa kuorman läpi.

On helppo arvata, että laitteemme säätelee kuorman kuluttamaa tehoa muuttaen siten lampun kirkkaus tai lämmityselementin lämpötila.

Voit käyttää seuraavia elementtejä laitteeseesi. Triac KU208 kirjaimella B tai G. Diodilohko KTs405 tai KTs407 missä tahansa kirjaindeksillä, neljä sopivat myös puolijohdediodi sarja D226, D237. Pysyvä vastus - MLT-0,25, muuttuva - SPO-2 tai muu teho vähintään 1 W. ХР1 - vakioverkkopistoke, XS1 - pistorasia. T1-muuntaja on suunniteltu toisiokäämijännitteelle 12-25 V.

Jos sopivaa muuntajaa ei ole, tee se itse. Ydin on tehty 16 levystä, asetettu paksuus on 20 mm, käämitys I sisältää 3300 kierrosta PEL-1 0,1 -lankaa ja käämitys II sisältää 300 kierrosta PEL-1 0,3.

Vaihtokytkin - mikä tahansa verkon sulake on suunniteltava suurimpaan kuormitusvirtaan.

Säädin on koottu muovikoteloon. Kytkin, muuttuva vastus, sulakepidike ja pistorasia on asennettu yläpaneeliin. Kotelon pohjaan on asennettu muuntaja, diodilohko ja triac. Triac on varustettava lämpöä haihduttavalla säteilijällä, jonka paksuus on 1 - 2 mm ja jonka pinta-ala on vähintään 14 cm2. Poraa virtajohdon reikä yhteen rungon sivuseinämiin.

Laitetta ei tarvitse säätää, ja asianmukaisten asennus- ja huollettavien osien kanssa se alkaa toimia heti, kun se on kytketty verkkoon.

SÄÄTIMEN KÄYTTÖÄ ÄLÄ unohda TURVALLISUUSOHJEITA. Voit avata kotelon vain irrottamalla laitteisto verkosta!

V. Yantsev.