Triaki: no vienkārša līdz sarežģītam

1963. gadā plašā Trinistoru ģimenē parādījās vēl viens "radinieks" - triac. Kā viņš atšķiras no saviem "brāļiem" - trinistoriem (tiristoriem)? Atcerieties šo ierīču īpašības. Viņu darbu bieži salīdzina ar parastu durvju darbību: ierīce ir aizslēgta - ķēdē nav strāvas (durvis ir aizvērtas - nav caurbraukšanas), ierīce ir atvērta - ķēdē parādās elektriskā strāva (durvis atvērtas - ievadiet). Bet viņiem ir kopīgs trūkums. Tiristori iziet strāvu tikai virzienā uz priekšu - šādā veidā parastās durvis viegli atveras "pats no sevis", bet neatkarīgi no tā, cik velciet tās pret sevi - pretējā virzienā visi centieni būs veltīgi.

Palielinot tiristora pusvadītāju slāņu skaitu no četriem līdz pieciem un aprīkojot to ar vadības elektrodu, zinātnieki atklāja, ka ierīce ar šādu struktūru (vēlāk saukta par triac) spēj pārvadīt elektrisko strāvu gan uz priekšu, gan atpakaļ.

Apskatiet 1. attēlu, kurā attēlota triac pusvadītāju slāņu struktūra. Ārēji tie atgādina tranzistora struktūru p-n-r tips, bet atšķiras ar to, ka viņiem ir trīs papildu laukumi ar nvadītspēja. Un šeit ir tas, kas ir interesants: izrādās, ka divi no tiem, kas atrodas pie katoda un anoda, veic tikai viena pusvadītāja slāņa - ceturtā - funkcijas. Piektais veido zonu ar n- vadītspēja, kas atrodas netālu no kontrolelelektroda.

Ir skaidrs, ka šādas ierīces darbība ir balstīta uz sarežģītākiem fizikāliem procesiem nekā cita veida tiristori. Lai labāk izprastu triac darbības principu, mēs izmantosim tā tiristora analogu. Kāpēc tieši tiristors? Fakts ir tāds, ka triac ceturtā pusvadītāju slāņa atdalīšana nav nejauša. Šīs struktūras dēļ, caur ierīci plūstošās strāvas virzienā uz priekšu, anoda un katoda veic savas galvenās funkcijas, un, ja tās tiek apgrieztas, tās, šķiet, maina vietas - anods kļūst par katodu, un katods, gluži pretēji, kļūst par anodu, tas ir, triaku var uzskatīt par diviem pretparalēliem. ieslēgts tiristors (2. att.).

Trinistor analogs triac

Iedomājieties, ka vadības elektrodam tiek iedarbināts sprūda signāls. Kad spriegums ierīces anodā ir pozitīva polaritāte un negatīvs pie katoda, caur kreiso trinistoru plūst elektriskā strāva. Ja sprieguma polaritāte pāri strāvas elektrodiem tiek mainīta, ieslēdzas labais trintors. Piektais pusvadītāju slānis, tāpat kā satiksmes kontrolieris, kas kontrolē automašīnu kustību krustojumā, nosūta sprūda signālu, atkarībā no strāvas fāzes, vienam no trinistoriem. Ja nav sprūda signāla, triac tiek aizvērts.

Kopumā tā darbību var salīdzināt, piemēram, ar pagriežamām durvīm metro stacijā - kādā virzienā jūs to stumjat, tas noteikti atvērsies. Tiešām, mēs piemērojam atbloķēšanas spriegumu triac vadības elektrodam - “nospiežam” to, un elektroni, tāpat kā pasažieri, kas steidzas iekāpt uz kuģa vai iziet no tā, plūdīs caur ierīci virzienā, ko nosaka anoda un katoda polaritāte.

Šo secinājumu apstiprina ierīces strāvas un sprieguma raksturojums (3. att.). Tas sastāv no divām identiskām līknēm, kas pagrieztas par 180 ° attiecībā pret otru. To forma atbilst dinamista pašreizējam sprieguma raksturlielumam, un nevadošā stāvokļa reģionus, tāpat kā trinistora reģionus, var viegli pārvarēt, ja vadības elektrodam tiek pielietots sprūda spriegums (mainīgās līkņu sadaļas tiek parādītas ar pārtrauktām līnijām).

Strāvas-sprieguma raksturlielumu simetrijas dēļ jauno pusvadītāju ierīci sauca par simetrisku tiristoru (īsumā - par triac). To dažreiz sauc par triac (termins, kas nāk no angļu valodas).

Triac ir mantojis no sava priekšgājēja tiristora visas labākās īpašības. Bet vissvarīgākā jaunuma priekšrocība ir tā, ka tā gadījumā uzreiz atrodas divas pusvadītāju ierīces. Spriediet paši. Lai kontrolētu līdzstrāvas ķēdi, ir nepieciešams viens tiristors, ierīču maiņstrāvas ķēdēm jābūt diviem (ieslēgtiem paralēli). Un, ja mēs ņemam vērā, ka katram no viņiem ir nepieciešams atsevišķs atslēgšanas sprieguma avots, kuram turklāt tieši jāieslēdz ierīce tieši strāvas fāzes maiņas brīdī, kļūst skaidrs, cik grūti būs šāds vadības bloks. Triacam strāvas veidam nav nozīmes. Pietiek tikai ar vienu šādu ierīci ar atslēgšanas sprieguma avotu, un universālā vadības ierīce ir gatava. To var izmantot līdzstrāvas vai maiņstrāvas strāvas ķēdē.

Tīrās attiecības starp tiristoru un triac noveda pie tā, ka šīm ierīcēm bija daudz kopīga. Tātad triakas elektriskās īpašības raksturo tie paši parametri kā tiristoram. Tos tāpat marķē - ar burtiem KU, trīsciparu numuru un burtu indeksu apzīmējuma beigās. Dažreiz triaki tiek apzīmēti nedaudz savādāk - ar burtiem TC, kas nozīmē "tiristors ir simetrisks".

Triaku parastais grafiskais apzīmējums shēmas diagrammās ir parādīts 4. attēlā.

Praktiskai iepazīšanai ar triakiem mēs izvēlēsimies KU208 sērijas ierīces - p-p-p-p tipa triodu simetriskos tiristorus. Ierīču tipus apzīmē ar burtu indeksiem to apzīmējumā - A, B, C vai G. Pastāvīgais spriegums, ko triaca ar indeksu A var izturēt, kad tas ir aizvērts, ir 100 V, B - 200 V, V - 300 V un G - 400 V. Šo ierīču atlikušie parametri ir identiski: maksimālā līdzstrāva atvērtā stāvoklī ir 5 A, impulsa strāva ir 10 A, noplūdes strāva slēgtā stāvoklī ir 5 mA, spriegums starp katodu un anodu vadošā stāvoklī ir -2 V, atbloķēšanas sprieguma vērtība pie vadības elektrodu. 5 V pie 160 mA, izkliedēts no korpusa Instruments ar elektroenerģiju, 10 W, ar maksimālo darba frekvenci - 400 Hz.

Un tagad pievērsīsimies elektriskajām apgaismes ierīcēm. Neviena no tām nav vieglāk vadīt. Es nospiedu, piemēram, slēdža taustiņu - un istabā iedegās lustra, atkal nospiedu, - izgāju ārā. Tomēr dažreiz šī priekšrocība negaidīti pārvēršas par trūkumiem, it īpaši, ja vēlaties padarīt istabu mājīgu, radīt komforta sajūtu, un tāpēc ir tik svarīgi izvēlēties pareizo apgaismojumu. Ja lukturu mirdzums mainītos vienmērīgi ...

Izrādās, ka nav nekā neiespējama. Parastā slēdža vietā ir nepieciešams tikai savienot elektronisku ierīci, kas kontrolē lampas spilgtumu. Kontroliera, lukturu "komandiera" funkcijas šādā ierīcē veic pusvadītāju triac.

Jūs varat izveidot vienkāršu vadības ierīci, kas palīdzēs jums kontrolēt galda lampas vai lustras mirdzuma spilgtumu, mainīt sildvirsmas vai lodāmura galu temperatūru, izmantojot 5. attēlā parādīto shēmu.

Att. 5. Regulatora shēma

Transformators T1 pārveido tīkla spriegumu 220 V līdz 12 - 25 V. Tas tiek izlīdzināts ar diožu bloku VD1-VD4 un padots uz triac VS1 vadības elektrodu. Rezistors R1 ierobežo vadības elektrodu strāvu, un vadības sprieguma lielumu kontrolē mainīgais rezistors R2.

Att. 6. Sprieguma laika diagrammas: a - tīklā; b - uz triac vadības elektrodu, c - uz slodzes.

Lai būtu vieglāk izprast ierīces darbību, mēs sastādām trīs spriegumu laika diagrammas: tīkla, pie triaka elektrosta un pie slodzes (6. att.). Pēc ierīces pievienošanas tīklam tās ievadam tiek piegādāts maiņstrāvas spriegums 220 V (6.a att.). Tajā pašā laikā uz triac VS1 vadības elektrodu tiek uzlikts negatīvs sinusoidāls spriegums (66. att.). Brīdī, kad tā vērtība pārsniedz pārslēgšanas spriegumu, ierīce atvērsies un tīkla strāva plūdīs caur slodzi.Pēc tam, kad vadības sprieguma vērtība ir zemāka par slieksni, triaks paliek atvērts sakarā ar to, ka slodzes strāva pārsniedz ierīces turēšanas strāvu. Brīdī, kad spriegums regulatora ieejā maina tā polaritāti, triaka aizveras. Pēc tam procesu atkārto. Tādējādi spriegumam pie kravas būs zāģa formas (6.c att.)

Jo lielāka ir vadības sprieguma amplitūda, jo agrāk ieslēdzas triaks, un tāpēc, jo ilgāks pašreizējais impulss būs slodzē. Un otrādi, jo mazāka ir vadības signāla amplitūda, jo īsāks ir šī impulsa ilgums. Motora mainīgā rezistora R2 galējā kreisajā pozīcijā saskaņā ar shēmu slodze absorbēs visas jaudas "porcijas". Ja R2 regulators tiek pagriezts pretējā virzienā, vadības signāla amplitūda ir zemāka par sliekšņa vērtību, triasa paliks slēgtā stāvoklī un strāva neplūst caur slodzi.

Ir viegli uzminēt, ka mūsu ierīce regulē kravas patērēto enerģiju, tādējādi mainot lampas spilgtums vai sildīšanas elementa temperatūra.

Varat ierīcē piemērot šādus elementus. Triac KU208 ar burtu B vai G. Piemēroti ir arī diožu bloks KTs405 vai KTs407 ar jebkuru burtu indeksu, četri pusvadītāju diode sērija D226, D237. Pastāvīgais rezistors - MLT-0,25, mainīgs - SPO-2 vai jebkura cita jauda, ​​ne mazāka par 1 W. ХР1 - standarta tīkla spraudnis, XS1 - kontaktligzda. T1 transformators ir paredzēts sekundārā tinuma spriegumam 12-25 V.

Ja nav piemērota transformatora, pagatavojiet to pats. Kodols ir izgatavots no Ш16 plāksnēm, komplekta biezums ir 20 mm, tinumam I ir 3300 pagriezieni PEL-1 0,1 stieples un II tinumam ir 300 pagriezieni PEL-1 0,3.

Pārslēgšanas slēdzis - jebkuram tīkla drošinātājam jābūt konstruētam ar maksimālo slodzes strāvu.

Regulators ir samontēts plastmasas korpusā. Uz augšējā paneļa ir uzstādīts pārslēdzējs, mainīgs rezistors, drošinātāju turētājs un kontaktligzda. Korpusa apakšā ir uzstādīts transformators, diodes bloks un triaks. Triac jāaprīko ar siltumu izkliedējošu radiatoru ar biezumu 1 - 2 mm un vismaz 14 cm2 lielu laukumu. Vienā no šasijas sānu sienām izurbiet caurumu strāvas vadam.

Ierīce nav jāpielāgo, un ar pareizu uzstādīšanu un kopjamām detaļām tā sāk darboties tūlīt pēc pievienošanas tīklam.

LIETOT REGULATORU, neaizmirstiet par drošības pasākumiem. MŪSU VARAT ATVĒRT TIKAI, ATKLĀDZOT IEKĀRTU NO TĪKLA!

V. Jantsevs.