Триаци: от прости до сложни

През 1963 г. в голямо семейство тринистори се появява друг "роднина" - триак, По какво се различава от своите "братя" - тринистори (тиристори)? Помнете свойствата на тези устройства. Работата им често се сравнява с действието на обикновена врата: устройството е заключено - няма ток във веригата (вратата е затворена - няма проход), устройството е отворено - в веригата се появява електрически ток (вратата се отвори - въведете). Но те имат общ недостатък. Тиристорите преминават ток само в посока напред - по този начин обикновена врата лесно се отваря "от себе си", но колкото и да я дърпате към себе си - в обратна посока, всички усилия ще бъдат безрезултатни.

Увеличавайки броя на полупроводниковите слоеве на тиристора от четири на пет и го оборудва с контролен електрод, учените открили, че устройство с такава структура (по-късно наречено триак) е в състояние да предава електрически ток както в посока напред, така и назад.

Погледнете фигура 1, изобразяваща структурата на полупроводниковите слоеве на триака. Външно наподобяват структурата на транзистора p-п-r тип, но се различават по това, че имат три допълнителни области с ппроводимост. И ето какво е интересно: оказва се, че два от тях, разположени на катода и анода, изпълняват функциите само на един полупроводников слой - четвъртия. Петото представлява област с п-проводимост, разположена в близост до контролния електрод.

Ясно е, че работата на такова устройство се основава на по-сложни физически процеси в сравнение с други видове тиристори. За да разберем по-добре принципа на триакционната операция, ще използваме нейния тиристорен аналог. Защо точно тиристор? Факт е, че разделянето на четвъртия полупроводников слой на триака не е случайно. Поради тази структура, в посока напред на тока, протичащ през устройството, анодът и катодът изпълняват своите основни функции и ако те са обърнати, те сякаш разменят местата - анодът става катод, а катодът, напротив, се превръща в анод, тоест триак може да се счита за два противоположни тиристорът е включен (фиг. 2).

Тринисторен аналог триак

Представете си, че към управляващия електрод се подава задействащ сигнал. Когато напрежението на анода на устройството е положителна полярност и отрицателно на катода, електрически ток ще тече през левия тринистор. Ако полярността на напрежението през силовите електроди бъде обърната, десният тринистор ще се включи. Петият полупроводников слой, подобно на контролер за движение, контролиращ движението на автомобилите в кръстовище, изпраща сигнал за задействане, в зависимост от фазата на тока, до един от тринисторите. При липса на сигнал за задействане триакът се затваря.

Като цяло действието му може да се сравни например с въртяща се врата на метростанция - в коя посока го натиснете, със сигурност ще се отвори. Всъщност ние прилагаме отключващото напрежение към контролния електрод на триака - „го натискайте“, а електроните, като пътници, бързащи да се качат или излязат, ще потекат през устройството в посока, продиктувана от полярността на анода и катода.

Това заключение се потвърждава от характеристиката на токовото напрежение на устройството (фиг. 3). Състои се от две еднакви криви, завъртени на 180 ° една спрямо друга. Тяхната форма съответства на характеристиката на тока на напрежението, характерна за динистора, и областите на непроводимото състояние, подобно на тринистора, могат лесно да бъдат преодолени, ако към управляващия електрод се приложи задействащо напрежение (променящите се секции на кривите са показани с пунктирани линии).

Поради симетрията на характеристиката на токовото напрежение, новото полупроводниково устройство беше наречено симетричен тиристор (накратко - триак). Понякога се нарича триак (термин, който идва от английски).

Триакът е наследил от своя предшественик, тиристора, всичките му най-добри свойства. Но най-важното предимство на новостта е, че в неговия случай веднага се намират две полупроводникови устройства. Преценете сами. За управление на постояннотоковата верига е необходим един тиристор, за веригата с променлив ток на устройствата трябва да има две (включени паралелно). И ако вземем предвид, че всеки от тях се нуждае от отделен източник на отключващо напрежение, което също трябва да включи устройството точно в момента на промяна на фазата на тока, става ясно колко трудно ще бъде такъв контролен блок. За триака видът на тока няма значение. Само едно такова устройство с източник на отключващо напрежение е достатъчно и универсално устройство за управление е готово. Може да се използва в постоянен или променлив ток.

Тесната връзка между тиристора и триака доведе до факта, че тези устройства имат много общо. Така електрическите свойства на триака се характеризират със същите параметри като тиристора. Те също са маркирани по същия начин - с буквите KU, трицифрено число и буквения индекс в края на обозначението. Понякога триаците са обозначени някак по различен начин - с буквите TC, което означава „тиристорът е симетричен“.

Конвенционалното графично обозначение на триаци на схеми е показано на фигура 4.

За практическо запознаване с триаците ще изберем устройства от серия KU208 - триодни симетрични тиристори от типа p-p-p-p. Видовете устройства са обозначени с буквените индекси при тяхното обозначаване - A, B, C или G. Постоянното напрежение, което триака с индекс А може да издържи, когато е затворено, е 100 V, B - 200 V, V - 300 V и G - 400 V. Останалите параметри на тези устройства са идентични: максималният постоянен ток в отворено състояние е 5 A, импулсният ток е 10 A, токът на изтичане в затворено състояние е 5 mA, напрежението между катода и анода в провеждащо състояние е -2 V, стойността на отключващото напрежение на управляващия електрод 5 V при 160 mA, разсейвани от корпуса Инструментът механични 10 W, максималната работна честота - 400 Hz.

И сега нека се обърнем към електрическите осветителни устройства. Няма нищо по-лесно да управлявате работата на някой от тях. Натиснах например клавиша за превключване - и в стаята свети полилей, отново натиснах - излязох. Понякога обаче това предимство неочаквано се превръща в недостатък, особено ако искате да направите стаята си уютна, да създадете усещане за комфорт и за това е толкова важно да изберете правилното осветление. Сега, ако сиянието на лампите се промени плавно ...

Оказва се, че няма нищо невъзможно. Необходимо е само вместо конвенционален превключвател да свържете електронно устройство, което контролира яркостта на лампата. Функциите на контролера, "командир" на лампите, в такова устройство изпълнява трипровод на полупроводник.

Можете да изградите просто устройство за управление, което ще ви помогне да контролирате яркостта на сиянието на настолна лампа или полилей, да промените температурата на котлона или върха на поялник, като използвате схемата, показана на фигура 5.

Фиг. 5. Принципна схема на регулатора

Трансформаторът Т1 преобразува мрежовото напрежение от 220 V до 12 - 25 V. Той се ректифицира от диодния блок VD1-VD4 и се подава към контролния електрод на триаковия VS1. Резисторът R1 ограничава тока на управляващия електрод, а величината на управляващото напрежение се управлява от променлив резистор R2.

Фиг. 6. Временни диаграми на напрежението: a - в мрежата; b - на контролния електрод на триака, c - на товара.

За да улесним разбирането на работата на устройството, конструираме три времеви диаграми на напрежения: мрежи, на контролния електрод на триака и на натоварването (фиг. 6). След като устройството е свързано към мрежата, към входа му се подава променливо напрежение 220 V (фиг. 6a). В същото време към управляващия електрод на триаковия VS1 се прилага отрицателно синусоидно напрежение (фиг. 66). В момента, когато стойността му надвишава напрежението на превключване, устройството ще се отвори и захранващият ток ще тече през товара.След като стойността на управляващото напрежение стане по-ниска от прага, триакът остава отворен поради факта, че токът на натоварване надвишава тока на задържане на устройството. В момента, когато напрежението на входа на регулатора променя полярността си, триакът се затваря. След това процесът се повтаря. По този начин напрежението при товара ще има форма на трион (фиг. 6в)

Колкото по-голяма е амплитудата на управляващото напрежение, толкова по-рано ще се включи триакът и следователно, толкова по-дълъг ще бъде токът импулс в натоварването. Обратно, колкото по-малка е амплитудата на контролния сигнал, толкова по-кратка е продължителността на този импулс. В крайното ляво положение на променливия резистор на двигателя R2 според схемата, натоварването ще поеме пълните "части" на мощността. Ако регулаторът R2 бъде обърнат в обратна посока, амплитудата на управляващия сигнал е по-ниска от стойността на прага, триакът ще остане в затворено състояние и токът няма да тече през товара.

Лесно е да се предположи, че нашето устройство регулира консумираната мощност от товара, като по този начин се променя яркостта на лампата или температура на нагревателния елемент.

Можете да приложите следните елементи към вашето устройство. Triac KU208 с буквата B или G. Диоден блок KTs405 или KTs407 с всеки буквен индекс, четири също са подходящи полупроводников диод серия D226, D237. Постоянен резистор - MLT-0,25, променлив - SPO-2 или друга мощност не по-малка от 1 W. ХР1 - стандартен мрежов щепсел, XS1 - гнездо. Трансформаторът Т1 е проектиран за напрежение на вторичната намотка от 12-25 V.

Ако няма подходящ трансформатор, направете го сами. Сърцевината е изработена от пластини Ш16, дебелината на комплекта е 20 мм, намотката I съдържа 3300 оборота на PEL-1 0.1 тел, а намотката II съдържа 300 оборота на PEL-1 0.3.

Превключвател - всеки мрежов предпазител, трябва да бъде проектиран за максимален ток на натоварване.

Регулаторът е сглобен в пластмасов калъф. Върху горния панел са монтирани превключвател, променлив резистор, държач за предпазители и гнездо. В долната част на кутията са инсталирани трансформатор, диоден блок и триак. Триакът трябва да бъде оборудван с радиатор, разсейващ топлина с дебелина 1 - 2 mm и площ най-малко 14 cm2. Пробийте дупка за захранващия кабел в една от страничните стени на шасито.

Устройството не се нуждае от настройка и при правилна инсталация и обслужващи части, то започва да работи веднага след като е свързано към мрежата.

ИЗПОЛЗВАЙТЕ РЕГУЛАТОРА, НЕ ЗАБАВЕТЕ ЗА БЕЗОПАСНИ МЕРКИ. МОЖЕТЕ ДА ОТВОРИТЕ КЪЩАТА САМО ОТКАЗВАНЕ УСТРОЙСТВОТО ОТ МРЕЖАТА!

В. Янцев.