Triacs: från enkel till komplex

1963 verkade en stor familj av trinistorer som en annan "släkting" - triac. Hur skiljer han sig från sina "bröder" - trinistorer (tyristorer)? Kom ihåg egenskaperna hos dessa enheter. Deras arbete jämförs ofta med handlingen från en vanlig dörr: enheten är låst - det finns ingen ström i kretsen (dörren är stängd - det finns ingen passage), enheten är öppen - en elektrisk ström visas i kretsen (dörren öppnas - gå in). Men de har en gemensam brist. Tyristorer passerar strömmen endast i framåtriktningen - på detta sätt öppnar en vanlig dörr lätt "från sig själv", men oavsett hur mycket du drar den mot dig - i motsatt riktning, kommer alla ansträngningar att vara meningslösa.

Genom att öka antalet halvledarskikt i tyristorn från fyra till fem och utrusta det med en kontrollelektrod, fann forskare att en anordning med en sådan struktur (senare kallad triac) kan passera elektrisk ström i både framåt och bakåt.

Titta på figur 1 som visar strukturen för halvledarlagren i triac. Utåt liknar de transistorkonstruktionen p-n-r typ, men skiljer sig åt att de har ytterligare tre områden med nkonduktivitet. Och här är vad som är intressant: det visar sig att två av dem, belägna vid katoden och anoden, utför funktionerna för endast ett halvledarlager - det fjärde. Femte bildar ett område med n-konduktivitet som ligger nära kontrollelektroden.

Det är uppenbart att driften av en sådan anordning är baserad på mer komplexa fysiska processer än andra typer av tyristorer. För att bättre förstå principen för triac-operationen kommer vi att använda dess tyristoranalog. Varför exakt tyristor? Faktum är att separationen av triacens fjärde halvledarskikt inte är av misstag. På grund av denna struktur, i framåtriktningen för strömmen som flyter genom anordningen, utför anoden och katoden sina huvudfunktioner, och om de är omvända verkar de ändra platser - anoden blir en katod, och katoden blir tvärtom en anod, det vill säga en triac kan betraktas som två motparallella tyristor påslagen (fig. 2).

Trinistor analog triac

Föreställ dig att en triggersignal appliceras på styrelektroden. När spänningen vid anodens anod är positiv polaritet och negativ vid katoden kommer en elektrisk ström att strömma genom vänster trinistor. Om spänningens polaritet över kraftelektroderna vänds, kommer den högra trinistorn att slås på. Det femte halvledarskiktet, som en trafikledare som styr bilens rörelse i en korsning, skickar en triggersignal beroende på strömfasen till en av trinistorerna. I frånvaro av en triggersignal är triac stängd.

I allmänhet kan dess åtgärder jämföras, till exempel, med en roterande dörr vid en tunnelbanestation - i vilken riktning du trycker på den kommer den säkert att öppnas. Vi tillämpar faktiskt låsningsspänningen på triacens styrelektrod - "tryck" den, och elektronerna, som passagerare som skyndar sig att gå ombord eller gå ut, kommer att strömma genom enheten i den riktning som dikteras av anodens och katodens polaritet.

Denna slutsats bekräftas av anordningens strömspänningskaraktäristik (fig. 3). Den består av två identiska kurvor roterade 180 ° relativt varandra. Deras form motsvarar dynistorns strömspänningskaraktäristik, och områdena i det icke ledande tillståndet, liksom trinistorns, kan lätt övervinnas om en triggspänning appliceras på styrelektroden (ändrade delar av kurvorna visas med streckade linjer).

På grund av strömspänningskaraktäristikens symmetri kallades den nya halvledaranordningen en symmetrisk tyristor (kort sagt - en triac). Det kallas ibland en triac (en term som kommer från engelska).

Triaken har ärvt från sin föregångare, tyristorn, alla dess bästa egenskaper. Men den viktigaste fördelen med nyheten är att två halvledarapparater omedelbart finns i dess fall. Domare själv. För att styra DC-kretsen behövs en tyristor, för växelströmskretsen för enheterna måste det finnas två (parallellt påslagen). Och om vi tar hänsyn till att var och en av dem behöver en separat spänningskälla, som dessutom måste sätta på enheten exakt i det ögonblick då strömfasen ändras, blir det tydligt hur svår en sådan styrenhet blir. För triaken spelar ingen typ av ström. Endast en sådan enhet med en spärrkälla är tillräckligt och en universalstyrenhet är klar. Det kan användas i en likströms- eller växelströmskrets.

Det nära sambandet mellan tyristorn och triaken ledde till att dessa enheter hade mycket gemensamt. Så de elektriska egenskaperna hos triac kännetecknas av samma parametrar som tyristorn. De markeras också på samma sätt - med bokstäverna KU, ett tresiffrigt nummer och bokstavsindexet i slutet av beteckningen. Ibland betecknas triakor något annorlunda - av bokstäverna TC, vilket betyder "tyristor är symmetrisk."

Den konventionella grafiska beteckningen av triac på kretsscheman visas i figur 4.

För en praktisk bekanta med triacs kommer vi att välja enheter i KU208-serien - triodesymmetriska tyrister av typen p-p-p-p. Typen av enheter indikeras av bokstavsindex i beteckningen A, B, C eller G. Den konstanta spänningen som triac med index A tål när den är stängd är 100 V, B - 200 V, V - 300 V och G - 400 V. De återstående parametrarna för dessa anordningar är identiska: den maximala likströmmen i öppet tillstånd är 5 A, pulsströmmen är 10 A, läckströmmen i det stängda tillståndet är 5 mA, spänningen mellan katoden och anoden i ledande tillstånd är -2 V, värdet på upplåsningsspänningen vid styrelektroden 5 V vid 160 mA, sprids av huset Instrumentet kraft- 10 W, den maximala frekvensen drifts - 400 Hz.

Och nu ska vi vända oss till elektriska belysningsenheter. Det finns inget lättare att hantera arbetet för någon av dem. Jag tryckte till exempel på omkopplarknappen - och i rummet tändes en ljuskrona, tryckte igen - ut. Ibland förvandlas dock denna fördel oväntat till en nackdel, särskilt om du vill göra ditt rum mysigt, skapa en känsla av komfort, och för detta är det så viktigt att välja rätt belysning. Nu, om glödlamporna förändrades smidigt ...

Det visar sig att det inte finns något omöjligt. I stället för en konventionell switch är det bara nödvändigt att ansluta en elektronisk enhet som styr lampans ljusstyrka. Funktionerna hos styrenheten, "befälhavare" av lamporna, i en sådan anordning utför en halvledar triac.

Du kan bygga en enkel styrenhet som hjälper dig att kontrollera ljusstyrkan i glödlampan hos en bordslampa eller en ljuskrona, ändra temperaturen på en varmplatta eller en lutningspets med hjälp av kretsen som visas i figur 5.

Fig. 5. Schematiskt diagram över regulatorn

Transformatorn T1 omvandlar nätspänningen från 220 V till 12 - 25 V. Den korrigeras av diodblocket VD1-VD4 och matas till styrelektroden i triac VS1. Motståndet R1 begränsar styrelektrodens ström, och styrspänningens storlek styrs av ett variabelt motstånd R2.

Fig. 6. Tidsdiagram över spänning: a - i nätverket; b - på styrelektroden för triac, c - på lasten.

För att göra det enklare att förstå enhetens funktion konstruerar vi tre tidsdiagram över spänningar: elnätet, vid styrelektroden för triac och vid belastningen (fig 6). När enheten är ansluten till nätverket matas en växelspänning på 220 V till dess ingång (Fig. 6a). Samtidigt appliceras en negativ sinusformad spänning på styrelektroden för triac VS1 (fig. 66). Just nu när dess värde överstiger kopplingsspänningen, kommer enheten att öppnas och nätströmmen flyter genom lasten.Efter att styrspänningens värde är lägre än tröskeln förblir triacen öppen på grund av att lastströmmen överskrider enhetens hållström. I det ögonblick då spänningen vid ingången till regulatorn ändrar sin polaritet stängs triacen. Processen upprepas sedan. Således kommer spänningen vid lasten att ha en sågtandform (Fig. 6c)

Ju större styrspänningen är, desto tidigare kommer triac att slås på, och desto längre kommer strömpulsen att vara i belastningen. Omvänt, ju mindre styrsignalens amplitud är, desto kortare är pulsens varaktighet. I det yttre vänstra läget för motorns variabla motstånd R2 enligt diagrammet kommer lasten att absorbera de fulla "delarna" av kraft. Om R2-regulatorn vrids i motsatt riktning, är styrsignalens amplitud under tröskelvärdet, triacen förblir i stängt tillstånd och strömmen flyter inte genom lasten.

Det är lätt att gissa att vår enhet reglerar kraften som förbrukas av lasten och därmed byter lampans ljusstyrka eller värmeelementets temperatur.

Du kan tillämpa följande element på din enhet. Triac KU208 med bokstaven B eller G. Diodblock KTs405 eller KTs407 med valfritt bokstavsindex, fyra är också lämpliga halvledardiode serie D226, D237. Permanent motstånd - MLT-0.25, variabel - SPO-2 eller annan effekt som inte är mindre än 1 W. ХР1 - standard nätverkskontakt, XS1 - uttag. T1-transformatorn är konstruerad för en sekundär lindningsspänning på 12-25 V.

Om det inte finns någon lämplig transformator, gör den själv. Kärnan är gjord av Ш16 plattor, den inställda tjockleken är 20 mm, lindningen I innehåller 3300 varv av PEL-1 0,1-tråd, och lindningen II innehåller 300 varv av PEL-1 0,3.

Växelomkopplare - alla nätverkssäkringar måste vara utformade för maximal belastningsström.

Regulatorn är monterad i ett plasthölje. En vippbrytare, ett variabelt motstånd, en säkringshållare och ett uttag är monterade på topppanelen. En transformator, ett diodblock och en triac är installerade i botten av höljet. Triac måste vara utrustad med en värmeavledande kylare med en tjocklek av 1 - 2 mm och en yta på minst 14 cm2. Borra ett hål för nätsladden i en av sidoväggarna på chassit.

Enheten behöver inte justeras, och med korrekt installation och underhållsdelar börjar den fungera omedelbart efter att den är ansluten till nätverket.

FÖR ATT ANVÄNDA REGULATOREN, INTE GLEMA OM SÄKERHETSFÖRESKRIFTER DU KAN ENDAST ÖPPNA HUSEN genom att koppla bort anslutningen från nätverket!

V. Yantsev.