Triacs: de lo simple a lo complejo

En 1963, una gran familia de Trinistors apareció otro "pariente" - triac. ¿En qué se diferencia de sus "hermanos" - trinistores (tiristores)? Recuerde las propiedades de estos dispositivos. Su trabajo a menudo se compara con la acción de una puerta ordinaria: el dispositivo está bloqueado - no hay corriente en el circuito (la puerta está cerrada - no hay paso), el dispositivo está abierto - aparece una corriente eléctrica en el circuito (la puerta se abrió - ingrese). Pero tienen un defecto común. Los tiristores pasan la corriente solo en la dirección hacia adelante, de esta manera una puerta ordinaria se abre fácilmente "desde sí misma", pero no importa cuánto la atraigas hacia ti, en la dirección opuesta, todos los esfuerzos serán inútiles.

Al aumentar el número de capas de semiconductores del tiristor de cuatro a cinco y equiparlo con un electrodo de control, los científicos descubrieron que un dispositivo con dicha estructura (más tarde llamado triac) es capaz de pasar corriente eléctrica en ambas direcciones, hacia adelante y hacia atrás.

Mire la figura 1, que representa la estructura de las capas semiconductoras del triac. Exteriormente, se parecen a la estructura del transistor p-n-r tipo, pero difieren en que tienen tres áreas adicionales con nconductividad Y esto es lo que es interesante: resulta que dos de ellos, ubicados en el cátodo y el ánodo, realizan las funciones de una sola capa de semiconductores: la cuarta. Quinto forma un área con n-conductividad situada cerca del electrodo de control.

Está claro que el funcionamiento de dicho dispositivo se basa en procesos físicos más complejos que otros tipos de tiristores. Para comprender mejor el principio del funcionamiento del triac, utilizaremos su análogo de tiristor. ¿Por qué exactamente tiristor? El hecho es que la separación de la cuarta capa semiconductora del triac no es accidental. Debido a esta estructura, en la dirección hacia adelante de la corriente que fluye a través del dispositivo, el ánodo y el cátodo realizan sus funciones principales, y si se invierten, parecen cambiar de lugar: el ánodo se convierte en un cátodo y, por el contrario, se convierte en un ánodo, es decir, un triac puede considerarse como dos contra-paralelos. tiristor encendido (Fig. 2).

Trinistor análogo triac

Imagine que se aplica una señal de disparo al electrodo de control. Cuando el voltaje en el ánodo del dispositivo es polaridad positiva y negativa en el cátodo, una corriente eléctrica fluirá a través del trinistor izquierdo. Si se invierte la polaridad del voltaje a través de los electrodos de potencia, se encenderá el trinistor derecho. La quinta capa de semiconductores, como un controlador de tráfico que controla el movimiento de los automóviles en una intersección, envía una señal de activación, dependiendo de la fase de la corriente, a uno de los trinistores. En ausencia de una señal de activación, el triac está cerrado.

En general, su acción se puede comparar, por ejemplo, con una puerta giratoria en una estación de metro, en la dirección en que la empuja, ciertamente se abrirá. De hecho, aplicamos el voltaje de desbloqueo al electrodo de control del triac - "empuje", y los electrones, como los pasajeros que se apresuran a subir o bajar, fluirán a través del dispositivo en la dirección dictada por la polaridad del ánodo y el cátodo.

Esta conclusión es confirmada por la característica de corriente-voltaje del dispositivo (Fig. 3). Consiste en dos curvas idénticas giradas 180 ° entre sí. Su forma corresponde a la característica de voltaje de corriente del dinistor, y las regiones del estado no conductor, como la del trinistor, pueden superarse fácilmente si se aplica un voltaje de disparo al electrodo de control (las secciones cambiantes de las curvas se muestran con líneas discontinuas).

Debido a la simetría de la característica de voltaje de corriente, el nuevo dispositivo semiconductor se denominó tiristor simétrico (en resumen, un triac). A veces se le llama triac (un término que proviene del inglés).

El triac ha heredado de su predecesor, el tiristor, todas sus mejores propiedades. Pero la ventaja más importante de la novedad es que dos dispositivos semiconductores se ubican inmediatamente en su estuche. Juzga por ti mismo. Para controlar el circuito de CC, se requiere un tiristor, para el circuito de corriente alterna de los dispositivos debe haber dos (activados en paralelo). Y si tenemos en cuenta que cada uno de ellos necesita una fuente separada de voltaje de desbloqueo, que, además, debe encender el dispositivo exactamente en el momento de cambiar la fase de la corriente, queda claro cuán difícil será dicha unidad de control. Para el triac, el tipo de corriente no importa. Solo uno de esos dispositivos con una fuente de voltaje de desbloqueo es suficiente, y un dispositivo de control universal está listo. Se puede usar en un circuito de alimentación de CC o CA.

La estrecha relación entre el tiristor y el triac condujo al hecho de que estos dispositivos tenían mucho en común. Entonces las propiedades eléctricas del triac se caracterizan por los mismos parámetros que el tiristor. También están marcados de la misma manera: por las letras KU, un número de tres dígitos y el índice de letras al final de la designación. A veces, los triacs se designan de manera algo diferente, por las letras TC, que significa "tiristor es simétrico".

La designación gráfica convencional de triacs en diagramas de circuitos se muestra en la Figura 4.

Para un conocimiento práctico de los triacs, elegiremos dispositivos de la serie KU208: tiristores simétricos triodos del tipo p-p-p-p. Los tipos de dispositivos están indicados por los índices de letras en su designación: A, B, C o G. El voltaje constante que el triac con el índice A puede soportar cuando está cerrado es 100 V, B - 200 V, V - 300 V y G - 400 V. Los parámetros restantes de estos dispositivos son idénticos: la corriente continua máxima en el estado abierto es de 5 A, la corriente de pulso es de 10 A, la corriente de fuga en el estado cerrado es de 5 mA, el voltaje entre el cátodo y el ánodo en el estado de conducción es -2 V, el valor del voltaje de desbloqueo en el electrodo de control 5 V a 160 mA, disipado por la carcasa El instrumento Power-10 W, la frecuencia de funcionamiento máxima - 400 Hz.

Y ahora pasemos a los dispositivos de iluminación eléctrica. No hay nada más fácil de administrar el trabajo de ninguno de ellos. Presioné, por ejemplo, la tecla del interruptor - y en la habitación se encendió un candelabro, presioné nuevamente - se apagó. Sin embargo, a veces, esta ventaja se convierte inesperadamente en una desventaja, especialmente si desea hacer que su habitación sea acogedora, crear una sensación de comodidad, y para esto es tan importante elegir la iluminación adecuada. Ahora, si el brillo de las lámparas cambiara suavemente ...

Resulta que no hay nada imposible. Solo es necesario, en lugar de un interruptor convencional, conectar un dispositivo electrónico que controle el brillo de la lámpara. Las funciones del controlador, "comandante" de las lámparas, en dicho dispositivo realiza un triac semiconductor.

Puede construir un dispositivo de control simple que lo ayudará a controlar el brillo del resplandor de una lámpara de mesa o una lámpara de araña, cambiar la temperatura de una placa calefactora o una punta de un soldador utilizando el circuito que se muestra en la Figura 5.

Fig. 5. Diagrama esquemático del regulador.

El transformador T1 convierte la tensión de red de 220 V a 12-25 V. Se rectifica mediante el bloque de diodos VD1-VD4 y se alimenta al electrodo de control del triac VS1. La resistencia R1 limita la corriente del electrodo de control, y la magnitud de la tensión de control es controlada por una resistencia variable R2.

Fig. 6. Diagramas de tiempo de tensión: a - en la red; b - en el electrodo de control del triac, c - en la carga.

Para facilitar la comprensión del funcionamiento del dispositivo, construimos tres diagramas de tiempo de voltajes: red, en el electrodo de control del triac y en la carga (Fig. 6). Después de conectar el dispositivo a la red, se suministra un voltaje alterno de 220 V a su entrada (Fig. 6a). Al mismo tiempo, se aplica un voltaje sinusoidal negativo al electrodo de control del triac VS1 (Fig. 66). En el momento en que su valor excede el voltaje de conmutación, el dispositivo se abrirá y la corriente principal fluirá a través de la carga.Después de que el valor del voltaje de control se vuelve más bajo que el umbral, el triac permanece abierto debido al hecho de que la corriente de carga excede la corriente de retención del dispositivo. En el momento en que el voltaje en la entrada del regulador cambia su polaridad, el triac se cierra. El proceso luego se repite. Por lo tanto, el voltaje en la carga tendrá una forma de diente de sierra (Fig. 6c)

Cuanto mayor sea la amplitud del voltaje de control, antes se encenderá el triac y, por lo tanto, más tiempo estará el pulso actual en la carga. Por el contrario, cuanto menor es la amplitud de la señal de control, menor es la duración de este pulso. En la posición extrema izquierda de la resistencia variable del motor R2 según el diagrama, la carga absorberá las "porciones" completas de potencia. Si el regulador R2 se gira en la dirección opuesta, la amplitud de la señal de control es inferior al valor umbral, el triac permanecerá en el estado cerrado y la corriente no fluirá a través de la carga.

Es fácil adivinar que nuestro dispositivo regula la energía consumida por la carga, cambiando así brillo de la lámpara o temperatura del elemento calefactor.

Puede aplicar los siguientes elementos a su dispositivo. Triac KU208 con la letra B o G. Bloque de diodos KTs405 o KTs407 con cualquier índice de letras, cuatro también son adecuados diodo semiconductor series D226, D237. Resistencia permanente - MLT-0.25, variable - SPO-2 o cualquier otra potencia no inferior a 1 W. ХР1 - enchufe de red estándar, XS1 - zócalo. El transformador T1 está diseñado para un voltaje de devanado secundario de 12-25 V.

Si no hay un transformador adecuado, hágalo usted mismo. El núcleo está hecho de Ш16 placas, el espesor del conjunto es de 20 mm, el devanado I contiene 3300 vueltas de cable PEL-1 0.1 y el devanado II contiene 300 vueltas de PEL-1 0.3.

Interruptor de palanca: cualquier fusible de red debe estar diseñado para la corriente de carga máxima.

El regulador está montado en una caja de plástico. Un interruptor de palanca, una resistencia variable, un portafusibles y un enchufe están montados en el panel superior. Un transformador, un bloque de diodos y un triac están instalados en la parte inferior de la caja. El triac debe estar equipado con un radiador de disipación de calor con un espesor de 1 a 2 mm y un área de al menos 14 cm2. Taladre un agujero para el cable de alimentación en una de las paredes laterales del chasis.

No es necesario ajustar el dispositivo y, con una instalación adecuada y piezas reparables, comienza a funcionar inmediatamente después de conectarse a la red.

UTILIZANDO EL REGULADOR, NO OLVIDE LAS PRECAUCIONES DE SEGURIDAD. ¡PUEDE ABRIR LA VIVIENDA SOLO DESCONECTANDO EL APARATO DE LA RED!

V. Yantsev.