Triacs: od jednostavnih do složenih

Godine 1963. velika se obitelj Trinista pojavila još jednim "rođakom" - dvosmjerni tiristor, Po čemu se razlikuje od svoje "braće" - trinista (tiristora)? Sjetite se svojstava ovih uređaja. Njihov se rad često uspoređuje s djelovanjem običnih vrata: uređaj je zaključan - nema struje u krugu (vrata su zatvorena - nema prolaza), uređaj je otvoren - u krugu se pojavljuje električna struja (vrata se otvaraju - uđite). Ali imaju zajedničku manu. Tiristori prolaze struju samo u smjeru prema naprijed - na taj se način obična vrata lako otvaraju "od sebe", ali bez obzira koliko ih povučete prema sebi - u suprotnom će svi napori biti uzaludni.

Povećavanjem broja poluvodičkih slojeva tiristora s četiri na pet i opremanjem kontrolnom elektrodom, znanstvenici su otkrili da uređaj s takvom strukturom (kasnije nazvan triac) može prolaziti električnu struju u smjeru prema naprijed i nazad.

Pogledajte sliku 1, koja prikazuje strukturu poluvodičkih slojeva trijasa. Izvana podsjećaju na strukturu tranzistora p-n-r tip, ali razlikuju se po tome što imaju tri dodatna područja sa nvodljivost. I evo što je zanimljivo: ispada da dvije od njih, smještene na katodi i anodi, obavljaju funkcije samo jednog poluvodičkog sloja - četvrtog. Peta tvori područje sa n-provodljivost koja leži u blizini upravljačke elektrode.

Jasno je da se rad takvog uređaja temelji na složenijim fizičkim procesima od ostalih vrsta tiristora. Da bismo bolje razumjeli princip rada na trijaku, upotrijebit ćemo njegov tiristorski analog. Zašto baš tiristor? Činjenica je da odvajanje četvrtog poluvodičkog sloja trijaka nije slučajno. Zbog ove strukture, u smjeru prema naprijed struji koja teče kroz uređaj, anoda i katoda obavljaju svoje glavne funkcije, a ako se preokrenu, izgleda da zamjenjuju mjesta - anoda postaje katoda, a katoda, naprotiv, postaje anoda, to jest, triac se može smatrati dvije suprotne paralele tiristor uključen (Sl. 2).

Trinistor analogni triac

Zamislite da se signal za aktiviranje prijavi na upravljačku elektrodu. Kad je napon na anodi uređaja pozitivna polarnost i negativan na katodi, kroz lijevi trinistor protjecat će električna struja. Ako se polaritet napona preko energetskih elektroda obrne, uključit će se desni trinistor. Peti poluvodički sloj, poput prometnog kontrolera koji kontrolira kretanje automobila na raskrižju, šalje okidački signal, ovisno o fazi struje, jednom od trinistara. U nedostatku signala okidača, triac je zatvoren.

U cjelini, njegovo se djelovanje može usporediti, na primjer, s okretnim vratima na metro stanici - u kojem smjeru ga gurnete, ona će se sigurno otvoriti. Zapravo, na upravljačku elektrodu trijake primjenjujemo napon za otključavanje - "gurne ga", a elektroni, poput putnika koji se žuri na ukrcaj ili izlazak, prolaze kroz uređaj u smjeru koji diktira polaritet anode i katode.

Taj zaključak potvrđuje strujna-naponska karakteristika uređaja (Sl. 3). Sastoji se od dvije identične krivulje zakretane za 180 ° jedna u odnosu na drugu. Njihov oblik odgovara strujnom naponu karakterističnom za dinistor, a područja neprovodnog stanja, poput onog trinista, lako se mogu savladati ako se na upravljačku elektrodu primijeni naponski okidač (promjenjivi presjeci krivulja prikazani su isprekidanim linijama).

Zbog simetrije karakteristike napona struje, novi poluvodički uređaj nazvan je simetrični tiristor (ukratko - triac). To se ponekad naziva i triac (pojam koji dolazi iz engleskog).

Triac je naslijedio od svog prethodnika, tiristora, sva njegova najbolja svojstva. No, najvažnija prednost novosti je ta što se u njegovom kućištu odmah nalaze dva poluvodička uređaja. Prosudite sami. Za upravljanje istosmjernim krugom potreban je jedan tiristor, a krug izmjeničnih struja uređaja mora postojati dva (paralelno). A ako uzmemo u obzir da svaki od njih treba zaseban izvor napona za otključavanje, koji bi također trebao uključiti uređaj točno u trenutku promjene faze struje, postaje jasno koliko će takva upravljačka jedinica biti teška. Za triac vrsta struje nije bitna. Dovoljan je samo jedan takav uređaj s izvorom napona otključavanja, a univerzalni upravljački uređaj je spreman. Može se koristiti u istosmjernom ili izmjeničnom strujnom krugu.

Bliski odnos između tiristora i trijaca doveo je do činjenice da ti uređaji imaju mnogo toga zajedničkog. Dakle, električna svojstva triaca karakteriziraju isti parametri kao i tiristor. Također su označeni na isti način - slovima KU, troznamenkastim brojem i indeksom slova na kraju oznake. Ponekad su trijaci označeni nešto drugačije - slovima TC, što znači "tiristor je simetričan".

Uobičajena grafička oznaka triaka na dijagramima krugova prikazana je na slici 4.

Za praktično upoznavanje s triacsom odabrat ćemo uređaje serije KU208 - triodne simetrične tiristore tipa p-p-p-p. Vrste uređaja označene su slovnim indeksima u njihovoj oznaci - A, B, C ili G. Stalni napon koji triac s indeksom A može izdržati kad je zatvoren je 100 V, B - 200 V, V - 300 V i G - 400 V. Preostali parametri ovih uređaja su identični: najveća direktna struja u otvorenom stanju je 5 A, impulsna struja je 10 A, struja istjecanja u zatvorenom stanju je 5 mA, napon između katode i anode u provodnom stanju je -2 V, vrijednost napona otključavanja na upravljačkoj elektrodi 5 V pri 160 mA, raspršen kućištem Instrument power 10 W, maksimalna radna frekvencija - 400 Hz.

A sada se okrećemo električnim rasvjetnim uređajima. Ništa lakše nije upravljati radom bilo koga od njih. Pritisnuo sam, na primjer, prekidač - i u sobi se zapalio luster, ponovno pritisnuo - ugasio. Ponekad se, međutim, ova prednost neočekivano pretvori u nedostatak, pogotovo ako svoju sobu želite učiniti ugodnom, stvoriti osjećaj ugode, a za to je tako važno odabrati pravu rasvjetu. Ako se sjaj svjetiljki nesmetano promijenio ...

Ispada da ništa nije nemoguće. Potrebno je samo umjesto konvencionalnog prekidača spojiti elektronički uređaj koji kontrolira svjetlinu svjetiljke. Funkcije regulatora, "zapovjednika" svjetiljki, u takvom uređaju obavlja poluvodički triac.

Pomoću kruga prikazanog na slici 5 možete izgraditi jednostavan upravljački uređaj koji će vam pomoći kontrolirati svjetlinu sjaja stolne svjetiljke ili lustera, promijeniti temperaturu grijaće ploče ili vrha lemilice.

Sl. 5. Shematski dijagram regulatora

Transformator T1 pretvara mrežni napon od 220 V do 12 - 25 V. Prepravlja ga diodni blok VD1-VD4 i dovodi se u upravljačku elektrodu trijanskog VS1. Otpor R1 ograničava struju upravljačke elektrode, a veličinu upravljačkog napona kontrolira varijabilni otpornik R2.

Sl. 6. Vremenski dijagrami napona: a - u mreži; b - na upravljačkoj elektrodi trijaka, c - na opterećenju.

Da bismo olakšali razumijevanje rada uređaja, konstruiramo tri vremenska dijagrama napona: mrežni napon, na upravljačkoj elektrodi trijaca i na opterećenju (Sl. 6). Nakon što je uređaj spojen na mrežu, na njegov ulaz ulazi izmjenični napon od 220 V (Sl. 6a). Istodobno se na upravljačku elektrodu trijanskog VS1 primjenjuje negativni sinusoidni napon (Sl. 66). U trenutku kada njegova vrijednost premašuje prekidački napon, uređaj će se otvoriti i mrežna struja će teći kroz opterećenje.Nakon što vrijednost upravljačkog napona postane niža od praga, triac ostaje otvoren zbog činjenice da struja opterećenja premašuje struju zadržavanja uređaja. U trenutku kada napon na ulazu regulatora promijeni svoj polaritet, trijac se zatvara. Postupak se zatim ponavlja. Dakle, napon pri opterećenju će imati oblik piljevine (Sl. 6c)

Što je veća amplituda upravljačkog napona, to će se prije uključiti triac, a samim tim i dulji će impuls struje biti u opterećenju. Suprotno tome, što je manja amplituda kontrolnog signala, kraće je trajanje ovog impulsa. U krajnjem lijevom položaju promjenjivog otpornika motora R2 prema dijagramu, opterećenje će apsorbirati pune "dijelove" snage. Ako se regulator R2 okreće u suprotnom smjeru, amplituda upravljačkog signala je manja od granične vrijednosti, triac će ostati u zatvorenom stanju, a struja neće teći kroz opterećenje.

Lako je nagađati da naš uređaj regulira potrošenu snagu opterećenja, mijenjajući na taj način svjetlina svjetiljke ili temperaturu grijaćeg elementa.

Na svoj uređaj možete primijeniti sljedeće elemente. Triac KU208 sa slovom B ili G. Diodni blok KTs405 ili KTs407 s bilo kojim slovnim indeksom, četiri su također prikladna poluvodička dioda serija D226, D237. Stalni otpornik - MLT-0,25, varijabilni - SPO-2 ili bilo koja druga snaga ne manja od 1 W. HR1 - standardni mrežni utikač, XS1 - utičnica. Transformator T1 dizajniran je za napon sekundarnog namotaja 12-25 V.

Ako nema odgovarajućeg transformatora, napravite ga sami. Jezgra je izrađena od Š16 ploča, zadata debljina je 20 mm, namatanje I sadrži 3300 okreta žice PEL-1 0,1, a namotavanje II sadrži 300 okreta PEL-1 0,3.

Preklopna sklopka - bilo koji mrežni osigurač, mora biti dizajniran za maksimalnu struju opterećenja.

Regulator je sastavljen u plastičnom kućištu. Preklopni prekidač, varijabilni otpornik, držač osigurača i utičnica ugrađeni su na gornju ploču. Na dnu kućišta ugrađeni su transformator, diodni blok i triac. Triac mora biti opremljen radijatorom za rasipanje topline debljine 1 - 2 mm i površinom od najmanje 14 cm2. Izbušite rupu za kabl za napajanje u jednoj od bočnih zidova kućišta.

Uređaj nije potrebno prilagođavati, a uz pravilnu instalaciju i servisne dijelove, započinje s radom odmah nakon spajanja na mrežu.

KORIŠTENJE REGULATORA, NE ZABORAVITE O SIGURNOSNIM UPOZORENJIMA. MOŽETE OTVORITI KUĆU SAMO PREKO ODUZIMANJA UREĐAJA OD MREŽE!

V. Yancev.