Triacs: van eenvoudig tot complex

In 1963 verscheen een grote familie Trinistors een ander "familielid" - triac. Waarin verschilt hij van zijn "broers" - trinistors (thyristors)? Onthoud de eigenschappen van deze apparaten. Hun werk wordt vaak vergeleken met de actie van een gewone deur: het apparaat is vergrendeld - er is geen stroom in het circuit (de deur is gesloten - er is geen doorgang), het apparaat is open - er ontstaat een elektrische stroom in het circuit (de deur ging open - naar binnen). Maar ze hebben een veel voorkomende fout. Thyristors laten de stroom alleen in de voorwaartse richting door - op deze manier opent een gewone deur gemakkelijk "van zichzelf", maar hoeveel u hem ook naar u toe trekt - in de tegenovergestelde richting zullen alle inspanningen nutteloos zijn.

Door het aantal halfgeleiderlagen van de thyristor te verhogen van vier naar vijf en het uit te rusten met een stuurelektrode, ontdekten wetenschappers dat een apparaat met een dergelijke structuur (later een triac genoemd) in staat is elektrische stroom in zowel voorwaartse als achterwaartse richtingen door te laten.

Bekijk figuur 1, die de structuur van de halfgeleiderlagen van de triac weergeeft. Uiterlijk lijken ze op de transistorstructuur p-n-r type, maar verschillen daarin dat ze drie extra gebieden hebben met ngeleidbaarheid. En hier is wat interessant is: het blijkt dat twee van hen, gelegen aan de kathode en anode, de functies van slechts één halfgeleiderlaag uitvoeren - de vierde. Vijfde vormt een gebied met n-geleiding die in de buurt van de stuurelektrode ligt.

Het is duidelijk dat de werking van een dergelijk apparaat is gebaseerd op complexere fysieke processen dan andere soorten thyristoren. Om het principe van de triac-operatie beter te begrijpen, zullen we zijn thyristor-analoog gebruiken. Waarom precies thyristor? Het feit is dat de scheiding van de vierde halfgeleiderlaag van de triac niet toevallig is. Vanwege deze structuur, in de voorwaartse richting van de stroom die door het apparaat stroomt, vervullen de anode en kathode hun hoofdfuncties, en als ze worden omgekeerd, wisselen ze van plaats - de anode wordt een kathode en de kathode wordt daarentegen een anode, dat wil zeggen een triac kan worden beschouwd als twee tegen-parallel thyristor ingeschakeld (fig. 2).

Trinistor analoge triac

Stel je voor dat een triggersignaal wordt toegepast op de stuurelektrode. Wanneer de spanning bij de anode van het apparaat een positieve polariteit en een negatieve spanning heeft bij de kathode, zal een elektrische stroom door de linker trinistor stromen. Als de polariteit van de spanning over de stroomelektroden wordt omgekeerd, wordt de rechter trinistor ingeschakeld. De vijfde halfgeleiderlaag, zoals de verkeersregelaar op het kruispunt, stuurt het ontgrendelingssignaal, afhankelijk van de fase van de stroom, naar een van de trinistors. Bij afwezigheid van een triggersignaal is de triac gesloten.

Over het algemeen kan de werking ervan worden vergeleken met bijvoorbeeld een draaideur bij een metrostation - in welke richting u het ook duwt, het zal zeker openen. Inderdaad, we passen de ontgrendelspanning toe op de stuurelektrode van de triac - "duwen" deze en de elektronen, zoals passagiers die zich haasten om in of uit te stappen, stromen door het apparaat in de richting bepaald door de polariteit van de anode en kathode.

Deze conclusie wordt bevestigd door de stroomspanningskarakteristiek van het apparaat (afb. 3). Het bestaat uit twee identieke krommen die 180 ° ten opzichte van elkaar zijn gedraaid. Hun vorm komt overeen met de stroomspanningskarakteristiek van de dynistor en de gebieden van de niet-geleidende toestand, zoals die van de trinistor, kunnen gemakkelijk worden overwonnen als een triggerspanning op de stuurelektrode wordt aangelegd (veranderende secties van de krommen worden weergegeven met stippellijnen).

Vanwege de symmetrie van de stroomspanningskarakteristiek werd het nieuwe halfgeleiderapparaat een symmetrische thyristor genoemd (kort gezegd een triac). Het wordt soms een triac genoemd (een term die uit het Engels komt).

De triac heeft van zijn voorganger, de thyristor, al zijn beste eigenschappen geërfd. Maar het belangrijkste voordeel van de nieuwheid is dat twee halfgeleiderinrichtingen zich onmiddellijk in de behuizing bevinden. Oordeel zelf. Om het DC-circuit te regelen, is één thyristor vereist, voor het wisselstroomcircuit van de apparaten moeten er twee zijn (parallel ingeschakeld). En als we er rekening mee houden dat elk van hen een afzonderlijke ontgrendelingsbron nodig heeft, die bovendien het apparaat precies moet inschakelen op het moment dat de fase van de stroom wordt gewijzigd, wordt duidelijk hoe moeilijk een dergelijke regeleenheid zal zijn. Voor de triac maakt het soort stroom niet uit. Slechts één zo'n apparaat met een bron voor het ontgrendelen van spanning is voldoende, en een universeel besturingsapparaat is klaar. Het kan worden gebruikt in een gelijkstroom- of wisselstroomcircuit.

De nauwe relatie tussen de thyristor en de triac leidde tot het feit dat deze apparaten veel gemeen hadden. Dus de elektrische eigenschappen van de triac worden gekenmerkt door dezelfde parameters als de thyristor. Ze worden ook op dezelfde manier gemarkeerd - door de letters KU, een driecijferig nummer en de letterindex aan het einde van de aanduiding. Soms worden triacs enigszins anders aangeduid - door de letters TC, wat betekent "thyristor is symmetrisch."

De conventionele grafische aanduiding van triacs op schakelschema's wordt getoond in figuur 4.

Voor een praktische kennismaking met triacs, zullen we apparaten van de KU208-serie kiezen - triode symmetrische thyristors van het p-p-p-p-type. De typen apparaten worden aangegeven door de letterindexen in hun aanduiding - A, B, C of G. De constante spanning die de triac met index A kan weerstaan ​​wanneer gesloten is 100 V, B - 200 V, V - 300 V en G - 400 V. De overige parameters van deze apparaten zijn identiek: de maximale gelijkstroom in de open toestand is 5 A, de pulsstroom is 10 A, de lekstroom in de gesloten toestand is 5 mA, de spanning tussen de kathode en de anode in de geleidende toestand is -2 V, de waarde van de ontgrendelspanning bij de stuurelektrode 5 V bij 160 mA, gedissipeerd door de behuizing Het instrument power- 10 W waarbij de maximale werkfrequentie - 400 Hz.

En laten we nu kijken naar elektrische verlichtingsapparaten. Er is niets eenvoudiger om het werk van een van hen te beheren. Ik drukte bijvoorbeeld op de schakelaar - en in de kamer lichtte een kroonluchter op, opnieuw ingedrukt - ging uit. Soms verandert dit voordeel echter onverwacht in een nadeel, vooral als u uw kamer gezellig wilt maken, een gevoel van comfort wilt creëren, en daarom is het zo belangrijk om de juiste verlichting te kiezen. Als de gloed van de lampen soepel zou veranderen ...

Het blijkt dat er niets onmogelijk is. Het is alleen nodig in plaats van een conventionele schakelaar om een ​​elektronisch apparaat aan te sluiten dat de helderheid van de lamp regelt. De functies van de controller, "commandant" van de lampen, voert in een dergelijk apparaat een halfgeleidertriac uit.

U kunt een eenvoudig bedieningsapparaat bouwen dat u helpt de helderheid van de gloed van een tafellamp of een kroonluchter te regelen, de temperatuur van een kookplaat of een punt van een soldeerbout te wijzigen met behulp van het circuit dat wordt getoond in Afbeelding 5.

Fig. 5. Schematische weergave van de regelaar

Transformator T1 converteert de netspanning van 220 V naar 12 - 25 V. Deze wordt gecorrigeerd door het diodeblok VD1-VD4 en gevoed aan de stuurelektrode van de triac VS1. De weerstand R1 begrenst de stroom van de stuurelektrode en de grootte van de stuurspanning wordt geregeld door een variabele weerstand R2.

Fig. 6. Tijddiagrammen van spanning: a - in het netwerk; b - op de stuurelektrode van de triac, c - op de belasting.

Om de werking van het apparaat beter te begrijpen, construeren we drie tijddiagrammen van spanningen: netspanning, op de stuurelektrode van de triac en op de belasting (Fig. 6). Nadat het apparaat op het netwerk is aangesloten, wordt een wisselspanning van 220 V aan zijn ingang geleverd (afb. 6a). Tegelijkertijd wordt een negatieve sinusvormige spanning aangelegd op de stuurelektrode van de triac VS1 (afb. 66). Op het moment dat de waarde de schakelspanning overschrijdt, wordt het apparaat geopend en stroomt de netstroom door de belasting.Nadat de waarde van de stuurspanning lager wordt dan de drempel, blijft de triac open vanwege het feit dat de laadstroom de houdstroom van het apparaat overschrijdt. Op dat moment, wanneer de spanning aan de ingang van de regelaar van polariteit verandert, sluit de triac. Het proces wordt vervolgens herhaald. Aldus zal de spanning bij de belasting een zaagtandvorm hebben (Fig. 6c)

Hoe groter de amplitude van de stuurspanning, hoe eerder de triac wordt ingeschakeld en dus hoe langer de stroompuls in de belasting zal zijn. Omgekeerd, hoe kleiner de amplitude van het stuursignaal, hoe korter de duur van deze puls. Op de uiterste linkerpositie van de variabele weerstand van de motor R2 volgens het diagram, zal de belasting de volledige "delen" van vermogen absorberen. Als de R2-regelaar in de tegenovergestelde richting wordt gedraaid, is de amplitude van het regelsignaal lager dan de drempelwaarde, blijft de triac in de gesloten toestand en stroomt de stroom niet door de belasting.

Het is gemakkelijk te raden dat ons apparaat het door de belasting verbruikte vermogen regelt, waardoor het verandert lamp helderheid of temperatuur van het verwarmingselement.

U kunt de volgende elementen op uw apparaat toepassen. Triac KU208 met de letter B of G. Diodeblok KTs405 of KTs407 met elke letterindex, vier zijn ook geschikt halfgeleiderdiode serie D226, D237. Permanente weerstand - MLT-0.25, variabel - SPO-2 of een ander vermogen van niet minder dan 1 W. ХР1 - standaard netwerkstekker, XS1 - aansluiting. De T1-transformator is ontworpen voor een secundaire wikkelspanning van 12-25 V.

Als er geen geschikte transformator is, maak deze dan zelf. De kern is gemaakt van -16 platen, de ingestelde dikte is 20 mm, wikkeling I bevat 3300 windingen van PEL-1 0,1 draad en wikkeling II bevat 300 windingen van PEL-1 0,3.

Tuimelschakelaar - elke netwerkzekering moet zijn ontworpen voor de maximale laadstroom.

De regelaar is gemonteerd in een plastic behuizing. Een tuimelschakelaar, een variabele weerstand, een zekeringhouder en een contactdoos zijn op het bovenpaneel gemonteerd. Een transformator, een diodeblok en een triac zijn aan de onderkant van de behuizing geïnstalleerd. De triac moet uitgerust zijn met een warmteafvoerende radiator met een dikte van 1-2 mm en een oppervlakte van minimaal 14 cm2. Boor een gat voor het netsnoer in een van de zijwanden van het chassis.

Het apparaat hoeft niet te worden aangepast en met de juiste installatie en te onderhouden onderdelen begint het onmiddellijk te werken nadat het op het netwerk is aangesloten.

GEBRUIK DE REGULATOR NIET VOOR VEILIGHEIDSMAATREGELEN. U KUNT DE BEHUIZING ALLEEN OPENEN DOOR HET APPARAAT VAN HET NETWERK TE VERBREKEN!

V. Yantsev.