Triakové: od jednoduchých po složité

V roce 1963 se velká rodina Trinistorů objevila jako další „příbuzný“ - triak. Jak se liší od svých „bratrů“ - trinistů (tyristů)? Nezapomeňte na vlastnosti těchto zařízení. Jejich práce se často porovnávají s činností obyčejných dveří: zařízení je zamčeno - v obvodu není žádný proud (dveře jsou zavřené - není tam žádný průchod), zařízení je otevřené - v obvodu se objevuje elektrický proud (dveře se otevřou - vstup). Ale mají společnou chybu. Tyristory prochází proudem pouze dopředu - obyčejné dveře se tak snadno otevírají „od sebe“, ale bez ohledu na to, jak moc je k sobě přitahujete - v opačném směru bude veškeré úsilí zbytečné.

Vědci zjistili, že zvýšením počtu polovodičových vrstev tyristoru ze čtyř na pět a vybavením kontrolní elektrodou je zařízení s takovou strukturou (později nazývané triak) schopné procházet elektrickým proudem v obou směrech vpřed i vzad.

Podívejte se na obrázek 1, zobrazující strukturu polovodičových vrstev triaku. Navenek se podobají tranzistorové struktuře p-n-r typu, ale liší se v tom, že mají tři další oblasti nvodivost. A tady je to, co je zajímavé: ukázalo se, že dva z nich, umístěné na katodě a anodě, vykonávají funkce pouze jedné polovodičové vrstvy - čtvrté. Pátý tvoří oblast s n-vodivost ležící poblíž kontrolní elektrody.

Je zřejmé, že provoz takového zařízení je založen na složitějších fyzikálních procesech než u jiných typů tyristorů. Abychom lépe porozuměli principu triacké operace, použijeme její tyristorový analog. Proč přesně tyristor? Faktem je, že oddělení čtvrté polovodičové vrstvy triaku není náhodné. Díky této struktuře, v dopředném směru proudu protékajícího zařízením, anoda a katoda plní své hlavní funkce, a pokud jsou obráceny, zdá se, že mění místa - anoda se stává katodou a katoda se naopak stává anodou, to znamená, že triak lze považovat za dvě protilehlé zapnutý tyristor (obr. 2).

Trinistorový analogový triak

Představte si, že na řídicí elektrodu je aplikován spouštěcí signál. Když je napětí na anodě zařízení kladná polarita a záporné na katodě, protéká levý trinistor elektrický proud. Pokud je polarita napětí na výkonových elektrodách obrácena, zapne se pravý trinistor. Pátá polovodičová vrstva, stejně jako řídicí jednotka řízení pohybu vozidel na křižovatce, vyšle spouštěcí signál, v závislosti na fázi proudu, do jednoho z trinistoru. Při absenci spouštěcího signálu je triak uzavřen.

Obecně lze její akci porovnat například s otočnými dveřmi ve stanici metra - ve kterém směru je zatlačíte, určitě se otevřou. Ve skutečnosti aplikujeme odblokovací napětí na řídicí elektrodu triaku - „tlačíme“ a elektrony, jako cestující spěchající na palubu nebo výstup, budou protékat zařízením ve směru určeném polaritou anody a katody.

Tento závěr je potvrzen charakteristikou proudu a napětí zařízení (obr. 3). Skládá se ze dvou identických křivek, které jsou vůči sobě otočeny o 180 °. Jejich tvar odpovídá charakteristice proudu a napětí dynistoru a oblasti nevodivého stavu, jako je tomu u trinistoru, lze snadno překonat, pokud je na řídicí elektrodu přivedeno spouštěcí napětí (měnící se části křivek jsou znázorněny přerušovanou čarou).

Vzhledem k symetrii charakteristiky proud-napětí bylo nové polovodičové zařízení nazýváno symetrickým tyristorem (zkráceně - triakem). Někdy se nazývá triak (termín pocházející z angličtiny).

Triak zdědil po svém předchůdci, tyristoru, všechny své nejlepší vlastnosti. Nejdůležitější výhodou této novinky je však to, že dvě polovodičová zařízení jsou v jejím případě okamžitě umístěna. Posuďte sami. Pro řízení stejnosměrného obvodu je vyžadován jeden tyristor, pro obvod střídavého proudu zařízení musí být dva (paralelně zapnuté). A vezmeme-li v úvahu, že každý z nich potřebuje samostatný zdroj uvolňovacího napětí, které by mělo zapnout zařízení přesně v okamžiku změny fáze proudu, je zřejmé, jak obtížná bude taková řídicí jednotka. Pro triaka není druh proudu důležitý. Stačí pouze jedno takové zařízení se zdrojem odblokovacího napětí a je připraveno univerzální řídicí zařízení. Může být použit v DC nebo AC napájecím obvodu.

Úzký vztah mezi tyristorem a triakem vedl k tomu, že tato zařízení měla hodně společného. Elektrické vlastnosti triaku jsou tedy charakterizovány stejnými parametry jako tyristor. Rovněž jsou označeny stejným způsobem - písmeny KU, třímístným číslem a indexem písmen na konci označení. Někdy jsou triaky označeny poněkud jinak - písmeny TC, což znamená „tyristor je symetrický“.

Obvyklé grafické označení triaků na schématech obvodu je znázorněno na obrázku 4.

Pro praktické seznámení s triaky vybereme zařízení řady KU208 - triode symetrické tyristory typu p-p-p-p. Typy zařízení jsou označeny písmenovými indexy v jejich označení - A, B, C nebo G. Konstantní napětí, které triak s indexem A vydrží při zavření, je 100 V, B - 200 V, V - 300 V a G - 400 V. Zbývající parametry těchto zařízení jsou identické: maximální stejnosměrný proud v otevřeném stavu je 5 A, pulzní proud je 10 A, svodový proud v uzavřeném stavu je 5 mA, napětí mezi katodou a anodou ve vodivém stavu je -2 V, hodnota uvolňovacího napětí na řídicí elektrodě 5 V při 160 mA, rozptýlené pouzdrem Přístroj poháněné 10 W, maximální provozní frekvence - 400 Hz.

A nyní se podívejme na elektrická osvětlovací zařízení. Není nic jednoduššího řídit práci kterékoli z nich. Stiskl jsem například tlačítko spínače - a v místnosti se rozsvítil lustr, znovu stiskl - vyšel. Někdy se však tato výhoda neočekávaně změní v nevýhodu, zejména pokud chcete, aby byl váš pokoj útulný, vytvořil pocit komfortu, a proto je důležité zvolit správné osvětlení. Nyní, pokud se záře lamp změnila hladce ...

Ukazuje se, že není nic nemožného. Místo klasického spínače je nutné připojit elektronické zařízení, které řídí jas lampy. Funkce ovladače, „velitele“ lamp, v takovém zařízení vykonává polovodičový triak.

Můžete vytvořit jednoduché ovládací zařízení, které vám pomůže ovládat jas záře stolní lampy nebo lustru, měnit teplotu horké desky nebo špičku páječky pomocí obvodu znázorněného na obrázku 5.

Obr. 5. Schéma regulátoru

Transformátor T1 převádí síťové napětí 220 V na 12 - 25 V. Je usměrňován diodovým blokem VD1-VD4 a přiváděn do řídicí elektrody triaku VS1. Rezistor R1 omezuje proud řídicí elektrody a velikost řídicího napětí je řízena proměnným rezistorem R2.

Obr. 6. Časové diagramy napětí: a - v síti; b - na kontrolní elektrodě triaku, c - na zátěži.

Pro snazší pochopení činnosti zařízení vytváříme tři časové diagramy napětí: síť, na řídicí elektrodě triaku a na zátěži (obr. 6). Po připojení zařízení k síti se na jeho vstup přivádí střídavé napětí 220 V (obr. 6a). Současně je na regulační elektrodu triaku VS1 přivedeno záporné sinusové napětí (obr. 66). V okamžiku, kdy jeho hodnota překročí spínací napětí, se zařízení otevře a proudem protéká zátěž.Jakmile je hodnota řídicího napětí nižší než prahová hodnota, triak zůstává otevřený kvůli skutečnosti, že zátěžový proud překračuje přídržný proud zařízení. V okamžiku, kdy napětí na vstupu regulátoru změní svou polaritu, triak se uzavře. Proces se pak opakuje. Napětí při zatížení tedy bude mít tvar pilového zubu (obr. 6c)

Čím větší je amplituda řídicího napětí, tím dříve se triak zapne, a tím déle bude aktuální proud v zátěži. Naopak čím menší je amplituda řídicího signálu, tím kratší je doba trvání tohoto impulzu. V krajní levé poloze variabilního rezistoru R2 motoru podle diagramu zatížení absorbuje plné "části" výkonu. Pokud je regulátor R2 otočen v opačném směru, amplituda řídicího signálu je pod prahovou hodnotou, triak zůstane v uzavřeném stavu a proud nebude protékat zátěží.

Je snadné uhodnout, že naše zařízení reguluje energii spotřebovanou zátěží, čímž se mění jas lampy nebo teplota topného článku.

Na zařízení můžete použít následující prvky. Triac KU208 s písmenem B nebo G. Diodový blok KTs405 nebo KTs407 s libovolným písmenovým indexem, čtyři jsou také vhodné polovodičová dioda série D226, D237. Permanentní rezistor - MLT-0,25, variabilní - SPO-2 nebo jakýkoli jiný výkon nejméně 1 W. ХР1 - standardní síťový konektor, XS1 - socket. Transformátor T1 je navržen pro napětí sekundárního vinutí 12-25 V.

Pokud není vhodný transformátor, udělejte to sami. Jádro je vyrobeno z ~ 16 desek, tloušťka sady je 20 mm, vinutí I obsahuje 3300 závitů drátu PEL-1 0,1 a vinutí II obsahuje 300 závitů PEL-1 0,3.

Páčkový přepínač - jakákoli síťová pojistka, musí být navržena pro maximální proud zátěže.

Regulátor je sestaven v plastovém pouzdře. Na horním panelu je namontován přepínač, variabilní rezistor, držák pojistek a zásuvka. Ve spodní části skříně je umístěn transformátor, diodový blok a triak. Triak musí být vybaven radiátorem rozptylujícím teplo o tloušťce 1 - 2 mm a plochou nejméně 14 cm2. Do jedné z bočních stěn podvozku vyvrtejte otvor pro napájecí kabel.

Zařízení není třeba upravovat a se správnou instalací a opravitelnými částmi začne fungovat ihned po připojení k síti.

POUŽITÍM REGULÁTORU NEZABUDNĚTE BEZPEČNOSTNÍ OPATŘENÍ. BYDLENÍ OTEVŘETE POUZE ODPOJENÍM SPOTŘEBIČE ZE SÍTĚ!

V. Yantsev.