Triaki: od prostych do złożonych

W 1963 r. W dużej rodzinie Trinistorów pojawił się kolejny „krewny” - triak. Czym różni się od swoich „braci” - trinistorów (tyrystorów)? Zapamiętaj właściwości tych urządzeń. Ich praca jest często porównywana z działaniem zwykłych drzwi: urządzenie jest zablokowane - w obwodzie nie ma prądu (drzwi są zamknięte - nie ma przejścia), urządzenie jest otwarte - w obwodzie pojawia się prąd elektryczny (drzwi otwarte - wejdź). Ale mają wspólną wadę. Tyrystory przekazują prąd tylko w kierunku do przodu - w ten sposób zwykłe drzwi łatwo otwierają się „od siebie”, ale bez względu na to, jak bardzo przyciągasz je do siebie - w przeciwnym kierunku wszystkie wysiłki będą daremne.

Zwiększając liczbę warstw półprzewodnikowych tyrystora z czterech do pięciu i wyposażając go w elektrodę kontrolną, naukowcy odkryli, że urządzenie o takiej strukturze (zwane później triakiem) może przepuszczać prąd elektryczny zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu.

Spójrz na rysunek 1, przedstawiający strukturę warstw półprzewodnikowych triaka. Zewnętrznie przypominają strukturę tranzystora p-n-r wpisz, ale różnią się tym, że mają trzy dodatkowe obszary nprzewodnictwo A oto, co ciekawe: okazuje się, że dwa z nich, znajdujące się na katodzie i anodzie, pełnią funkcje tylko jednej warstwy półprzewodnikowej - czwartej. Piąta tworzy obszar z n-przewodnictwo leżące w pobliżu elektrody kontrolnej.

Oczywiste jest, że działanie takiego urządzenia opiera się na bardziej złożonych procesach fizycznych niż inne typy tyrystorów. Aby lepiej zrozumieć zasadę działania triaka, użyjemy jego analogu tyrystorowego. Dlaczego właśnie tyrystor? Faktem jest, że oddzielenie czwartej warstwy półprzewodnikowej triaka nie jest przypadkowe. Ze względu na tę strukturę w kierunku do przodu prądu przepływającego przez urządzenie anoda i katoda pełnią swoje główne funkcje, a jeśli są odwrócone, wydają się zamieniać miejsca - anoda staje się katodą, a katoda wręcz przeciwnie, staje się anodą, to znaczy triak można uznać za dwie przeciwrównoległe tyrystor włączony (ryc. 2).

Trinistor analogowy triak

Wyobraź sobie, że sygnał wyzwalający jest przykładany do elektrody kontrolnej. Kiedy napięcie na anodzie urządzenia ma biegun dodatni i ujemny na katodzie, prąd lewy przepłynie przez lewy trinistor. Jeśli polaryzacja napięcia na elektrodach mocy zostanie odwrócona, prawy trinistor włączy się. Piąta warstwa półprzewodnikowa, podobnie jak kontroler ruchu kontrolujący ruch samochodów na skrzyżowaniu, wysyła sygnał wyzwalający, w zależności od fazy prądu, do jednego z trinistorów. W przypadku braku sygnału wyzwalającego triak jest zamknięty.

Ogólnie rzecz biorąc, jego działanie można porównać na przykład z obrotowymi drzwiami na stacji metra - w którym kierunku je popchniesz, z pewnością się otworzy. Rzeczywiście, przykładamy napięcie odblokowujące do elektrody kontrolnej triaka - „pchamy” ją, a elektrony, podobnie jak pasażerowie spieszący na pokład lub z wyjścia, przepłyną przez urządzenie w kierunku podyktowanym biegunowością anody i katody.

Wniosek ten potwierdza charakterystyka prądowo-napięciowa urządzenia (ryc. 3). Składa się z dwóch identycznych krzywych obróconych względem siebie o 180 °. Ich kształt odpowiada charakterystyce prądowo-napięciowej dynistora, a obszary stanu nieprzewodzącego, takie jak trinistor, można łatwo pokonać, jeśli napięcie wyzwalające zostanie przyłożone do elektrody kontrolnej (zmienne odcinki krzywych są pokazane liniami przerywanymi).

Z powodu symetrii charakterystyki prądowo-napięciowej nowe urządzenie półprzewodnikowe nazwano symetrycznym tyrystorem (w skrócie triakiem). Czasami nazywa się to triakiem (termin pochodzący z języka angielskiego).

Triak odziedziczył po swoim poprzedniku, tyrystorze, wszystkie swoje najlepsze właściwości. Ale najważniejszą zaletą nowości jest to, że dwa urządzenia półprzewodnikowe są natychmiast umieszczone w jej obudowie. Osądź sam. Do sterowania obwodem prądu stałego wymagany jest jeden tyrystor, dla obwodu prądu przemiennego urządzeń muszą być dwa (równolegle). A jeśli weźmiemy pod uwagę, że każdy z nich potrzebuje osobnego źródła napięcia odblokowującego, które ponadto musi włączyć urządzenie dokładnie w momencie zmiany fazy prądu, staje się jasne, jak trudna będzie taka jednostka sterująca. W przypadku triaka rodzaj prądu nie ma znaczenia. Wystarczy jedno takie urządzenie ze źródłem napięcia odblokowującego, a uniwersalne urządzenie sterujące jest gotowe. Może być stosowany w obwodzie zasilania prądu stałego lub przemiennego.

Bliski związek między tyrystorem a triakiem doprowadził do tego, że urządzenia te miały wiele wspólnego. Tak więc właściwości elektryczne triaka charakteryzują się tymi samymi parametrami, co tyrystor. Są one również oznaczone w ten sam sposób - literami KU, trzycyfrową liczbą i indeksem liter na końcu oznaczenia. Czasami triaki są oznaczone nieco inaczej - literami TC, co oznacza „tyrystor jest symetryczny”.

Konwencjonalne oznaczenie graficzne triaków na schematach obwodów pokazano na rysunku 4.

Dla praktycznej znajomości triaków wybierzemy urządzenia z serii KU208 - symetryczne tyrystory triodowe typu p-p-p-p. Typy urządzeń są oznaczone wskaźnikami literowymi w ich oznaczeniu - A, B, C lub G. Stałe napięcie, które triak z indeksem A może wytrzymać po zamknięciu, wynosi 100 V, B - 200 V, V - 300 V i G - 400 V. Pozostałe parametry tych urządzeń są identyczne: maksymalny prąd stały w stanie otwartym wynosi 5 A, prąd impulsowy wynosi 10 A, prąd upływowy w stanie zamkniętym wynosi 5 mA, napięcie między katodą i anodą w stanie przewodzenia wynosi -2 V, wartość napięcia odblokowującego na elektrodzie sterującej 5 V przy 160 mA, rozproszone przez obudowę Przyrząd napędzanych 10 W, maksymalna częstotliwość pracy - 400 Hz.

A teraz przejdźmy do elektrycznych urządzeń oświetleniowych. Nie ma nic łatwiejszego do zarządzania pracą żadnego z nich. Nacisnąłem na przykład klawisz przełącznika - aw pokoju zaświecił się żyrandol, ponownie nacisnąłem - zgasł. Czasami jednak ta zaleta niespodziewanie zmienia się w wadę, szczególnie jeśli chcesz sprawić, by pokój był przytulny, stworzyć poczucie komfortu, i dlatego tak ważne jest, aby wybrać odpowiednie oświetlenie. Teraz, jeśli blask lamp zmienił się płynnie ...

Okazuje się, że nie ma nic niemożliwego. Zamiast konwencjonalnego przełącznika konieczne jest jedynie podłączenie urządzenia elektronicznego, które kontroluje jasność lampy. Funkcje kontrolera, „dowódcy” lamp, w takim urządzeniu wykonuje triak półprzewodnikowy.

Możesz zbudować proste urządzenie sterujące, które pomoże ci kontrolować jasność lampy stołowej lub żyrandola, zmieniać temperaturę płyty grzewczej lub końcówki lutownicy za pomocą obwodu pokazanego na rycinie 5.

Ryc. 5. Schemat ideowy regulatora

Transformator T1 przekształca napięcie sieciowe z 220 V na 12 - 25 V. Jest on prostowany przez blok diod VD1-VD4 i doprowadzany do elektrody kontrolnej triaka VS1. Rezystor R1 ogranicza prąd elektrody sterującej, a wielkość napięcia sterującego jest kontrolowana przez rezystor zmienny R2.

Ryc. 6. Schematy czasowe napięcia: a - w sieci; b - na elektrodzie kontrolnej triaka, c - na obciążeniu.

Aby ułatwić zrozumienie działania urządzenia, budujemy trzy schematy czasowe napięć: sieci, na elektrodzie kontrolnej triaka i przy obciążeniu (ryc. 6). Po podłączeniu urządzenia do sieci do jego wejścia doprowadzane jest napięcie przemienne o wartości 220 V. (ryc. 6a). Jednocześnie ujemne napięcie sinusoidalne jest przykładane do elektrody kontrolnej triaka VS1 (ryc. 66). W momencie, gdy jego wartość przekroczy napięcie przełączające, urządzenie otworzy się, a prąd zasilający przepłynie przez obciążenie.Gdy wartość napięcia sterującego spadnie poniżej progu, triak pozostaje otwarty z powodu faktu, że prąd obciążenia przekracza prąd trzymania urządzenia. W momencie, gdy napięcie na wejściu regulatora zmienia swoją polaryzację, triak zamyka się. Proces jest następnie powtarzany. Zatem napięcie przy obciążeniu będzie miało kształt piłokształtny (ryc. 6c)

Im większa amplituda napięcia sterującego, tym wcześniej triak się włączy, a zatem im dłuższy będzie prąd impulsu w obciążeniu. I odwrotnie, im mniejsza amplituda sygnału sterującego, tym krótszy czas trwania tego impulsu. W skrajnie lewym położeniu rezystora zmiennego silnika R2 zgodnie ze schematem obciążenie będzie pochłaniać pełne „części” mocy. Jeśli regulator R2 zostanie obrócony w przeciwnym kierunku, amplituda sygnału sterującego jest niższa niż wartość progowa, triak pozostanie w stanie zamkniętym, a prąd nie przepłynie przez obciążenie.

Łatwo zgadnąć, że nasze urządzenie reguluje moc pobieraną przez obciążenie, zmieniając się w ten sposób jasność lampy lub temperatura elementu grzejnego.

Możesz zastosować następujące elementy do swojego urządzenia. Triak KU208 z literą B lub G. Blok diod KTs405 lub KTs407 z dowolnym indeksem liter, cztery są również odpowiednie dioda półprzewodnikowa seria D226, D237. Rezystor stały - MLT-0,25, zmienny - SPO-2 lub dowolna inna moc nie mniejsza niż 1 W. 1Р1 - standardowa wtyczka sieciowa, XS1 - gniazdo. Transformator T1 jest przystosowany do wtórnego napięcia uzwojenia 12–25 V.

Jeśli nie ma odpowiedniego transformatora, zrób to sam. Rdzeń jest wykonany z płyt Ш16, ustawiona grubość wynosi 20 mm, uzwojenie I zawiera 3300 zwojów drutu PEL-1 0,1, a uzwojenie II zawiera 300 zwojów PEL-1 0,3.

Przełącznik - dowolny bezpiecznik sieciowy, musi być zaprojektowany na maksymalny prąd obciążenia.

Regulator jest zamontowany w plastikowej obudowie. Przełącznik górny, opornik zmienny, oprawka bezpiecznika i gniazdo są zamontowane na górnym panelu. Transformator, blok diod i triak są zainstalowane w dolnej części obudowy. Triak musi być wyposażony w grzejnik rozpraszający ciepło o grubości 1-2 mm i powierzchni co najmniej 14 cm2. Wywierć otwór na przewód zasilający w jednej ze ścian bocznych podwozia.

Urządzenie nie wymaga regulacji, a przy odpowiedniej instalacji i częściach serwisowych zaczyna działać natychmiast po podłączeniu do sieci.

KORZYSTAJĄC Z REGULATORA, NIE ZAPOMNIJ O BEZPIECZEŃSTWIE. MOŻESZ OTWORZYĆ OBUDOWĘ TYLKO ODŁĄCZĄC URZĄDZENIE Z SIECI!

V. Yantsev.