Triacs: จาก Simple ไปจนถึง Complex

ในปี 1963, ครอบครัวใหญ่ของ Trinistor ปรากฏตัวอีก "ญาติ" - Triac. เขาแตกต่างจาก "พี่น้อง" ของเขาอย่างไร - trinistor (ไทริสเตอร์) จำคุณสมบัติของอุปกรณ์เหล่านี้ งานของพวกเขามักจะถูกเปรียบเทียบกับการกระทำของประตูธรรมดา: อุปกรณ์ถูกล็อค - ไม่มีกระแสในวงจร (ประตูปิด - ไม่มีทางผ่าน), อุปกรณ์เปิดอยู่ - กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจร (ประตูเปิด - เข้า) แต่พวกเขามีข้อบกพร่องร่วมกัน ไทริสเตอร์ส่งกระแสในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้น - ด้วยวิธีนี้ประตูธรรมดาเปิดได้ง่าย "จากตัวเอง" แต่ไม่ว่าคุณจะดึงมันเข้าหาคุณมากแค่ไหนในทิศทางตรงกันข้ามความพยายามทั้งหมดจะไร้ประโยชน์

โดยการเพิ่มจำนวนชั้นของสารกึ่งตัวนำของไทริสเตอร์จากสี่เป็นห้าและติดตั้งขั้วไฟฟ้าควบคุมนักวิทยาศาสตร์พบว่าอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างดังกล่าว (ต่อมาเรียกว่า triac) สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ

ดูรูปที่ 1 แสดงโครงสร้างของชั้นสารกึ่งตัวนำของ triac ภายนอกมันคล้ายกับโครงสร้างทรานซิสเตอร์ p-nชนิด -r แต่ต่างกันตรงที่มีสามส่วนเพิ่มเติมด้วย nการนำของ และนี่คือสิ่งที่น่าสนใจ: ปรากฎว่าพวกเขาสองคนอยู่ที่แคโทดและแอโนดทำหน้าที่ของชั้นเซมิคอนดักเตอร์เพียงชั้นเดียว - ที่สี่ รูปแบบที่ห้าพื้นที่ที่มี n- การนำไฟฟ้าอยู่ใกล้กับขั้วไฟฟ้าควบคุม

เป็นที่ชัดเจนว่าการทำงานของอุปกรณ์นั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนกว่าไทริสเตอร์ประเภทอื่น เพื่อให้เข้าใจหลักการของการทำงานของ Triac เราจะใช้ไทริสเตอร์อะนาล็อกของมัน ทำไมต้องเป็นไทริสเตอร์? ความจริงก็คือการแยกชั้นสารกึ่งตัวนำที่สี่ของ triac นั้นไม่ได้ตั้งใจ เนื่องจากโครงสร้างนี้ในทิศทางไปข้างหน้าของกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์แอโนดและแคโทดทำหน้าที่หลักของพวกเขาและถ้าพวกมันกลับด้านพวกเขาดูเหมือนจะสลับตำแหน่ง - ขั้วบวกจะกลายเป็นแคโทดและแคโทดตรงกันข้ามกลายเป็นขั้วบวก ไทริสเตอร์เปิดเครื่อง (รูปที่ 2)

Trinistor analogue triac

ลองจินตนาการว่ามีการใช้สัญญาณเหนี่ยวนำกับขั้วไฟฟ้าควบคุม เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วบวกของอุปกรณ์เป็นขั้วบวกและขั้วลบที่ขั้วลบกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านทรานซิสเตอร์ซ้าย หากขั้วของแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วไฟฟ้ากลับด้าน trinistor ที่เหมาะสมจะเปิดขึ้น เซมิคอนดักเตอร์ชั้นที่ห้าเช่นตัวควบคุมการจราจรที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของรถยนต์ที่จุดตัดส่งสัญญาณทริกเกอร์ขึ้นอยู่กับเฟสของกระแสไฟฟ้าไปยังหนึ่งใน trinistor ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณทริกเกอร์ triac จะปิด

โดยทั่วไปการกระทำของมันสามารถนำมาเปรียบเทียบได้เช่นกับประตูหมุนที่สถานีรถไฟใต้ดินซึ่งในทิศทางที่คุณผลักมันมันจะเปิดอย่างแน่นอน อันที่จริงเราใช้แรงดันไฟฟ้าที่ปลดล็อคกับขั้วไฟฟ้าควบคุมของ triac -“ push” มันและอิเล็กตรอนเช่นผู้โดยสารที่ขึ้นเครื่องหรือทางออกจะไหลผ่านอุปกรณ์ในทิศทางที่กำหนดโดยขั้วของขั้วบวกและขั้วลบ

ข้อสรุปนี้ได้รับการยืนยันโดยคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของอุปกรณ์ (รูปที่ 3) มันประกอบด้วยสองเส้นโค้งที่เหมือนกันหมุน 180 °เมื่อเทียบกับแต่ละอื่น ๆ รูปร่างของพวกมันสอดคล้องกับคุณสมบัติของแรงดันไฟฟ้าของ dynistor และพื้นที่ของสถานะที่ไม่เป็นตัวนำเช่นเดียวกับ trinistor นั้นสามารถเอาชนะได้ง่ายหากแรงดันไกถูกนำไปใช้กับขั้วไฟฟ้าควบคุม (ส่วนที่เปลี่ยนแปลงของเส้นโค้งจะแสดงด้วยเส้นประ)

เนื่องจากความสมมาตรของคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ใหม่ถูกเรียกว่าไทริสเตอร์แบบสมมาตร (เรียกสั้น ๆ ว่า triac) บางครั้งเรียกว่า triac (คำที่มาจากภาษาอังกฤษ)

Triac ได้รับมรดกจากบรรพบุรุษรุ่นก่อนนั่นคือคุณสมบัติที่ดีที่สุด แต่ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของความแปลกใหม่ก็คืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สองตัวจะอยู่ในตำแหน่งทันที ตัดสินด้วยตัวคุณเอง เพื่อควบคุมวงจร DC จะต้องมีทรานซิสเตอร์หนึ่งตัวสำหรับวงจรกระแสสลับของอุปกรณ์จะต้องมีสองตัว (เปิดพร้อมกัน) และถ้าเราคำนึงถึงว่าแต่ละคนต้องการแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ปลดล็อกแยกต่างหากซึ่งยิ่งไปกว่านั้นจะต้องเปิดอุปกรณ์ในขณะที่เปลี่ยนเฟสปัจจุบันมันชัดเจนว่าหน่วยควบคุมจะเป็นอย่างไร สำหรับ triac กระแสชนิดนี้ไม่สำคัญ มีอุปกรณ์ดังกล่าวเพียงแหล่งเดียวที่มีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ปลดล็อคได้เพียงพอและอุปกรณ์ควบคุมสากลพร้อมใช้งานแล้ว มันสามารถใช้ในวงจรไฟ DC หรือ AC

ความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างไทริสเตอร์กับทริอาคทำให้อุปกรณ์เหล่านี้มีสิ่งที่เหมือนกันมาก ดังนั้นคุณสมบัติทางไฟฟ้าของ triac จึงมีพารามิเตอร์เดียวกันกับไทริสเตอร์ พวกเขายังมีการทำเครื่องหมายในลักษณะเดียวกัน - โดยตัวอักษร KU ตัวเลขสามหลักและดัชนีตัวอักษรในตอนท้ายของการกำหนด บางครั้งมีการกำหนด triacs ค่อนข้างแตกต่าง - โดยตัวอักษร TC ซึ่งหมายความว่า "ไทริสเตอร์นั้นสมมาตร"

การกำหนดกราฟิกทั่วไปของ triacs บนไดอะแกรมวงจรแสดงในรูปที่ 4

เพื่อทำความคุ้นเคยกับ triacs เราจะเลือกอุปกรณ์ของซีรีย์ KU208 ซึ่งเป็นไทริสเตอร์สมมาตรแบบ triode ของ p-p-p-p ประเภทของอุปกรณ์จะถูกระบุด้วยดัชนีตัวอักษรในการกำหนด - A, B, C หรือ G แรงดันคงที่ที่ triac กับดัชนี A สามารถทนได้เมื่อปิดคือ 100 V, B - 200 V, V - 300 V และ G - 400 V พารามิเตอร์ที่เหลืออยู่ของอุปกรณ์เหล่านี้จะเหมือนกัน: กระแสตรงสูงสุดในสถานะเปิดคือ 5 A, กระแสพัลส์คือ 10 A, กระแสรั่วไหลในสถานะปิดคือ 5 mA, แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วลบและขั้วบวกในสภาวะตัวนำคือ -2 V, ค่าของแรงดัน 5 V ที่ 160 mA กระจายตัวโดยที่อยู่อาศัย เครื่องมือที่กําลังไฟ 10 วัตต์ความถี่ในการทำงานสูงสุด - 400 เฮิร์ตซ์

ทีนี้ลองมาดูที่อุปกรณ์ไฟฟ้าแสงสว่าง ไม่มีอะไรง่ายกว่าที่จะจัดการงานของพวกเขา ฉันกดปุ่มสวิทช์ - และในห้องที่โคมระย้าสว่างขึ้นกดอีกครั้ง - ออกไป อย่างไรก็ตามบางครั้งข้อได้เปรียบนี้กลายเป็นข้อเสียโดยไม่คาดคิดโดยเฉพาะถ้าคุณต้องการทำให้ห้องของคุณอบอุ่นสร้างความรู้สึกสบายและสำหรับสิ่งนี้มันสำคัญมากที่จะต้องเลือกแสงที่เหมาะสม ทีนี้ถ้าแสงไฟเปลี่ยนไปอย่างราบรื่น ...

ปรากฎว่าไม่มีอะไรที่เป็นไปไม่ได้ มันเป็นสิ่งที่จำเป็นแทนสวิตช์ธรรมดาเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมความสว่างของหลอดไฟ ฟังก์ชั่นของตัวควบคุม "ผู้บัญชาการ" ของหลอดไฟในอุปกรณ์ดังกล่าวดำเนินการ triac เซมิคอนดักเตอร์

คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ควบคุมง่าย ๆ ที่จะช่วยให้คุณควบคุมความสว่างของหลอดไฟหรือโคมระย้าเปลี่ยนอุณหภูมิของแผ่นความร้อนหรือปลายหัวแร้งโดยใช้วงจรที่แสดงในรูปที่ 5

มะเดื่อ 5. แผนผังไดอะแกรมของตัวควบคุม

Transformer T1 แปลงแรงดันไฟหลักของ 220 V เป็น 12 - 25 V. แก้ไขโดย diode block VD1-VD4 และป้อนไปยังขั้วควบคุมของ triac VS1 ตัวต้านทาน R1 จำกัด กระแสของอิเล็กโทรดควบคุมและขนาดของแรงดันไฟฟ้าควบคุมถูกควบคุมโดยตัวต้านทานตัวแปร R2

มะเดื่อ 6. กำหนดเวลาไดอะแกรมของแรงดันไฟฟ้า: - ในเครือข่าย b - บนขั้วไฟฟ้าควบคุมของ triac, c - บนโหลด

เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจการทำงานของอุปกรณ์เราจึงสร้างไดอะแกรมสามครั้งของแรงดันไฟฟ้า: ไฟที่ขั้วไฟฟ้าควบคุมของ triac และโหลด (รูปที่ 6) หลังจากอุปกรณ์เชื่อมต่อกับเครือข่ายแล้วจะมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าสลับ 220 V ให้กับอินพุต (รูปที่ 6a) ในเวลาเดียวกันจะใช้แรงดันไซน์แบบลบในขั้วไฟฟ้าควบคุมของ triac VS1 (รูปที่ 66) ในขณะที่ค่าเกินกว่าแรงดันสวิตช์อุปกรณ์จะเปิดและกระแสไฟเมนจะไหลผ่านโหลดหลังจากค่าของแรงดันไฟฟ้าควบคุมต่ำกว่าขีด จำกัด ทั้งสามจะยังคงเปิดอยู่เนื่องจากความจริงที่ว่ากระแสโหลดเกินกว่ากระแสที่ถือครองของอุปกรณ์ ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของเครื่องปรับเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าของขั้ว Triac จะปิดลง กระบวนการซ้ำแล้วซ้ำอีก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่โหลดจะมีรูปร่างเป็นฟันเลื่อย (รูปที่ 6c)

แอมพลิจูดของแอมพลิจูดที่มีขนาดใหญ่ขึ้นนั้น triac ก่อนหน้านี้จะเปิดใช้งานและดังนั้นพัลส์ปัจจุบันจะยิ่งนานขึ้นในการโหลด ในทางกลับกันแอมพลิจูดที่มีขนาดเล็กกว่าของสัญญาณควบคุมจะทำให้ระยะเวลาของพัลส์นี้สั้นลง ที่ตำแหน่งด้านซ้ายสุดของตัวต้านทานตัวแปรเครื่องยนต์ R2 ตามแผนภาพโหลดจะดูดซับ“ ส่วน” ของกำลังทั้งหมด หากตัวควบคุม R2 หันไปในทิศทางตรงกันข้ามความกว้างของสัญญาณควบคุมจะต่ำกว่าค่าเกณฑ์ Triac จะยังคงอยู่ในสถานะปิดและกระแสจะไม่ไหลผ่านโหลด

ง่ายต่อการคาดเดาว่าอุปกรณ์ของเราจะควบคุมพลังงานที่โหลดใช้ซึ่งจะเปลี่ยนไป ความสว่างของหลอดไฟ หรืออุณหภูมิขององค์ประกอบความร้อน

คุณสามารถใช้องค์ประกอบต่อไปนี้กับอุปกรณ์ของคุณ Triac KU208 ด้วยตัวอักษร B หรือ G. Diode block KTs405 หรือ KTs407 ที่มีดัชนีตัวอักษรใด ๆ สี่ตัวก็เหมาะ ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ชุด D226, D237 ตัวต้านทานถาวร - MLT-0.25, ตัวแปร - SPO-2 หรือกำลังไฟอื่น ๆ ไม่น้อยกว่า 1 วัตต์ ХР1 - ปลั๊กเครือข่ายมาตรฐาน XS1 - ซ็อกเก็ต หม้อแปลง T1 ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สองที่ 12-25 V

หากไม่มีหม้อแปลงไฟฟ้าให้ทำด้วยตัวเอง แกนทำจากเพลทШ16ความหนาชุด 20 มม. คดเคี้ยวฉันมี 3300 รอบของ PEL-1 0.1 ลวดและขดลวด II มี 300 รอบของ PEL-1 0.3

สวิตช์สลับ - ฟิวส์เครือข่ายใด ๆ จะต้องได้รับการออกแบบสำหรับกระแสโหลดสูงสุด

ตัวควบคุมถูกประกอบในกล่องพลาสติก สวิตช์สลับตัวต้านทานตัวแปรตัวยึดฟิวส์และซ็อกเก็ตติดตั้งที่แผงด้านบน มีการติดตั้งหม้อแปลง, บล็อกไดโอดและ triac ที่ด้านล่างของกล่อง Triac ต้องติดตั้งหม้อน้ำกระจายความร้อนที่มีความหนา 1 - 2 มม. และพื้นที่อย่างน้อย 14 ซม. 2 เจาะรูสำหรับสายไฟที่ผนังด้านหนึ่งของแชสซี

ไม่จำเป็นต้องปรับอุปกรณ์และการติดตั้งที่เหมาะสมและชิ้นส่วนที่ให้บริการจะเริ่มทำงานทันทีหลังจากเชื่อมต่อกับเครือข่าย

การใช้งานเร็กกูเลเตอร์อย่าลืมเกี่ยวกับข้อควรระวังด้านความปลอดภัย คุณสามารถเปิดบ้านได้เฉพาะโดยการตัดการเชื่อมต่อแอปพลิเคชันจากเครือข่าย!

V. Yantsev