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.

Comments

[#1]

Dobra stvar je triac, ne zaglavi se kao relej pri kontroli opterećenja, manje je veličine, glavna stvar je odabrati odgovarajući radijator za hlađenje 0,5 ... 1 V koji pada na prijelazu. Možete upravljati naponom kao u primjeru, kao i otvarati pulsom, pa čak i zatvarati pulsom različite polarnosti.

Ali postoje i nedostaci, za različite polaritete primijenjenog i regulacijskog napona, početna točka pozitivnog i negativnog polu-vala je pomalo pomaknuta, pri radu na transformatoru zbog toga postoji konstantna komponenta magnetizacije. U napravljenom uređaju transformator troši prazninu nekoliko puta više struje nego pod opterećenjem. Dugo smo se borili i shvatili zašto, ali ipak smo pronašli razlog.

[#2]

Autoru članka - Triacs od jednostavnog do složenog.

Ni koja dioda, niti bilo koji triac vodi u suprotnom smjeru!
To je osnova za rad poluvodičkih dioda.

[#3 andy78]

Fomich, ozbiljan si ili je šala?

Bilo koji triac može biti predstavljen s dva tiristora spojena u kontra paraleli i prolazi struja u oba smjera, tj. triac vodi struju kako od anode do katode tako i od katode do anode. To je njegovo najvažnije svojstvo i to se, u stvari, triac razlikuje od tiristora (tiristori u otvorenom stanju vode struju u samo jednom smjeru).

[#4]

Da ne, nisam se šalio.
Htio sam skrenuti pozornost na takvu činjenicu. Iz vašeg navoda ...

(Bilo koji triac može biti predstavljen s dva tiristora spojena u suprotnom paralelu i on provodi struju u oba smjera, tj. Triac provodi struju i od anode do katode i od katode do anode)

Gdje je onda anoda trijasa i gdje je katoda?
Baš kad je 1. tiristor otvoren, 2._ je zatvoren, kada je 2. tiristor otvoren
1._ zatvorena.
A da napišem da trijac vodi u suprotnom smjeru ...
Vjerojatno je potrebno napisati - vodi struju u oba smjera ...

[#5 andy78]

Vidim. To je jednostavno nejasnoća pojmova. Slažem se da su triac i anoda fizički odsutni od triaka, ali oni su uvjetno, terminološki-konceptualni.

Evo, na primjer, citiranja iz Wikipedije: „Za razliku od trinistora koji ima katodu i anodu, pogrešno je nazivati ​​glavne (energetske) terminale trijaka kao katodu ili anodu, jer su po strukturi trijaca oboje istovremeno. Međutim, načinom uključivanja na elektrode glavni su terminali trijaca različiti i postoji analogija s katodom i anodom trinista. Jedan od terminala trijaca naziva se uvjetna katoda, drugi - uvjetna anoda ... "

O "trijaku vodi struju u oba smjera" slažem se, jer Izraz "triac vodi struju u suprotnom smjeru" nije posve točan.

[#6]

Dakle, triac u ovom krugu može se lako zamijeniti s dva tiristora spojena u suprotnoj paraleli istih naziva? I je li to moguće učiniti u svakom slučaju s trijacima?

[#7 andy78]

Teoretski moguće. Jedan triac može zamijeniti dva protivstručno povezana tiristora, a obrnuto dva ispravno povezana tiristora mogu zamijeniti triac. Praktično za to morate koristiti drugačiji upravljački krug, jer svaka tiristra ima svoju upravljačku elektrodu. Ovdje možete vidjeti tiristorski upravljački krugovi.

[#8]

Odličan članak, sve je rečeno vrlo jasno i lako.

[#9]

Molim odgovor na mail, takvo pitanje. Ako se umjesto trodioca koriste tiristori, jesu li anoda i katoda povezani prema shemi? Ali naprotiv, od toga neće doći ništa loše? I kako odrediti što točno, a ne drugačije?

[#10]

Sjajan članak.

Dugo sam tražio način da napravim poluvodički relej (nijem), nisam razumio kako izvršiti kontrolu. Sve je vrlo jednostavno. Hvala autoru.

Napajanje brojilom, nakon brojila samo transformator koji napaja triac. Regulator zavrta utikače, triac se zatvara i sve je bez napajanja.

Idem pokupiti krug :)

[#11]

Članak je stvarno dobar, ali nisam baš pismen. Pišete da se istovremeno na upravljačku elektrodu trijačnog VS1 primjenjuje negativni sinusoidni napon. Ali kako može biti sinusoidno ako se na upravljačku elektrodu primijeni rezani val, tj. istosmjerna struja. I još jedna stvar koju tražim od mene da me prosvijetlite - vi pišete - a promjenjivim naponom R2 upravlja varijabilni otpornik R2. Ali prema shemi, protok već prolazi kroz otpornik R1 i on ograničava struju, a čini mi se napon. Zašto nam onda treba R1 ako postoji potenciometar? Unaprijed hvala na odgovoru.

[#12]

Skupio je krug.Simistor postavljen tc112, nije trebao isključiti diodni most, budući da se polovična polarnost na upravljačkoj elektrodi (UE) podudara s polaritetom mreže. Uređaj je radio na pola, lampica je svijetlila od polovice svjetline do maksimuma. To se objašnjava činjenicom da simistor otvara pola napola na UE kad se povećava, a zatvara se kada pola vala prođe kroz nulu.

[#13]

Prema shemi: transformator se spušta na 12 - 25 V i proizvodi naizmjenični napon s frekvencijom 50 Hz. Nadalje: izlazni ispravljač ne daje konstantu, već PULSING SINUSOIDAL napon s frekvencijom 100 Hz. Što se događa?: Signali na upravljačkoj elektrodi sinusoidnog oblika SYMISTOR s frekvencijom 100 Hz drže uređaj otvoren. A ako umjesto trijaca, stavite 2 tiristora u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, tada će se ALTERNATIVNO otvoriti i zatvoriti frekvencijom od 50 Hz, jer je u energetskom dijelu kruga izmjenična struja točno ove frekvencije. Sada dodajte varijabilni otpornik u otpornik koji ograničava struju i počnite se igrati s njim. AMPLITUDE upravljačkih impulsa se mijenja i, kao rezultat, trenutak otvaranja tiristora (ili triac). Snaga opterećenja se prilagođava. Ali na račun činjenice da opterećenje djeluje od polovine do maksimuma njegove nazivne snage: tiristori i trijaci imaju takozvane maksimalne kutove otključavanja (minimalni i maksimalni). Stoga morate IZBORITI i naći KOMPROMIS za min / max snagu. Nadam se da je razumljiv?

[#14]

Zanimljiv članak, jako mi se svidio. Jednostavno ne mogu razumjeti da se krug sekundarnog namota transformatora zatvara kroz potenciometar i da se s njega uklanja upravljački signal, ali zašto je slavina iz ovog kruga do mrežnog napona?

[#15 kokon]

attilla,
Ako nema ove veze, tada struja neće teći kroz upravljački terminal, budući da se krug mora zatvoriti, struja ne teče u otvorenom krugu, Transformator razdvaja sekundarni krug od primarnog, ako uklonite tu vezu, struja u sekundarnom krugu će teći samo kroz potenciometra, na upravljačkom terminalu neće biti struje u odnosu na ostale terminale (osim vlastitih struja istjecanja). Ako izvučemo analogiju s vratima, riječ je o tome kako pokušati otvoriti vrata za kvaku, a pritom ih objesimo na vrata, ona se neće otvoriti, jer nema razloga da ih odgurnemo, kad stojimo na podu, otvorimo vrata u odnosu na pod.

[#16]

i imam ovo pitanje: Imamo solid-state rele. Dizajnirani za upravljanje izmjeničnom strujom (unutar triaca), opskrbljujući struju na ulaz. Hoće li takav relej upravljati istosmjernom strujom? Hvala svima na odgovoru.

[#17 Aleksandar]

Pokušavam shvatiti djelo trijaca. Hvala na članku.
Primjedba takvog plana. Mnogi autori na mjestima, kada objašnjavaju rad trijaca, daju jednak krug dva tiristora s povezanim upravljačkim elektrodama. Ali kako sam shvatio, takva shema nije funkcionalna. Kako biste otvorili tirator, morate primijeniti signal u odnosu na katodu. Za jednog tiristora to ne vrijedi za drugog.
Stoga je takva shema samo zabludna.
Da biste pokrenuli takav krug dva tiristora, moraju imati slomljene upravljačke elektrode i dva izvora napajanja.
Ili nisam u pravu ???

[#18 deha]

Dioda se općenito može zamijeniti baterijom.