categorie: Elettronica pratica, Elettricisti alle prime armi
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Triac: da semplice a complesso
Nel 1963, una grande famiglia di Trinistors apparve un altro "parente" - triac. In che modo differisce dai suoi "fratelli" - trinistori (tiristori)? Ricorda le proprietà di questi dispositivi. Il loro lavoro viene spesso confrontato con l'azione di una porta normale: il dispositivo è bloccato - non c'è corrente nel circuito (la porta è chiusa - non c'è passaggio), il dispositivo è aperto - una corrente elettrica appare nel circuito (la porta aperta - entra). Ma hanno un difetto comune. I tiristori passano corrente solo nella direzione in avanti - in questo modo una porta normale si apre facilmente "da se stessa", ma non importa quanto la spingi verso di te - nella direzione opposta, tutti gli sforzi saranno inutili.
Aumentando il numero di strati semiconduttori del tiristore da quattro a cinque e dotandolo di un elettrodo di controllo, gli scienziati hanno scoperto che un dispositivo con tale struttura (in seguito chiamato triac) è in grado di far passare la corrente elettrica in entrambe le direzioni in avanti e indietro.
Guarda la figura 1, raffigurante la struttura degli strati semiconduttori del triac. Esternamente, assomigliano alla struttura del transistor p-n-r tipo, ma differiscono per il fatto che hanno tre aree aggiuntive con nconducibilità. Ed ecco cosa è interessante: si scopre che due di loro, situati sul catodo e sull'anodo, svolgono le funzioni di un solo strato semiconduttore: il quarto. La quinta forma un'area con n-conduttività situata vicino all'elettrodo di controllo.
È chiaro che il funzionamento di un tale dispositivo si basa su processi fisici più complessi rispetto ad altri tipi di tiristori. Per comprendere meglio il principio dell'operazione triac, useremo il suo analogo tiristore. Perché esattamente tiristore? Il fatto è che la separazione del quarto strato semiconduttore del triac non è casuale. A causa di questa struttura, nella direzione in avanti della corrente che fluisce attraverso il dispositivo, l'anodo e il catodo svolgono le loro funzioni principali e, se sono invertiti, sembrano scambiarsi i posti: l'anodo diventa un catodo e il catodo, al contrario, diventa un anodo, cioè un triac può essere considerato come due contro-paralleli tiristore acceso (Fig. 2).
Triac analogico trinistor
Immagina che un segnale di trigger sia applicato all'elettrodo di controllo. Quando la tensione all'anodo del dispositivo è polarità positiva e negativa al catodo, una corrente elettrica scorrerà attraverso il trinistor sinistro. Se la polarità della tensione attraverso gli elettrodi di potenza viene invertita, il trinistor destro si accenderà. Il quinto strato di semiconduttori, come un controllore del traffico che controlla il movimento delle auto in corrispondenza di un incrocio, invia un segnale di innesco, a seconda della fase della corrente, a uno dei trinistori. In assenza di un segnale di trigger, il triac è chiuso.
Nel complesso, la sua azione può essere confrontata, ad esempio, con una porta girevole in una stazione della metropolitana - in quale direzione la spingi, si aprirà sicuramente. In effetti, applichiamo la tensione di sblocco all'elettrodo di controllo del triac - “spingendolo”, e gli elettroni, come i passeggeri che si affrettano a salire a bordo o ad uscire, scorreranno attraverso il dispositivo nella direzione dettata dalla polarità dell'anodo e del catodo.
Questa conclusione è confermata dalla caratteristica corrente-tensione del dispositivo (Fig. 3). È costituito da due curve identiche ruotate di 180 ° l'una rispetto all'altra. La loro forma corrisponde alla caratteristica corrente-tensione del dinistor e le regioni dello stato non conduttivo, come quella del trinistor, possono essere facilmente superate se viene applicata una tensione di trigger all'elettrodo di controllo (le sezioni che cambiano le curve sono indicate da linee tratteggiate).
A causa della simmetria della caratteristica corrente-tensione, il nuovo dispositivo a semiconduttore era chiamato tiristore simmetrico (in breve: un triac). A volte viene chiamato triac (un termine che deriva dall'inglese).
Il triac ha ereditato dal suo predecessore, il tiristore, tutte le sue migliori proprietà. Ma il vantaggio più importante della novità è che due dispositivi a semiconduttore si trovano immediatamente nella sua custodia. Giudica per te stesso. Per controllare il circuito CC, è necessario un tiristore, per il circuito a corrente alternata dei dispositivi devono essercene due (accese in parallelo). E se prendiamo in considerazione che ciascuno di essi ha bisogno di una fonte separata di tensione di sblocco, che, inoltre, deve accendere il dispositivo esattamente nel momento in cui si cambia la fase della corrente, diventa chiaro quanto sia difficile tale centralina. Per il triac, il tipo di corrente non ha importanza. È sufficiente un solo dispositivo con una sorgente di tensione di sblocco e un dispositivo di controllo universale è pronto. Può essere utilizzato in un circuito di alimentazione CC o CA.
La stretta relazione tra il tiristore e il triac ha portato al fatto che questi dispositivi avevano molto in comune. Quindi le proprietà elettriche del triac sono caratterizzate dagli stessi parametri del tiristore. Sono inoltre contrassegnati allo stesso modo: dalle lettere KU, un numero di tre cifre e l'indice delle lettere alla fine della designazione. A volte i triac sono designati in modo leggermente diverso - dalle lettere TC, che significa "il tiristore è simmetrico".
La designazione grafica convenzionale dei triac su schemi circuitali è mostrata in Figura 4.
Per una conoscenza pratica dei triac, sceglieremo i dispositivi della serie KU208: tiristori simmetrici a triodo del tipo p-p-p-p. I tipi di dispositivi sono indicati dagli indici delle lettere nella loro designazione - A, B, C o G. La tensione costante che il triac con l'indice A può sopportare quando è chiusa è 100 V, B - 200 V, V - 300 V e G - 400 V. I restanti parametri di questi dispositivi sono identici: la corrente continua massima nello stato aperto è 5 A, la corrente di impulso è 10 A, la corrente di dispersione nello stato chiuso è 5 mA, la tensione tra il catodo e l'anodo nello stato di conduzione è -2 V, il valore della tensione di sblocco sull'elettrodo di controllo 5 V a 160 mA, dissipato dall'alloggiamento Lo strumento Power-10 W, la frequenza operativa massima - 400 Hz.
E ora passiamo ai dispositivi di illuminazione elettrica. Non c'è niente di più facile da gestire il lavoro di nessuno di essi. Ho premuto, ad esempio, il tasto dell'interruttore - e nella stanza un lampadario acceso, premuto di nuovo - è uscito. A volte, tuttavia, questo vantaggio si trasforma inaspettatamente in uno svantaggio, soprattutto se vuoi rendere accogliente la tua stanza, creare una sensazione di comfort, e per questo è così importante scegliere l'illuminazione giusta. Ora, se il bagliore delle lampade cambiava senza intoppi ...
Si scopre che non c'è nulla di impossibile. È necessario solo invece di un interruttore convenzionale per collegare un dispositivo elettronico che controlla la luminosità della lampada. Le funzioni del controller, "comandante" delle lampade, in un tale dispositivo esegue un triac a semiconduttore.
Puoi costruire un semplice dispositivo di controllo che ti aiuti a controllare la luminosità del bagliore di una lampada da tavolo o di un lampadario, a cambiare la temperatura di una piastra calda o una punta di un saldatore usando il circuito mostrato in Figura 5.
Fig. 5. Schema del regolatore
Il trasformatore T1 converte la tensione di rete da 220 V a 12 - 25 V. Viene rettificato dal blocco diodi VD1-VD4 e alimentato all'elettrodo di controllo del triac VS1. Il resistore R1 limita la corrente dell'elettrodo di controllo e l'ampiezza della tensione di controllo è controllata da un resistore variabile R2.
Fig. 6. Diagrammi di temporizzazione della tensione: a - nella rete; b - sull'elettrodo di controllo del triac, c - sul carico.
Per facilitare la comprensione del funzionamento del dispositivo, costruiamo tre diagrammi temporali delle tensioni: rete, sull'elettrodo di controllo del triac e sul carico (Fig. 6). Dopo aver collegato il dispositivo alla rete, al suo ingresso viene fornita una tensione alternata di 220 V (Fig. 6a). Allo stesso tempo, viene applicata una tensione sinusoidale negativa all'elettrodo di controllo del triac VS1 (Fig. 66). Nel momento in cui il suo valore supera la tensione di commutazione, il dispositivo si aprirà e la corrente di rete scorrerà attraverso il carico.Dopo che il valore della tensione di controllo diventa inferiore alla soglia, il triac rimane aperto a causa del fatto che la corrente di carico supera la corrente di mantenimento del dispositivo. Nel momento in cui la tensione all'ingresso del regolatore cambia polarità, il triac si chiude. Il processo viene quindi ripetuto. Pertanto, la tensione al carico avrà una forma a dente di sega (Fig. 6c)
Maggiore è l'ampiezza della tensione di controllo, prima si accenderà il triac e quindi maggiore sarà l'impulso di corrente nel carico. Al contrario, minore è l'ampiezza del segnale di controllo, minore è la durata di questo impulso. All'estrema posizione sinistra della resistenza variabile del motore R2 secondo lo schema, il carico assorbirà l'intera "porzione" di potenza. Se il regolatore R2 viene ruotato nella direzione opposta, l'ampiezza del segnale di controllo è inferiore al valore di soglia, il triac rimarrà nello stato chiuso e la corrente non scorrerà attraverso il carico.
È facile intuire che il nostro dispositivo regola la potenza consumata dal carico, cambiando così luminosità della lampada o temperatura dell'elemento riscaldante.
È possibile applicare i seguenti elementi al dispositivo. Triac KU208 con la lettera B o G. Blocco di diodi KTs405 o KTs407 con qualsiasi indice di lettere, quattro sono anche adatti diodo a semiconduttore serie D226, D237. Resistenza permanente - MLT-0.25, variabile - SPO-2 o qualsiasi altra potenza non inferiore a 1 W. 1Р1 - spina di rete standard, XS1 - presa. Il trasformatore T1 è progettato per una tensione di avvolgimento secondaria di 12-25 V.
Se non esiste un trasformatore adatto, crealo tu stesso. L'anima è composta da Ш16 piastre, lo spessore impostato è 20 mm, l'avvolgimento I contiene 3300 giri di filo PEL-1 0,1 e l'avvolgimento II contiene 300 giri di PEL-1 0,3.
Interruttore a levetta: qualsiasi fusibile di rete deve essere progettato per la massima corrente di carico.
Il regolatore è assemblato in una custodia di plastica. Un interruttore a levetta, una resistenza variabile, un portafusibili e una presa sono montati sul pannello superiore. Un trasformatore, un blocco di diodi e un triac sono installati nella parte inferiore del case. Il triac deve essere dotato di un radiatore a dissipazione di calore con uno spessore di 1 - 2 mm e una superficie di almeno 14 cm2. Praticare un foro per il cavo di alimentazione in una delle pareti laterali del telaio.
Non è necessario regolare il dispositivo e, con l'installazione e le parti riparabili adeguate, inizia a funzionare immediatamente dopo essere stato collegato alla rete.
USANDO IL REGOLATORE, NON DIMENTICARE LE PRECAUZIONI DI SICUREZZA. PUOI APRIRE L'ALLOGGIO SOLO SCOLLEGANDO L'APPARECCHIO DALLA RETE!
V. Yantsev.
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