Triacs: do simples ao complexo

Em 1963, uma grande família de trinistores apareceu outro "parente" - triac. Como ele difere de seus "irmãos" - trinistores (tiristores)? Lembre-se das propriedades desses dispositivos. Seu trabalho costuma ser comparado à ação de uma porta comum: o dispositivo está trancado - não há corrente no circuito (a porta está fechada - não há passagem), o dispositivo está aberto - uma corrente elétrica aparece no circuito (a porta se abre - entre). Mas eles têm uma falha comum. Os tiristores passam a corrente apenas na direção para frente - dessa maneira, uma porta comum se abre facilmente "a partir de si mesma", mas não importa o quanto você a puxe em sua direção - na direção oposta, todos os esforços serão inúteis.

Aumentando o número de camadas semicondutoras do tiristor de quatro para cinco e equipando-o com um eletrodo de controle, os cientistas descobriram que um dispositivo com essa estrutura (posteriormente denominada triac) é capaz de transmitir corrente elétrica nas direções direta e reversa.

Veja a figura 1, representando a estrutura das camadas semicondutoras do triac. Externamente, eles se assemelham à estrutura do transistor p-n-r, mas diferem no fato de terem três áreas adicionais com ncondutividade. E eis o que é interessante: acontece que dois deles, localizados no cátodo e no ânodo, desempenham as funções de apenas uma camada de semicondutor - a quarta. Quinta forma uma área com n-condutividade próxima ao eletrodo de controle.

É claro que a operação de tal dispositivo é baseada em processos físicos mais complexos do que outros tipos de tiristores. Para entender melhor o princípio da operação triac, usaremos seu análogo do tiristor. Por que exatamente tiristor? O fato é que a separação da quarta camada semicondutora do triac não é acidental. Devido a essa estrutura, na direção direta da corrente que flui através do dispositivo, o ânodo e o cátodo desempenham suas funções principais e, se invertidos, parecem trocar de lugar - o ânodo se torna um cátodo e o cátodo, pelo contrário, se torna um ânodo, ou seja, um triac pode ser considerado como dois contra-paralelos tiristor ligado (fig. 2).

Triac analógico trinistor

Imagine que um sinal de disparo seja aplicado ao eletrodo de controle. Quando a tensão no ânodo do dispositivo é de polaridade positiva e negativa no cátodo, uma corrente elétrica flui através do trinistor esquerdo. Se a polaridade da tensão através dos eletrodos de potência for revertida, o trinistor direito será ativado. A quinta camada de semicondutores, como um controlador de tráfego, dirigindo carros em um cruzamento, envia um sinal de disparo, dependendo da fase da corrente, a um dos trinistores. Na ausência de um sinal de gatilho, o triac é fechado.

No geral, sua ação pode ser comparada, por exemplo, com uma porta giratória em uma estação de metrô - na direção em que você a pressiona, ela certamente será aberta. De fato, aplicamos a tensão de desbloqueio ao eletrodo de controle do triac - "empurre" ele, e os elétrons, como passageiros correndo para embarcar ou sair, fluirão pelo dispositivo na direção ditada pela polaridade do ânodo e do cátodo.

Esta conclusão é confirmada pela característica de tensão de corrente do dispositivo (fig. 3). Consiste em duas curvas idênticas giradas 180 ° uma em relação à outra. Seu formato corresponde à característica de tensão de corrente do dinistor, e as regiões do estado não condutor, como o do trinistor, podem ser facilmente superadas se uma tensão de disparo for aplicada ao eletrodo de controle (as seções de mudança das curvas são mostradas por linhas tracejadas).

Devido à simetria da característica corrente-tensão, o novo dispositivo semicondutor foi chamado de tiristor simétrico (em resumo - um triac). Às vezes é chamado de triac (um termo que vem do inglês).

O triac herdou de seu antecessor, o tiristor, todas as suas melhores propriedades. Mas a vantagem mais importante da novidade é que dois dispositivos semicondutores são imediatamente localizados no seu gabinete. Julgue por si mesmo. Para controlar o circuito CC, é necessário um tiristor, para o circuito de corrente alternada dos dispositivos deve haver dois (ligados em paralelo). E se levarmos em conta que cada um deles precisa de uma fonte separada de tensão de desbloqueio, que também deve ligar o dispositivo exatamente no momento de alterar a fase da corrente, fica claro o quão difícil será essa unidade de controle. Para o triac, o tipo de corrente não importa. Apenas um desses dispositivos com uma fonte de tensão de desbloqueio é suficiente e um dispositivo de controle universal está pronto. Pode ser usado em um circuito de energia CC ou CA.

A estreita relação entre o tiristor e o triac levou ao fato de que esses dispositivos tinham muito em comum. Portanto, as propriedades elétricas do triac são caracterizadas pelos mesmos parâmetros que o tiristor. Eles também são marcados da mesma maneira - pelas letras KU, um número de três dígitos e o índice de letras no final da designação. Às vezes, os triatcs são designados de maneira um pouco diferente - pelas letras TC, que significa "tiristor é simétrico".

A designação gráfica convencional de triacs nos diagramas de circuitos é mostrada na Figura 4.

Para um conhecimento prático dos trícs, escolheremos dispositivos da série KU208 - tiristores simétricos triodo do tipo p-p-p-p. Os tipos de dispositivos são indicados pelos índices das letras em suas designações - A, B, C ou G. A tensão constante que o triac com o índice A pode suportar quando fechado é de 100 V, B - 200 V, V - 300 V e G - 400 V. Os parâmetros restantes desses dispositivos são idênticos: a corrente direta máxima no estado aberto é 5 A, a corrente de pulso é 10 A, a corrente de vazamento no estado fechado é 5 mA, a tensão entre o cátodo e o ânodo no estado condutor é -2 V, o valor da tensão de desbloqueio no eletrodo de controle 5 V a 160 mA, dissipado pela caixa O instrumento poder- 10 W, a frequência máxima de operação - 400 Hz.

E agora vamos para dispositivos de iluminação elétrica. Não há nada mais fácil de gerenciar o trabalho de nenhum deles. Apertei, por exemplo, a tecla do interruptor - e na sala um lustre acendeu, apertei novamente - saiu. Às vezes, no entanto, essa vantagem inesperadamente se torna uma desvantagem, especialmente se você deseja tornar seu quarto aconchegante, criar uma sensação de conforto e, para isso, é tão importante escolher a iluminação certa. Agora, se o brilho das lâmpadas mudasse suavemente ...

Acontece que não há nada impossível. Só é necessário, em vez de um comutador convencional, conectar um dispositivo eletrônico que controla o brilho da lâmpada. As funções do controlador, "comandante" das lâmpadas, nesse dispositivo, executam um triac semicondutor.

Você pode criar um dispositivo de controle simples que o ajude a controlar o brilho do brilho de um candeeiro de mesa ou de um lustre, altere a temperatura de uma placa quente ou de uma ponta de um ferro de solda usando o circuito mostrado na Figura 5.

Fig. 5. Diagrama esquemático do regulador

O transformador T1 converte a tensão de 220 V em 12 - 25 V. Ele é retificado pelo bloco de diodos VD1-VD4 e alimentado ao eletrodo de controle do triac VS1. O resistor R1 limita a corrente do eletrodo de controle e a magnitude da tensão de controle é controlada por um resistor variável R2.

Fig. 6. Diagramas de tempo de tensão: a - na rede; b - no eletrodo de controle do triac, c - na carga.

Para facilitar a compreensão do funcionamento do dispositivo, construímos três diagramas de tensão: rede elétrica, no eletrodo de controle do triac e na carga (Fig. 6). Após o dispositivo ser conectado à rede, uma tensão alternada de 220 V é fornecida à sua entrada (Fig. 6a). Ao mesmo tempo, uma tensão sinusoidal negativa é aplicada ao eletrodo de controle do triac VS1 (Fig. 66). No momento em que seu valor exceder a tensão de comutação, o dispositivo abrirá e a corrente elétrica fluirá através da carga.Após o valor da tensão de controle ficar abaixo do limite, o triac permanece aberto devido ao fato de a corrente de carga exceder a corrente de retenção do dispositivo. No momento em que a tensão na entrada do regulador muda sua polaridade, o triac se fecha. O processo é então repetido. Assim, a tensão na carga terá a forma de dente de serra (Fig. 6c)

Quanto maior a amplitude da tensão de controle, mais cedo o triac será ligado e, portanto, mais longo o pulso de corrente estará na carga. Por outro lado, quanto menor a amplitude do sinal de controle, menor a duração desse pulso. Na posição extrema esquerda do resistor variável R2 do motor, de acordo com o diagrama, a carga absorverá todas as "partes" de energia. Se o regulador R2 for girado na direção oposta, a amplitude do sinal de controle está abaixo do valor limite, o triac permanecerá no estado fechado e a corrente não fluirá através da carga.

É fácil adivinhar que nosso dispositivo regula a energia consumida pela carga, alterando assim brilho da lâmpada ou temperatura do elemento de aquecimento.

Você pode aplicar os seguintes elementos ao seu dispositivo. Triac KU208 com a letra B ou G. Bloco de diodos KTs405 ou KTs407 com qualquer índice de letras, quatro também são adequados diodo semicondutor série D226, D237. Resistor permanente - MLT-0.25, variável - SPO-2 ou qualquer outra potência não inferior a 1 W. 1Р1 - plugue de rede padrão, XS1 - soquete. O transformador T1 foi projetado para uma tensão de enrolamento secundária de 12 a 25 V.

Se não houver transformador adequado, faça você mesmo. O núcleo é feito de placas Ш16, a espessura do conjunto é de 20 mm, o enrolamento I contém 3300 voltas de fio PEL-1 0,1 e o enrolamento II contém 300 voltas de PEL-1 0,3.

Interruptor de alavanca - qualquer fusível de rede deve ser projetado para a corrente de carga máxima.

O regulador é montado em uma caixa de plástico. Uma chave seletora, um resistor variável, um porta-fusível e um soquete estão montados no painel superior. Um transformador, um bloco de diodos e um triac são instalados na parte inferior do gabinete. O triac deve estar equipado com um radiador dissipador de calor com uma espessura de 1 - 2 mm e uma área de pelo menos 14 cm2. Faça um orifício para o cabo de alimentação em uma das paredes laterais do chassi.

O dispositivo não precisa ser ajustado e, com as peças de instalação e manutenção adequadas, começa a funcionar imediatamente após ser conectado à rede.

USANDO O REGULADOR, NÃO ESQUEÇA DAS PRECAUÇÕES DE SEGURANÇA. VOCÊ PODE ABRIR A HABITAÇÃO SOMENTE DESLIGANDO O APARELHO DA REDE!

V. Yantsev.