Un Triac este un dispozitiv solid-state (semiconductor) de mare viteză care poate comuta și controla puterea AC în ambele direcții ale unei forme de undă sinusoidale.

Fiind un dispozitiv solid-state, tiristorul poate fi utilizat pentru a controla lămpi, motoare sau încălzitoare etc. Dar, una dintre problemele de utilizare a unui tiristor pentru controlul unor astfel de circuite este că, exact ca o diodă, "tiristorul" este un dispozitiv unidirecțional, deoarece trece curentul într-o singură direcție, de la Anod la Catod.

Pentru circuitele de comutare DC, această caracteristică de comutare "un sens" poate fi acceptabilă deoarece odată declanșată, toată puterea DC este transmisă direct sarcinii. Dar, în circuitele de comutare sinusoidală AC, această comutare unidirecțională poate fi o problemă deoarece ea se desfășoară numai pe o alternanță (ca un redresor mono-alternanță) atunci când Anodul este pozitiv, indiferent de ce face semnalul Gate. Deci, pentru funcționarea AC, doar jumătate din putere este livrată la sarcină printr-un tiristor.

Pentru a obține controlul puterii bialternanță, putem conecta un singur tiristor în interiorul unui redresor punte completă, care declanșează la fiecare alternanță pozitivă sau se conectează două tiristoare invers în paralel (spate în spate), după cum se arată mai jos, dar acest lucru crește atât complexitatea, cât și numărul de componente utilizate în circuitul de comutare.

Configurații cu tiristor

Există totuși un alt tip de dispozitiv semiconductor numit Triode AC Switch sau Triac pe scurt, care este, de asemenea, un membru al familiei tiristor, care este folosit ca un dispozitiv solid-state de comutare a puterii, dar mai important, el este un dispozitiv "bidirecțional". Cu alte cuvinte, un Triac poate fi declanșat în conducție atât prin tensiunile pozitive, cât și prin cele negative, aplicate anodului său și cu ambele impulsuri de declanșare pozitive și negative aplicate la Gate, făcându-l un dispozitiv de comutare, comandat de poartă, în două cadrane.

Un Triac se comportă la fel ca două tiristoare convenționale conectate împreună, invers, în paralel (spate-în-spate) unul față de celălalt și datorită acestui aranjament, cele două tiristoare au un terminal comun Gate, totul într-un singur pachet cu trei terminale.

Deoarece un triac conduce în ambele direcții o formă de undă sinusoidală, conceptul unui terminal anod și al unui terminal catod folosit pentru a identifica terminalele principale de putere ale unui tiristor sunt înlocuite cu identificările: MT1, pentru Terminalul Principal 1 și MT2 pentru Terminalul Principal 2 cu terminalul Gate G același.

În majoritatea aplicațiilor de comutare AC, terminalul poartă (Gate) al triacului este asociat cu terminalul MT1, similar cu relația poartă-catod a tiristorului sau relația bază-emitor a tranzistorului. Construcția, doparea P-N și simbolul schematic folosit pentru a reprezenta un Triac este dată mai jos.

Simbolul Triacului și construcția

Acum stim ca un "triac" este un PNPN în direcție pozitivă și un NPNP în direcție negativă, cu 4 straturi, un dispozitiv bidirectional cu trei terminale care blochează curentul în starea sa "OFF" acționând ca un comutator deschis, dar spre deosebire de un tiristor convențional, triacul poate conduce curent în ambele direcții când este declanșat de un singur impuls de poartă. Atunci, un triac are patru moduri posibile de declanșare a funcționării, după cum urmează.

• I + Mod = MT2 curent pozitiv (+ ve), curent pozitiv de poartă (+ ve)

• I - Mod = MT2 curent pozitiv (+ ve), curent negativ de poartă (-ve)

• ΙΙΙ + Mode = MT2 curent negativ (-ve), curent pozitiv de poartă (+ ve)

• ΙΙΙ - Mode = MT2 curent negativ (-ve), curent negativ de poartă (-ve)

Iar aceste patru moduri în care poate fi operat un triac sunt arătate folosind curbele caracteristice I-V ale triacului.

În cadranul I, triacul este declanșat în mod obișnuit în conducție de un curent pozitiv de poartă, etichetat mai sus ca modul I+. Dar poate fi, de asemenea, declanșat de un curent de poartă negativ, modul I-. Similar, în cadranul III, care declanșează cu un curent de poartă negativ -IG este de asemenea comun, modul III- împreună cu modul III+. Modurile I- și III+ sunt, totuși, configurații mai puțin sensibile, care necesită un curent mai mare de poartă pentru declanșare decât cele mai comune moduri de declanșare a triacului I+ și III-.

De asemenea, la fel ca și redresoarele comandate cu siliciu (SCR), triacul necesită, de asemenea, un curent minim de menținere IH pentru a menține conducția la formele de undă care traversează punctul zero. Atunci, chiar dacă cele două tiristoare sunt combinate într-un singur dispozitiv triac, ele încă prezintă caracteristici electrice individuale, cum ar fi diferite tensiuni de străpungere, curenți de menținere și nivele de tensiune de declanșare, exact la fel cum ne-am aștepta de la un singur dispozitiv SCR.

Aplicațiile triacului

Triacul este cel mai frecvent utilizat dispozitiv semiconductor pentru comutarea și controlul puterii sistemelor AC deoarece triacul poate fi pornit „ON“, fie printr-un impuls pozitiv sau negativ de poartă, indiferent de polaritatea sursei AC la acel moment. Acest lucru face triacul ideal pentru a controla o lampă sau o sarcină cu motor de curent alternativ cu un circuit de bază de comutare cu triac, prezentat mai jos.

Circuit de comutare cu triac

Circuitul de mai sus prezintă un circuit simplu de comutare a energiei cu triac, prin declanșare DC. Cu comutatorul SW1 deschis, nu intră curent în Poarta triacului, și lampa este, prin urmare, "OFF". Atunci când SW1 este închis, curentul de poartă este aplicat triacului de la alimentarea cu baterii VG prin intermediul rezistorului R și triacul este comandat într-o conducție completă, acționând ca un întrerupător închis și puterea maximă este extrasă de lampă din sursa sinusoidală.

Deoarece bateria furnizează un curent pozitiv la poarta triacului ori de câte ori comutatorul SW1 este închis, triacul este, prin urmare, continuu închis în modurile I+ și III+, indiferent de polaritatea terminalului MT2.

Desigur, problema cu acest simplu circuit de comutare cu triac este că am avea nevoie de o sursă suplimentară de alimentare pozitivă sau negativă pentru declanșarea triacului în conducție. Dar, putem declanșa triacul folosind tensiunea de alimentare AC ca tensiune de declanșare a porții. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Circuitul prezintă un triac utilizat ca un simplu comutator de putere AC static, ce oferă o funcție "ON" - "OFF" similară cu cea a circuitului precedent. Când comutatorul SW1 este deschis, triacul acționează ca un comutator deschis și prin lampă nu trece curent. Când SW1 este închis, triacul este comutat "ON" prin rezistorul de limitare a curentului R și se autoblochează așa, la scurt timp după pornirea fiecărei alternanțe, comutând astfel întreaga putere la sarcina lampă.

Deoarece alimentarea este AC sinusoidală, triacul se deblochează automat la sfârșitul fiecărei alternanțe de curent alternativ a sursei și astfel curentul de sarcină scade pentru scurt timp la zero, dar se re-blochează din nou folosind jumătatea de tiristor opus pe următoarea alternanță, atât timp cât comutatorul rămâne închis. Acest tip de comutare de comandă este denumit în general control bialternanță datorită faptului că ambele alternanțe ale undei sinusoidale sunt comandate.

Deoarece triacul este în mod efectiv format din două SCR spate-în-spate conectate, putem lua acest circuit de comutare cu triac mai departe, prin modificarea modului cum este declanșată poarta, după cum se arată mai jos.

Circuit modificat de comutare cu triac

Ca mai sus, dacă comutatorul SW1 este deschis în poziția A, nu există curent de poartă și lampa este "OFF". Dacă comutatorul este deplasat în poziția B, curentul porții curge la fiecare alternanță la fel ca înainte și întreaga putere este trimisă la lampă, deoarece triacul funcționează în modurile I+ și III-.

De data aceasta, când comutatorul este conectat în poziția C, dioda va preveni declanșarea porții atunci când MT2 este negativ deoarece dioda este polarizată invers. Astfel, triacul conduce numai pe alternanțele pozitive funcționând numai în modul I+ și lampa se va aprinde la jumătate din putere. Deci, în funcție de poziția comutatorului, sarcina este OFF, la jumătate de putere sau toată puterea ON.

Controlul fazei cu triac

Un alt tip obișnuit de circuit de comutare cu triac folosește controlul de fază pentru a varia cantitatea de tensiune și, prin urmare, puterea aplicată la o sarcină, în acest caz un motor, atât pentru alternanțele pozitive cât și cele negative ale formei de undă de intrare. Acest tip de control al turației motorului AC oferă o comandă variabilă și liniară completă, deoarece tensiunea poate fi reglată de la zero la tensiunea maximă aplicată, așa cum se arată.

Acest circuit de declanșare a fazei utilizează triacul în serie cu motorul printr-o alimentare sinusoidală AC. Rezistorul variabil VR1 este folosit pentru a controla defazarea pe poarta triacului, care la rândul său controlează cantitatea de tensiune aplicată motorului prin comutarea acestuia ON la diferite momente în timpul ciclului AC.

Tensiunea de declanșare a triacului este derivată din combinația VR1-C1 prin Diac (Diacul este un dispozitiv semiconductor bidirecțional care ajută la furnizarea unui impuls de declanșare ascuțit pentru a comuta complet ON triacul).

La începutul fiecărui ciclu, C1 se încarcă prin rezistorul variabil VR1. Aceasta continuă până când tensiunea pe C1 este suficientă pentru declanșarea diacului în conducție, care la rândul său permite condensatorului C1 să se descarce în poarta triacului, comutându-l pe "ON".

Odată ce triacul este declanșat în conducție și saturat, acesta scurtcircuitează efectiv circuitul de comandă a fazei de declanșare a porții, conectat în paralel peste acesta, și triacul preia controlul pentru restul alternanței.

Așa cum am văzut mai sus, triacul comută OFF automat la sfârșitul alternanței, iar procesul de declanșare VR1-C1 începe din nou în următoarea alternanță.

Dar, deoarece triacul necesită diferite valori ale curentului de poartă în fiecare mod de comutare al operării, de exemplu I+ și III-, un triac este așadar asimetric ceea ce înseamnă că acesta nu poate declanșa în exact același punct pentru fiecare alternanță pozitivă și negativă.

Acest circuit simplu de control al turației cu triac este potrivit nu numai pentru controlul turației motorului AC, ci și pentru dimmerul de lumină și controlul încălzitorului electric și, de fapt, este foarte asemănător cu un dimmer de lumină cu triac utilizat în multe case. Totuși, un dimmer cu triac comercial nu ar trebui să fie utilizat ca regulator de turație al motorului, în general, dimmerii de lumină cu triac sunt destinați a fi utilizați numai cu sarcini rezistive, cum ar fi lămpile cu incandescență.

Rezumat

• Un "Triac" este un alt dispozitiv tiristor cu 3 terminale, 4 straturi, similar cu SCR.

• Triacul poate fi declanșat în conducție în ambele direcții.

• Există patru moduri posibile de declanșare pentru un Triac, dintre care 2 sunt preferate.

Controlul electric al puterii AC cu un Triac este extrem de eficient când este utilizat în mod corespunzător pentru a controla sarcini de tip rezistiv, cum ar fi lămpi incandescente, încălzitoare sau motoare universale mici, frecvent întâlnite în sculele electrice portabile și aparatele mici.

Dar vă rugăm să rețineți că aceste dispozitive pot fi utilizate și atașate direct la sursa de alimentare AC de la rețea, astfel încât testarea circuitelor ar trebui să se facă atunci când dispozitivul de control a puterii este deconectat de la sursa de alimentare a rețelei. Vă rugăm să vă amintiți: mai întâi siguranța!.