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Triacs: du simple au complexe
En 1963, une grande famille de Trinistors est apparu un autre "parent" - triac. En quoi diffère-t-il de ses «frères» - les trinistors (thyristors)? N'oubliez pas les propriétés de ces appareils. Leur travail est souvent comparé à l'action d'une porte ordinaire: l'appareil est verrouillé - il n'y a pas de courant dans le circuit (la porte est fermée - il n'y a pas de passage), l'appareil est ouvert - un courant électrique apparaît dans le circuit (la porte ouverte - entre). Mais ils ont un défaut commun. Les thyristors ne font passer le courant que vers l'avant - de cette façon, une porte ordinaire s'ouvre facilement "d'elle-même", mais peu importe combien vous la tirez vers vous - dans la direction opposée, tous les efforts seront vains.
En augmentant le nombre de couches semi-conductrices du thyristor de quatre à cinq et en l'équipant d'une électrode de commande, les scientifiques ont découvert qu'un appareil avec une telle structure (appelé plus tard un triac) est capable de faire passer le courant électrique dans les directions avant et arrière.
Regardez la figure 1, illustrant la structure des couches semi-conductrices du triac. Extérieurement, ils ressemblent à la structure du transistor p-n-r, mais diffèrent en ce sens qu'ils ont trois zones supplémentaires avec nconductivité. Et voici ce qui est intéressant: il s'avère que deux d'entre eux, situés à la cathode et à l'anode, remplissent les fonctions d'une seule couche semi-conductrice - la quatrième. Le cinquième forme un espace avec n-conductivité située près de l'électrode de commande.
Il est clair que le fonctionnement d'un tel dispositif repose sur des processus physiques plus complexes que d'autres types de thyristors. Pour mieux comprendre le principe du fonctionnement du triac, nous allons utiliser son thyristor analogique. Pourquoi exactement un thyristor? Le fait est que la séparation de la quatrième couche semi-conductrice du triac n'est pas accidentelle. En raison de cette structure, dans le sens direct du courant traversant le dispositif, l'anode et la cathode remplissent leurs fonctions principales, et si elles sont inversées, elles semblent changer de place - l'anode devient une cathode, et la cathode, au contraire, devient une anode, c'est-à-dire qu'un triac peut être considéré comme deux contre-parallèles thyristor activé (Fig. 2).
Trinistor analogique triac
Imaginez qu'un signal de déclenchement soit appliqué à l'électrode de commande. Lorsque la tension à l'anode de l'appareil est de polarité positive et négative à la cathode, un courant électrique circule à travers le trinistor gauche. Si la polarité de la tension aux bornes des électrodes de puissance est inversée, le trinistor droit s'allumera. La cinquième couche semi-conductrice, comme un contrôleur de la circulation contrôlant le mouvement des voitures à une intersection, envoie un signal de déclenchement, selon la phase du courant, à l'un des trinistors. En l'absence de signal de déclenchement, le triac est fermé.
Dans l'ensemble, son action peut être comparée, par exemple, à une porte tournante dans une station de métro - dans quelle direction vous la poussez, elle s'ouvrira certainement. En effet, nous appliquons la tension de déverrouillage à l'électrode de commande du triac - «poussez-la», et les électrons, comme les passagers pressés de monter à bord ou de sortir, circuleront à travers l'appareil dans le sens dicté par la polarité de l'anode et de la cathode.
Cette conclusion est confirmée par la caractéristique courant-tension de l'appareil (Fig. 3). Il se compose de deux courbes identiques tournées de 180 ° l'une par rapport à l'autre. Leur forme correspond à la caractéristique courant-tension de la dynistor, et les régions de l'état non conducteur, comme celle du trinistor, peuvent être facilement surmontées si une tension de déclenchement est appliquée à l'électrode de commande (les sections changeantes des courbes sont représentées par des lignes en pointillés).
En raison de la symétrie de la caractéristique courant-tension, le nouveau dispositif semi-conducteur a été appelé thyristor symétrique (en bref - un triac). Il est parfois appelé triac (terme qui vient de l'anglais).
Le triac a hérité de son prédécesseur, le thyristor, toutes ses meilleures propriétés. Mais l'avantage le plus important de la nouveauté est que deux dispositifs semi-conducteurs sont immédiatement situés dans son boîtier. Jugez par vous-même. Pour contrôler le circuit DC, un thyristor est nécessaire, pour le circuit à courant alternatif des appareils il doit y en avoir deux (allumés en parallèle). Et si l'on tient compte du fait que chacun d'eux a besoin d'une source de tension de déverrouillage distincte, qui, de plus, doit allumer l'appareil exactement au moment de changer la phase du courant, il devient clair à quel point une telle unité de contrôle sera difficile. Pour le triac, le type de courant n'a pas d'importance. Un seul appareil avec une source de tension de déverrouillage suffit et un appareil de commande universel est prêt. Il peut être utilisé dans un circuit d'alimentation CC ou CA.
La relation étroite entre le thyristor et le triac a conduit au fait que ces appareils avaient beaucoup en commun. Les propriétés électriques du triac sont donc caractérisées par les mêmes paramètres que le thyristor. Ils sont également marqués de la même manière - par les lettres KU, un nombre à trois chiffres et l'index des lettres à la fin de la désignation. Parfois, les triacs sont désignés quelque peu différemment - par les lettres TC, ce qui signifie «le thyristor est symétrique».
La désignation graphique conventionnelle des triacs sur les schémas de circuit est illustrée à la figure 4.
Pour une connaissance pratique des triacs, nous choisirons des appareils de la série KU208 - thyristors symétriques triodes de type p-p-p-p. Les types d'appareils sont indiqués par les indices alphabétiques dans leur désignation - A, B, C ou G. La tension constante que le triac avec l'indice A peut supporter lorsqu'il est fermé est de 100 V, B - 200 V, V - 300 V et G - 400 V. Les paramètres restants de ces appareils sont identiques: le courant continu maximum à l'état ouvert est 5 A, le courant impulsionnel est 10 A, le courant de fuite à l'état fermé est 5 mA, la tension entre la cathode et l'anode à l'état conducteur est -2 V, la valeur de la tension de déverrouillage à l'électrode de commande 5 V à 160 mA, dissipée par le boîtier L'appareil de mise sous tension 10 W, la fréquence de fonctionnement maximale - 400 Hz.
Et maintenant, passons aux appareils d'éclairage électrique. Il n'y a rien de plus facile à gérer le travail de l'un d'eux. J'ai appuyé, par exemple, sur la touche de l'interrupteur - et dans la pièce un lustre s'est allumé, appuyé à nouveau - est sorti. Parfois, cependant, cet avantage se transforme inopinément en un inconvénient, surtout si vous voulez rendre votre pièce confortable, créer une sensation de confort, et pour cela, il est si important de choisir le bon éclairage. Maintenant, si la lueur des lampes a changé en douceur ...
Il s'avère qu'il n'y a rien d'impossible. Il est seulement nécessaire au lieu d'un interrupteur conventionnel de connecter un appareil électronique qui contrôle la luminosité de la lampe. Les fonctions du contrôleur, "commandant" des lampes, dans un tel dispositif assurent un triac semi-conducteur.
Vous pouvez construire un appareil de contrôle simple qui vous aidera à contrôler la luminosité de la lueur d'une lampe de table ou d'un lustre, changer la température d'une plaque chauffante ou d'une pointe de fer à souder en utilisant le circuit illustré à la figure 5.
Fig. 5. Schéma de principe du régulateur
Le transformateur T1 convertit la tension secteur de 220 V en 12 - 25 V. Il est redressé par le bloc de diodes VD1-VD4 et alimenté à l'électrode de commande du triac VS1. La résistance R1 limite le courant de l'électrode de commande, et l'amplitude de la tension de commande est contrôlée par une résistance variable R2.
Fig. 6. Diagrammes de temps de la tension: a - dans le réseau; b - sur l'électrode de commande du triac, c - sur la charge.
Pour faciliter la compréhension du fonctionnement de l'appareil, nous construisons trois chronogrammes de tensions: secteur, à l'électrode de commande du triac et à la charge (Fig. 6). Une fois l'appareil connecté au réseau, une tension alternative de 220 V est fournie à son entrée (Fig. 6a). En même temps, une tension sinusoïdale négative est appliquée à l'électrode de commande du triac VS1 (Fig. 66). Au moment où sa valeur dépasse la tension de commutation, l'appareil s'ouvrira et le courant secteur traversera la charge.Une fois que la valeur de la tension de commande est devenue inférieure au seuil, le triac reste ouvert du fait que le courant de charge dépasse le courant de maintien de l'appareil. Au moment où la tension à l'entrée du régulateur change de polarité, le triac se ferme. Le processus est ensuite répété. Ainsi, la tension à la charge aura une forme en dents de scie (Fig. 6c)
Plus l'amplitude de la tension de commande est grande, plus le triac s'allumera tôt et, par conséquent, plus l'impulsion de courant sera longue dans la charge. Inversement, plus l'amplitude du signal de commande est petite, plus la durée de cette impulsion est courte. À la position extrême gauche de la résistance variable du moteur R2 selon le diagramme, la charge absorbera la totalité des "portions" de puissance. Si le régulateur R2 est tourné dans le sens opposé, l'amplitude du signal de commande est inférieure à la valeur seuil, le triac restera à l'état fermé et le courant ne traversera pas la charge.
Il est facile de deviner que notre appareil régule la puissance consommée par la charge, changeant ainsi luminosité de la lampe ou la température de l'élément chauffant.
Vous pouvez appliquer les éléments suivants à votre appareil. Triac KU208 avec la lettre B ou G. Bloc de diode KTs405 ou KTs407 avec n'importe quel index de lettres, quatre conviennent également diode semi-conductrice séries D226, D237. Résistance permanente - MLT-0,25, variable - SPO-2 ou toute autre puissance non inférieure à 1 W. ХР1 - prise réseau standard, XS1 - prise. Le transformateur T1 est conçu pour une tension d'enroulement secondaire de 12-25 V.
S'il n'y a pas de transformateur approprié, faites-le vous-même. Le noyau est constitué de plaques Ш16, l'épaisseur réglée est de 20 mm, l'enroulement I contient 3300 tours de fil PEL-1 0,1 et l'enroulement II contient 300 tours de PEL-1 0,3.
Commutateur à bascule - tout fusible de réseau doit être conçu pour le courant de charge maximal.
Le régulateur est assemblé dans un boîtier en plastique. Un interrupteur à bascule, une résistance variable, un porte-fusible et une prise sont montés sur le panneau supérieur. Un transformateur, un bloc de diodes et un triac sont installés en bas du boîtier. Le triac doit être équipé d'un radiateur dissipateur de chaleur d'une épaisseur de 1 à 2 mm et d'une surface d'au moins 14 cm2. Percez un trou pour le cordon d'alimentation dans l'une des parois latérales du châssis.
L'appareil n'a pas besoin d'être réglé, et avec une installation appropriée et des pièces réparables, il commence à fonctionner immédiatement après sa connexion au réseau.
EN UTILISANT LE RÉGULATEUR, N'OUBLIEZ PAS LES PRÉCAUTIONS DE SÉCURITÉ. VOUS POUVEZ OUVRIR LE LOGEMENT UNIQUEMENT EN DÉBRANCHANT L'APPAREIL DU RÉSEAU!
V. Yantsev.
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