اسفند
DIAC – ساختار، نحوه کار، مزایا، معایب و کاربردها
المانهای نیمه هادی مانند تریستورها نقش حیاتی در الکترونیک قدرت و تنظیم مقدار توان را دارا می‌باشند ، اما از آنجایی که نیمه هادی ها تنها در یک جهت هدایت‌میشوند، برای استفاده در مدارهای AC مناسب‌نیستند. اینجاست که DIAC و TRIAC وارد عمل میشوند. تجهیزاتی مانند دیاک و ترایاک توان تامین شده به بارهای متناوب را کنترل‌می‌کنند و برا مثال با آنها میتوان کنترل سرعت موتورهای AC راانجام‌داد.
فهرست مطالب
- دیاگ چیست؟
- سمبل DIAC
- ساختار DIAC
- نحوه کارکرد DIAC
- خصوصیت و منحنی های ولت آمپر (vi) DIAC
- مزایا و معایب DIAC
- کاربرد DIAC
DIAC[1] مخفف ” دیود برای جریان متناوب”است. این یک کلید دو طرفه دو ترمیناله‌است و زمانی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست آن بیشتر می شود هدایت‌می‌کند. به همین علت نیم تواند جهت تقویت و یا کنترل سوئیچینگ‌استفاده‌شود.
دیاک جزو خانواده های تریستورها‌است اما به دلیل نداشتن ترمینال گیت یک سوئیچ قابل کنترل‌نیست. از نام دیاک میتوان فهمید که دیودی‌است که میتواند جریان متناوب را در هر دو جهت هدایت‌کند. به دلیل ویژگی‌های سوئیچینگ متقارن، عمدتاً برای راه اندازی المانهای دیگر مانند TRIAC استفادهمیشود.
نماد و ساختار DIAC
نماد DIAC
شکل دیاگ شبیه دو دیود در خلاف موازی با یکدیگر است و دارای دو ترمینال به نام‌های A1 یا MT1 و A2 یا MT2است. MT مخفف ترمینالهای اصلی‌است. از آنجایی که دیاک میتواند در هر دو جهت هدایت‌شود، ترمینال های آند و کاتدی همانطور که در شکل‌نشان داده‌شده‌است وجودندارد.
نماد DIAC
این المان گیت یا ترمینال کنترلی‌ندارد. در عوض با کاهش یا افزایش ولتاژ ترمینال نسبت به ولتاژ معکوس آن ، روشن و خاموش‌می‌شود.
ساختار DIAC
یک المان پنج لایه‌است که از ترکیب دو SCR معکوس و موازی بدون ترمینال گیت ساخته‌شده‌است. فقط دو ترمینال MT1 و MT2 دارد و از هر دو ترمینال ساختار متقارن‌دارد و پهنا و درصد دوپینگ یکسان‌است.
ساختار DIAC
دیاگ را میتوان در ساختار متقارن 3 لایه و 5 لایه ساخت. ساختار 3 لایه بیشتر استفادهمیشود که با لایه لایه کردن N یا P بین لایه های متناوب آن ساخته‌میشود که میتواند ساختار PNP یا NPN را داشته‌باشد. ولتاژ شکست [2] (گذار وارون در یک تریستور به گذار از حالت سدکنندگی مستقیم به حالت رسانش مستقیم گفته‌می‌شود) چنین DIAC در حدود 30 ولت‌است.
ساختار DAIC ۵ لایه شبیه ترکیب دو SCR بدون ترمینال گیت‌است. ساختاری متقارن دارد که از 2 لایه P و 3 لایه N تشکیل‌شده‌است. نواحی ترمینال از هر دو لایه P و N ساخته‌شده‌اند. دوپینگ و عرض همه لایه ها‌برابر‌است. ساختار متقارن قابلیت سوئیچینگ متقارن را هم در پلاریته مستقیم[3] و هم در پلاریته معکوس[4] فراهم می‌کند.
عملکرد DIAC
DIAC میتواند جریان را در هر دو جهت هدایت‌کند، مگر اینکه ولتاژ اعمال شده کمتر از ولتاژ قطع‌شود.
فرض کنید مقدار ولتاژ اعمال شده در MT1 نسبت به MT2 مثبت‌است، پیوندها در انتها بایاس مستقیم و پیوند میانی بایاس‌معکوس‌میشود. در این لحظه، ولتاژ اعمال شده V < VBO، بنابراین پیوند میانی بایاس معکوس باقیمیماند و اجازه جاری شدن جریان را نمیدهد. المان در حالت خاموش باقیمیماند.
نحوه کار DIAC
به منظور تریگر دیاگ به حالت هدایت، ولتاژ اعمال شده V باید از ولتاژ شکست (وارونه) VBO بیشترباشد. هنگامی که این اتفاق‌می‌افتد، شکست بهمنی درمحل اتصال بایاس معکوس رخ‌می‌دهد و جریان شروع به عبور از آن‌می‌کند. DIAC به حالت هدایت تریگر میشود و مقدار ولتاژ در سراسر آن به افت ولتاژ در حالت روشن کاهش می‌یابد.
به طور مشابه، اگر پلاریته های ولتاژ تعویض‌شوند، همان فرآیند تکرارمیشود به جز اینکه جریان در جهت معکوس جریان‌می‌یابد. اگر پلاریته ها عوض شوند، هیچ تفاوتی در عملکرد وجودندارد. دیاک دارای مشخصات سوئیچینگ متقارن برای هر دو پلاریته ولتاژ‌است، یعنی شکست بایاس مستقیم برابر با شکست بایاس معکوس‌است.
DIAC جریان راهدایت‌می‌کند مگر اینکه جریان کمتر از حد مجاز جریان نگهدارنده‌باشد. به محض پایین آمدن ازحد مجاز، دیاک به حالت خاموش‌می‌رود.
خصوصیات منحنی های ولت آمپر DIAC
منحنی مشخصه زیر رابطه بین ولتاژ اصلی و جریان اصلی DIAC رانشان‌می‌دهد. همانطور که میبینید، DIAC فقط در ربع 1 و 3 عملمیکند. این یک قطعه متقارن‌است؛ بنابراین، نمودار در هر دو ربع متقارن‌است و شکل حرف Z راتشکیل‌می‌دهد.
خصوصیات منحنی های ولت آمپر DIAC
در ربع 1، ولتاژ و جریان مثبت‌هستند. همانطورکه میبینید، زمانی که ولتاژ کمتر از ولتاژ شکست VBO باشد، DIAC جریان را به جز جریان نشتی مسدود‌می‌کند. دستگاه در حالت OFF باقیمیماند. هنگامی که ولتاژ افزایش‌می‌یابد، DIAC به حالت روشن‌می‌رود و جریان افزایش‌می‌یابد. ولتاژ در سراسر قطعه شروع به کاهش به ولتاژ ثابت حالت‌روشن‌می‌کند.
دستگاه به طور مشابه در ربع 3 عملمیکند. تنها تفاوت بین ربع 1 و 3 این‌است‌که ولتاژ و جریان معکوس‌هستند.
مزایای DIAC
دراینجا مزایای دیاگ وجوددارد:
- DIAC ویژگی‌های سوئیچینگ متقارن را ارائه‌می‌دهد.
- سوئیچینگ متقارن به کاهش هارمونیک ها در یک سیستم کمک‌می‌کند.
- دارای افت ولتاژ کم در حالت روشن‌است.
- افت ولتاژ با افزایش ولتاژ افزایش‌می‌یابد.
- میتوان به راحتی با افزایش یا کاهش ولتاژ اعمالی آن را سوئیچ‌کرد.
- می‌توان‌از آن برای راه‌اندازی تریستورهای دیگر و TRIAC استفاده‌کرد، کنترل توان روان را ارائه‌می‌کند.
معایب
- یک قطعه برای توان‌های کم‌است
- تنها زمانی هدایت‌می‌شود که ولتاژ به بالای 30 ولت افزایش‌یابد.
- نمیتواند ولتاژهای بالا را مسدودکند.
کاربرد‌های دیاک :
کاربرد اصلی DIAC تریگر کردن TRIACاست. TRIAC به دلیل تفاوت در هر دو نیمه ساختار خود، تحریک نامتقارن‌دارد. به دلیل این عدم تقارن، در ولتاژ یکسان برای جریان مستقیم و معکوس فعال نمیشود. سوئیچینگ نامتقارن باعث ایجاد هارمونیک در سیستم‌می‌شود. هر چه عدم تقارن بیشترباشد، هارمونیک‌ها بیشتراست. هارمونیک باعث ایجاد مشکلات متعدد در یک سیستم‌می‌شود و باید کاهش‌یابد.
DIAC به صورت سری به گیت TRAIC متصل‌میشود. از آنجایی که DIAC دارای ولتاژ شکست مستقیم و معکوس برابراست، زمانی که ولتاژ از VBO در هر جهت بیشترشود، روشن‌میشود. TRIAC را برای هر دو سیکل AC در سطح ولتاژ مساوی راه اندازی‌می‌کند و راه اندازی متقارن ارائه‌می‌دهد.
این دستگاه کم‌مصرف‌است وبرای تنظیم توان به تنهایی مناسب‌نیست اما با ترکیب TRAIC می‌تواندمدارهای با قدرت بالا مانند کنترل دور موتور، کنترل حرارت، دیمر و غیره راتنظیم‌کند.
پست‌های مرتبط:
GTO ساختار، عملیات، مزایا، معایب و کاربردها
[1] Diode for Alternating Current
[2] Break over
[3] Forward
[4] Reverse