دیاک (DIAC) چیست؟ کاربرد و تست دیاک 

ممکن است هنگام خرید IGBT یا سایر قطعات الکترونیکی محبوب و متداول سوئیچینگ الکترونیکی قدرت، BJT و ماسفت دچار تردید شده باشید که کدام قطعه برای پروژه شما و هدفی که از آن دارید، مناسب است. به خصوص وقتی نوبت به تغییر شکل موج AC می رسد، اغلب متوجه استفاده از ترایاک برای تغییر جریان در هر دو جهت می­‌شویم. از آنجایی که ترایاک ­ها نمی توانند به طور متقارن تحریک یا فعال شوند، با یک قطعه پشتیبانی به نام دیاک (DIAC) همراه هستند. دیاک یک قطعه الکترونیکی نیمه هادی 4 لایه با 2 پایه است که هیچ کنترل یا تقویتی ارائه نمی دهد؛ اما مانند دیود سوئیچینگ دو طرفه عمل می کند زیرا می تواند جریان را از هر دو قطب منبع ولتاژ AC مناسب هدایت کند. در ادامه قصد داریم تا مفهوم دیاک، کاربرد، تست، عملکرد و سایر مشخصات مربوط به آن را بررسی کنیم.

دیاک در الکترونیک چیست؟

دیاک یا دایاک DIAC، که مخفف عبارت Diode for Alternating Current است، یک قطعه نیمه رسانای دو طرفه دو ترمیناله است که در هر دو جهت هدایت می شود و برای هدایت دو جهته در زمانی که ولتاژ اعمال شده از ولتاژ شکست خود تجاوز کند، طراحی شده است و نمی‌تواند به عنوان سوئیچینگ کنترل شده یا تقویت کننده عمل کند.

دیود جریان متناوب یا به طور خلاصه دیاك از خانواده تریستور است؛ اما به دلیل نداشتن ترمینال کنترل یا گیت، یک کلید کنترل نشده است. نام آن نشان می دهد که دیودی است که می تواند جریان AC را در هر دو جهت هدایت کند. به دلیل ویژگی های سوئیچینگ متقارن، از دایاک عمدتاً برای راه اندازی دستگاه های دیگر مانند ترایاک استفاده می شود.

ساختار ترایاک مانند دیاک است با این تفاوت که دارای 3 پایه است و نام پایه سوم آن گیت است. در آموزش تریستور یا SCR و ترایاک دیدیم که در کاربردهای سوئیچینگ خاموش-روشن، این قطعات می‌توانند توسط مدارهای ساده که جریان‌های گیت حالت ثابت را تولید می‌کنند، تریگر یا تحریک شود.

نماد دیاک

برای نشان دادن این قطعه الکترونیکی در نمودارهای مدار از نمادی استفاده می‌کنند که شبیه به ترکیبی از دو دیود موازی با یکدیگر به نظر می‌رسد که در جهت مخالف به هم متصل شده اند.

با توجه به این واقعیت که دیاک ها دستگاه های دو جهته ای هستند، ترمینال ها را نمی توان مانند دیود به عنوان آند و کاتد برچسب گذاری کرد. در عوض می توانند به عنوان A1 و A2 یا MT1 و MT2 برچسب گذاری شوند، که در آن MT مخفف “ترمینال اصلی یا Main Terminal” است.

ساختار دایاک به چه صورت است؟

همانطور که پیش از این دیدیم دایاک، قطعه ای است که از چهار لایه و دو ترمینال تشکیل شده و ساختار آن تقریباً مشابه ترانزیستور است. اما برخی مشخصه های خاصی وجود دارد که باعث تفاوت آن با ساختار ترانزیستور می شود. نقاط تمایز عبارتند از:

• ترمینال پایه در DIAC وجود ندارد.
• سطح ناخالص سازی سه منطقه تقریبا یکسان است.
• ویژگی های سوئیچینگ متقارن را برای هر دو قطب ولتاژها ارائه می دهد.

از شکل بالا می بینیم که یک دیاک دارای دو ماده از نوع p و سه ماده از نوع n است. همچنین هیچ ترمینال گیتی در آن وجود ندارد. دایاک را می توان برای هر دو قطبیت ولتاژ روشن کرد. هنگامی که A2 نسبت به A1 مثبت تر است، جریان از لایه N مربوطه عبور نمی کند، بلکه از P2-N2-P1-N1 جریان می یابد. وقتی A1 نسبت به A2 مثبت تر است، جریان از طریق P1-N2-P2-N3 می گذرد. ساختار آن شبیه به دیودهای متصل به صورت سری است. همانطور که دیدید ساختار دیاک شبیه به ترانزیستور است؛ بنابراین با توجه به اهداف پروژه‌تان، بررسی کنید و ببینید خرید ترانزیستور به نفع شماست یا دیاک؟

کاربرد های دیاک

همانطور که در بالا گفته شد، دیاک معمولاً به عنوان قطعه تریگر حالت جامد برای سایر قطعات سوئیچینگ نیمه هادی، عمدتاً SCR و ترایاک ها استفاده می شود. ترایاک به طور گسترده ای در کاربردهایی مانند تنظیم کننده لامپ و کنترل کننده های سرعت موتور مورد استفاده قرار می گیرد و به همین ترتیب از دیاک به همراه ترایاک استفاده می شود تا کنترل موج کامل منبع تغذیه AC را همانطور که نشان داده شده، فراهم کند.

کاربرد اصلی دیاک، استفاده از آن در مدار راه اندازی ترایاک است. دایاک به ترمینال گیت ترایاک متصل است. هنگامی که ولتاژ در سراسر گیت به کمتر از یک مقدار از پیش تعیین شده کاهش می یابد، ولتاژ گیت صفر می شود و بنابراین ترایاک خاموش می شود. برخی از کاربردهای دیگر DIAC عبارتند از:

• می توان از آن در مدار دیمر لامپ استفاده کرد.
• در مدارهای استارتر لامپ های فلورسنت کاربرد دارد.
• در مدار کنترل حرارت استفاده می شود.
• در کنترل سرعت یک موتور عمومی استفاده می شود.

کنترل فاز دایاک AC

با افزایش ولتاژ تغذیه AC در ابتدای سیکل، خازن C از طریق ترکیب سری مقاومت ثابت R1 و پتانسیومتر، VR1 شارژ می شود و ولتاژ دو سر صفحات آن افزایش می یابد. هنگامی که ولتاژ شارژ به ولتاژ شکست دیاک می رسد (حدود 30 ولت برای ST2)، دیاك شکست می یابد و خازن از طریق دیاك تخلیه می شود. تخلیه یک پالس جریان ناگهانی ایجاد می کند، که ترایاک را به حالت هدایت قرار می دهد. با استفاده از VR1 که میزان شارژ خازن را کنترل می کند، می توان زاویه فازی را که ترایاک در آن تحریک می شود را تغییر داد. مقاومت R1 وقتی VR1 در حداقل باشد، جریان گیت را به یک مقدار مطمئن محدود می کند.

وقتی ترایاک به هدایت تبدیل شد، در حالت ”روشن” خود با شارش جریان در آن حفظ می شود، در حالی که ولتاژ دوسر ترکیب مقاومت–خازن توسط ولتاژ  ”روشن” ترایاک محدود می شود و تا زمان پایان نصف سیکل منبع تغذیه AC حفظ می شود. در پایان نیم سیکل، ولتاژ منبع تغذیه به صفر می رسد، جریان عبوری از ترایاک را مقداری به کمتر از جریان نگهدارنده I_H کاهش می دهد، آن را “خاموش” می کند و دیاک، هدایت را متوقف می کند. سپس ولتاژ تغذیه وارد نیم سیکل بعدی خود می شود، ولتاژ خازن دوباره شروع به افزایش می کند (این بار در جهت مخالف) و چرخه هدایت ترایاک دوباره تکرار می شود.

شکل موج هدایت ترایاک

همان‌طور که تا این‌جا دیدیم، دیاک قطعه ای بسیار مفید و کاربردی است که می تواند برای تحریک یا تریگر کردن ترایاک مورد استفاده قرار گیرد و به دلیل ویژگی های مقاومت منفی، این امکان را برای آن فراهم می کند تا پس از رسیدن به سطح ولتاژ اعمال شده سریع به “حالت روشن” تغییر کند. این بدان معناست که هر زمان که بخواهیم از ترایاک برای کنترل توان AC استفاده کنیم، به دیاکی جداگانه نیز نیاز خواهیم داشت. البته خوشبختانه، یك قطعه سوئیچینگ مستقل به نام کوادراک نیز وجود دارد که این کار را راحت کرده است که در ادامه با آن آشنا خواهیم شد.

کوادراک چیست؟

کوادراک اساساً یک دیاک و ترایاک است که با هم در یک پکیج نیمه هادی ساخته شده اند و به همین ترتیب به عنوان “ترایاک های محرک داخلی” نیز شناخته می شوند. کوادراک در یک قطعه دو جهته با استفاده از قطب ولتاژ ترمینال اصلی کنترل می شود که به این معنی است که می تواند در کاربردهای کنترل فاز موج کامل مانند کنترل بخاری، تنظیم کننده لامپ و کنترل سرعت موتور AC و غیره استفاده شود.

کوادراک بسته به ولتاژ و نیازمندی های سوئیچینگ جریان در انواع مختلف بسته بندی در دسترس است و متداول ترین آنها، پکیج TO-220 است؛ زیرا برای جایگزینی دقیق برای اکثر دستگاه های ترایاک طراحی شده است. جهت اطلاع از قیمت ترایاک و خرید آن، کافیست قطعه مورد نظر را در فروشگاه جستجو کنید. در صورتی که قیمت محصول مورد نظر در فروشگاه درج نشده بود، میتوانید با شماره‌های موجود در سایت تماس گرفته و قیمت را از کارشناسان فروش استعلام بگیرید.

نحوه تست دیاک با مولتی متر

یکی از بهترین راه ها برای تشخیص خوب یا بد بودن دیاک استفاده از مولتی متر دیجیتال است. اگر دوست دارید دیاک خود را تست کنید، مراحل زیر را دنبال کنید.

1. مولتی متر دیجیتال خود را در مقیاس اهم Ω تنظیم کنید.
2. سرهای مولتی متر دیجیتال خود را به سیم های دیاک وصل کنید و میزان مقاومت را ثبت کنید.
3. اکنون، سیم‌های مولتی متر خود را معکوس کرده و مقدار مقاومت را روی نمایشگر ثبت کنید.

به یاد داشته باشید که هر دو خواندن مقاومتی که انجام داده اید، باید مقاومت بالایی داشته باشند، زیرا دیاک دو دیود زنر است که به صورت سری به هم متصل شده اند. جهت خرید دیود در انواع مختلف می توانید به بخش فروشگاه مراجعه کنید.

خلاصه آموزش دایاک

دیاك مانند ST2 یا DB3 یك دستگاه مسدود كننده ولتاژ دو ترمیناله است كه می تواند در هر دو جهت هدایت شود. دیاک ها دارای ویژگی های مقاومت منفی هستند که به آنها امکان می دهد با رسیدن یک سطح ولتاژ اعمال شده، به سرعت روشن شوند. از آنجایی که دیاک یک قطعه دو طرفه است، در صورت جفت شدن با سری های BTAxx-600A یا IRT80 از نوع سوئیچینگ، آن را به عنوان یک قطعه محرک در کنترل فاز و مدارهای متناوب AC مانند کم نور و کنترل سرعت موتور مفید می کند. کوادراک ها ترایاک ساده با اتصال داخلی دیاک هستند. همانند ترایاک ها، کوادراک ها نیز کلیدهای دو طرفه AC هستند که از نظر قطبیت ولتاژ ترمینال اصلی کنترل می شوند.

مزایا و معایب دیاک چیست؟

مزایای DIAC عبارتند از:

• DIAC ویژگی های سوئیچینگ متقارن را ارائه می دهد.
• سوئیچینگ متقارن به کاهش هارمونیک ها در یک سیستم کمک می کند.
• دارای افت ولتاژ در حالت کم است.
• افت ولتاژ با افزایش ولتاژ افزایش می یابد.
• هنگامی که برای راه اندازی تریستورهای دیگر و ترایاک استفاده می شود، کنترل قدرت بدون اشکال را ارائه می دهد.

از جمله معایب دیاک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• یک دستگاه کم توان است.
• تنها زمانی هدایت می شود که ولتاژ به بالای 30 ولت افزایش یابد.
• توانایی مسدود کردن ولتاژهای بالا را ندارد.

دیاک یک قطعه الکترونیکی مهم در خانواده تریستورها است. دایاک هم مانند ترایاک یا SCR با شدت زیادی به وضعیت ولتاژ پایین در سطح جریان پایین تغییر نمی کند و افت ولتاژ با افزایش جریان کاهش می یابد؛ این شاید یکی از مزایای اصلی دیاک محسوب شود. کاربرد متداول دیاک در الکترونیک، همراه با ترایاک است؛ چرا که دستگاه های نیمه هادی مانند تریستورها نقش حیاتی در تنظیم توان در الکترونیک قدرت دارند، اما از آنجایی که تنها در یک جهت هدایت می‌شوند، برای مدارهای AC مناسب نیستند. اینجاست که دیاک و ترایاک وارد عمل می شوند. آنها قدرت عرضه شده به بارهای AC مانند کنترل سرعت موتورها را تنظیم می کنند.