دیاک یک مولفه الکترونیکی است که هیچ کنترلی یا تقویتی را 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.

آموزش دیاک

دیاک یک قطعه نیمه رسانا دو جهته دو پیوندی است که برای شکست زمانی که ولتاژ AC دو سر آن از یک مقدار مشخص جریان عبوری در هر دو جهت پیش روی می کند، طراحی شده است. سوئیچ AC دیود یا به طور خلاصه دیاك، یك قطعه نیمه رسانای حالت جامد، سه لایه و دوپیوندی است، اما بر خلاف ترانزیستور، دیاك هیچ اتصال بیسی ندارد و آن را به یك قطعه دو ترمینال با برچسب A1 و A2 تبدیل می كند.

در آموزش ما درباره SCR ها و تریاک دیدیم که در کاربردهای سوئیچینگ خاموش- روشن ، این قطعات می توانند توسط مدارهای ساده که جریان های گیت حالت ثابت را تولید می کنند که نشان داده شده است، تریگر شود.

مدار دیاک

هنگامی که سوئیچ S1 باز است، هیچ جریان گیت وجود ندارد و لامپ “خاموش” است. هنگامی که سوئیچ S1 بسته است، جریان گیت IG جریان می یابد و SCR فقط در نیم چرخه مثبت هدایت می کند زیرا در ربع Ι عمل می کند.

همچنین به یاد می آوریم هنگامی که گیت “روشن” شد SCR دوباره به ” خاموش” تغییر می یابد هنگامی که ولتاژ تغذیه آن به مقادیری کاهش می یابد که جریان آند آن، IA کمتر از مقدار جریان نگهدارنده آن IH باشد.

اگر بخواهیم مقدار متوسط جریان لامپ را کنترل کنیم، بیشتر از اینکه فقط به “روشن” یا “خاموش” سوئیچ کنیم، می توانیم یک پالس کوتاه جریان گیت را در یک نقطه تریگر از پیش تنظیم شده اعمال کنیم تا اجازه دهد که SCR فقط بر بخشی از نیم سیکل هدایت شود. سپس مقدار میانگین جریان لامپ با تغییر زمان تاخیر  T بین شروع چرخه و نقطه تریگر تغییر می کند. این روش معمولاً تحت عنوان “کنترل فاز” شناخته می شود.

اما برای دستیابی به کنترل فاز، دو مورد لازم است. یکی مدار تغییر فاز متغیر (معمولاً یک مدار غیرفعال RC) و دومی، نوعی شکل از مدار یا قطعه تریگر است که می تواند با رسیدن شکل موج  تأخیر به سطح معین، پالس گیت مورد نیاز را تولید کند. یکی از این قطعات نیمه رسانای حالت جامد که برای تولید این پالس های  گیت طراحی شده است دیاک است.

دیاك مانند یک ترانزیستور ساخته شده است اما هیچ اتصال بیس ندارد كه به آن اجازه دهد تا از هر دو قطبیت به مدار وصل شود. دیاك ها در درجه اول به عنوان قطعات تریگر در کاربردهای كنترل فاز متغیر و تریگر فاز مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا دیاك به ایجاد پالس تریگر سریعتر (به طور مداوم در حال افزایش ولتاژ رمپ) كمك می كند كه برای روشن كردن قطعه سوئیچینگ اصلی استفاده می شود.

در زیر نماد دیاك و منحنی های مشخصه ولتاژ-جریان دیاك آورده شده است.

نماد دیاک و منحنی مشخصات I-V

از منحنی های مشخصه I-V دیاک فوق می توان دریافت که دیاک شارش جریان در هر دو جهت را تا زمانی که ولتاژ اعمال شده بیشتر از VBR باشد مسدود می کند، که در آن نقطه خرابی قطعه رخ می دهد و دیاک به شدت شبیه به دیود زنر در همان مسیر هدایت می کند و یک پالس ناگهانی ولتاژ را عبور می دهد. این نقطه VBR ولتاژ شکست دیاک یا ولتاژ شکست نامیده می شود.

در یک دیود زنر معمولی ولتاژ دو سر آن با افزایش جریان ثابت می ماند. اگرچه، در دیاك عمل ترانزیستور باعث می شود تا ولتاژ با افزایش جریان كاهش یابد. در حالت رسانایی، مقاومت دیاک به مقدار بسیار کم می رسد و اجازه می دهد مقدار نسبتاً زیادی جریان شارش یابد. برای دیاك های در دسترس مانند ST2 یا DB3، ولتاژ شکست آنها معمولاً در حدود 25 ± تا 35 ولت است. محدوده های ولتاژ شکست بالاتر، به عنوان مثال 40 ولت برای دیاگ DB4 وجود دارد.

این عمل همانطور که در بالا نشان داده شده است، مشخصه مقاومت منفی را به دیاک می دهد. از آنجا که دیاک یک قطعه متقارن است، بنابراین برای ولتاژهای مثبت و منفی دارای همان ویژگی است و آن همین عملکرد مقاومت منفی است که باعث می شود دیاک به عنوان یک قطعه  تریگر برای SCR یا تریاک ها مناسب باشد.

کاربردهای دیاک

همانطور که در بالا گفته شد، دیاک معمولاً به عنوان قطعه تریگر حالت جامد برای سایر قطعات سوئیچینگ نیمه هادی، عمدتا SCR و تریاک ها استفاده می شود. تریاک 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 تریاک استفاده می شود تا کنترل موج کامل منبع تغذیه AC را همانطور که نشان داده شده فراهم کند.

کنترل فاز دیاک AC

با افزایش ولتاژ تغذیه AC در ابتدای سیکل، خازن  C از طریق ترکیب سری مقاومت ثابتR1 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 تریاک 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 تریاک 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.

هنگامی که تریاک به هدایت تبدیل شد، آن در حالت ” روشن ” خود با شارش جریان در آن  حفظ می شود، در حالی که ولتاژ دوسر ترکیب مقاومت – خازن توسط ولتاژ  ” روشن” تریاک 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 تریاک را به زیر جریان نگهدارنده  IH کاهش می دهد، و آن را “خاموش” می کند و دیاکت 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 تریاک دوباره تکرار می شود.

شکل موج هدایت تریاک

سپس دیدیم که دیاک قطعه ای بسیار مفید است که می تواند برای تحریک تریاک مورد استفاده قرار گیرد و به دلیل ویژگی های مقاومت منفی، این امکان را برای او فراهم می کند تا پس از رسیدن به سطح ولتاژ اعمال شده سریع به “روشن” تغییر کند. با این حال، این بدان معناست که هر زمان که بخواهیم از تریاک برای کنترل توان AC استفاده کنیم، به دیاکی جداگانه نیز نیاز خواهیم داشت. خوشبختانه برای ما، برخی از جرقه های روشن در جایی با دیاك و تریاك با یك قطعه سوئیچینگ مستقل به نام کوادراک عوض شده است.

کوادراک

کوادراک اساساً یک دیاک و تریاک است که با هم در یک بسته نیمه هادی ساخته شده اند و به همین ترتیب به عنوان “تریاک های محرک داخلی” نیز شناخته می شوند. این همه 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.

مانند تریاک، کوادراک ها یک وسیله سه سوئیچ نیمه هادی سه ترمینال هستند که برای ترمینال اصلی (معمولاً آند) MT2 ، MT1 برای ترمینال اصلی دو (معمولاً کاتد) و G برای ترمینال گیت ، نام گذاری شده اند.

کوادراک بسته به ولتاژ و نیازمندی های سوئیچینگ جریان در انواع مختلف بسته بندی در دسترس است که بسته TO-220 متداول ترین است زیرا برای جایگزینی دقیق برای اکثر دستگاه های تریاک طراحی شده است.

خلاصه آموزش دیاک

در این آموزش دیاك مشاهده كردیم كه دیاك مانند ST2 یا DB3 یك دستگاه مسدود كننده ولتاژ دو ترمینال 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 تریاک ساده  با اتصال داخلی دیاک هستند. همانند تریاک ها، کوادراک ها نیز کلیدهای دو طرفه AC هستند که از نظر قطبیت ولتاژ ترمینال اصلی کنترل می شوند.