สวิตช์กระแสสลับไดโอด

สวิตช์ Diode Alternating Current หรือเรียกสั้นๆ ว่า Diac เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบโซลิดสเตตสามชั้นสองทางแยกอีกตัวหนึ่งที่ใช้สําหรับการควบคุมไฟ AC แต่ไม่เหมือนกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ Diac ไม่มีการเชื่อมต่อฐาน ทําให้เป็นอุปกรณ์ปลายทางสองเครื่องที่มีป้ายกํากับว่า A1 และ A2

Diac เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีการควบคุมโดยตรงหรือการขยายเสียง แต่ทําหน้าที่เหมือนไดโอดสวิตชิ่งแบบสองทิศทาง (สองทาง) เมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC ที่เหมาะสม diac สามารถนํากระแสจากขั้วบวกหรือขั้วลบของรูปคลื่นไซน์ได้

ในบทช่วยสอนของเราเกี่ยวกับ Thyristor และ Triac เราเห็นว่าเมื่อใช้ในแอปพลิเคชันการสลับ "เปิด" - "ปิด" อุปกรณ์เหล่านี้สามารถถูกกระตุ้นโดยวงจรง่ายๆที่สร้างกระแสเกตสถานะคงที่ตามที่แสดง

เมื่อสวิตช์ S1 เปิดอยู่ ไม่มีกระแสเกทไหล และหลอดไฟเป็น "ปิด" เมื่อปิดสวิตช์ S1 กระแสเกตI_G จะไหลและ SCR จะดําเนินการในครึ่งรอบบวกเท่านั้นเมื่อทํางานในควอแดรนต์ Ι

เราจําได้ว่าเมื่อปิดรั้วรอบขอบหน้าต่าง "เปิด" แล้ว SCR จะเปลี่ยน "ปิด" อีกครั้งก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายลดลงถึงค่าที่กระแสแอโนด I_A น้อยกว่าค่าของกระแสไฟที่ถือครอง

หากเราต้องการควบคุมค่าเฉลี่ยของกระแสหลอดไฟแทนที่จะเปลี่ยนเป็น "เปิด" หรือ "ปิด" เราสามารถใช้พัลส์สั้น ๆ ของกระแสเกทที่จุดทริกเกอร์ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้การนํา SCR เกิดขึ้นในส่วนหนึ่งของครึ่งรอบเท่านั้น

จากนั้นค่าเฉลี่ยของกระแสหลอดไฟจะแปรผันโดยการเปลี่ยนเวลาหน่วง T ระหว่างจุดเริ่มต้นของรอบและจุดทริกเกอร์ วิธีนี้เรียกกันทั่วไปว่า "การควบคุมเฟส"

แต่เพื่อให้บรรลุการควบคุมเฟสจําเป็นต้องมีสองสิ่ง หนึ่งคือวงจรเปลี่ยนเฟสแบบแปรผัน (โดยปกติจะเป็นวงจรพาสซีฟ RC) และสองวงจรทริกเกอร์หรืออุปกรณ์บางรูปแบบที่สามารถสร้างพัลส์เกตที่ต้องการเมื่อรูปคลื่นที่ล่าช้าถึงระดับหนึ่ง

มีประโยชน์สําหรับเราคืออุปกรณ์สวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์โซลิดสเตตที่ออกแบบมาเพื่อผลิตพัลส์เกทเหล่านี้เรียกว่า Diac

DIAC (ไดโอดสําหรับกระแสสลับ)

ไดแอคถูกสร้างขึ้นเหมือนทรานซิสเตอร์ แต่ไม่มีการเชื่อมต่อฐานทําให้สามารถเชื่อมต่อกับวงจรในขั้วใดขั้วหนึ่งได้

Diacs ส่วนใหญ่จะใช้เป็นอุปกรณ์ทริกเกอร์ในแอพพลิเคชั่นทริกเกอร์เฟสและการควบคุมพลังงานแบบแปรผัน เนื่องจากไดแอคช่วยให้พัลส์ทริกเกอร์ที่คมชัดและรวดเร็วยิ่งขึ้น (ตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าทางลาดที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง) ซึ่งใช้เพื่อ "เปิด" อุปกรณ์สวิตชิ่งหลัก

สัญลักษณ์ไดแอคและเส้นโค้งลักษณะกระแส-แรงดันไฟฟ้า (IV) ของไดแอคแสดงไว้ด้านล่าง:

สัญลักษณ์ Diac และลักษณะ Diac IV

เราสามารถเห็นได้จากเส้นโค้งลักษณะ diac IV ข้างต้นที่ diac ปิดกั้นการไหลของกระแสในทั้งสองทิศทางจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะมากกว่า VBR ซึ่งจุดนั้นเกิดการพังทลายของอุปกรณ์และ diac จะนําไฟฟ้าอย่างหนักในลักษณะเดียวกับซีเนอร์ไดโอดที่ส่งผ่านพัลส์ของแรงดันไฟฟ้าอย่างกะทันหัน จุด VBR นี้เรียกว่าแรงดันพังทลาย Diacs หรือแรงดันเบรกโอเวอร์

ในซีเนอร์ไดโอดธรรมดาแรงดันไฟฟ้าจะคงที่เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตามในไดแอคการกระทําของทรานซิสเตอร์ทําให้แรงดันไฟฟ้าลดลงเมื่อกระแสเพิ่มขึ้น เมื่ออยู่ในสถานะนําไฟฟ้าความต้านทานของไดแอคจะลดลงเหลือค่าที่ต่ํามากทําให้มีค่ากระแสที่ค่อนข้างมาก

สําหรับไดแอคที่มีจําหน่ายทั่วไป เช่น ST2 หรือ DB3 แรงดันพังทลายโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงประมาณ ±25 ถึง 35 โวลต์ มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าแบบเบรกโอเวอร์ที่สูงขึ้น เช่น 40 โวลต์สําหรับไดแอค DB4

การกระทํานี้ทําให้ไดแอคมีลักษณะของความต้านทานเชิงลบดังที่แสดงด้านบน เนื่องจาก diac เป็นอุปกรณ์สมมาตร จึงมีลักษณะเหมือนกันสําหรับแรงดันไฟฟ้าทั้งบวกและลบ และการกระทําของความต้านทานเชิงลบนี้ทําให้ Diac เหมาะเป็นอุปกรณ์ทริกเกอร์สําหรับ SCR หรือ triacs

แอปพลิเคชั่น Diac

ดังที่ระบุไว้ข้างต้น diac มักใช้เป็นอุปกรณ์ทริกเกอร์โซลิดสเตตสําหรับอุปกรณ์สวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็น SCR และ triacs Triacs ถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานเช่นหรี่ไฟและตัวควบคุมความเร็วมอเตอร์และด้วยเหตุนี้ไดแอคจึงใช้ร่วมกับไตรแอกเพื่อให้การควบคุมคลื่นเต็มรูปแบบของแหล่งจ่ายไฟ AC ดังที่แสดง

Diac ใช้สําหรับควบคุมเฟส AC

เมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเพิ่มขึ้นที่จุดเริ่มต้นของรอบตัวเก็บประจุ C จะถูกชาร์จผ่านการรวมกันของตัวต้านทานคงที่ R1 และโพเทนชิออมิเตอร์ VR1 และแรงดันไฟฟ้าข้ามเพลตจะเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จถึงแรงดันเบรกโอเวอร์ของไดแอค (ประมาณ 30 V สําหรับ ST2) ไดแอคจะพังทลายและตัวเก็บประจุจะคายประจุผ่านไดแอค

การคายประจุทําให้เกิดกระแสไฟฟ้าอย่างกะทันหัน ซึ่งจะยิงไตรแอกเข้าสู่การนําไฟฟ้า มุมเฟสที่ทริกเกอร์ไตรแอกสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้ VR1 ซึ่งควบคุมอัตราการชาร์จของตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน R1 จํากัดกระแสเกทให้อยู่ในค่าที่ปลอดภัยเมื่อ VR1 อยู่ที่ค่าต่ําสุด

เมื่อไตรแอกถูกยิงเข้าสู่การนําไฟฟ้าแล้วจะคงอยู่ในสถานะ "เปิด" โดยกระแสโหลดที่ไหลผ่านในขณะที่แรงดันไฟฟ้าข้ามการรวมตัวกันของตัวต้านทาน - ตัวเก็บประจุถูก จํากัด โดยแรงดันไฟฟ้า "เปิด" ของไตรแอกและจะคงอยู่จนกว่าจะสิ้นสุดครึ่งรอบปัจจุบันของแหล่งจ่ายไฟ AC

ในตอนท้ายของครึ่งรอบแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือศูนย์ลดกระแสผ่านไตรแอกต่ํากว่ากระแสที่ถือครอง แรงดันไฟฟ้าจะเข้าสู่ครึ่งรอบถัดไปแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง (คราวนี้ในทิศทางตรงกันข้าม) และวงจรของการยิงไตรแอกจะทําซ้ําอีกครั้ง

รูปคลื่นการนําไฟฟ้า Triac

จากนั้นเราได้เห็นว่า Diac เป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากซึ่งสามารถใช้เพื่อทริกเกอร์ triacs และเนื่องจากลักษณะความต้านทานเชิงลบจึงทําให้สามารถเปิด "ON" ได้อย่างรวดเร็วเมื่อถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่กําหนด

อย่างไรก็ตามนี่หมายความว่าเมื่อใดก็ตามที่เราต้องการใช้ triac สําหรับการควบคุมไฟ AC เราจะต้องมีไดแอคแยกต่างหากเช่นกัน โชคดีสําหรับเราที่ประกายไฟที่สว่างไสวที่ไหนสักแห่งแทนที่ไดแอคและไตรแอกแต่ละตัวด้วยอุปกรณ์สวิตชิ่งตัวเดียวที่เรียกว่า Quadrac

ไฟ AC ควบคุม Quadrac

โดยพื้นฐานแล้ว Quadrac เป็น Diac และ Triac ที่ประดิษฐ์ขึ้นด้วยกันภายในแพ็คเกจเซมิคอนดักเตอร์เดียว และด้วยเหตุนี้จึงเรียกอีกอย่างว่า "triacs ที่ทริกเกอร์ภายใน" อุปกรณ์สองทิศทางทั้งหมดในที่เดียวนี้ถูกควบคุมด้วยประตูโดยใช้ขั้วใดขั้วหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลหลัก ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ในการแก้ไขเฟสเดียวและการใช้งานควบคุมเฟสแบบเต็มคลื่น เช่น การควบคุมฮีตเตอร์ สวิตช์หรี่ไฟ และการควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นต้น

เช่นเดียวกับ triac quadracs เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์สามขั้วที่มีป้ายกํากับ MT2 สําหรับเทอร์มินัลหลักที่หนึ่ง (โดยปกติจะเป็นขั้วบวก) MT1 สําหรับเทอร์มินัลหลักที่สอง (โดยปกติคือแคโทด) และ G สําหรับเทอร์มินัลเกท

ควอแดรคมีให้เลือกหลายประเภทแพ็คเกจขึ้นอยู่กับข้อกําหนดการสลับแรงดันไฟฟ้าและกระแส โดยแพ็คเกจ TO-220 เป็นแพ็คเกจที่พบบ่อยที่สุด รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสได้รับการออกแบบมาเพื่อทดแทนอุปกรณ์ triac ส่วนใหญ่

สรุปบทช่วยสอน Diac

ในบทช่วยสอน diac นี้เราได้เห็นว่า diac เช่น ST2 หรือ DB3 เป็นอุปกรณ์ปิดกั้นแรงดันไฟฟ้าสองขั้วที่สามารถดําเนินการในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง Diacs มีลักษณะความต้านทานเชิงลบซึ่งช่วยให้สามารถ "เปิด" ได้อย่างรวดเร็วเมื่อถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่กําหนด

เนื่องจาก Diac เป็นอุปกรณ์นําไฟฟ้าสองทางแบบสองทิศทางเมื่อจับคู่กับชุด BTAxx-600A หรือ IRT80 ของสวิตชิ่ง triacs จึงมีประโยชน์มากในฐานะอุปกรณ์ทริกเกอร์ในการควบคุมเฟสและวงจรไฟฟ้ากระแสสลับทั่วไปเช่นสวิตช์หรี่ไฟและตัวควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

Quadracs เป็นเพียง triacs ที่มีไดแอคที่เชื่อมต่อภายใน เช่นเดียวกับ triacs สี่เหลี่ยมจัตุรัสเป็นสวิตช์ AC แบบสองทิศทางซึ่งควบคุมด้วยเกตสําหรับขั้วใดขั้วหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลหลัก