Diac - Mạch làm việc và ứng dụng

Diac là một thiết bị hai đầu có sự kết hợp của các lớp bán dẫn nghịch đảo song song, cho phép thiết bị được kích hoạt qua cả hai hướng bất kể cực của nguồn cung cấp.

Đặc điểm Diac

Các đặc điểm của một diac điển hình có thể được nhìn thấy trong Hình sau, cho thấy rõ ràng sự hiện diện của điện áp đánh thủng trên cả hai đầu nối của nó.

Vì một diac có thể được chuyển đổi theo cả hai chiều hoặc hai chiều, nên tính năng này được khai thác hiệu quả trong nhiều mạch chuyển đổi xoay chiều.

Hình tiếp theo bên dưới minh họa cách các lớp được sắp xếp bên trong và cũng cho thấy biểu tượng đồ họa của dấu diac. Có thể thú vị khi lưu ý rằng cả hai cực của diac đều được chỉ định là cực dương (cực dương 1 hoặc điện cực 1 và cực dương 2 hoặc điện cực 2) và không có cực âm cho thiết bị này.

Khi nguồn cung cấp được kết nối qua diac là dương trên cực dương 1 so với cực dương 2, các lớp liên quan hoạt động như p1n2p2 và n3.

Khi nguồn cung cấp được kết nối là dương trên cực dương 2 so với cực dương 1, các lớp chức năng là p2n2p1 và n1.

Mức điện áp đánh lửa Diac

Điện áp đánh thủng hoặc điện áp bắn của diac như được chỉ ra trong sơ đồ đầu tiên ở trên, dường như khá đồng đều trên cả hai đầu nối. Tuy nhiên, trong một thiết bị thực tế, điều này có thể thay đổi từ 28 V đến 42 V.

Giá trị kích hoạt có thể đạt được bằng cách giải các thuật ngữ sau của phương trình có sẵn từ biểu dữ liệu.

VBR1 = VBR2 ± 0,1VBR2

Các thông số kỹ thuật hiện tại (IBR1 và IBR2) trên hai thiết bị đầu cuối dường như khá giống nhau. Đối với dấu diac được biểu diễn trong sơ đồ

Hai mức dòng điện (IBR1 và IBR2) cho một diac cũng rất gần nhau về độ lớn. Trong các đặc điểm ví dụ ở trên, chúng dường như xung quanh
200 uA hoặc 0,2 mA.

Mạch ứng dụng Diac

Giải thích sau đây cho chúng ta thấy cách hoạt động của một diac trong mạch xoay chiều. Chúng tôi sẽ cố gắng hiểu điều này từ một mạch cảm biến tiệm cận 110 V AC đơn giản.

Mạch phát hiện tiệm cận

Mạch phát hiện tiệm cận sử dụng một diac có thể được chứng kiến ​​trong sơ đồ sau.

Ở đây chúng ta có thể thấy rằng một SCR được kết hợp nối tiếp với tải và bóng bán dẫn liên kết lập trình (PUT) được kết hợp trực tiếp với đầu dò cảm biến.

Khi cơ thể người đến gần đầu dò cảm biến, sẽ gây ra sự gia tăng điện dung trên đầu dò và mặt đất.

Theo các đặc tính của UJT lập trình silicon, nó sẽ cháy khi điện áp VA tại cực dương của nó vượt quá điện áp cổng ít nhất 0,7 V. Điều này gây ra ngắn mạch qua cực âm cực dương của thiết bị.

Tùy thuộc vào cài đặt của giá trị đặt trước 1M, diac tuân theo chu kỳ AC đầu vào và đánh lửa ở một mức điện áp xác định.

Do điều này tiếp tục bắn ra diac, điện áp cực dương VA của UJT không bao giờ được phép tăng điện thế cổng của nó VG luôn được giữ ở mức gần như cao bằng AC đầu vào. Và tình huống này giữ cho UJT lập trình được TẮT.

Tuy nhiên, khi cơ thể người tiếp cận đầu dò cảm biến, nó làm giảm đáng kể điện thế cổng của UJT, cho phép VA điện thế cực dương của UJT của UJT cao hơn VG. Điều này ngay lập tức làm cho UJT phát hỏa.

Khi điều này xảy ra, các UJT tạo ra một đoạn ngắn qua các cực cực dương / cực âm của nó, cung cấp dòng điện cổng cần thiết cho SCR. SCR kích hoạt và BẬT tải được gắn, cho biết sự hiện diện của con người ở gần đầu dò cảm biến.

Đèn ngủ tự động

Một đơn giản đèn cột tự động Có thể thấy mạch sử dụng LDR, triac và Diac trong hình vẽ trên. Hoạt động của mạch này khá đơn giản và công việc chuyển mạch quan trọng được xử lý bởi diac DB-3. Khi buổi tối bắt đầu lặn, ánh sáng trên LDR bắt đầu giảm, làm cho điện áp tại điểm giao nhau của R1, DB-3 dần dần tăng lên do điện trở của LDR ngày càng tăng.

Khi điện áp này tăng đến điểm đánh thủng của diac, diac sẽ kích hoạt và tác động đến cổng triac, từ đó chuyển sang BẬT đèn được kết nối.

Vào buổi sáng, ánh sáng trên LDR tăng dần, điều này làm cho điện thế trên diac giảm dần do điện thế tiếp giáp R1 / DB-3 được nối đất. Và khi đèn đủ sáng, điện trở LDR làm cho điện thế diac giảm xuống gần như bằng không, làm tắt dòng cổng triac, và do đó đèn cũng TẮT.

Diac ở đây đảm bảo rằng triac được chuyển đổi mà không bị nhấp nháy nhiều trong quá trình chuyển đổi chạng vạng. Nếu không có diac, đèn sẽ nhấp nháy trong nhiều phút trước khi chuyển hoàn toàn BẬT hoặc TẮT. Do đó, tính năng kích hoạt sự cố của diac được khai thác triệt để có lợi cho thiết kế đèn tự động.

Làm mờ ánh sáng

ĐẾN mạch điều chỉnh độ sáng có lẽ là ứng dụng phổ biến nhất sử dụng kết hợp triac diac.

Đối với mỗi chu kỳ của đầu vào xoay chiều, diac chỉ cháy khi điện thế trên nó đạt đến điện áp đánh thủng. Thời gian trễ mà sau đó diac đánh lửa quyết định trong khoảng thời gian mà triac vẫn BẬT trong mỗi chu kỳ của pha. Điều này lại quyết định lượng dòng điện và độ chiếu sáng trên đèn.

Độ trễ thời gian bắn diac được thiết lập bởi điều chỉnh nồi 220 k được hiển thị và giá trị C1. Thành phần thời gian trễ RC này xác định thời gian BẬT của triac thông qua việc đốt diac, dẫn đến việc cắt pha AC qua các phần cụ thể của pha tùy thuộc vào độ trễ bắn của diac.

Khi độ trễ dài hơn, một phần hẹp hơn của pha được phép chuyển đổi triac và kích hoạt đèn, gây ra độ sáng thấp hơn trên đèn. Đối với các khoảng thời gian nhanh hơn, triac được phép chuyển đổi trong khoảng thời gian dài hơn của pha AC, và do đó đèn cũng được chuyển đổi trong các phần dài hơn của pha AC gây ra độ sáng cao hơn trên đó.

Công tắc kích hoạt biên độ

Ứng dụng cơ bản nhất của diac mà không phụ thuộc vào bất kỳ bộ phận nào khác, là thông qua chuyển mạch tự động. Đối với nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều, diac hoạt động giống như một điện trở cao (thực tế là một mạch hở) miễn là điện áp đặt dưới giá trị VBO tới hạn.

Diac sẽ BẬT ngay khi đạt được hoặc vượt qua mức điện áp VBO quan trọng này. Do đó, thiết bị 2 đầu cụ thể này có thể được bật chỉ bằng cách tăng biên độ của điện áp điều khiển kèm theo, và nó có thể tiếp tục dẫn điện, cho đến khi điện áp giảm xuống 0. Hình dưới đây hiển thị một mạch chuyển đổi nhạy biên độ đơn giản bằng cách sử dụng một diac 1N5411 hoặc một diac DB-3.

Một điện áp khoảng 35 vôn một chiều hoặc xoay chiều đỉnh được đặt vào để BẬT diac thành dẫn điện, do đó dòng điện khoảng 14 mA bắt đầu chạy qua điện trở đầu ra, R2. Các diac cụ thể có thể bật ở điện áp dưới 35 volt.

Sử dụng dòng chuyển mạch 14 mA, điện áp đầu ra được tạo ra trên điện trở 1k là 14 volt. Trong trường hợp nguồn cung cấp bao gồm một đường dẫn bên trong mạch đầu ra, thì có thể bỏ qua và loại bỏ điện trở R1.

Trong khi làm việc với mạch, hãy thử điều chỉnh điện áp cung cấp để nó tăng dần từ 0 đồng thời kiểm tra phản ứng đầu ra. Khi nguồn cung cấp đạt khoảng 30 volt, bạn sẽ thấy điện áp đầu ra nhỏ hoặc nhỏ, do dòng điện rò rỉ từ thiết bị cực kỳ thấp.

Tuy nhiên, ở khoảng 35 volt, bạn sẽ thấy diac đột ngột bị hỏng và điện áp đầu ra đầy đủ nhanh chóng hiển thị trên điện trở R2. Bây giờ, bắt đầu giảm đầu vào của nguồn cung cấp, và quan sát rằng điện áp đầu ra giảm tương ứng, cuối cùng nhận về 0 khi điện áp đầu vào giảm xuống 0.

Ở mức 0 volt, diac hoàn toàn 'tắt' và đi vào tình huống yêu cầu nó được kích hoạt trở lại thông qua mức biên độ 35 volt.

Công tắc DC điện tử

Công tắc đơn giản được trình bày chi tiết trong phần trước cũng có thể được kích hoạt thông qua sự gia tăng nhỏ điện áp cung cấp. Do đó, điện áp ổn định có thể là 30 V có thể được sử dụng một cách nhất quán cho diac 1N5411 để đảm bảo rằng diac chỉ ở mức độ dẫn điện nhưng vẫn TẮT.

Tuy nhiên, tại thời điểm một điện thế xấp xỉ 5 vôn được thêm vào nối tiếp, điện áp đánh thủng 35 vôn sẽ nhanh chóng đạt được để thực hiện việc bắn diac.

Việc loại bỏ 'tín hiệu' 5 vôn này sau đó không ảnh hưởng đến tình trạng BẬT của thiết bị và nó tiếp tục dẫn nguồn 30 vôn cho đến khi điện áp được hạ xuống 0 vôn.

Hình trên mô tả một mạch chuyển đổi có lý thuyết về chuyển đổi điện áp tăng dần như đã giải thích ở trên. Trong thiết lập này, nguồn cung cấp 30 volt được cấp cho diac 1N5411 (D1) (ở đây nguồn cung cấp này được hiển thị như một nguồn pin để thuận tiện, tuy nhiên, 30 volt có thể được áp dụng thông qua bất kỳ nguồn dc điều chỉnh không đổi nào khác). Với mức điện áp này, diac không thể BẬT và không có dòng điện chạy qua tải bên ngoài được kết nối.

Tuy nhiên, khi chiết áp được điều chỉnh dần, điện áp nguồn tăng từ từ và cuối cùng diac được BẬT, cho phép dòng điện đi qua tải và chuyển nó sang BẬT.

Khi diac được BẬT, việc giảm điện áp cung cấp qua chiết áp sẽ không ảnh hưởng đến diac. Tuy nhiên, sau khi giảm điện áp qua chiết áp, công tắc đặt lại S1 có thể được sử dụng để TẮT dẫn điện diac và đặt lại mạch ở điều kiện Tắt ban đầu.

Diac hoặc DB-3 được hiển thị sẽ có thể ở trạng thái không hoạt động ở khoảng 30 V và sẽ không thực hiện hành động tự bắn. Điều đó nói rằng, một số diac có thể yêu cầu điện áp thấp hơn 30 V để giữ chúng ở điều kiện không dẫn điện. Theo cách tương tự, các diac cụ thể có thể yêu cầu cao hơn 5 V cho tùy chọn BẬT công tắc tăng dần. Giá trị của chiết áp R1 không được lớn hơn 1 k Ohms, và phải là loại dây quấn.

Khái niệm trên có thể được sử dụng để thực hiện hành động chốt trong các ứng dụng dòng điện thấp thông qua một thiết bị diac hai đầu cuối đơn giản thay vì phụ thuộc vào 3 thiết bị đầu cuối phức tạp như SCR.

Rơ le được chốt bằng điện

Hình trên chỉ ra mạch của rơ le một chiều được thiết kế để duy trì chốt tại thời điểm nó được cấp nguồn qua tín hiệu đầu vào. Thiết kế tốt như chốt rơ le cơ khí.

Mạch này sử dụng khái niệm được giải thích trong đoạn trước. Ở đây, diac được tắt ở 30 volt, mức điện áp thường nhỏ đối với dẫn điện diac.

Tuy nhiên, ngay sau khi điện thế dòng 6 V được cấp cho diac, diac bắt đầu đẩy dòng điện, chuyển sang BẬT và chốt rơle (diac sau đó vẫn chuyển sang BẬT, mặc dù điện áp điều khiển 6 vôn không còn tồn tại).

Với R1 và R2 được tối ưu hóa một cách chính xác, rơ le sẽ BẬT hiệu quả để đáp ứng với điện áp điều khiển được áp dụng.

Sau đó, rơ le sẽ vẫn được chốt ngay cả khi không có điện áp đầu vào. Tuy nhiên, mạch có thể được đặt lại về vị trí cũ bằng cách nhấn công tắc đặt lại được chỉ định.

Rơ le phải là loại dòng điện thấp, có thể có điện trở cuộn dây là 1 k.

Mạch cảm biến chốt

Nhiều thiết bị, ví dụ như cảnh báo có kẻ xâm nhập và bộ điều khiển quá trình, yêu cầu một tín hiệu kích hoạt luôn ở trạng thái BẬT sau khi được kích hoạt và chỉ chuyển TẮT khi nguồn điện đầu vào được đặt lại.

Ngay sau khi mạch được khởi động, nó cho phép bạn vận hành mạch để báo động, ghi âm, van ngắt, các thiết bị an toàn và nhiều thứ khác. Hình dưới đây cho thấy một thiết kế ví dụ cho loại ứng dụng này.

Ở đây, một diac HEP R2002 hoạt động giống như một thiết bị chuyển mạch. Trong thiết lập cụ thể này, diac vẫn ở chế độ chờ ở nguồn cung cấp 30 volt thông qua B2.

Tuy nhiên, công tắc thời điểm S1 được bật tắt, đó có thể là 'cảm biến' trên cửa ra vào hoặc cửa sổ, đóng góp 6 volt (từ B1), thành độ lệch 30 V hiện có, khiến 35 volt kết quả bắn ra diac và tạo ra xung quanh 1 V ra trên R2.

Bộ ngắt mạch quá tải DC

Hình trên minh họa một mạch sẽ ngắt tải ngay lập tức khi điện áp nguồn một chiều vượt qua mức cố định. Sau đó, thiết bị vẫn được tắt cho đến khi điện áp được hạ xuống và mạch được đặt lại.

Trong thiết lập cụ thể này, diac (D1) thường ở trạng thái TẮT và dòng điện bóng bán dẫn không đủ cao để kích hoạt rơle (RY1).

Khi đầu vào nguồn cung cấp vượt quá mức xác định như được thiết lập bởi chiết áp R1, diac sẽ kích hoạt và DC từ đầu ra diac đến đế bóng bán dẫn.

Bóng bán dẫn bây giờ chuyển sang ON thông qua chiết áp R2 và kích hoạt rơle.

Lúc này rơ le ngắt tải khỏi nguồn cung cấp đầu vào, ngăn ngừa bất kỳ thiệt hại nào cho hệ thống do quá tải. Diac sau đó tiếp tục được BẬT và giữ rơ le BẬT cho đến khi công tắc khởi động lại mạch, bằng cách mở S1 trong giây lát.

Để điều chỉnh mạch ngay từ đầu, hãy tinh chỉnh chiết áp R1 và R2 để đảm bảo rằng rơle chỉ nhấp vào BẬT khi điện áp đầu vào thực sự đạt đến ngưỡng kích hoạt diac mong muốn.

Rơ le sau đó phải tiếp tục được kích hoạt cho đến khi điện áp giảm trở lại mức bình thường và công tắc đặt lại được mở trong giây lát.

Nếu mạch hoạt động bình thường, đầu vào điện áp diac 'bắn' phải ở khoảng 35 volt (diac cụ thể có thể kích hoạt với điện áp nhỏ hơn, mặc dù điều này thường được sửa chữa bằng cách điều chỉnh chiết áp R2), cũng như điện áp một chiều ở đế bóng bán dẫn phải khoảng 0,57 vôn (ở khoảng 12,5 mA). Rơ le là điện trở cuộn dây 1k.

Ac Overload Circuit Breaker

Sơ đồ mạch trên minh họa mạch của máy cắt quá tải xoay chiều. Ý tưởng này hoạt động giống như cách thiết lập dc đã giải thích trong phần {trước đó. Mạch xoay chiều khác với phiên bản một chiều do sự hiện diện của các tụ điện C1 và C2 và bộ chỉnh lưu diode D2.

Công tắc kích hoạt điều khiển theo pha

Như đã trình bày trước đây, công dụng chính của diac là cấp nguồn điện áp kích hoạt cho một số thiết bị như triac để điều khiển thiết bị mong muốn. Mạch diac trong cách triển khai sau là một quá trình điều khiển pha có thể tìm thấy nhiều ứng dụng khác ngoài điều khiển triac , trong đó đầu ra xung pha thay đổi có thể cần thiết.

Hình trên hiển thị mạch kích hoạt diac điển hình. Thiết lập này về cơ bản điều chỉnh góc bắn của diac và điều này đạt được bằng cách thao tác với mạng điều khiển pha được xây dựng xung quanh các phần R1 R2 và C1.

Các giá trị của điện trở và điện dung được cung cấp ở đây chỉ là giá trị tham khảo. Đối với một tần số cụ thể (thường là tần số đường dây nguồn AC), R2 được điều chỉnh để đạt được điện áp ngắt của diac tại thời điểm tương ứng với điểm ưu tiên trong nửa chu kỳ xoay chiều nơi diac được yêu cầu bật và cung cấp xung đầu ra.

Dấu phụ sau đó có thể tiếp tục lặp lại hoạt động này trong mỗi nửa chu kỳ +/- AC. Cuối cùng, pha được quyết định không chỉ bởi R1 R2 và C1, mà còn thông qua trở kháng của nguồn xoay chiều và trở kháng của mạch mà diac thiết lập kích hoạt.

Đối với hầu hết các ứng dụng, dự án mạch diac này có thể sẽ có lợi để phân tích pha của điện trở và điện dung của diac, để biết hiệu suất của mạch.

Ví dụ, Bảng dưới đây minh họa các góc pha có thể tương ứng với các cài đặt khác nhau của điện trở phù hợp với điện dung 0,25 µF trong hình trên.

Thông tin được hiển thị dành cho 60 Hz. Hãy nhớ rằng, như được chỉ ra trong bảng khi điện trở giảm, xung kích hoạt tiếp tục xuất hiện ở các vị trí sớm hơn trong chu kỳ điện áp cung cấp, điều này làm cho diac 'cháy' sớm hơn trong chu kỳ và vẫn được BẬT lâu hơn. Vì mạch RC bao gồm điện trở nối tiếp và điện dung shunt, nên tự nhiên, pha trễ hơn nghĩa là xung kích hoạt xuất hiện sau chu kỳ điện áp cung cấp trong chu kỳ thời gian.