Công tắc AC điốt

Một công tắc dòng điện xoay chiều sử dụng điốt, hay gọi tắt là Diac, là một loại thiết bị bán dẫn trạng thái rắn ba lớp, hai chiều khác được sử dụng để điều khiển nguồn điện xoay chiều. Không giống như các thiết bị điện khác, Diac không có cực gốc, do đó nó là một thiết bị hai cực được ký hiệu là A1 và A2.

DIAC là một linh kiện điện tử không trực tiếp điều khiển hoặc khuếch đại dòng điện, mà hoạt động như một điốt chuyển mạch hai chiều. Khi được kết nối với nguồn điện xoay chiều phù hợp, DIAC có thể dẫn dòng điện từ cực dương hoặc cực âm, tạo ra dạng sóng hình sin.

Trong bài hướng dẫn về Thyristor và Triac, chúng ta đã thấy rằng khi được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch "bật" - "tắt", các thiết bị này có thể được kích hoạt bởi một mạch đơn giản tạo ra dòng điện cổng ổn định, như hình minh họa.

Khi công tắc S1 mở, không có dòng điện điều khiển (gate current) chạy qua, và đèn "tắt". Khi công tắc S1 đóng, dòng điện điều khiển IG _{chạy qua} , và SCR chỉ hoạt động trong nửa chu kỳ dương khi hoạt động ở góc phần tư I.

Chúng ta cần nhớ rằng khi hàng rào cửa sổ đóng lại, SCR sẽ chỉ chuyển về trạng thái "tắt" khi điện áp nguồn giảm xuống giá trị mà dòng điện anot I _A nhỏ hơn dòng điện giữ.

Nếu muốn điều khiển dòng điện trung bình của đèn thay vì chỉ đơn giản là bật hoặc tắt đèn, ta có thể sử dụng các xung ngắn của dòng điện cổng tại một điểm kích hoạt được thiết lập trước để quá trình dẫn điện của SCR chỉ xảy ra trong một phần của nửa chu kỳ.

Dòng điện trung bình của đèn sau đó được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian trễ T ​​giữa thời điểm bắt đầu chu kỳ và điểm kích hoạt. Phương pháp này thường được gọi là "điều khiển pha".

Tuy nhiên, để đạt được khả năng điều khiển pha cần hai yếu tố: một là mạch dịch pha biến đổi (thường là mạch RC thụ động), và hai là mạch kích hoạt hoặc một dạng thiết bị nào đó có thể tạo ra xung điều khiển mong muốn khi độ trễ của dạng sóng đạt đến một mức nhất định.

Các thiết bị chuyển mạch bán dẫn trạng thái rắn được thiết kế để tạo ra các xung điều khiển này, được gọi là Diac, rất hữu ích cho chúng ta.

DIAC (Điốt dùng cho dòng điện xoay chiều)

Một diac được cấu tạo giống như một transistor, nhưng không có kết nối cực gốc, cho phép nó được kết nối với mạch ở cả hai đầu cực.

Diac chủ yếu được sử dụng làm thiết bị kích hoạt trong các ứng dụng điều khiển pha và điều khiển công suất biến đổi. Điều này là do diac cung cấp xung kích hoạt sắc nét hơn, nhanh hơn (trái ngược với điện áp tăng dần liên tục), được sử dụng để "bật" thiết bị chuyển mạch chính.

Ký hiệu Diac và đường cong đặc tuyến dòng điện-điện áp (IV) của Diac được hiển thị bên dưới:

Ký hiệu Diac và các đặc điểm của Diac IV.

Như ta có thể thấy từ đường cong đặc tuyến IV ở trên, diac ngăn dòng điện chảy theo cả hai hướng cho đến khi điện áp đặt vào vượt quá VBR, tại thời điểm đó thiết bị bị hỏng và diac dẫn điện mạnh theo cách tương tự như một điốt Zener truyền các xung điện áp đột ngột. Điểm VBR này được gọi là điện áp đánh thủng hoặc điện áp đột phá của diac.

Trong một điốt Zener thông thường, điện áp không đổi khi dòng điện tăng. Tuy nhiên, trong điốt điều hòa (diac) của transistor, điện áp giảm khi dòng điện tăng. Khi ở trạng thái dẫn, điện trở của điốt điều hòa giảm xuống giá trị rất thấp, dẫn đến dòng điện tương đối lớn.

Đối với các loại diac thông dụng như ST2 hoặc DB3, điện áp đánh thủng thường nằm trong khoảng ±25 đến 35 volt. Có những loại có điện áp đánh thủng cao hơn, ví dụ như 40 volt đối với diac DB4.

Hành động này khiến diac thể hiện điện trở âm, như hình minh họa ở trên. Vì diac là một thiết bị đối xứng, nó hoạt động theo cùng một cách đối với cả điện áp dương và âm, và tác dụng điện trở âm này làm cho diac phù hợp làm thiết bị kích hoạt cho SCR hoặc triac.

Ứng dụng Diac

Như đã đề cập ở trên, một diac thường được sử dụng như một thiết bị kích hoạt bán dẫn cho các thiết bị chuyển mạch bán dẫn khác, chủ yếu là SCR và triac. Triac được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như điều chỉnh độ sáng và điều khiển tốc độ động cơ, do đó, một diac được sử dụng kết hợp với triac để cung cấp khả năng điều khiển toàn sóng nguồn điện xoay chiều, như hình minh họa.

Diac được sử dụng để điều khiển pha AC.

Khi điện áp xoay chiều tăng lên ở đầu chu kỳ, tụ điện C được nạp điện thông qua sự kết hợp của điện trở cố định R1 và biến trở VR1, và điện áp giữa hai cực tăng lên. Khi điện áp nạp đạt đến điện áp ngắt của diac (khoảng 30 V đối với ST2), diac bị ngắt và tụ điện phóng điện qua diac.

Sự phóng điện gây ra một dòng điện tăng đột ngột, kích hoạt triac trong dây dẫn. Góc pha kích hoạt triac có thể được thay đổi bằng VR1, điều khiển tốc độ sạc của tụ điện. Điện trở R1 giới hạn dòng điện cổng ở mức an toàn khi VR1 ở mức tối thiểu.

Khi triac được kích hoạt vào trường dẫn điện, nó sẽ duy trì trạng thái "bật" nhờ dòng điện tải chạy qua nó, trong khi điện áp trên mạch điện trở-tụ điện bị giới hạn bởi điện áp "bật" của triac và sẽ giữ nguyên như vậy cho đến khi kết thúc nửa chu kỳ dòng điện của nguồn điện xoay chiều.

Khi kết thúc nửa chu kỳ, điện áp giảm xuống bằng không, làm giảm dòng điện qua triac xuống dưới dòng điện giữ. Bước vào nửa chu kỳ tiếp theo, điện áp trên tụ điện bắt đầu tăng trở lại (lần này theo hướng ngược lại), và chu kỳ kích hoạt của triac được lặp lại.

Dạng sóng dẫn truyền của triac

Sau đó, chúng ta thấy rằng Diac là một thiết bị rất hữu ích có thể được sử dụng để kích hoạt triac, và nhờ đặc tính điện trở âm của nó, nó có thể nhanh chóng chuyển sang trạng thái "BẬT" khi đạt đến mức điện áp đặt vào nhất định.

Tuy nhiên, điều này có nghĩa là bất cứ khi nào chúng ta cần sử dụng triac để điều khiển đèn AC, chúng ta cũng cần một diac riêng biệt. May mắn thay, ở đâu đó, một ý tưởng tuyệt vời đã được tìm ra để thay thế từng diac và triac bằng một thiết bị chuyển mạch duy nhất gọi là Quadrac.

Điều khiển nguồn AC Quadrac

Về cơ bản, Quadrac là một Diac và Triac được chế tạo cùng nhau trong một gói bán dẫn duy nhất, và do đó cũng được gọi là "triac kích hoạt bên trong". Tất cả các thiết bị hai chiều trong đơn vị này đều được điều khiển bằng cổng sử dụng một trong các cực của điện áp đầu ra chính. Điều này có nghĩa là nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng chỉnh lưu một pha và điều khiển pha toàn sóng như điều khiển bộ gia nhiệt, công tắc điều chỉnh độ sáng và điều khiển tốc độ động cơ AC, v.v.

Tương tự như triac, quadrac là các thiết bị chuyển mạch bán dẫn ba cực được ký hiệu là MT2 cho cực chính thứ nhất (thường là cực dương), MT1 cho cực chính thứ hai (thường là cực âm) và G cho cực cổng.

Quadrac có nhiều loại vỏ bọc khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu về điện áp và dòng điện chuyển mạch, trong đó vỏ bọc TO-220 là phổ biến nhất. Quadrac được thiết kế để thay thế hầu hết các thiết bị triac.

Tóm tắt bài hướng dẫn sử dụng Diac.

Trong bài hướng dẫn về diac này, chúng ta đã thấy rằng các diac, chẳng hạn như ST2 hoặc DB3, là các thiết bị chặn điện áp lưỡng cực có thể hoạt động theo cả hai chiều. Diac có đặc tính điện trở âm cho phép chúng "mở" nhanh chóng khi đạt đến một mức điện áp đặt vào nhất định.

Vì Diac là thiết bị dẫn điện hai chiều, khi được ghép nối với các triac chuyển mạch dòng BTAxx-600A hoặc IRT80, chúng rất hữu ích như các thiết bị kích hoạt trong điều khiển pha và các mạch điện xoay chiều nói chung như công tắc điều chỉnh độ sáng và bộ điều khiển tốc độ động cơ AC.

Quadrac đơn giản là triac có thêm một diac được kết nối bên trong. Giống như triac, quadrac là các công tắc AC hai chiều được điều khiển bởi một cực cổng cho một trong các đầu ra của điện áp đầu ra chính.