Diac - obwody robocze i aplikacyjne

Diak jest urządzeniem dwuzaciskowym z kombinacją równolegle-odwrotnych warstw półprzewodników, co umożliwia wyzwalanie urządzenia w obu kierunkach niezależnie od biegunowości zasilania.

Charakterystyka Diac

Charakterystykę typowego diaka można zobaczyć na poniższym rysunku, który wyraźnie pokazuje obecność napięcia przełamania na obu jego zaciskach.

Ponieważ diak można przełączać w obu kierunkach lub dwukierunkowo, funkcja ta jest efektywnie wykorzystywana w wielu obwodach przełączających prądu przemiennego.

Poniższy rysunek ilustruje wewnętrzne rozmieszczenie warstw, a także pokazuje symbol graficzny diaka. Warto zauważyć, że oba zaciski diaku są przypisane jako anody (anoda 1 lub elektroda 1 i anoda 2 lub elektroda 2) i nie ma katody dla tego urządzenia.

Gdy podłączone zasilanie przez diak jest dodatnie na anodzie 1 w stosunku do anody 2, odpowiednie warstwy działają jako p1n2p2 i n3.

Gdy podłączone zasilanie jest dodatnie na anodzie 2 w stosunku do anody 1, warstwy funkcjonalne mają postać p2n2p1 i n1.

Poziom napięcia wypalania diac

Napięcie przebicia lub napięcie zapłonu diaka, jak pokazano na pierwszym schemacie powyżej, wydaje się być dość jednolite na obu zaciskach. Jednak w rzeczywistym urządzeniu może to wahać się od 28 V do 42 V.

Wartość wypalenia można osiągnąć, rozwiązując następujące warunki równania dostępne w arkuszu danych.

VBR1 = VBR2 ± 0,1 VBR2

Obecne specyfikacje (IBR1 i IBR2) dla obu terminali również wydają się być całkiem identyczne. Dla diaka, który jest przedstawiony na schemacie

Dwa aktualne poziomy (IBR1 i IBR2) dla diaka są również bardzo zbliżone pod względem wielkości. W powyższych przykładowych cechach wydają się one być w pobliżu
200 uA lub 0,2 mA.

Obwody aplikacji Diac

Poniższe wyjaśnienie pokazuje nam, jak diak działa w obwodzie prądu przemiennego. Spróbujemy zrozumieć to na podstawie prostego obwodu czujnika zbliżeniowego 110 V AC.

Obwód czujnika zbliżeniowego

Obwód czujnika zbliżeniowego wykorzystujący diak można zobaczyć na poniższym schemacie.

Tutaj widzimy, że SCR jest włączony szeregowo z obciążeniem i programowalnym tranzystorem jednozłączowym (PUT), który jest bezpośrednio połączony z sondą czujnikową.

Kiedy ludzkie ciało zbliża się do sondy czujnikowej, powoduje wzrost pojemności w poprzek sondy i ziemi.

Zgodnie z charakterystyką krzemowego programowalnego UJT, będzie on zapalał się, gdy napięcie VA na jego zacisku anody przekroczy jego napięcie bramki o co najmniej 0,7 V. Powoduje to zwarcie na katodzie anody urządzenia.

W zależności od ustawienia ustawienia wstępnego 1M diak podąża za cyklem wejściowym AC i wyzwala się przy określonym poziomie napięcia.

Z powodu tego ciągłego zapłonu diaka, napięcie anodowe VA UJT nigdy nie może zwiększyć swojego potencjału bramki VG, który jest zawsze utrzymywany na prawie tak wysokim, jak wejściowy AC. I ta sytuacja powoduje, że programowalny UJT jest wyłączony.

Jednakże, gdy ciało ludzkie zbliża się do sondy wykrywającej, znacznie obniża potencjał bramki VG UJT, umożliwiając potencjał anody VA UJT UJT wyższy niż VG. To natychmiast powoduje uruchomienie UJT.

Kiedy tak się dzieje, UJT tworzy zwarcie na swoich zaciskach anoda / katoda, zapewniając niezbędny prąd bramki dla SCR. SCR uruchamia się i włącza podłączone obciążenie, wskazując obecność człowieka w pobliżu sondy czujnika.

Automatyczna lampka nocna

Prosty automatyczne oświetlenie masztu obwód za pomocą LDR, triaka i diaka można zobaczyć na powyższym rysunku. Działanie tego obwodu jest dość proste, a krytyczne zadanie przełączania jest obsługiwane przez diak DB-3. Gdy zapada wieczór, światło na LDR zaczyna opadać, co powoduje stopniowy wzrost napięcia na złączu R1, DB-3, ze względu na rosnącą rezystancję LDR.

Kiedy to napięcie wzrośnie do punktu przerwania diaka, diak zapala się i uruchamia bramkę triaka, która z kolei włącza podłączoną lampę.

Rano światło na LDR stopniowo rośnie, co powoduje, że potencjał w poprzek diaku maleje z powodu uziemienia potencjału złącza R1 / DB-3. A gdy światło jest dostatecznie jasne, rezystancja LDR powoduje spadek potencjału diaka prawie do zera, wyłączając prąd bramki triaka, a co za tym idzie lampa również się wyłącza.

Diak tutaj zapewnia, że ​​triak jest przełączany bez większego migotania podczas przejścia zmierzchowego. Bez diaka lampa migotałaby przez wiele minut przed całkowitym włączeniem lub wyłączeniem. W ten sposób funkcja wyzwalania awarii diaka jest dokładnie wykorzystywana na korzyść automatycznego projektu światła.

Ściemniacz światła

DO obwód ściemniacza światła jest prawdopodobnie najpopularniejszą aplikacją wykorzystującą kombinację triaków diakowych.

Dla każdego cyklu wejścia AC diak zapala się tylko wtedy, gdy potencjał na nim osiągnie swoje napięcie przebicia. Opóźnienie czasowe, po którym diak zapala się, decyduje o tym, jak długo triak pozostanie włączony podczas każdego cyklu fazy. To z kolei decyduje o ilości prądu i natężeniu oświetlenia lampy.

Opóźnienie w wypalaniu diaku jest ustalane przez pokazaną regulację doniczki 220 k oraz wartość C1. Te składowe opóźnienia czasowego RC określają czas włączenia triaka przez wypalanie diaka, co skutkuje przerywaniem fazy AC na określonych odcinkach fazy w zależności od opóźnienia zapłonu diaka.

Gdy opóźnienie jest dłuższe, węższa część fazy może przełączyć triak i wyzwolić lampę, powodując niższą jasność lampy. W przypadku krótszych odstępów czasu triak może przełączać się na dłuższe okresy fazy AC, a zatem lampa jest włączana również na dłuższe odcinki fazy AC, powodując na niej wyższą jasność.

Przełącznik wyzwalania amplitudy

Najbardziej podstawowym zastosowaniem diaka bez uzależnienia od jakiejkolwiek innej części jest automatyczne przełączanie. W przypadku zasilania AC lub DC diak zachowuje się jak wysoka rezystancja (praktycznie obwód otwarty), o ile przyłożone napięcie jest poniżej krytycznej wartości VBO.

Diak włącza się, gdy tylko ten krytyczny poziom napięcia VBO zostanie osiągnięty lub przekroczony. Dlatego to specyficzne urządzenie z 2 końcówkami można włączyć po prostu przez zwiększenie amplitudy dołączonego napięcia sterującego i może dalej przewodzić, aż ostatecznie napięcie spadnie do zera. Poniższy rysunek przedstawia prosty obwód przełącznika czułego na amplitudę przy użyciu diaka 1N5411 lub diaka DB-3.

Przyłożone jest napięcie około 35 V prądu stałego lub szczytowe napięcie przemienne, które włącza diak w stan przewodzenia, w wyniku czego przez rezystor wyjściowy R2 zaczyna płynąć prąd o wartości około 14 mA. Określone diaki mogą się włączać przy napięciach poniżej 35 woltów.

Używając prądu przełączania 14 mA, napięcie wyjściowe wytworzone na rezystorze 1k osiąga 14 woltów. W przypadku, gdy źródło zasilania zawiera wewnętrzną ścieżkę przewodzącą w obwodzie wyjściowym, rezystor R1 może zostać zignorowany i wyeliminowany.

Podczas pracy z obwodem należy spróbować wyregulować napięcie zasilania tak, aby stopniowo rosło od zera, jednocześnie sprawdzając odpowiedź wyjścia. Gdy napięcie osiągnie około 30 woltów, zobaczysz niewielkie lub nieznaczne napięcie wyjściowe ze względu na wyjątkowo niski prąd upływu z urządzenia.

Jednak przy mniej więcej 35 woltach diak nagle się psuje, a pełne napięcie wyjściowe szybko pojawia się na rezystorze R2. Teraz zacznij zmniejszać wejście zasilania i obserwuj, że napięcie wyjściowe odpowiednio się zmniejsza, ostatecznie osiągając zero, gdy napięcie wejściowe zostanie zredukowane do zera.

Przy zerowym woltach diak jest całkowicie „wyłączany” i przechodzi w sytuację, która wymaga jego ponownego wyzwolenia na poziomie amplitudy 35 V.

Elektroniczny przełącznik prądu stałego

Prosty przełącznik opisany w poprzedniej sekcji można również aktywować poprzez niewielki wzrost napięcia zasilania. W związku z tym stabilne napięcie może wynosić 30 V, dzięki czemu diak 1N5411 może być konsekwentnie stosowany, zapewniając, że diak jest na etapie przewodzenia, ale nadal jest wyłączony.

Jednak z chwilą szeregowego dodania potencjału około 5 woltów, szybko uzyskuje się napięcie przebicia 35 woltów, aby uruchomić diak.

Usunięcie tego 5-woltowego „sygnału” nie ma następnie wpływu na stan włączenia urządzenia i nadal prowadzi on zasilanie 30 V, aż napięcie zostanie obniżone do zera woltów.

Rysunek powyżej przedstawia obwód przełączający z teorią przyrostowego przełączania napięcia, jak wyjaśniono powyżej. W ramach tej konfiguracji do diaka 1N5411 (D1) podawane jest 30 woltów (tutaj to zasilanie jest pokazane jako źródło baterii dla wygody, niemniej jednak 30 woltów można zastosować z dowolnego innego źródła stałego regulowanego prądu stałego). Przy tym poziomie napięcia diak nie może się włączyć i żaden prąd nie płynie przez podłączone zewnętrzne obciążenie.

Jednak przy stopniowej regulacji potencjometru napięcie zasilania powoli rośnie i ostatecznie diak jest załączany, co umożliwia przepływ prądu przez obciążenie i załączenie go.

Po włączeniu diaka zmniejszenie napięcia zasilania potencjometrem nie ma wpływu na diak. Jednak po zmniejszeniu napięcia przez potencjometr, przełącznik resetowania S1 może być użyty do wyłączenia przewodzenia diac i zresetowania obwodu w pierwotnym stanie wyłączenia.

Pokazany diak lub DB-3 będzie mógł pozostać bezczynny przy około 30 V i nie przejdzie przez samozapłon. To powiedziawszy, niektóre diaki mogą wymagać niższego napięcia niż 30 V, aby utrzymać je w stanie nieprzewodzącym. W ten sam sposób określone diaki mogą wymagać napięcia wyższego niż 5 V dla opcji włączania przyrostowego. Wartość potencjometru R1 nie powinna być większa niż 1 kΩ i powinna być typu drutowego.

Powyższą koncepcję można wykorzystać do realizacji działania zatrzaskowego w aplikacjach niskoprądowych za pomocą prostego urządzenia z dwoma zaciskami diakowymi zamiast polegania na złożonych 3 zaciskach, takich jak SCR.

Przekaźnik z blokadą elektryczną

Rysunek pokazany powyżej przedstawia obwód przekaźnika prądu stałego, który jest zaprojektowany tak, aby pozostawał w stanie podtrzymania w momencie, gdy jest zasilany sygnałem wejściowym. Konstrukcja jest tak dobra, jak zatrzaskowy przekaźnik mechaniczny.

Ten obwód wykorzystuje koncepcję wyjaśnioną w poprzednim akapicie. Tutaj również diak jest utrzymywany w stanie wyłączonym przy 30 woltach, poziomie napięcia, który jest zwykle mały dla przewodzenia diaka.

Jednak gdy tylko zostanie podany szeregowy potencjał 6 V diak, ten ostatni zaczyna przepychać prąd, który włącza i blokuje przekaźnik (diak pozostaje włączony, mimo że napięcie sterujące 6 V już nie istnieje).

Przy prawidłowo zoptymalizowanych R1 i R2 przekaźnik będzie się skutecznie włączał w odpowiedzi na przyłożone napięcie sterujące.

Po tym przekaźnik pozostanie zablokowany nawet bez napięcia wejściowego. Jednak obwód można zresetować do poprzedniego położenia, naciskając wskazany przełącznik resetowania.

Przekaźnik musi być typu niskoprądowego, może mieć rezystancję cewki 1 k.

Obwód czujnika zatrzaskowego

Wiele urządzeń, na przykład alarmy włamaniowe i sterowniki procesów, wymaga sygnału wyzwalającego, który pozostaje włączony po uruchomieniu i wyłącza się tylko po zresetowaniu wejścia zasilania.

Zaraz po zainicjowaniu obwodu umożliwia obsługę obwodów alarmowych, rejestratorów, zaworów odcinających, gadżetów bezpieczeństwa i wielu innych. Poniższy rysunek przedstawia przykładowy projekt dla tego typu aplikacji.

Tutaj diak HEP R2002 działa jak urządzenie przełączające. W tej konkretnej konfiguracji diak pozostaje w trybie czuwania przy zasilaniu 30 V przez B2.

Ale moment przełączenia przełącznika S1, który może być `` czujnikiem '' na drzwiach lub oknie, przekazuje 6 woltów (z B1) do istniejącego polaryzacji 30 V, powodując, że wynikowe 35 woltów wyzwala diak i generuje około 1 Wyjście V na R2.

Wyłącznik przeciążeniowy DC

Powyższy rysunek przedstawia obwód, który natychmiast wyłącza obciążenie, gdy napięcie zasilania DC przekroczy ustalony poziom. Następnie urządzenie pozostaje wyłączone do czasu obniżenia napięcia i zresetowania obwodu.

W tej konkretnej konfiguracji diak (D1) jest normalnie wyłączony, a prąd tranzystora nie jest wystarczająco wysoki, aby wyzwolić przekaźnik (RY1).

Gdy wejście zasilania przekracza określony poziom ustawiony potencjometrem R1, diak zapala się, a prąd stały z wyjścia diaka dociera do podstawy tranzystora.

Tranzystor włącza się teraz za pomocą potencjometru R2 i aktywuje przekaźnik.

Przekaźnik odłącza teraz obciążenie od zasilania wejściowego, zapobiegając uszkodzeniom systemu w wyniku przeciążenia. Diak po tym pozostaje włączony, utrzymując przekaźnik w stanie ON, dopóki obwód nie zostanie zresetowany, poprzez chwilowe otwarcie S1.

Aby wyregulować obwód na początku, dostrój potencjometry R1 i R2, aby upewnić się, że przekaźnik po prostu kliknie ON, gdy napięcie wejściowe faktycznie osiągnie żądany próg wyzwalania diaka.

Następnie przekaźnik musi pozostać aktywowany, aż napięcie spadnie z powrotem do normalnego poziomu, a przełącznik resetujący zostanie chwilowo otwarty.

Jeśli obwód działa prawidłowo, napięcie wejściowe `` wystrzeliwania '' diaków musi wynosić około 35 woltów (określone diaki mogą aktywować się przy mniejszym napięciu, chociaż często jest to korygowane przez regulację potencjometru R2), a także napięcie prądu stałego na podstawie tranzystora musi wynosić około 0,57 V (przy około 12,5 mA). Przekaźnik ma rezystancję cewki 1k.

Wyłącznik przeciążeniowy AC

Powyższy schemat obwodu przedstawia obwód wyłącznika przeciążeniowego prądu przemiennego. Ten pomysł działa w ten sam sposób, jak konfiguracja dc wyjaśniona we wcześniejszej {części. Obwód prądu zmiennego różni się od wersji na prąd stały ze względu na obecność kondensatorów C1 i C2 oraz prostownika diodowego D2.

Przełącznik wyzwalania sterowany fazowo

Jak wspomniano wcześniej, głównym zastosowaniem diaka jest dostarczenie napięcia aktywacji do jakiegoś urządzenia, takiego jak triak, do sterowania pożądanym sprzętem. Obwód diakowy w poniższej implementacji jest procesem kontroli fazy, który może znaleźć wiele innych zastosowań niż sterowanie triakiem , w którym może być konieczne wyjście impulsowe o zmiennej fazie.

Rysunek powyżej przedstawia typowy obwód wyzwalania diac. To ustawienie zasadniczo reguluje kąt wystrzelenia diaka, a osiąga się to poprzez manipulowanie siecią kontroli fazy zbudowaną wokół części R1 R2 i C1.

Podane tutaj wartości rezystancji i pojemności są jedynie wartościami orientacyjnymi. Dla określonej częstotliwości (ogólnie częstotliwości sieci zasilającej prądu przemiennego) R2 jest dostrajane, aby napięcie przebicia diaka zostało osiągnięte w chwili, która odpowiada preferowanemu punktowi w półcyklu prądu przemiennego, w którym diak musi się włączyć i zapewnić impuls wyjściowy.

Diak następujący po tym może powtarzać tę czynność przez cały cykl +/- AC. Ostatecznie o fazie decydują nie tylko R1 R2 i C1, ale także impedancja źródła prądu przemiennego i impedancja obwodu, który aktywuje ustawiony diak.

W większości zastosowań ten projekt obwodu diaka będzie prawdopodobnie korzystny do analizy fazy rezystancji i pojemności diaka, aby poznać wydajność obwodu.

Na przykład poniższa tabela ilustruje kąty fazowe, które mogą odpowiadać różnym ustawieniom rezystancji zgodnie z pojemnością 0,25 µF na powyższym rysunku.

Przedstawione informacje dotyczą 60 Hz. Pamiętaj, że jak wskazano w tabeli wraz ze zmniejszaniem się rezystancji, impuls wyzwalający pojawia się we wcześniejszych pozycjach w cyklu napięcia zasilania, co powoduje, że diak „odpala” wcześniej w cyklu i pozostaje włączony znacznie dłużej. Ponieważ obwód RC zawiera rezystancję szeregową i pojemność bocznika, faza jest naturalnie opóźniona, co oznacza, że ​​impuls wyzwalający pojawia się po cyklu napięcia zasilania w cyklu czasowym.