Spis treści:
Uwaga, pająk! Triaki niejednokrotnie nastraszyły pracowników magazynu Botland, bo niektóre z nich można na pierwszy rzut oka pomylić z pajęczakiem. Traki i pająki łączy jednak coś więcej. Tak jak to małe zwierzątko jest ważne i pożyteczne w przyrodzie, tak triaki pełnią niezwykle istotną funkcję w elektronice.
Czym są triaki (symistory, tyrystory)?
Triak (TRIAC, z ang. Triode for Alternating Current, czyli trioda prądu przemiennego) to niewielki trójzaciskowy element elektroniczny, który po wyzwoleniu przewodzi prąd w obu kierunkach. Termin TRIAC jest uogólnionym znakiem towarowym, więc gdy napotykamy na określenie symistor lub tyrystor, to mowa właśnie o triaku, ale nie zawsze. Tyrystor to bowiem wspólne określenie dla szerokiej gamy elementów półprzewodnikowych stosowanych jako przełącznik elektroniczny. Formalnie i bardziej precyzyjnie rzecz biorąc triaki to podgrupa tyrystorów. Tyrystory stosowane są głównie przy dużych napięciach i prądach. Trioda na prąd alternatywny, czyli triak, i prostownik sterowany krzemem, czyli SCR, są najczęściej stosowanymi tyrystorami.
Triak a SCR
To zestawienie będzie ważne już do końca dzisiejszego artykułu. Triaki są blisko spokrewnione z prostownikami sterowanymi krzemem (SCR). Różnią się od SCR tym, że pozwalają na przepływ prądu w obu kierunkach, podczas gdy SCR może przewodzić prąd tylko w jednym kierunku. Większość triaków może być wyzwalana poprzez przyłożenie do bramki dodatniego lub ujemnego napięcia, SCR wymaga zaś napięcia dodatniego. Po wyzwoleniu SCR i triak kontynuują przewodzenie nawet wtedy, gdy prąd bramki ustanie, dopóki główny prąd nie spadnie poniżej pewnego poziomu zwanego prądem podtrzymującym. W urządzeniach elektrycznych, elektromagnetycznych i elektronicznych to minimalny prąd, który musi przepłynąć przez obwód, aby mógł pozostać w stanie „ON”. Triak to odpowiednik dwóch SCR połączonych w układzie odwrotnie-równoległym z bramkami połączonymi ze sobą.
Zasada działania triaków
Triaki to dwukierunkowe, trójelektrodowe przełączniki prądu przemiennego, które umożliwiają przepływ elektronów w każdym kierunku. Zostały zaprojektowane w celu zapewnienia środków do rozwoju ulepszonych sterowników zasilania AC. Są dostępne w różnych układach, mogą one obsługiwać szeroki zakres prądu i napięcia. Wróćmy jeszcze na chwilę do SCR – triaki mają stosunkowo niskie możliwości prądowe w porównaniu do tych pierwszych, są one bowiem zwykle ograniczone do mniej niż 50 A i nie mogą zastąpić SCR w zastosowaniach wysokoprądowych.
Triaki są jednak uważane za uniwersalne ze względu na zdolność do pracy z dodatnimi lub ujemnymi napięciami na ich zaciskach. Ponieważ SCR mają wadę polegającą na przewodzeniu prądu tylko w jednym kierunku, to kontrolowanie małej mocy w obwodzie AC jest lepiej obsługiwane przy użyciu triaka.
Budowa triaka i schemat
Chociaż triak i SCR wyglądają podobnie, ich symbole schematyczne znacznie się różnią. Zaciski triaka to bramka (G – gate), zacisk 1 (T1, terminal 1) i zacisk 2 (T2, terminal 2). Brak tu oznaczenia anody i katody. Prąd może płynąć w każdym kierunku przez zaciski wyłącznika głównego, T1 i T2. Zacisk 1 jest zaciskiem odniesienia dla wszystkich napięć. Zacisk 2 to obudowa lub metalowy element montażowy, do którego można przymocować radiator.
Triak blokuje prąd w każdym kierunku pomiędzy T1 i T2. Może być wyzwolony do przewodzenia w obu kierunkach przez chwilowy impuls dodatni lub ujemny doprowadzony do bramki. Jeśli do bramki triaka zostanie podany odpowiedni sygnał, przewodzi on prąd. Pozostanie wyłączony, dopóki bramka nie zostanie wyzwolona w punkcie A.
- W punkcie A obwód wyzwalający impulsuje bramkę, triak zostaje włączony i umożliwia przepływ prądu.
- W punkcie B prąd płynący do przodu jest redukowany do zera, triak jest wyłączany.
Jedną z zalet triaka jest to, że praktycznie żadna moc nie jest marnowana poprzez zamianę na ciepło. Ciepło jest generowane, gdy prąd jest impedowany, a nie gdy prąd jest wyłączony. Triak jest albo całkowicie włączony, albo całkowicie wyłączony, nigdy nie ogranicza częściowo prądu. Inną istotną cechą triaków jest brak warunku odwrotnego przebicia wysokich napięć i dużych prądów, takich jak te występujące w diodach i SCR.
Zastosowanie triaków
Triaki są często używane zamiast przełączników mechanicznych ze względu na ich uniwersalność. Ponadto, gdy natężenie prądu jest niskie, triaki są ekonomiczniejsze niż SCR typu back-to-back. Można je znaleźć w ściemniaczach do lamp, regulatorach mocy wyjściowej dla grzejników elektrycznych czy jako regulatory prędkości dla silników.
Przy stosowaniu triaków warto pamiętać o pewnych potencjalnych trudnościach. Może nastąpić niezamierzone włączenie triaka w wyniku nagłej zmiany napięcia na jego głównych zaciskach. Problem ten rozwiązuje się poprzez podłączenie obwodu rezystorowo-kondensatorowego (RC) pomiędzy głównymi zaciskami. Efekt backlash (oporu) występuje w obwodach kontroli faz, gdy rezystancja jest ustawiona na maksimum, aby zmniejszyć poziom mocy podłączonego urządzenia do minimum. Jest spowodowany brakiem ścieżki rozładowania dla pojemności właściwej triaka na jego zaciskach obciążenia i uniemożliwia włączenie podłączonego urządzenia. Rozwiązaniem jest zapewnienie ścieżki rozładowania poprzez podłączenie rezystora o dużej wartości w szeregu z diakiem lub kondensatora pomiędzy bramką a głównymi zaciskami. Wreszcie w obwodach sterowania fazowego może wystąpić niesymetria (asymetryczna praca triaka) z powodu tego, że triaki mają różne napięcia włączania dla każdego kierunku. Taka konstrukcja prowadzi do złego profilu promieniowania elektromagnetycznego. Problem można rozwiązać poprzez zastosowanie diaka w szeregu z bramką triaka.
