Triacul

1. Definiţie, structură şi simbol

Triacul este o diodă bidirecţională, o componenta semiconductoare care înlocuieşte doua tiristoare montate în antifaza, în aceeaşi pastila semiconductoare si care este prevazută cu o singura poartă (sau grilă, notată cu G) şi cu doua borne pentru curentul principal notate cu A₁ şi A₂.



Structura interna a unui triac este prezentata în figura 1, iar schema echivalenta a acestuia în figura 2. Triacul poate fi adus în stare de conducţie printr-un semnal pe poartă care poate fi pozitiv sau negativ faţă de A₁ sau A₂.
Faţă de tiristoare, triacul prezintă avantajul că poate fi trecut în stare de conducţie, atât în semiperioada pozitivă, cât şi în semiperioada negativă a curentului alternativ.
Modul de reprezentare a triacului în scheme este redat în figura 3. Pentru definirea caracteristicii curent-tensiune a triacului se considera ca referinţă borna A₁ (figura 2).



Când terminalul A₂ este pozitiv in raport cu A₁, amorseaza tiristorul T₁; când terminalul A₂ devine negativ şi terminalul A₁ joaca rol de anod, intra in conductie tiristorul T₂, care amorseaza atunci când poarta este negativa in raport cu A_1. (daca si potentialul portii G este pozitiv in raport cu cel al terminalului A

Caracteristica curent-tensiune a triacului are forma din figura 4. Ca şi în cazul tiristoarelor, comanda pe poarta triacului se efectueaza prin tensiune continuua, alternativa sau in impulsuri.

În absenţa semnalului de poarta, I_G=0, se defineşte o tensiune de blocare, U_BR; aceasta tensiune trebuie sa fie mai mare decât amplitudinea tensiunii alternative aplicate între cei doi anozi A₁ şi A₂ ai triacului, pentru a putea exista un control prin poarta asupra triacului.

Ca şi în cazul tiristoarelor, comanda pe poarta triacului se efectuează prin tensiune continuă, alternativă sau în impulsuri.

Din caracteristica curent-tensiune a triacului rezulta că, pe masura ce creşte curentul de comanda aplicat pe poarta, triacul poate bascula la tensiuni din ce în ce mai mici. Triacul este blocat în ambele sensuri atât timp cât I_G=0 şi tensiunea aplicată între A₁ si A₂ nu depaseşte U_BR.

Datorita structurii mai complexe a triacului, funcţia de comanda a porţii se exercita în patru moduri distincte, prezentate in figura 5, moduri cunoscute şi consacrate în limbajul tehnic de specialitate ca ,,functionarea în patru cadrane��. Sensibilitatea la comanda a triacului este maxima în cadranul I, medie în cadranul III şi minima în cadranul IV.



Altfel exprimat, sensibilitatea comenzii este maxima când ambele tensiuni aferente terminalelor A₁ si A₂ sunt pozitive, ceva mai mica este atunci cand ambele sunt negative, iar sensibilitatea este cea mai mica atunci cand tensiunea de poarta este pozitivă, iar tensiunea anodica este negativă (A₂ negativ fata de A₁).

Ca şi tiristoarele, triacul amorseaza la depaşirea unei anumite tensiuni anodice, dar pentru ambele polaritaţi ale acestuia. Aceasta proprietate ii asigura o autoprotectie interna fata de tensiunile tranzitorii care pot aparea in circuitul în care se gaseşte: la apariţia supratensiunilor, triacul amorseaza de la sine în loc să se strapunga.

Daca aceasta amorsare este necontrolata, atunci ea poate fi nedorita pentru sarcina si trebuie luate masuri pentru eliminarea supratensiunilor pe triac care pot produce amorsarea lui.

2. Circuite de comandă pentru triace

Utilizarea triacului in contactoarele statice - dispozitive electronice care servesc pentru închiderea sau deschiderea circuitelor electrice de curent alternativ sau de curent continuu - impune prezentarea modalitatilor de realizare ale comenzilor poarta cu particularitatile specifice fiecarui tip de comanda.

In figura 6 este prezentat un contactor static cu triac.



Intrarea in conductie a triacului se face la cateva microsecunde dupa aplicarea semnalului de comandă pe poartă. Ieşirea din conductie a triacului se produce în momentul anularii naturale a curentului din circuitul principal, în cazul sarcinilor pur rezistive acest moment avand loc in momentul trecerii prin zero a tensiunii alternative.

Comanda triacului se poate face cu ambele polaritati ale semnalului aplicat intre anod si catod ( terminalul A₁), pentru ambele polaritati ale tensiunii dintre anod si catod (intre terminalele A₂ si A₁). Exemple de circuite de comandă pe poartă a triacului sunt prezentate în figura 7, unde Q1...3, reprezintă cadranele de funcţionare a triacului.



Grupul RC în paralel pe triac acţioneaza în sensul eliminarii supratensiunilor care ar putea produce autoamorsarea, acest grup constituind un divizor de tensiune, împreuna cu sarcina, impedanţa interna a sursei de supratensiune şi impedanţa conductoarelor de alimentare. Totodata grupul RC realizeaza şi o reducere a vitezei de creştere a tensiunii pe triac. Prezenţa grupului RC este indispensabila în cazul sarcinilor inductive, la care ieşirea din conducţie a triacului se poate produce în apropierea maximului semialternantei urmatoare a tensiunii de alimentare, când pe triac apare brusc tensiunea sursei de alimentare din acel moment.



Limitarea vitezei de creştere a tensiunii este realizata de capacitatea C, iar rezistenţa R reduce curentul de descarcare al capacitaţii în momentul amorsarii triacului şi totodata realizeaza amortizarea circuitului oscilant alcatuit de inductanta sarcinii şi capacitatea C.

Amorsarea unui triac poate fi obţinută acţionând asupra porţii în curent continuu, prin curent alternativ, redresat sau prin impulsuri.

În figura 9 este prezentat un contactor static cu un triac, cu functionarea de tip închis-deschis, la care comanda se face de la o sursa de curent continuu. Dacă comutatorul J1 este deschis, pe poarta nu se aplica curent şi triacul este blocat. Închizând intrerupătorul, tensiunea continua de polarizare furnizeaza un curent de poarta prin intermediul rezistentei R2. În vederea obţinerii unei sensibilităţi de comanda mai mari, tensiunea aplicată porţii trebuie să fie negativă.



În figura 10 este prezentat un contactor static în care amorsarea triacului se realizează în curent alternativ, prin intermediul unui transformator în scurtcircuit. Contactul J1 fiind deschis, impedanţa vazută la bornele primarului este impedanta de mers în gol a transformatorului, de valoare mare, deci tensiunea pe rezistenta R este mica. Prin închiderea lui J1, la bornele primare se vede impedanţa de scurtcircuit a transformatorului, de valoare mica, deci pe R apare o tensiune mare, care va comanda triacul.



În figura 11 este reprezentată schema unui contactor cu un triac cu o functionare de tip închis-deschis, a carui amorsare se face cu un semnal alternativ de o frecvenţă de 2...6 kHz. La aceasta valoare a frecvenţei rezultă o secţiune a miezului transformatorului mult mai mică decât la 50 kHz.

Figura 12 prezintă o alta schemă de amorsare în curent alternativ. Când comutatorul J1 este deschis, triacul este blocat. La închiderea comutatorului, la inceputul fiecarei alternanţe tensiunea între bornele A21 creşte rapid, astfel că în momentul când atinge valori de 5...6 V, prin rezistenta R este injectat un curent de poarta suficient pentru a amorsa triacul. La amorsare, tensiunea între bornele A₂ si A₁ scade la aproximativ 1,5-2 V, blocând curentul de poarta; triacul amorsat va ramane în conducţie până la sfârşitul semialternanţei respective, când triacul se blochează. Procesul se repetă în timpul semialternantei urmatoare, triacul reamorsându-se imediat la începutul acesteia. Atât timp cât întrerupâtorul I este deschis, triacul este continuu în conducţie şi toata tensiunea retelei se gaseşte practic pe sarcina Z.


În figura 13 este prezentata o schema de comanda a triacului in curent alternativ redresat. În acest caz, deoarece curentul de poartă circulă numai în timpul unei semialternanţe, triacul este amorsat numai în timpul alternantei pozitive şi este blocat în timpul alternanţei negative. Aceasta schema de comanda confera triacului un mod de functionare similar cu cel al tiristorului.



În figura 14 sunt indicate două modalitaţi de comanda ale triacurilor folosind tranzistoare. În cazul figurii 14.a, comanda tranzistorului care amorseaza triacul se face prin curent, iar în cazul figurii 14.b, comanda se face prin poarta triacului se injecteaza un curent negativ, ceea ce asigura o sensibilitate marită de comandă. Modul de funcţionare al contactorului depinde de felul semnalului aplicat pe bazele tranzistoarelor.

3. Funcţionarea pe sarcină rezistivă şi inductivă a triacului



4. Aplicaţii

În figura 15 este prezentat o modalitate de utilizare a punţii redresoare în aplicaţiile cu triace, iar în figura 16 construcţia unui releu solid state.



O aplicaţie utila electronistului amator este un "dimmer light", prezentat în figura 19.



5. Considerente practice

Triacele se construiesc în diferite capsule, asemenea celor prezentate mai jos:



Bibliografie

• "Practica Electronistului Amator", Editura Albatros, 1984
• "Dispozitive si circuite electronice", Editura Fundatiei Universitare "Dunărea de jos" din Galaţi, autorii Mircea Iliev, Rustem Popa.
• Colectia revistei Tehnium
• Diverse website-uri de profil