دیاک یک المان نیمه‌هادی دو طرفه دو اتصالی است که به گونه‌­ای طراحی شده است تا وقتی که ولتاژ متناوب آن از سطح معینی عبور کرد، شکسته شده و و جریان را در هر دو جهت عبور ­دهد.

سوییچ دیود AC یا به اختصار دیاک، یکی دیگر از قطعات نیمه‌هادی سه لایه و دو اتصالی حالت جامد است که برخلاف ترانزیستور، اتصال بیس ندارد و آن را به یک المان دو ترمینالی با برچسب A1 و A2 تبدیل می­‌کند.

دیاک‌­ها یک قطعه الکترونیکی هستند که هیچ کنترل یا تقویتی ارائه نمی­‌دهند، اما مانند یک دیود سوئیچینگ دو طرفه عمل می­‌کنند، زیرا می­‌توانند جریان را با هر دو قطبیت منبع ولتاژ متناوب، هدایت کنند.

در مقالات SCR و ترایاک‌­ها دیدیم که در کاربردهای سوییچینگ روشن-خاموش، این قطعات می­‌توانند توسط مدارهای ساده­‌ای که جریان­‌های گیت پایدار تولید می‌­کنند، راه‌‌اندازی شوند، همانطور که نشان داده شده است.

وقتی سوئیچ S1 باز است، جریان گیت جریان نمی­‌یابد و لامپ خاموش است. هنگامی که کلید S1 بسته می­‌شود، جریان گیت IG جریان می یابد و SCR در نیم سیکل­‌های مثبت تنها زمانی که در ربع Ι کار می­‌کند، هدایت می­‌کند.

همچنین به خاطر می‌آوریم که هنگامی که گیت «روشن» شود، SCR تنها زمانی دوباره «خاموش» می­‌شود که ولتاژ تغذیه آن به مقادیری کاهش یابد که جریان آند، IA کمتر از مقدار جریان نگهدارنده آن، IH باشد.

اگر بخواهیم مقدار متوسط جریان لامپ را به جای اینکه فقط آن را “روشن” یا “خاموش” کنیم، کنترل کنیم، می‌توانیم یک پالس کوتاه از جریان گیت را در یک نقطه تحریک از پیش تنظیم شده اعمال کنیم تا هدایت SCR فقط در بخشی از نیم چرخه رخ دهد.

۱. آموزش دیاک

بنابراین، مقدار متوسط جریان لامپ با تغییر زمان تاخیر T بین شروع چرخه و نقطه تحریک تغییر می­‌کند. این روش معمولاً به عنوان “کنترل فاز” شناخته می‌­شود.

اما برای دستیابی به کنترل فاز، دو چیز مورد نیاز است. اول یک مدار تغییر فاز متغیر (معمولاً یک مدار غیرفعال RC)، و دوم نوعی مدار یا وسیله‌­ای است که می‌­تواند پالس گیت مورد نیاز را هنگامی که شکل موج تاخیری به یک سطح معین می­‌رسد، تولید کند. یکی از این دستگاه‌­های نیمه هادی حالت جامد که برای تولید این پالس‌­های گیت طراحی شده است، دیاک است.

دیاک مانند یک ترانزیستور ساخته شده است اما اتصال بیس ندارد که به آن اجازه می‌­دهد با هر دو قطبیت به مدار متصل شود. دیاک‌ها عمدتاً به‌عنوان دستگاه‌های راه‌­اندازی در کاربرد‌های راه‌اندازی فاز و کنترل توان متغیر استفاده می‌شوند، زیرا دیاک به ارائه یک پالس تحریک تیزتر و سریع‌تر کمک می‌کند (برخلاف افزایش پیوسته ولتاژ شیب‌­دار) که برای روشن کردن دستگاه سوییچینگ اصلی استفاده می‌شود. .

نماد دیاک و منحنی­‌های مشخصه­‌های ولتاژ – جریان دیاک در شکل زیر آورده شده است:

نماد و مشخصه‌ جریان ولتاژ دیاک

2. نماد دیاک و مشخصه‌های I-V

از منحنی‌های مشخصه I-V دیاک بالا می‌توان دید که دیاک جریان را در هر دو جهت مسدود می‌کند تا زمانی که ولتاژ اعمال شده از VBR بیشتر شود، در این نقطه شکستگی دستگاه رخ می‌دهد و دیاک به‌شدت به روشی مشابه دیود زنر (zener diode) هدایت می‌کند و یک پالس ولتاژ ناگهانی را عبور می­‌دهد. نقطه VBR، ولتاژ شکست دیاک یا ولتاژ شکست نامیده می­‌شود.

در یک دیود زنر معمولی با افزایش جریان، ولتاژ دو سوی آن ثابت می­‌ماند. با این حال در دیاک، عملکرد ترانزیستور باعث کاهش ولتاژ با افزایش جریان می‌­شود. هنگامی که در حالت هدایت قرار می‌­گیرد، مقاومت دیاک به مقدار بسیار پایینی می­‌رسد که اجازه می‌­دهد مقدار نسبتاً زیادی جریان عبور کند. برای اکثر دیاک‌های موجود مانند ST2 یا DB3، ولتاژ شکست آنها معمولاً از 25± تا 35 ولت متغیر است. آستانه­‌های ولتاژ شکست بالاتر، به عنوان مثال 40 ولت برای دیاک DB4، در دسترس هستند.

این عمل به دیاک ویژگی مقاومت منفی را همانطور که در بالا نشان داده شده است، می­‌دهد. از آنجایی که دیاک یک دستگاه متقارن است، بنابراین برای هر دو ولتاژ مثبت و منفی دارای ویژگی یکسانی است و همین عمل مقاومت منفی است که دیاک را به عنوان یک وسیله راه‌­انداز برای SCR یا تریاک مناسب می­‌کند.

کاربردهای دیاک

همانطور که در بالا گفته شد، دیاک معمولاً به عنوان یک دستگاه راه­‌اندازی حالت جامد برای سایر دستگاه‌­های سوئیچینگ نیمه هادی، عمدتاً SCR و تریاک استفاده می‌­شود. ترایاک‌­ها به طور گسترده در برنامه‌­هایی مانند دیمر لامپ و کنترل­‌کننده سرعت موتور استفاده می­‌شوند و به همین دلیل از دیاک همراه با ترایاک برای ارائه کنترل تمام موج منبع AC، همانطور که نشان داده شده است، استفاده می‌­شود.

کنترل فاز AC دیاک

3. کنترل فاز AC دیاک

با افزایش ولتاژ منبع AC در ابتدای چرخه، خازن C از طریق ترکیب سری مقاومت ثابت R1 و پتانسیومتر VR1 شارژ می­‌شود و ولتاژ در صفحات آن افزایش می­‌یابد. هنگامی که ولتاژ شارژ به ولتاژ شکست دیاک می‌­رسد (حدود 30 ولت برای ST2)، دیاک شکسته شده و خازن از طریق دیاک تخلیه می‌­شود.

تخلیه، یک پالس ناگهانی جریان تولید می­کند که ترایاک را به حالت هدایت می­‌برد. زاویه فازی که ترایاک در آن راه‌­اندازی می‌­شود را می‌­توان با استفاده از VR1 تغییر داد که نرخ شارژ خازن را کنترل می­‌کند. مقاومت R1 جریان گیت را به مقدار ایمن زمانی که VR1 در حداقل خود باشد، محدود می­‌کند.

هنگامی که تریاک به حالت هدایت برده شد، توسط جریان باری که از آن عبور می‌کند در حالت «روشن» خود باقی می‌ماند، در حالی که ولتاژ در ترکیب مقاومت و خازن توسط ولتاژ «روشن» ترایاک محدود می‌شود و تا پایان نیم چرخه فعلی تغذیه AC باقی می­‌ماند.

در پایان نیم سیکل، ولتاژ منبع تغذیه به صفر رسیده و جریان عبوری از ترایاک را از جریان نگهدارنده  IH آن کمتر می­‌کند، آن را خاموش کرده و دیاک هدایت را متوقف می‌­کند. سپس ولتاژ تغذیه وارد نیم چرخه بعدی شده، ولتاژ خازن دوباره شروع به افزایش می­‌کند (این بار در جهت مخالف) و چرخه ترایاک دوباره تکرار می‌­شود.

شکل موج هدایت ترایاک

۴. شکل موج هدایت تریاک

دیدیم که دیاک المان بسیار مفیدی است که می‌توان از آن برای راه‌اندازی ترایاک‌ها استفاده کرد و به دلیل ویژگی‌های مقاومت منفی آن، این امکان را به آن می‌دهد تا پس از رسیدن به یک سطح ولتاژ اعمال شده، به سرعت روشن شود. با این حال، این بدان معناست که هر زمان که بخواهیم از یک ترایاک برای کنترل برق AC استفاده کنیم، به یک دیاک جداگانه نیز نیاز خواهیم داشت. خوشبختانه، یک ایده عالی باعث جایگزینی دیاک و تریاک منفرد با یک دستگاه سوییچینگ به نام کوادراک (Quadrac) شده است.

کوادراک چیست؟

کوادراک اساساً یک دیاک و تریاک است که با هم در یک پکیج نیمه هادی ساخته شده‌­اند و به همین ترتیب به عنوان “ترایاک­‌های تحریک شده داخلی” نیز شناخته می­‌شوند. این قطعات در یک دستگاه دو جهته هستند که گیت آن با استفاده از هر دو قطبیت ولتاژ ترمینال اصلی کنترل شده و می­‌توان از آن در کاربردهای کنترل فاز تمام موج مانند کنترل هیتر­ها، دیمر لامپ، و کنترل سرعت موتور AC استفاده کرد.

مانند ترایاک، کوادراک­‌ها قطعات سوئیچینگ نیمه‌هادی سه ترمینالی هستند که با برچسب MT2 برای ترمینال اصلی (معمولا آند)، MT1 برای ترمینال اصلی دو (معمولا کاتد) و G برای ترمینال گیت برچسب گذاری شده‌­اند.

کوادراک بسته به نیازهای سوئیچینگ ولتاژ و جریان، در انواع بسته­‌های مختلف موجود است که پکیج TO-220 رایج­‌ترین آن­ها است. کوادرک به گونه‌­ای طراحی شده است که جایگزینی دقیق برای اکثر دستگاه­‌های ترایاک باشد.

۵. کوادراک

خلاصه مقاله دیاک چیست؟

در این آموزش دیدیم که دیاک­‌هایی مانند ST2 یا DB3، المان مسدود­‌کننده ولتاژ دو ترمینالی هستند که می­‌توانند در هر جهت هدایت کنند. دیاک‌­ها دارای ویژگی‌­های مقاومت منفی هستند که به آنها اجازه می­‌دهد پس از رسیدن به یک سطح ولتاژ اعمال شده، به سرعت روشن شوند.

از آنجایی که دیاک یک المان دو جهته است، هنگامی که با سری BTAxx-600A یا IRT80 از ترایاک­‌های سوئیچینگ جفت می­‌شود، آن را به عنوان یک دستگاه تحریک در کنترل فاز و مدارهای AC عمومی مانند دیمرهای نور و کنترل‌­های سرعت موتور مفید می­‌کند.

کوادراک‌­ها به سادگی تریاک­‌هایی با دیاک متصل داخلی هستند. همانند ترایاک‌­ها، کوادراک­­‌ها کلیدهای AC دو طرفه هستند که گیت آن­ها با هر دو قطبیت ولتاژ ترمینال اصلی کنترل می­‌شود.