Diac - Arbeits- und Anwendungsschaltungen

Der Diac ist ein Gerät mit zwei Anschlüssen und einer Kombination von parallel-inversen Halbleiterschichten, wodurch das Gerät unabhängig von der Versorgungspolarität durch beide Richtungen ausgelöst werden kann.

Diac Eigenschaften

Die Eigenschaften eines typischen Diac sind in der folgenden Abbildung zu sehen, die das Vorhandensein einer Durchbruchspannung an beiden Anschlüssen deutlich zeigt.

Da ein Diac in beide Richtungen oder bidirektional geschaltet werden kann, wird das Merkmal in vielen Wechselstromschaltkreisen effektiv ausgenutzt.

Die folgende Abbildung zeigt, wie die Ebenen intern angeordnet sind, und zeigt auch das grafische Symbol des Diac. Es kann interessant sein festzustellen, dass beide Anschlüsse des Diac als Anoden (Anode 1 oder Elektrode 1 und Anode 2 oder Elektrode 2) zugeordnet sind und es für diese Vorrichtung keine Kathode gibt.

Wenn die über den Diac angeschlossene Versorgung an Anode 1 in Bezug auf Anode 2 positiv ist, fungieren die relevanten Schichten als p1n2p2 und n3.

Wenn die angeschlossene Versorgung an Anode 2 in Bezug auf Anode 1 positiv ist, sind die Funktionsschichten p2n2p1 und n1.

Diac Zündspannungspegel

Die Durchbruchspannung oder die Zündspannung von Diac, wie im ersten Diagramm oben angegeben, scheint an beiden Anschlüssen ziemlich gleichmäßig zu sein. In einem tatsächlichen Gerät kann dies jedoch zwischen 28 V und 42 V variieren.

Der Zündwert könnte erreicht werden, indem die folgenden Ausdrücke der Gleichung gelöst werden, wie sie aus dem Datenblatt verfügbar sind.

VBR1 = VBR2 ± 0,1 VBR2

Die aktuellen Spezifikationen (IBR1 und IBR2) für die beiden Terminals scheinen ebenfalls ziemlich identisch zu sein. Für den Diac, der im Diagramm dargestellt ist

Die beiden Strompegel (IBR1 und IBR2) für einen Diac sind ebenfalls sehr nahe beieinander. In den obigen Beispielmerkmalen scheinen diese vorhanden zu sein
200 uA oder 0,2 mA.

Diac-Anwendungsschaltungen

Die folgende Erklärung zeigt uns, wie ein Diac in einem Wechselstromkreis funktioniert. Wir werden versuchen, dies anhand einer einfachen 110-V-Wechselstrom-Näherungssensorschaltung zu verstehen.

Näherungsdetektorschaltung

Die Näherungsdetektorschaltung unter Verwendung eines Diac ist im folgenden Diagramm zu sehen.

Hier sehen wir, dass ein SCR in Reihe mit der Last und dem programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) geschaltet ist, der direkt mit der Messsonde verbunden ist.

Wenn sich ein menschlicher Körper der Messsonde nähert, erhöht sich die Kapazität zwischen Sonde und Boden.

Gemäß den Eigenschaften eines programmierbaren Silizium-UJT wird es ausgelöst, wenn die Spannung VA an seinem Anodenanschluss seine Gate-Spannung um mindestens 0,7 V überschreitet. Dies verursacht einen Kurzschluss über der Anodenkathode der Vorrichtung.

Abhängig von der Einstellung der 1M-Voreinstellung folgt der Diac dem Eingangswechselstromzyklus und zündet bei einem bestimmten Spannungspegel.

Aufgrund dieser fortgesetzten Zündung des Diac darf die Anodenspannung VA des UJT niemals sein Gatepotential VG erhöhen, das immer fast so hoch wie der Eingangswechselstrom gehalten wird. Und diese Situation hält das programmierbare UJT ausgeschaltet.

Wenn sich jedoch ein menschlicher Körper der Erfassungssonde nähert, senkt er das Gatepotential VG des UJT erheblich, wodurch das Anodenpotential VA des UJT des UJT höher als VG wird. Dadurch wird der UJT sofort ausgelöst.

In diesem Fall erzeugen die UJTs einen Kurzschluss über ihren Anoden- / Kathodenanschlüssen und stellen den erforderlichen Gate-Strom für den SCR bereit. Der SCR zündet und schaltet die angeschlossene Last ein, was auf das Vorhandensein einer menschlichen Nähe in der Nähe der Sensorsonde hinweist.

Automatische Nachtlampe

Eine einfache automatisches Mastlicht Die Schaltung mit einem LDR, einem Triac und einem Diac ist in der obigen Zeichnung zu sehen. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist ziemlich einfach, und der kritische Schaltauftrag wird vom Diac DB-3 erledigt. Wenn der Abend einsetzt, beginnt das Licht am LDR zu fallen, wodurch die Spannung an der Verbindungsstelle von R1, DB-3 aufgrund des zunehmenden Widerstands des LDR allmählich ansteigt.

Wenn diese Spannung bis zum Überbrückungspunkt des Diac ansteigt, zündet der Diac das Triac-Gate und betätigt es, wodurch wiederum die angeschlossene Lampe eingeschaltet wird.

Während des Morgens nimmt das Licht am LDR allmählich zu, was dazu führt, dass sich das Potential über dem Diac aufgrund der Erdung des R1 / DB-3-Übergangspotentials verringert. Und wenn das Licht ausreichend hell ist, bewirkt der LDR-Widerstand, dass das Diac-Potential auf nahezu Null abfällt, wodurch der Triac-Gate-Strom abgeschaltet wird und daher auch die Lampe ausgeschaltet wird.

Der Diac hier sorgt dafür, dass der Triac während des Dämmerungsübergangs ohne viel Flackern geschaltet wird. Ohne den Diac hätte die Lampe viele Minuten lang geflackert, bevor sie vollständig ein- oder ausgeschaltet wurde. Somit wird das Durchbruch auslösende Merkmal des Diac zugunsten des automatischen Lichtdesigns gründlich ausgenutzt.

Lichtdimmer

ZU Lichtdimmerschaltung ist vielleicht die beliebteste Anwendung mit einer Triac-Diac-Kombination.

Für jeden Zyklus des Wechselstromeingangs wird der Diac nur ausgelöst, wenn das an ihm liegende Potential seine Durchbruchspannung erreicht. Die Zeitverzögerung, nach der der Diac feuert, entscheidet darüber, wie lange der Triac während jedes Zyklus der Phase eingeschaltet bleibt. Dies entscheidet wiederum über die Strommenge und die Beleuchtung der Lampe.

Die Zeitverzögerung beim Abfeuern des Diac wird durch die gezeigte 220-k-Topfeinstellung und den C1-Wert eingestellt. Diese RC-Zeitverzögerungskomponenten bestimmen die EIN-Zeit des Triacs durch das Diac-Zünden, was dazu führt, dass die Wechselstromphase in Abhängigkeit von der Zündverzögerung des Diac über bestimmte Abschnitte der Phase zerhackt wird.

Wenn die Verzögerung länger ist, kann ein schmalerer Teil der Phase den Triac umschalten und die Lampe auslösen, was zu einer geringeren Helligkeit der Lampe führt. Für schnellere Zeitintervalle kann der Triac für längere Zeiträume der Wechselstromphase schalten, und somit wird die Lampe auch für längere Abschnitte der Wechselstromphase geschaltet, wodurch eine höhere Helligkeit darauf entsteht.

Amplitudengetriggerter Schalter

Die grundlegendste Anwendung des Diac ohne Abhängigkeit von einem anderen Teil erfolgt durch automatisches Umschalten. Bei einer Wechselstrom- oder Gleichstromversorgung verhält sich der Diac wie ein hoher Widerstand (praktisch ein offener Stromkreis), solange die angelegte Spannung unter dem kritischen VBO-Wert liegt.

Der Diac schaltet sich ein, sobald dieser kritische VBO-Spannungspegel erreicht oder überschritten wird. Daher könnte dieses spezielle Gerät mit zwei Anschlüssen nur durch Erhöhen der Amplitude der angeschlossenen Steuerspannung eingeschaltet werden, und es könnte weiter leiten, bis schließlich die Spannung auf Null verringert wird. Die folgende Abbildung zeigt eine einfache amplitudenempfindliche Schaltschaltung unter Verwendung eines 1N5411-Diacs oder eines DB-3-Diacs.

Es wird eine Spannung von ungefähr 35 Volt Gleichstrom oder eine Spitzenwechselspannung angelegt, die den Diac in die Leitung einschaltet, wodurch ein Strom von ungefähr 14 mA beginnt, durch den Ausgangswiderstand R2 zu fließen. Bestimmte Diacs können sich möglicherweise bei Spannungen unter 35 Volt einschalten.

Bei einem Schaltstrom von 14 mA beträgt die am 1k-Widerstand erzeugte Ausgangsspannung 14 Volt. Falls die Versorgungsquelle einen inneren leitenden Pfad innerhalb der Ausgangsschaltung enthält, könnte der Widerstand R1 ignoriert und beseitigt werden.

Versuchen Sie während der Arbeit mit der Schaltung, die Versorgungsspannung so einzustellen, dass sie allmählich von Null ansteigt, während Sie gleichzeitig das Ausgangsverhalten überprüfen. Wenn die Versorgung etwa 30 Volt erreicht, sehen Sie aufgrund des extrem niedrigen Leckstroms vom Gerät eine kleine oder leichte Ausgangsspannung.

Bei ungefähr 35 Volt wird der Diac jedoch plötzlich zusammenbrechen und eine volle Ausgangsspannung wird schnell über dem Widerstand R2 angezeigt. Beginnen Sie nun mit der Reduzierung des Versorgungseingangs und beobachten Sie, dass sich die Ausgangsspannung entsprechend verringert und schließlich Null wird, wenn die Eingangsspannung auf Null reduziert wird.

Bei Null Volt ist der Diac vollständig 'abgeschaltet' und gerät in eine Situation, in der er erneut über den Amplitudenpegel von 35 Volt ausgelöst werden muss.

Elektronischer Gleichstromschalter

Der im vorherigen Abschnitt beschriebene einfache Schalter könnte ebenfalls durch eine geringfügige Erhöhung der Versorgungsspannung aktiviert werden. Daher könnte eine stabile Spannung von möglicherweise 30 V konsistent an den 1N5411-Diac angelegt werden, um sicherzustellen, dass sich der Diac gerade am Leitungsrand befindet, aber immer noch ausgeschaltet ist.

Sobald jedoch ein Potential von ungefähr 5 Volt in Reihe geschaltet wird, wird die Durchbruchspannung von 35 Volt schnell erreicht, um das Zünden des Diacs auszuführen.

Das anschließende Entfernen dieses 5-Volt-Signals hat keinen Einfluss auf die eingeschaltete Situation des Geräts und führt die 30-Volt-Versorgung weiter, bis die Spannung auf Null Volt gesenkt wird.

Die obige Abbildung zeigt eine Schaltschaltung mit der oben erläuterten Theorie der inkrementellen Spannungsumschaltung. Innerhalb dieses Aufbaus wird der 1N5411-Diac (D1) mit 30 Volt versorgt (hier wird diese Versorgung der Einfachheit halber als Batteriequelle gezeigt, die 30 Volt können jedoch über jede andere konstant geregelte Gleichstromquelle angelegt werden). Mit diesem Spannungspegel kann der Diac nicht eingeschaltet werden und es fließt kein Strom über die angeschlossene externe Last.

Wenn das Potentimeter jedoch allmählich eingestellt wird, steigt die Versorgungsspannung langsam an und schließlich wird der Diac eingeschaltet, wodurch der Strom durch die Last fließen und diese einschalten kann.

Sobald der Diac eingeschaltet ist, hat das Verringern der Versorgungsspannung durch das Potentiometer keine Auswirkung auf den Diac. Nach dem Reduzieren der Spannung durch das Potentiometer könnte der Rücksetzschalter S1 jedoch zum Ausschalten der Diac-Leitung und zum Zurücksetzen des Stromkreises in den ursprünglich ausgeschalteten Zustand verwendet werden.

Der gezeigte Diac oder DB-3 kann bei etwa 30 V im Leerlauf bleiben und durchläuft keine Selbstzündungsaktion. Das heißt, einige Diacs benötigen möglicherweise niedrigere Spannungen als 30 V, um sie im nicht leitenden Zustand zu halten. Auf die gleiche Weise benötigen bestimmte Diacs möglicherweise mehr als 5 V für die Option zum inkrementellen Einschalten. Der Wert des Potentiometers R1 sollte nicht mehr als 1 kOhm betragen und sollte drahtgewickelt sein.

Das obige Konzept kann zum Implementieren einer Verriegelungsaktion in Anwendungen mit geringem Strom durch ein einfaches Zwei-Terminal-Diac-Gerät verwendet werden, anstatt von komplexen 3-Terminal-Geräten wie SCRs abhängig zu sein.

Elektrisch verriegeltes Relais

Die oben gezeigte Abbildung zeigt die Schaltung eines Gleichstromrelais, das so ausgelegt ist, dass es in dem Moment verriegelt bleibt, in dem es über ein Eingangssignal mit Strom versorgt wird. Das Design ist so gut wie das Verriegeln des mechanischen Relais.

Diese Schaltung verwendet das im vorherigen Absatz erläuterte Konzept. Auch hier wird der Diac bei 30 Volt ausgeschaltet gehalten, ein Spannungspegel, der für eine Diac-Leitung typischerweise klein ist.

Sobald jedoch dem Diac ein 6-V-Serienpotential zugeführt wird, beginnt dieser, Strom zu drücken, der sich einschaltet und das Relais verriegelt (der Diac bleibt danach eingeschaltet, obwohl die 6-Volt-Steuerspannung nicht mehr vorhanden ist).

Wenn R1 und R2 korrekt optimiert sind, schaltet sich das Relais als Reaktion auf eine angelegte Steuerspannung effizient ein.

Danach bleibt das Relais auch ohne Eingangsspannung verriegelt. Die Schaltung kann jedoch durch Drücken des angegebenen Rücksetzschalters auf ihre vorherige Position zurückgesetzt werden.

Das Relais muss ein Niedrigstromtyp sein und darf einen Spulenwiderstand von 1 k haben.

Verriegelungssensorkreis

Viele Geräte, z. B. Einbruchalarme und Prozesssteuerungen, fordern ein Auslösesignal an, das nach dem Auslösen eingeschaltet bleibt und erst dann ausgeschaltet wird, wenn die Stromversorgung zurückgesetzt wird.

Sobald der Stromkreis eingeleitet wird, können Sie Schaltkreise für Alarme, Rekorder, Absperrventile, Sicherheitsgeräte und viele andere bedienen. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispieldesign für diese Art von Anwendung.

Hier funktioniert ein HEP ​​R2002 Diac wie ein Schaltgerät. In dieser speziellen Konfiguration bleibt der Diac bei 30 Volt Versorgung über B2 im Standby-Modus.

Wenn jedoch der Momentschalter S1 umgeschaltet wird, der ein 'Sensor' an einer Tür oder einem Fenster sein könnte, trägt er 6 Volt (von B1) zur vorhandenen 30-V-Vorspannung bei, wodurch die resultierenden 35 Volt den Diac auslösen und ungefähr 1 erzeugen V Ausgang über R2.

DC-Überlastschutzschalter

Die obige Abbildung zeigt eine Schaltung, die eine Last sofort abschaltet, wenn die Gleichstromversorgungsspannung einen festen Pegel überschreitet. Das Gerät bleibt dann ausgeschaltet, bis die Spannung gesenkt und der Stromkreis zurückgesetzt wird.

In dieser speziellen Konfiguration ist der Diac (D1) normalerweise ausgeschaltet und der Transistorstrom ist nicht hoch genug, um das Relais (RY1) auszulösen.

Wenn der Versorgungseingang einen vom Potentiometer R1 festgelegten Pegel überschreitet, wird der Diac ausgelöst und der Gleichstrom vom Diac-Ausgang erreicht die Transistorbasis.

Der Transistor schaltet nun über das Potentiometer R2 ein und aktiviert das Relais.

Das Relais trennt jetzt die Last von der Eingangsversorgung und verhindert so Schäden am System aufgrund von Überlast. Der Diac danach wird weiter eingeschaltet, wobei das Relais eingeschaltet bleibt, bis der Stromkreis zurückgesetzt wird, indem der S1 kurz geöffnet wird.

Um die Schaltung am Anfang einzustellen, stellen Sie die Potentiometer R1 und R2 so ein, dass das Relais erst dann einrastet, wenn die Eingangsspannung tatsächlich die gewünschte Diac-Zündschwelle erreicht.

Das Relais muss danach aktiviert bleiben, bis die Spannung wieder auf ihren normalen Pegel abfällt und der Rücksetzschalter kurzzeitig geöffnet wird.

Wenn die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert, muss der Eingang der 'Zündspannung' des Diacs etwa 35 Volt betragen (bestimmte Diacs können mit einer kleineren Spannung aktiviert werden, obwohl dies häufig durch Einstellen des Potentiometers R2 korrigiert wird) sowie die Gleichspannung an der Transistorbasis muss ungefähr 0,57 Volt (bei ungefähr 12,5 mA) betragen. Das Relais hat einen Spulenwiderstand von 1k.

AC-Überlastschutzschalter

Das obige Schaltbild zeigt die Schaltung eines Wechselstrom-Überlastschutzschalters. Diese Idee funktioniert genauso wie die im vorherigen Teil erläuterte Gleichstromeinstellung. Die Wechselstromschaltung unterscheidet sich von der Gleichstromversion aufgrund des Vorhandenseins der Kondensatoren C1 und C2 und des Diodengleichrichters D2.

Phasengesteuerter Auslöseschalter

Wie zuvor angegeben, besteht die Hauptverwendung des Diac darin, eine Aktivierungsspannung an ein Gerät wie einen Triac zur Steuerung eines gewünschten Geräts zu liefern. Die Diac-Schaltung in der folgenden Implementierung ist ein Phasensteuerungsprozess, der viele andere Anwendungen als finden kann Triac-Kontrolle , bei dem ein Impulsausgang mit variabler Phase erforderlich sein kann.

Die obige Abbildung zeigt eine typische Diac-Triggerschaltung. Dieser Aufbau regelt grundlegend den Zündwinkel des Diac, und dies wird durch Manipulieren des Phasensteuerungsnetzwerks erreicht, das um die Teile R1 R2 und C1 herum aufgebaut ist.

Die hier angegebenen Werte für Widerstand und Kapazität dienen nur als Referenzwerte. Für eine bestimmte Frequenz (im Allgemeinen die Netzfrequenz) wird R2 so eingestellt, dass die Diac-Durchbruchspannung zu einem Zeitpunkt erreicht wird, der dem bevorzugten Punkt in der AC-Halbwelle entspricht, an dem der Diac eingeschaltet werden muss und Geben Sie den Ausgangsimpuls an.

Der darauf folgende Diac kann diese Aktivität während jedes +/- AC-Halbzyklus wiederholen. Schließlich wird die Phase nicht nur durch R1 R2 und C1 bestimmt, sondern auch durch die Impedanz der Wechselstromquelle und die Impedanz der Schaltung, die der Diac-Aufbau aktiviert.

Für die meisten Anwendungen wird dieses Diac-Schaltungsprojekt wahrscheinlich nützlich sein, um die Phase des Diac-Widerstands und der Kapazität zu analysieren und die Effizienz der Schaltung zu ermitteln.

Die folgende Tabelle zeigt beispielsweise die Phasenwinkel, die unterschiedlichen Einstellungen des Widerstands gemäß der Kapazität von 0,25 uF in der obigen Abbildung entsprechen können.

Die Informationen sind für 60 Hz vorgesehen. Denken Sie daran, dass der Triggerimpuls, wie in der Tabelle angegeben, bei abnehmendem Widerstand immer wieder an früheren Positionen im Versorgungsspannungszyklus auftritt, was dazu führt, dass der Diac früher im Zyklus 'feuert' und so lange eingeschaltet bleibt. Da die RC-Schaltung einen Serienwiderstand und eine Nebenschlusskapazität enthält, ist die Phase natürlich verzögert, was bedeutet, dass der Triggerimpuls nach dem Versorgungsspannungszyklus innerhalb des Zeitzyklus kommt.