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.
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
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
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
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.
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.
