دیاک چیست؟ ساختار و کاربرد دیاک برای ترایاک

دیاک یک نیمه رسانا است که سه لایه و دو خط اتصال دارد. کلمه ی DIAC از دو بخش DI و AC تشکیل شده است. DI نشان‌ دهنده دیود و AC نشان‌دهنده ی جریان متناوب است. در واقع DIAC مخفف Diod for Alternating Current (دیود جریان متناوب) است.

در تصویر زیر نماد دیاک نمایش داده شده است.

دیاک از ترکیب دو دیود به صورت موازی تشکیل شده است به طوری که یکی به صورت بایاس مستقیم و دیگری به صورت بایاس معکوس قرار گرفته اند.  دیاک یک دیود مخصوص است که در شرایط معین اجازه ی عبور جریان از هر دو جهت را می‌دهد.

نکته ی جالب دیگر درباره ی دیاک این است که به این علت که جهت مشخصی برای عبور جریان ندارد به عنوان یک قطعه ی دو جهته در نظر گرفته می‌شود. دیاک دو پایه ی آند دارد و هیچ پایه ی کاتدی ندارد. به دو پایانه ی آند، پایانه ی اصلی 1 (MT1) و پایانه ی اصلی 2 (MT2) می‌گویند.

ساختار دیاک

ساختمان دیاک همانند ساختمان ترانزیستورهای معمولی بدون پایانه ی پایه است. همانطور که در بالا گفته شد، دیاک دارای دو پایانه ی MT1 و MT2 است. در ساختمان دیاک دو ماده ی نوع p و سه ماده ی نوع n  بدون پایانه ی گیت استفاده شده‌اند.

در تصویر بالا، سه ماده ی نوع n با نام های NA، NB و NC قابل مشاهده هستند.

قسمت های نوع p با PA و PB نمایش داده شده‌اند. اگر ولتاژ پایانه ی MT1 بیشتر از پایانه ی دیگر مثبت شود، جریان از مسیر PA به NB سپس به PB و  بعد به PC حرکت می‌کند. اگر پایانه ی MT2 مثبت تر شود، جریان از مسیر PB به NB سپس به PA و از آن به NA حرکت می‌کند.

دیاک زمانی جریان را از خود عبور می‌دهد و شروع به کار می‌کند که به ولتاژ شکست رسیده باشیم.

هنگام شکست الکتریکی یک افت ناگهانی در ولتاژ دیاک اتفاق می افتد و میزان جریان عبوری از این قسمت زیاد می‌شود. به این وضعیت مقاومت پویای منفی می‌گویند. رسانایی تا زمانی اتفاق می افتد که جریان تا کمترین مقدار ممکن برای ادامه ی رسانایی کاهش پیدا کند. هنگامی که میزان جریان کمتر از این مقدار شود، به خاطر مقاومت بالای دیاک نسبت به جریان دایاک نارسانا می‌شود.

چون دیاک از هر دو جهت کار می‌کند، این اتفاق برای جهت دیگر هم به همین شکل می‌افتد.

منحنی ویژگی های دیاک

در تصویر بالا رفتار واقعی دیاک در نمودار جریان-ولتاژ نمایش داده شده است. شکل منحنی همانند حرف انگلیسی z است. تا زمانی که به ولتاژ شکست نرسیم دیاک در وضعیت نارسانا باقی می‌ماند. شیب کم منحنی قبل از رسیدن به خطوط صاف به خاطر کمبود جریان است. هنگامی که به ولتاژ شکست می‌رسیم، مقاومت دیاک کم می‌شود و جریان عبوری از دیود با سرعت افزایش می‌یابد که با خطوط صاف در نمودار نمایش داده شده‌اند. هنگام رسانایی، افت ولتاژ در دیود باعث می‌شود که خطوط در نمودار عمودی نباشند.

کاربرد دیاک چیست

دیاک به صورت اختصاصی برای راه‌اندازی ترایاک و SCR ساخته شده است. همانطور که بالاتر گفته شد، در زمان ولتاژ شکست یک افت ناگهانی ولتاژ در دیاک اتفاق می‌افتد. به همین علت از خود ویژگی های مقاومت منفی را نشان می‌دهد و ولتاژ آن به صورت چشمگیری (معمولا تا 5 ولت) کاهش می‌یابد. این اتفاق باعث به وجود آمدن جریان شکست می‌شود که برای روشن کردن ترایاک یا SCR کافی است.

همچنین پیشنهاد میکنم مقاله آموزش کامل ترایاک را هم بخوانید.

به خاطر اینکه دیاک از هر دو جهت جریان را عبور می‌دهد، برای کاربردهای تریگر متقارن استفاده می‌شود.

حال مهمترین سوالی که پیش می‌آید این است که چرا به دیاک برای تریگر کردن ترایاک نیاز داریم؟

ترایاک ها به صورت متقارن کار نمی‌کنند، از این رو در پُلاریته ی الکتریکی با ولتاژ سطح گیت یکسان تریگر نمی‌کنند که این باعث نتایج ناخواسته ای می‌شود. نمودار موج نتیجه نامتقارن است و فرکانس‌های هارمونیک آن متنوع تر هستند که این باعث می‌شود در مدار احتمالاتی با عدم قطعیت داشته باشیم. برای این که عدم قطعیت در مدار را کاهش دهیم، از دیاک استفاده می‌کنیم و آن را به صورت سری با ترایاک قرار می‌دهیم.

یک کاربرد پایه ای از دیاک در تصویر زیر نمایش داده شده است که در آن از دیاک برای تریگر کردن ترایاک استفاده شده است.

دیاک با ترایاک به صورت سری بسته شده است. دیاک تا زمانی که میزان جریان به یک مقدار مشخص از هر دو جهت نرسد اجازه ی عبور آن را نمی‌دهد. در این صورت شروع به کار ترایاک از نصف سیکل تا نصف سیکل بعدی با ثبات بیشتری است و میزان هارمونیک های سیستم کمتر می‌شود.

مثال کاربردی از دیاک

در مدار زیر از دیاک برای چشمک زدن یک LED استفاده شده است.

ساختار مدار ساده است. مدار از دو دیود 1N4007 (دیود دریافت کننده ی 1000 ولت و 1 آمپری)، یک خازن 47uF با حداقل درجه 300 ولت تشکیل شده است. به عنوان دیاک میتوان از DB3، DB4 یا NTE6408 استفاده کرد. در ادامه از دو مقاومت 20 کیلو و 100 کیلو اهمی و یک LED استاندارد آبی استفاده شده است.

در این مدار از دو دیود با هدف ایمنی برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده شده است. خازن با سرعت شارژ می‌شود و هنگامی که ولتاژ خازن به ولتاژ شکست دیاک برسد، جریان را از خود عبور می‌دهد و LED روشن می‌شود. پس از روشن شدن LED و همزمان با عبور جریان از دیاک ، میزان افت ولتاژ کاهش می‌یابد و خازن از مسیر مقاومت 20 کیلو اهمی شروع به تخلیه شدن می‌کند.

با تغییر ظرفیت خازن میتوان زمان روشن و خاموش ماندن LED را کنترل کرد.

در ویدئوی زیر شبیه سازی این مدار در پروتئوس نشان داده شده است.

ساختار کوآدراک

کوآدراک نوع خاصی از تریستور است که از دیاک و ترایاک استفاده می‌کند. در این قطعه، از دیاک برای تریگر کردن ترایاک استفاده شده است. کوآدراک کاربردهای بسیار زیادی از جمله سوئیچینگ، ماژول کنترل دما، کنترل سرعت و کاربردهای دیمر دارد.