ترایاک (TRIAC) چیست؟ — به زبان ساده

آخرین به‌روزرسانی: ۲۳ آذر ۱۴۰۱
زمان مطالعه: ۶ دقیقه

در آموزش‌های پیشین مجله فرادرس با برخی از قطعات الکترونیک قدرت، مانند تریستور و IGBT آشنا شدیم. در این آموزش، قطعه‌ای دیگر به نام ترایاک را معرفی می‌کنیم. «ترایاک» (Triac) یا تریاک، قطعه حالت جامد سرعت بالایی است که قابلیت سوئیچ شدن و کنترل توان AC یک شکل موج سینوسی را دارد.

همان‌طور که در آموزش‌های قبلی گفتیم، برای کنترل روشنایی لامپ‌ها، موتورها یا هیترها می‌توان از تریستور استفاده کرد. هرچند، یکی از چالش‌های کنترل مدار با تریستور این است که مانند دیود قطعه‌ای یک طرفه است؛ یعنی جریان را فقط در یک جهت و از آند به کاتد هدایت می‌کند.

در مدارهای سوئیچینگ DC، این هدایت یک طرفه مشکلی ایجاد نمی‌کند، زیرا تمام تمان DC مستقیماً به بار منتقل می‌شود. اما در مدارهای سوئیچینگ AC، این یک طرفه بودن ممکن است باعث ایجاد مشکل شود، زیرا وقتی آند بدون توجه به سیگنال گیت، مثبت باشد، فقط یک نیم موج هدایت می‌شود (مانند یکسوکننده نیم موج). در نتیجه، در حالت عملکرد AC فقط نصف توان از طریق تریستور به بار منتقل می‌شود.

برای رسیدن به کنترل توان تمام موج می‌توانیم از یک پل تریستوری استفاده کنیم که در هر نیم دوره مثبت به آن فرمان داده می‌شود. همچنین می‌توانیم دو تریستور را به صورت موازی معکوس (پشت به پشت) مطابق شکل زیر به یکدیگر وصل کنیم. البته این کار پیچیدگی و تعداد اجزای به کار رفته در مدار سوئیچینگ را افزایش می‌دهد.

مدار پل

قطعه نیمه‌هادی دیگری وجود دارد که «کلید AC سه پایه» (Triode AC Switch) یا به اختصار «ترایاک» (Triac) نامیده می‌شود. ترایاک نیز از خانواده تریستورها است که می‌توان آن را به عنوان قطعات سوئیچینگ توان حالت جامد به کار برد. اما چیزی که درباره ترایاک‌ها اهمیت دارد، این است که این قطعات «دو طرفه» هستند. به عبارت دیگر، می‌توان یک ترایاک را با اعمال ولتاژهای مثبت و منفی به آند و نیز پالس مثبت و منفی به گیت، در حالت هدایت قرار داد. این امر سبب می‌شود ترایاک یک قطعه سوئیچینگ کنترل شده با گیت دو ربعی (Two-Quadrant) باشد.

تریاک دقیقاً مانند دو تریستور معمولی عمل می‌کند که به صورت موازی معکوس (پشت به پشت) به یکدیگر متصل شده‌اند و به دلیل این ساختار، دو تریستور یک پایه گیت مشترک خواهند داشت. بنابراین، ترایاک قطعه‌ای سه سر است.

از آن‌جایی که ترایاک شکل موج سینوسی را در هر دو جهت عبور می‌دهد، از نامگذاری یک سر آند و یک سر کاتد با نام‌های $$ \mathrm {MT}_1 $$ برای ترمینال اصلی ۱، $$\mathrm{MT}_2$$ برای ترمینال اصلی ۲ و G برای ترمینال گیت در آن استفاده می‌شود.

در بسیاری از کاربردهای سوئیچینگ AC، ترمینال گیت ترایاک مشابه رابطه گیت – کاتد تریستور یا رابطه بیس – امیتر ترانزیستور، با $$ \mathrm {MT}_1$$ مرتبط است.

پیوند P-N و نماد شماتیک یک ترایاک در شکل زیر نشان داده شده است.

نماد ترایاک

همان‌طور که می‌بینیم، ترایاک یک قطعه چهار لایه PNPN در جهت مثبت و NPNP در جهت منفی و نیز سه سر است که در حالت OFF مانند مدار باز عمل کرده و جریان را سد می‌کند. اما برخلاف یک تریستور معمولی، ترایاک با فرمان گرفتن از طریق پالس گیت، جریان را در دو جهت از خود عبور می‌دهد. بنابراین، می‌توان گفت ترایاک چهار حالت ممکن تحریک برای عملکرد دارد:

  • حالت +I: جریان $$ \mathrm {MT}_2$$ مثبت (ve+) و جریان گیت مثبت (ve+)
  • حالت -I: جریان $$ \mathrm {MT}_2$$ مثبت (ve+) و جریان گیت منفی (ve-)
  • حالت +III: جریان $$ \mathrm {MT}_2$$ منفی (ve-) و جریان گیت مثبت (ve+)
  • حالت -III: جریان $$ \mathrm {MT}_2$$ منفی (ve-) و جریان گیت منفی (ve-)

این چهار حالت عملکردی را می‌توان در منحنی مشخصه I-V شکل زیر نشان داد.

منحنی مشخصه ترایاک

در ربع اول، ترایاک معمولاً با یک جریان گیت مثبت به حالت هدایت می‌رود. این حالت با +I نشان داده شده است. همچنین می‌توان آن را با یک جریان منفی گیت (حالت -I) تحریک کرد. به طریق مشابه، در ربع سوم، تحریک با یک جریان گیت منفی $$-I_G$$ و در دو حالت -III و +III انجام می‌شود. هرچند حالت‌های -I و +III پیکربندی‌هایی با حساسیت کمتر هستند، اما نسبت به دو حالت دیگر +I و -III به جریان گیت بزرگتری برای تریگر کردن نیاز دارند. 

ترایاک‌ها مشابه تریستورها برای ماندن در حالت هدایت در نقطه گذر از صفر شکل موج، به حداقل جریان نگهدارنده‌ ($$I_H$$) نیاز دارند. حتی اگر دو تریستور با هم ترکیب شده و یک ترایاک را بسازند، هر کدام از آن‌ها مشخصه‌های الکتریکی خاص خود و ولتاژهای شکست، جریان نگهدارنده و سطوح ولتاژ تریگر متفاوتی دارند؛ مانند آنچه که از یک تریستور تکی انتظار داریم.

کاربردهای ترایاک

ترایاک متداول‌ترین قطعه نیمه‌هادی است که برای سوئیچینگ و کنترل توان مدارهای AC به کار می‌رود، زیرا این قطعه قابلیت ON شدن با پالس گیت مثبت و منفی را بدون توجه به پلاریته منبع در آن لحظه دارد. این ویژگی، ترایاک را برای کنترل یک لامپ یا بار موتور AC ایده‌آل می‌‌کند.

مدار سوئیچینگ ترایاک

شکل بالا یک مدار سوئیچینگ ترایاک را نشان می‌دهد. وقتی کلید SW1 باز است، جریانی به گیت وارد نمی‌شود و بنابراین، لامپ خاموش خواهد بود. وقتی SW1 بسته شود، از منبع $$ V_G$$ و از طریق مقاومت $$R$$ جریان به گیت اعمال شده و ترایاک جریان را کاملاً از خود عبور می‌دهد و کل توان منبع سینوسی به لامپ منتقل می‌شود. با بسته بودن کلید SW1، تریاک بدون توجه به پلاریته $$ \mathrm {MT} _ 2 $$ به صورت مداوم در دو حالت +I و +III کار خواهد کرد.

البته مشکل این مدار سوئیچینگ ساده ترایاک این است که به یک منبع اضافه مثبت یا منفی برای فرمان دادن به گیت و بردن آن به وضعیت هدایت نیاز دارد. اما می‌توانیم ترایاک را با استفاده از ولتاژ‌ خود منبع AC به عنوان ولتاژ فرمان گیت تحریک کنیم. مدار شکل زیر، نحوه انجام این کار را نمایش می‌دهد.

مدار سوئیچینگ ترایاک

مدار بالا، ترایاکی را نشان می‌دهد که در یک کلید توان AC استاتیکی ساده به کار رفته و مثل مدار قبل، تابع ON-OFF را می‌سازد. وقتی کلید SW1 باز باشد، ترایاک مانند یک مدار باز عمل می‌کند و جریانی از لامپ نمی‌گذرد. اما هنگامی که SW1 را ببندیم، گیت ترایاک با مقاومت محدود کننده جریان R تحریک شده و لحظه کوتاهی پس از شروع هر نیم دوره، هدایت کرده و توان کامل سوئیچینگ را بار منتقل می‌کند.

از آن‌جایی که منبع AC سینوسی است، ترایاک به صورت خودکار در پایان هر نیم دوره AC جریان را هدایت نمی‌کند و جریان بار در یک لحظه به صفر افت خواهد کرد. اما دوباره در نیم تناوب بعدی و تا زمانی که کلید بسته باقی بماند، با استفاده از تریستور مخالف، جریان هدایت خواهد شد. این نوع کنترل سوئیچینگ، عموماً کنترل تمام موج نامیده می‌شود؛ زیرا هر دو نیم موج کنترل می‌شوند.

به دلیل آنکه ترایاک از دو تریستور پشت به پشت تشکیل شده است، می‌توانیم با اصلاح تحریک گیت، یک مدار سوئیچینگ جدید بسازیم. شکل زیر، این مدار را نشان می‌دهد.

مدار سوؤیچینگ اصلاح شده

همان‌طور که از شکل بالا مشخص است، اگر کلید SW1 در وضعیت A باشد، جریان گیت وجود نخواهد داشت و لامپ خاموش خواهد بود. اگر کلید به وضعیت B حرکت کند، مانند قبل جریان گیت در هر نیم تناوب عبور خواهد کرد و توان کامل به لامپ منتقل خواهد شد، زیرا ترایاک در حالت‌های +I و -III کار می‌کند.

اگر کلید در وضعیت C قرار گیرد، وقتی $$ \mathrm {MT} _ 2$$ منفی باشد، دیود از تحریک گیت جلوگیری می‌کند، زیرا بایاس معکوس شده است. بنابراین، ترایاک فقط در نیم تناوب‌های مثبت در حالت +I عمل می‌کند و لامپ با نصف توان روشن می‌شود. در نتیجه، بسته به وضعیت کلید، لامپ ممکن است خاموش باشد، در نصف توان کار کند یا کاملاً روشن باشد.

کنترل فاز با ترایاک

در یک نوع متداول دیگر از مدارهای سوئیچینگ ترایاک، از کنترل فاز برای تغییر ولتاژ استفاده می‌شود. به همین دلیل، در این حالت برای نیم تناوب‌های مثبت و منفی شکل موج ورودی، توان به بار (در اینجا موتور) منتقل می‌شود. با این نوع کنترل سرعت موتور AC می‌توان یک کنترل کاملاً خطی و متغیر داشت؛ زیرا ولتاژ از صفر تا حداکثر ولتاژ اعمالی قابل تنظیم است. شکل زیر این موضوع را نشان می‌دهد.

کنترل فاز با ترایاک

در مدار پایه تریگر فاز، از ترایاک‌های سری با موتور متصل به منبع AC سینوسی استفاده می‌شود. مقاومت متغیر VR1 برای کنترل مقدار جابه‌جایی فاز روی گیت ترایاک به کار می‌رود که به نوبه خود، مقدار ولتاژ‌ اعمالی به موتور را در زمان‌های مختلف تناوب AC کنترل می‌کند. ولتاژ تریگر ترایاک، از ترکیب VR1 و C1 با دیاک (قطعه نیمه‌هادی دوجهته‌ای که یک پالس جریان تریگر تیز را برای روشن کردن ترایاک فراهم می‌کند) به دست می‌آید.

در آغاز هر دوره تناوب، C1 توسط مقاومت متغیر VR1 شارژ می‌شود. این اتفاق تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که ولتاژ C1 برای بردن دیاک به حالت هدایت کافی باشد که اجازه می‌دهد خازن C1 در گیت ترایاک تخلیه شود و آن را به وضعیت ON ببرد. وقتی ترایاک به حالت هدایت رفت و به اشباع رسید، مدار کنترل فازِ تحریکِ گیتِ موازی با خود را اتصال کوتاه کرده و باقیمانده نیم موج را کنترل می‌کند.

همان‌طور که در بالا دیدیم، ترایاک در پایان هر نیم تناوب به صورت خودکار خاموش می‌شود و فرایند اعمال تحریک توسط ترکیب VR1 و C1 دوباره در نیم تناوب بعدی آغاز می‌شود. هرچند، از آن‌جایی که ترایاک در هر حالت سوئیچینگ (مثلاً +I و -III)، به مقادیر مختلف جریان گیت نیاز دارد، یک قطعه یک نامتقارن است؛ به این معنی که ممکن است دقیقاً در نقطه مشابهی برای هر نیم تناوب مثبت و منفی فعال نشود.

کنترل توان AC با استفاده از ترایاک، برای بارهای مقاومتی مانند هیترها، موتورهای یونیورسال کوچک و لامپ‌ها مؤثرتر است.

به عنوان جمع‌بندی می‌توان به نکات زیر اشاره کرد:

  • ترایاک، قطعه‌ای چهار لایه و سه‌ سر مشابه تریستور است.
  • ترایاک را می‌توان در هر جهتی به حالت هدایت برد.
  • چهار حالت فعال‌سازی ممکن برای ترایاک وجود دارد که دو مورد از آن‌ها ارجح هستند.

اگر این مطلب برایتان مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

بر اساس رای ۹۳ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
Electronics Tutorials
۱۴ thoughts on “ترایاک (TRIAC) چیست؟ — به زبان ساده

سلام ببخشین مهندس آیا میشه دوتا تریستور رو باهم ترکیب کنیم و یک تریستور بسازیم؟؟

اصلاح میکنم ایا میشه دو تریستور رو باهم ترکیب کنیم و یک ترایاک بسازیم؟

سلام جناب مهندس،مدتی قبل پاور کامپیوتر من از کار افتاد،مشکل از خازن بود که درستش کردم،حالا بعد چند ماه هر دو ترایاک ها یک پایه شان قطع شده و خودش هم سیاه شده،پس نمیتونم شماره روش رو بخونم،آیا میتوانم از دو ترایاک دیگه استفاده کنم،ممنون از شکیباییتون.

سلام مهندس
برای کم کردن دور موتور فن چه باید کرد
اگه ترایاک bta 16 در دیمر به کار ببریم شدنی هست
با توجه به اینکه موتور القایی هست
ممنون میشم راهنمایی کنید

با تشکر.یه مساله هست .نقش هایی که کشیدید خواه ناخواه یه دانش آموز مثل من طبق این نقشه ها میاد و مدار رو میبنده.وقتی ما از مدار،rcاستفاده می کنیم.این مدتر آمپر کم اما ولتاژ زیادی رو تز خودش عبور میده.بنابراین یک ولوم یک چهارم آمپر وقتی که به مقاومت های پایین خودش نزدیک میشه میسوزه.من خودم دو تا واوم سوزوندم.ولی با یک دیود زمد ۶۰ ولتی تونستم ولتاژ رو تثبیت و از سوختن و جرفه زدن پایه ها به خاطر ولتاژ زیاد جلوگیری کنم .آموزش بدون تمرین عملی و ذکر نکات عملی عین مرد بی عمل می مونه.حالا اگه لطف بکنید و تمارین عملی رو هم کوچیک بزارید صد در صد تو کارتون تاثیر داره.کوچیک سما هستم.متشکرم.

سلام فرهود عزیز.
آنچه در این آموزش بیان شده و معمولاً در آموزش‌های مشابه بیان می‌شود، مفاهیم نظری پایه برای آشنایی با قطعات و نحوه کار آن‌ها و عملکردشان در مدارها است. برای مثال، آنچه به‌عنوان یک مبدل بوست در کتاب‌ها و منابع آموزشی معرفی می‌شود، مداری است متشکل از منبع، سلف، خازن، ماسفت، دیود و بار. اما چیزی در عمل پیاده‌سازی می‌شود، فراتر از این مدار ساده با آن قطعات اندک است. پیاده‌سازی عملی، نکات خاص خود را دارد و پس از یادگیری مفاهیم پایه باید آن را انجام داد.
سپاس از همراهی‌تان با مجله فرادرس.

سلام وقت بخیر
من یک دستگاه کنترلر جوجه کشی از شرکت گرفتم خروجی کنترل دما قطع نمیکنه،شرکت میگه چون برای تامین دما از لامپ استفاده کردی تریاک خروجی سوخته آیا درست میگن

۱- مزیت ترایاک بر تریستور چیست؟
۲- چرا به جای تریستور ، از ترایاک استفاده نمی کنیم؟

ببخشید ، اگه امکانش هست هر بخش رو جدا توضیح بدید و جواب هر سوال رو با عدد سوال بنویسید
ممنون از شما

با سلام . بنده دو سوال دارم؛
1- مزیت ترایاک بر تریستور چیست؟
2- چرا به جای تریستور ، از ترایاک استفاده نمی کنیم؟
جواب این دو سوال رو اگر به صورت کلی عرض بفرمایید ممنون میشم

سلام.
ترایاک یک تراشه سیلیکونی واحد است، در صورتی که تریستور به‌صورت دو تراشه سیلیکونی جدا از هم و پشت به پشت قرار می‌گیرد. این تفاوت فیزیکی از نظر قابلیت سوئیچینگ جریان مهم است. بدین صورت که برای جریان‌های بار تا ۲۵ آمپر، ترایاک یک گزینه خوب است و برای جریان‌های بالاتر از ۲۵ آمپر تریستور گزینه مناسب‌تری برای سوئیچینگ توان بالا است. از این روست که تریستور به دو هیت سینک نیاز دارد، در حالی که ترایاک فقط یک هیت سینک دارد. نکته دیگر این است که تریستور قدرت توان DC را کنترل می‌کند، در حالی که ترایاک هم برای کنترل توان DC و هم برق AC به کار می‌رود.
یک تفاوت دیگر بین تریستور و ترایاک این است که تریستور یک قطعه یک‌طرفه است، اما ترایاک یک قطعه دوطرفه. علاوه بر این، تریستور را می‌توان تنها با ولتاژ گیت مثبت روشن کرد، در حالی که ترایاک می‌تواند با ولتاژ گیت مثبت یا منفی راه‌اندازی شود. همچنین، از ترانزیستور تک‌پیوندی برای روشن کردن تریستور استفاده می‌شود، برای ترایاک دیاک به کار برده می‌شود.
سالم و سربلند باشید.

سلام
ممنون از محتوا

فکر کنم در این جا باید DC نوشته شود؟
«زیرا تمام تمان AC مستقیماً به بار منتقل می‌شود»

سلام.
متن اصلاح شد.
سپاس از همراهی و بازخوردتان.

سلام .عذر میخوام این مطلب رو خودتون نوشتید یا ترجمه کردید؟؟

سلام، وقت شما بخیر؛

منبع تمامی مطالب مجله فرادرس در انتهای آن‌ها و بعد از بخش معرفی مطالب مرتبط و مشابه ذکر شده است.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *