Диаки (DIAC): устройство, принцип работы и ключевые применения

Диаки (DIAC) часто встречаются в регуляторах скорости универсальных двигателей, диммерах ламп и др. Полупроводник управляет током до снижения ниже удерживающего тока. При входе в проводимость напряжение на диаке падает при росте тока (отрицательное сопротивление). Диак — член тиристорного семейства, но работает как двунаправленный широкодиапазонный триггерный диод.

Что такое DIAC?

DIAC = Diode for Alternating Current (диод для переменного тока). Твердотельное двухпереходное трехслойное полупроводниковое устройство.

На первый взгляд похож на транзистор, но нет базового вывода. Двухвыводное устройство (A1 и A2 / MT1 и MT2). Не усиливает, а работает как двунаправленный ключевой диод. Проводит при любой полярности переменного напряжения.

Корпуса: поверхностный монтаж, крупные с радиаторами, маленькие с выводами.

Символ DIAC

Два диода, включенных параллельно в противоположных направлениях. Два вывода — аноды (A1, A2) или основные клеммы (MT1, MT2). Выводы обратимы (симметричны) как у конденсаторов — двунаправленность. Вентиля (gate) нет.

Графический символ DIAC

Источник: Wikimedia Commons

Конструкция DIAC

Похожа на транзистор, но без базы. Три слоя с одинаковым легированием → симметричные коммутационные характеристики по обеим полярностям.

NPN-структура DIAC

Источник: Wikimedia Commons

Слои у выводов комбинируют p- и n-типы. При подаче напряжения активируется слой с соответствующей полярностью. Симметрия полярностей обеспечивает двунаправленную работу.

Принцип работы DIAC

Если A1 (MT1) положителен — активируется P1-слой у MT1. Проводимость: P1–N2–P2–N3. Ток MT1→MT2: переход P2–N3 закрыт (обратное смещение), P1–N2 открыт.

Если MT2 положителен — активируется P2 у MT2. Проводимость: P2–N2–P1–N1. Ток MT2→MT1: N2–P1 закрыт, P1–N1 и P2–N2 открыты. Проводимость в обе стороны симметрична.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) DIAC

Проводимость в обе полярности → кривая в I и III квадрантах, форма «Z».

• I квадрант: положительный полуцикл, ток MT1→MT2
• III квадрант: отрицательный полуцикл, ток MT2→MT1

Изначально высокое сопротивление (закрытые переходы) → малый ток утечки (блокирующее состояние). При достижении напряжения пробоя (breakover voltage) сопротивление резко падает, ток скачкообразно растет, напряжение падает (проводящее состояние).

График ВАХ DIAC

Источник: Wikimedia Commons

Типовое напряжение пробоя ~30 В (зависит от типа). DIAC остается открытым до падения тока ниже удерживающего (holding current) — минимального тока для поддержания открытого состояния.

Применение DIAC: работа с TRIAC

Основное применение — в схемах с TRIAC. TRIAC имеет асимметрию двух половинок → несимметричный запуск → гармоники в выходном сигнале.

Чем больше асимметрия, тем выше гармоники. Решение: DIAC последовательно с затвором TRIAC. DIAC блокирует затворной ток до достижения напряжения пробоя в любой полярности → симметричный запуск TRIAC в обоих полуциклах.

Прикладные схемы с DIAC

Схема с DIAC

Источник: Wikimedia Commons

Схема диммера (регулятор яркости)

RC-цепочка на затворе TRIAC задает переменное задержку включения. При выключенном TRIAC рост напряжения ограничен RC-сетью (R4–C1).

Входное напряжение заряжает C1, C2 через R2. Когда напряжение на C3 превышает пробой DIAC — DIAC открывается, C3 разряжается через затвор TRIAC. TRIAC открывается, ток идет на лампу. Скорость заряда C3 меняется R2 → меняется угол включения TRIAC в обоих полуциклах. DIAC уравновешивает управление мощностью лампы.

Схема регулятора нагревателя

LC-цепь параллельно TRIAC снижает dV/dt при выключении. Регулировка полуциклов входного напряжения изменением R2. R4 по диагонали к DIAC дает плавное управление в разных положениях R2.

Сравнение DIAC и TRIAC

DIAC	TRIAC
2 вывода (MT1, MT2)	3 вывода (MT1, MT2, Gate)
Двунаправленный, открывается при пробое	Двунаправленный, открывается затворным сигналом
Малая силовая способность	Высокая силовая способность
Два диода антипараллельно	Два SCR (тиристора) антипараллельно, общий затвор
Негативное сопротивление на ВАХ	Нет негативного сопротивления
Запуск: напряжение ≥ пробоя	Запуск: сигнал на затворе

Преимущества и недостатки DIAC

Преимущества:

• Плавное управление мощностью с TRIAC/тиристорами
• Симметричные коммутационные характеристики
• Простое выключение снижением напряжения
• Подавление нежелательных гармоник
• Низкое падение напряжения в открытом состоянии

Недостатки:

• Не удерживает высокое напряжение в закрытом состоянии
• Проводит только при напряжении >30 В (пробой)
• Низкая мощность

Заключение

DIAC — мощный триггерный диод для симметричного управления тиристорами. Лучше работает в паре с TRIAC. Планируете использовать DIAC? Есть вопросы — пишите, поможем.