دیاک (DIAC)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیاک (DIAC) :
دیاک (DIAC) که مخفف Diode for Alternating Current است، یک قطعه نیمه هادی دو پایانه و دوطرفه (Bidirectional) است که به عنوان یک کلید ولتاژی (Voltage-Triggered Switch) عمل می کند. دیاک معمولا برای راه اندازی (Triggering) تریاک ها (TRIACs) و در مدارات کنترل فاز استفاده می شود. مشخصه اصلی دیاک، وجود یک ناحیه مقاومت منفی (Negative Resistance Region) در هر دو جهت است که باعث می شود پس از رسیدن ولتاژ به یک آستانه مشخص، به سرعت هدایت کند.
ساختار دیاک معمولا یک ساختار پنج لایه (N-P-N-P-N) یا سه لایه با لایه های متقارن است. این ساختار به گونه ای طراحی شده که مشخصه I-V کاملا متقارن نسبت به مبدأ داشته باشد. دیاک دو پایانه دارد که معمولا با نام های MT1 و MT2 یا A1 و A2 شناخته می شوند، اما چون دوطرفه است، این پایانه ها مشابه هستند.
مشخصه جریان-ولتاژ (I-V Curve) دیاک بسیار منحصر به فرد است. برای ولتاژهای کمتر از ولتاژ شکست (Breakover Voltage - V_BO) در هر جهت، دیاک در حالت قطع (Blocking State) قرار دارد و فقط جریان نشتی بسیار کمی (چند میکروآمپر) از آن عبور می کند. با رسیدن ولتاژ به V_BO (معمولا بین ۲۵ تا ۴۰ ولت)، دیاک روشن شده و وارد ناحیه مقاومت منفی می شود.
در ناحیه مقاومت منفی، با افزایش جریان، ولتاژ دو سر دیاک کاهش می یابد تا به ولتاژ نگهدارنده (Holding Voltage - V_H) حدود ۵ تا ۱۰ ولت برسد. پس از آن، دیاک مانند یک مقاومت کوچک عمل می کند و جریان می تواند تا حد مجاز افزایش یابد. اگر جریان از جریان نگهدارنده (Holding Current - I_H) کمتر شود، دیاک به حالت قطع بازمی گردد.
پارامترهای مهم دیاک عبارتند از: ولتاژ شکست (V_BO) (که معمولا در هر دو جهت یکسان است)، جریان شکست (I_BO) (جریان در لحظه شکست)، ولتاژ نگهدارنده (V_H)، جریان نگهدارنده (I_H)، و حداکثر جریان پیک (I_Peak). V_BO مهم ترین پارامتر است زیرا تعیین می کند در چه ولتاژی دیاک راه انداز می شود.
مهم ترین کاربرد دیاک، راه اندازی (Triggering) تریاک ها (TRIACs) در مدارات کنترل فاز مانند دیمرهای نوری و کنترل کننده های سرعت موتور است. در این مدارات، یک شبکه RC (مقاومت-خازن) زاویه آتش را تعیین می کند. ولتاژ دو سر خازن افزایش می یابد تا به V_BO دیاک برسد. در این لحظه، دیاک روشن شده و یک پالس جریان به گیت تریاک ارسال می کند و تریاک را راه اندازی می کند.
استفاده از دیاک برای راه اندازی تریاک مزایای مهمی دارد. اولا، پالس راه انداز را در یک ولتاژ مشخص و پایدار تولید می کند. ثانیا، به دلیل ماهیت دوطرفه، برای هر دو نیم سیکل AC یک پالس متقارن تولید می کند که باعث هدایت متقارن تریاک در هر دو جهت می شود. این امر از ایجاد هارمونیک های ناخواسته و نویز جلوگیری می کند.
دیاک همچنین می تواند به عنوان یک مولد پالس (Pulse Generator) ساده در مدارات نوسان ساز آرامش (Relaxation Oscillators) استفاده شود. با ترکیب یک مقاومت، یک خازن و یک دیاک، می توان یک نوسان ساز ساخت که پالس های ولتاژ تولید می کند. فرکانس نوسان با ثابت زمانی RC و ولتاژ شکست دیاک تعیین می شود.
کاربرد دیگر در حفاظت ولتاژ (Voltage Protection) است. دیاک می تواند به عنوان یک المان حفاظتی برای محدود کردن ولتاژهای گذرا (Transients) استفاده شود. اگر ولتاژ از V_BO فراتر رود، دیاک هدایت کرده و ولتاژ اضافی را به زمین منحرف می کند. البته برای این کاربرد، قطعات تخصصی تری مانند دیودهای TVS وجود دارند.
دیاک ها معمولا از سیلیکون (Silicon) ساخته می شوند و در بسته بندی های کوچک مانند DO-35 یا SMD عرضه می شوند. دیاک های معروف شامل سری DB3 (با V_BO حدود ۳۲ ولت) و DB4 (با V_BO حدود ۴۰ ولت) هستند. DB3 رایج ترین دیاک در دیمرهای ساده است.
یکی از مزایای دیاک، سادگی و قابلیت اطمینان بالای آن است. هیچ قطعه متحرکی ندارد و می تواند میلیون ها بار بدون کاهش عملکرد سوئیچ کند. همچنین بسیار ارزان است و به راحتی در دسترس قرار دارد.
محدودیت های دیاک شامل جریان و توان نسبتا پایین آن است. دیاک ها برای جریان های چند صد میلی آمپر طراحی شده اند و نمی توانند جریان های بالا را مستقیما کنترل کنند. به همین دلیل، معمولا برای راه اندازی قطعات دیگر (مانند تریاک) استفاده می شود، نه برای کنترل مستقیم بار.
یکی دیگر از محدودیت ها، تلورانس نسبتا زیاد ولتاژ شکست (V_BO) است. برای DB3، V_BO معمولا بین ۲۸ تا ۳۶ ولت متغیر است. این بدان معناست که در طراحی دقیق، باید این تغییرات را در نظر گرفت و مدار را برای بدترین حالت طراحی کرد.
در نهایت، دیاک یک قطعه ساده اما حیاتی در الکترونیک قدرت و مدارات کنترل فاز است. اگرچه ممکن است در نگاه اول یک قطعه ساده به نظر برسد، اما نقش کلیدی در عملکرد صحیح و پایدار بسیاری از دیمرها و کنترل کننده های توان ایفا می کند. با وجود پیشرفت در مدارات مجتمع و میکروکنترلرها، دیاک همچنان به دلیل سادگی، هزینه کم و قابلیت اطمینان بالا، یک گزینه محبوب در این کاربردها باقی مانده است.
