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DIAC構造・動作・用途

DIAC構造 – DIACは、ユニバーサル・モーターの速度制御、ACランプの調光などのアプリケーションでよく見かけます。そして、半導体がデバイスの保持電流レベル以下に減少するまで電流を制御するのに役立つからです。

だから、DIACは低電流レベルにはならない。ややもすると、導通状態になると、電流の増加に対して電圧が低下する。この半導体がサイリスタの仲間であることは間違いありませんが、どちらかというと双方向のワイドレンジトリガデバイスに近いと思います。

DIACについてもっと知りたいですか?DIACの層構成や動作など、基本的なことを説明しますので、お付き合いください。

それでは、さっそく本題に入りましょう。

DIACとは?

DIACとは、Diode for Alternating Currentの頭文字をとったものです。そして、2接合半導体と3層構造を特徴とする固体素子です。

一見すると、DIACの構造をトランジスタと勘違いしてしまいそうです。しかし、前者はベース層に端子がないのが違いだ。したがって、2端子デバイス(A1&A2)である。

DIACは増幅を行わない代わりに、双方向のスイッチングダイオードのような振る舞いをする。また、DIACの直流電流は、適切なAC電圧電源のどちらの極性からも供給されます。  

さらに、DIACは、表面実装パッケージ、シャーシと組み合わせた巨大パッケージ、小型リード型パッケージなど、さまざまなパッケージで提供されています。 

DIACの記号は?

DIACは、2つのダイオードを並列に接続することで表現できます。ただし、ダイオードは互いに逆であることが必要です。また、2つの端子(アノード1、アノード2)を備えていることも特徴です。

DIAC構造 1

DIACのシンボル

出典ウィキメディア・コモンズ

DIAC構造 – さらに、主端子をMTで表記することもできます。さらに、空港は双方向なのでコンデンサのようにリバーシブルです。さらに、DIACにはゲートターミナルがない。

DIACの構造

DIACの構造は、先ほど述べたように、トランジスタと似ています。しかし、ベース端子がないのが特徴です。また、DIACの3層はドーピング量が等しくなっています。さらに、印加電圧の極性に応じた対称的なスイッチング特性を実現します。

DIACのNPN構造

出典ウィキメディア・コモンズ

とはいえ、端子に近い半導体層は、マイナス層とプラス層が組み合わさっている。したがって、デバイスの空港に電圧を流すと、その電圧に対して特定の極性を持つ層が活性化する。そして、両極性が融合することで、DIACの双方向の動作が可能になるのです。 

DIACの動作

A1端子またはMT1端子が正電圧の場合、MT1端子近くのP1層が活性化されます。したがって、特定の順序で導通が起こります。P1-N2-P2-N3です。

つまり、MT1からMT2へ電流が移動した瞬間に、P2-N3間の接合は逆バイアスになる。また、2番目のP1-N2間の接合は順方向バイアスになる。

同じように、MT2端子を正にすると、第2端子(MT2)に近いP2層が活性化する。したがって、この順番で伝導が起こることになる。P2-N2-P1-N1です。

つまり、MT2からMT1へ電流が移動すると、N2-P1間の接合は逆バイアスになる。しかし、P1-N1間とP2-N2間のリンクは順方向限定である。したがって、両方向に導通することになります。 

DIACのV-I特性はどのようなものですか?

DIACは、負極性と正極性の両方で電圧を伝導するので、曲線は2つの象限(第1象限と第3象限)にあります。したがって、V-I特性曲線はZ字型になります。

つまり、第1象限は、電流がMT1からMT2へ移動する正の半サイクルを示します。一方,第2象限はその逆で,MT2からMT1へと変化する負の半サイクルを示している。

最初は、層間の逆バイアス接合により、DIACの抵抗値が高くなる傾向がある。その結果、わずかなリーク電流がDIACを流れることになる。この部分をカーブでいうところのブロッキング状態と呼ぶことができる。

また、印加電圧が降伏電圧に近づくと、DIACの抵抗は急激に減少する。このとき、導通が始まり、電圧は瞬時に低下し、電流は増加します(導通状態)。

DIACのグラフ

出典ウィキメディア・コモンズ

さらに、ほとんどのDIACでは、30V前後の降伏電圧を経験するのが普通である。しかし、具体的な降伏電圧は、使用するデバイスの種類によって異なります。

つまり、DIACは電流が特定の値(保持電流)になるまで、負の半サイクルの状態(導通状態)を維持することになる。保持電流とは、デバイスがオン状態を維持するために必要な最小電流のことです。

DIACはどのように使うのか?

DIACは、TRIAC回路と組み合わせて使用することがほとんどです。そして、それはTRIACの欠点があるからです。つまり、TRIACは2つの半数のデバイスの間にわずかな差があるのです。したがって、このデバイスは回路を左右対称に発火させない。

TRIACの非対称発射のため、波形は不要な高調波を含む出力を生成する。

つまり、波形が非対称であればあるほど、高調波が高くなるわけです。したがって、両方のサイクルで対称な波形を作るには、DIACをTRIACのゲートと直列に接続するのが最も良い方法です。

また、DIACは、印加電圧がどの方向から見てもあるレベルに達するまで、ゲート電流を流さないようにする働きがあります。これにより、TRIACの発火点が両方向でより均一化されます。

DIACの応用

DIACは主にトリガデバイスであるため、以下のような用途で使用されます。

ヒートコントロール

調光器

モーターの回転数制御回路

これらの回路でどのように動作しているかを紹介します。

DIACの回路図

出典ウィキメディア・コモンズ

調光回路

まず、TRIACのゲート端子にRCを配置することで、可変ゲート電圧を得ることができます。すると、OFFになったときに、TRIACを挟んだ直列ネットワーク(R4-C1)により電圧の上昇が制限されます。

つまり、回路に入力電圧を加えると、抵抗R2がC1とC2の充電率を決定する。また、C3の電圧がDIACのブレークオーバ電圧を超えるとDIACはトリガされ、導通します。

さらに、コンデンサC3は、導通したDIACを介してTRIACのゲートに放電を開始する。従って、TRIACがONになると、ランプに電流が流れる。また、抵抗R2を変化させることにより、コンデンサの充電率が変化する。

その結果、TRIACの電圧は、制御された入力の負と正の両方のサイクルをトリガーする。全体として、DIACはランプに供給される電力を調整するのに役立ちます。 

ヒーター制御回路

DIACがあれば、ヒーターの熱をスムーズにコントロールすることができます。まず、TRIACにLCを接続して、TRIACがオフの時の電圧上昇を抑えます。

そして、抵抗R2を変更することで、ヒーターの入力電圧の半周期(マイナスとプラス)を調整することができます。そこで、R4をDIACの対角線上に配置することで、R2の位置を変えてもスムーズに制御することができます。

DIACとTRIACの違い

DIACTRIAC
1.端子が2つある(MT1、MT2)3端子(MT1、MT2、ゲート)タイプ
2.2.双方向性デバイスは、交差する電圧がブレークオーバ電圧に到達すると、2方向に電流を流すことができる。また、TRIACはゲートをトリガーすると電流が動く双方向デバイスである。
3.このデバイスは、電力処理能力が低い。TRIACは電力処理能力が高い
4.DIACは、2つのダイオードを逆並列に組み合わせたように見える。一方、TRIACは2つのSCRを逆並列に結合し、それぞれのSCRのゲート端子がTRIACのGATEを形成している。
5.DIACは負性抵抗を示す特徴があります。TRIACは負性抵抗を持たないので、交流回路への応用が多い。
6.6. DIACの両端子にブレークオーバ電圧以上の電圧をかけるとトリガがかかる。TRIACは、ゲート端子に電圧(負または正)を加えることでトリガできます。

DIACの長所と短所

長所

TRIACや他のサイリスタとスムーズな電力制御ができる。

対称的なスイッチング特性を持っている

印加電圧の増減で簡単に切り替えができる

DIACは、システム内の不要な高調波を低減するのに役立ちます。

オン状態の電圧降下が小さい

短所

DIACは高電圧をブロックすることができません

デバイスは30V以上の電圧でのみ導通することができる

DIACは低電力である

最後の言葉

DIACは、いくつかのアプリケーションで電圧をトリガーし、導通させる強力なデバイスです。そして、それはすべてその対称的なスイッチング機能のおかげである。しかし、それは最良の結果を得るためにTRIACと一緒に動作します。

さて、あなたは次のプロジェクトでDIACを使用する予定ですか?あるいは、このデバイスの効果的な使用方法についてご質問がおありですか?どうぞお気軽にお問い合わせください。

Hommer Zhao
こんにちは、WellPCBの創設者であるHommerです。 これまでのところ、世界中に4,000を超える顧客がいます。 ご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください。 前もって感謝します。

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