الترياك

الشكل 3: العملية في الربع 1

الشكل 4: الدائرة الكهربائية المكافئة لـ TRIAC يعمل في الربع 1

تحدث عملية الربع الأول عندما تكون البوابة وMT2 موجبتين بالنسبة إلى MT1. ^{الشكل 1}

يوضح الشكل 3 آلية عمل هذه الدائرة. يؤدي تيار البوابة إلى تشغيل ترانزستور NPN مكافئ، والذي بدوره يسحب تيارًا من قاعدة ترانزستور PNP مكافئ، مما يؤدي إلى تشغيله أيضًا. يُفقد جزء من تيار البوابة (الخط المنقط) عبر المسار الأومي فوق السيليكون من النوع p، ويتدفق مباشرةً إلى MT1 دون المرور عبر قاعدة ترانزستور NPN. في هذه الحالة، يؤدي حقن الثقوب في السيليكون من النوع p إلى جعل الطبقات n و p و n المكدسة أسفل MT1 تتصرف كترانزستور NPN، والذي يتم تشغيله بسبب وجود تيار في قاعدته. وهذا بدوره يجعل الطبقات p و n و p فوق MT2 تتصرف كترانزستور PNP، والذي يتم تشغيله لأن قاعدته من النوع n تصبح منحازة انحيازًا أماميًا بالنسبة إلى باعثه (MT2). ​​وبالتالي، فإن آلية التشغيل هي نفسها آلية تشغيل SCR. يوضح الشكل 4 الدائرة المكافئة.

مع ذلك، يختلف تركيب الترياك عن تركيب الثايرستورات المتحكمة بالسيليكون (SCRs). ففي الترياك، يمر تيار صغير دائمًا مباشرةً من البوابة إلى الترانزستور MT1 عبر السيليكون من النوع p دون المرور عبر وصلة pn بين قاعدة وباعث الترانزستور NPN المكافئ. يُشار إلى هذا التيار في الشكل 3 بخط أحمر منقط، وهو السبب في أن الترياك يحتاج إلى تيار بوابة أكبر للتشغيل مقارنةً بالثايرستور المتحكم بالسيليكون (SCR) ذي القدرة المماثلة. ^{[ 3 ]}

عموماً، يُعد هذا الربع الأكثر حساسية من بين الأرباع الأربعة. وذلك لأنه الربع الوحيد الذي يتم فيه حقن تيار البوابة مباشرة في قاعدة أحد ترانزستورات الجهاز الرئيسية. ^{[ 4 ]}

تحدث عملية الربع الثاني عندما تكون البوابة سالبة ويكون MT2 موجبًا بالنسبة إلى MT1. ^{الشكل 1}

يوضح الشكل 5 عملية التشغيل. يتم تشغيل الجهاز على ثلاث مراحل، وتبدأ عندما يتدفق التيار من MT1 إلى البوابة عبر وصلة pn أسفل البوابة. يؤدي ذلك إلى تشغيل بنية تتكون من ترانزستور NPN وترانزستور PNP، حيث تمثل البوابة مهبطًا (يُشار إلى تشغيل هذه البنية بالرقم "1" في الشكل). مع ازدياد التيار الداخل إلى البوابة، يرتفع جهد الجانب الأيسر من السيليكون p أسفل البوابة باتجاه MT1، نظرًا لأن فرق الجهد بين البوابة وMT2 يميل إلى الانخفاض: يؤدي هذا إلى إنشاء تيار بين الجانبين الأيسر والأيمن من السيليكون p (يُشار إليه بالرقم "2" في الشكل)، والذي بدوره يُشغل ترانزستور NPN الموجود أسفل طرف MT1، وبالتالي يُشغل أيضًا ترانزستور pnp الموجود بين MT2 والجانب الأيمن من السيليكون p العلوي. لذا، في النهاية، يكون الهيكل الذي يتقاطع مع الجزء الأكبر من التيار هو نفسه هيكل عملية الربع الأول ("3" في الشكل 5). ^{[ 3 ]}

تحدث عملية الربع الثالث عندما تكون البوابة وMT2 سالبتين بالنسبة إلى MT1. ^{الشكل 1}

يوضح الشكل 6 العملية برمتها. وتتم العملية هنا أيضًا على مراحل مختلفة. في المرحلة الأولى، يتم تحيز وصلة pn بين طرف MT1 والبوابة تحيزًا أماميًا (الخطوة 1). وبما أن التحيز الأمامي يعني حقن حاملات الشحنة الأقلية في الطبقتين المتصلتين بالوصلة، تُحقن الإلكترونات في الطبقة p أسفل البوابة. بعض هذه الإلكترونات لا تتحد وتهرب إلى المنطقة n السفلية (الخطوة 2). وهذا بدوره يخفض جهد المنطقة n، التي تعمل كقاعدة لترانزستور pnp الذي يتم تشغيله (يُسمى تشغيل الترانزستور دون خفض جهد القاعدة مباشرةً بالتحكم عن بُعد بالبوابة ). تعمل الطبقة p السفلية كمجمع لهذا الترانزستور PNP، ويرتفع جهدها: تعمل هذه الطبقة p أيضًا كقاعدة لترانزستور NPN المكون من الطبقات الثلاث الأخيرة فوق طرف MT2 مباشرةً، والذي يتم تنشيطه بدوره. لذلك، يشير السهم الأحمر المسمى بالرقم "3" في الشكل 6 إلى مسار التوصيل النهائي للتيار. ^{[ 3 ]}

تحدث عملية الربع الرابع عندما تكون البوابة موجبة ويكون MT2 سالباً بالنسبة إلى MT1. ^{الشكل 1}

يُشابه التنشيط في هذا الربع التنشيط في الربع الثالث. تستخدم هذه العملية تحكمًا عن بُعد بالبوابة، كما هو موضح في الشكل 7. عند تدفق التيار من الطبقة p أسفل البوابة إلى الطبقة n أسفل MT1، تُحقن حاملات الشحنة الأقلية، على شكل إلكترونات حرة، في منطقة p، ويُجمع بعضها بواسطة وصلة np السفلية، ثم تنتقل إلى منطقة n المجاورة دون إعادة تركيب. وكما هو الحال في التنشيط في الربع الثالث، يُخفض هذا جهد الطبقة n، ويُشغل ترانزستور PNP المُكوّن من الطبقة n والطبقتين p المجاورتين لها. تعمل الطبقة p السفلية كمجمع لهذا الترانزستور PNP، ويرتفع جهدها. كما تعمل هذه الطبقة p أيضًا كقاعدة لترانزستور NPN المُكوّن من الطبقات الثلاث الأخيرة فوق طرف MT2 مباشرةً، والذي يُنشط بدوره. لذلك، يُشير السهم الأحمر المُسمى بالرقم "3" في الشكل 6 إلى مسار التوصيل النهائي للتيار. ^{[ 3 ]}

بشكل عام، يعتبر هذا الربع الأقل حساسية من بين الأرباع الأربعة. ^{[ 2 ]} بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن تشغيل بعض نماذج الترياكات (الترياكات عالية التبديل ثلاثية الأرباع التي يطلق عليها موردون مختلفون اسم "مستوى المنطق" أو "بدون مخمد" أو "عالية التبديل") في هذا الربع ولكن فقط في الأرباع الثلاثة الأخرى.

يبدأ الترياك بالتوصيل عندما يكون التيار الداخل إلى بوابته أو الخارج منها كافيًا لتشغيل الوصلات المعنية في ربع دائرة التشغيل. يُسمى الحد الأدنى للتيار القادر على القيام بذلك بتيار عتبة البوابة، ويُشار إليه عادةً بـ I_{_GT} . في الترياك النموذجي، يكون تيار عتبة البوابة عادةً بضعة ميلي أمبير، ولكن يجب مراعاة ما يلي أيضًا:

• يعتمد تيار البوابة (I _{_GT)} على درجة الحرارة: فكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت تيارات الانعكاس في الوصلات المحجوبة. وهذا يعني وجود المزيد من حاملات الشحنة الحرة في منطقة البوابة، مما يقلل من تيار البوابة المطلوب.
• يعتمد تيار التشغيل (I _GT) على ربع نطاق التشغيل، لأن كل ربع يتطلب طريقة تشغيل مختلفة ( انظر هنا ). وكقاعدة عامة، يكون الربع الأول هو الأكثر حساسية (أي يتطلب أقل تيار للتشغيل)، بينما يكون الربع الرابع هو الأقل حساسية.
• عند تشغيل الجهاز من حالة الإيقاف، يعتمد تيار البوابة (I_{_GT)} على فرق الجهد بين طرفي التوصيل الرئيسيين MT1 وMT2. يؤدي ارتفاع فرق الجهد بين MT1 وMT2 إلى زيادة تيارات الانعكاس في الوصلات المغلقة، مما يقلل من تيار البوابة اللازم لتشغيل الجهاز (كما هو الحال عند التشغيل في درجات حرارة عالية). في جداول البيانات، يُذكر تيار البوابة (I_{_GT)} عادةً عند قيمة محددة لفرق الجهد بين MT1 وMT2.

عند انقطاع تيار البوابة، إذا كان التيار بين الطرفين الرئيسيين أكبر مما يُسمى تيار التثبيت ، فإن الجهاز يستمر في التوصيل. تيار التثبيت هو الحد الأدنى للتيار اللازم للحفاظ على بنية الجهاز الداخلية مُثبتة في حالة انقطاع تيار البوابة. وتختلف قيمة هذا المعامل تبعًا لما يلي:

• نبضة تيار البوابة (السعة والشكل والعرض)
• درجة حرارة
• ربع العملية

على وجه الخصوص، إذا كان عرض نبضة تيار البوابة كبيرًا بما يكفي (عادةً ما يكون بضع عشرات من الميكروثواني)، فإن الترياك يكون قد أكمل عملية التشغيل عند انقطاع إشارة البوابة ووصول تيار التثبيت إلى أدنى مستوى يُسمى تيار الإبقاء . تيار الإبقاء هو الحد الأدنى من التيار المطلوب تدفقه بين الطرفين الرئيسيين للحفاظ على تشغيل الجهاز بعد إتمام عملية التبديل في جميع أجزاء بنيته الداخلية.

في جداول البيانات، يُشار إلى تيار التثبيت بـ I _L ، بينما يُشار إلى تيار الاحتفاظ بـ I _H. وعادة ما تكون هذه القيم في حدود بضعة ميلي أمبير.

مستوى عالٍ${\displaystyle \operatorname {d} v \over \operatorname {d} t}$قد يؤدي وجود تيار بين نقطتي MT2 وMT1 إلى تشغيل الترياك عندما يكون مطفأً. تُقاس القيم النموذجية لمعدل تغير الجهد الثابت الحرج ( dv /dt ) بوحدة الفولت لكل ميكروثانية.

يعود سبب تشغيل الجهاز إلى اقتران سعوي طفيلي بين طرف البوابة وطرف MT2، مما يسمح بدخول تيارات إلى البوابة استجابةً لتغير كبير في الجهد عند MT2. إحدى طرق التغلب على هذا القيد هي تصميم دائرة تخميد RC أو RCL مناسبة . في كثير من الحالات، يكون هذا كافيًا لخفض مقاومة البوابة باتجاه MT1. بوضع مقاومة أو مكثف صغير (أو كليهما على التوازي) بين هذين الطرفين، يتدفق التيار السعوي المتولد أثناء الفترة الانتقالية خارج الجهاز دون تفعيله. يُنصح بقراءة ملاحظات التطبيق المقدمة من الشركة المصنعة بعناية واختبار طراز الجهاز المحدد لتصميم الدائرة الصحيحة. قد تصل القيم النموذجية للمكثفات والمقاومات بين البوابة وMT1 إلى 100  نانوفاراد و10  أوم إلى 1  كيلو أوم. ^{[ 5 ]} تحتوي الترياكات العادية، باستثناء الأنواع منخفضة الطاقة التي تُسوَّق على أنها حساسة للبوابة ، ^{[ 6 ]} على مقاومة مدمجة للحماية من التفعيل الطفيلي الناتج عن معدل تغير الجهد (dv/dt). وهذا من شأنه أن يخفي سلوك البوابة المفترض كثنائي عند اختبار الترياك باستخدام جهاز قياس متعدد .

في جداول البيانات، يُشار عادةً إلى معدل تغير السرعة الثابت ( dv /dt ) على النحو التالي:${\displaystyle \left({\frac {\operatorname {d} v}{\operatorname {d} t}}\right)_{s}}$وكما ذكرنا سابقاً، يتعلق الأمر بميل الترياك إلى التشغيل من حالة الإيقاف بعد معدل ارتفاع كبير في الجهد حتى بدون تطبيق أي تيار في البوابة.

قد يؤدي الارتفاع السريع للتيار بين MT1 وMT2 (في أي اتجاه) عند تشغيل الجهاز إلى تلف أو تدمير الترياك، حتى لو كانت مدة النبضة قصيرة جدًا. والسبب هو أن تبديد الطاقة لا يتوزع بالتساوي على الجهاز أثناء عملية التبديل. فعند التشغيل، يبدأ الجهاز بتوصيل التيار قبل أن ينتشر التوصيل بالكامل عبر الوصلة. يبدأ الجهاز عادةً بتوصيل التيار المفروض من الدائرة الخارجية بعد بضع نانوثوانٍ أو ميكروثوانٍ، لكن اكتمال تشغيل الوصلة يستغرق وقتًا أطول بكثير، لذا فإن الارتفاع السريع جدًا للتيار قد يتسبب في ظهور نقاط ساخنة موضعية تُلحق ضررًا دائمًا بالترياك.

في جداول البيانات، يُشار إلى هذه المعلمة عادةً باسم${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} i}{\operatorname {d} t}}}$وعادة ما يكون في حدود عشرات الأمبيرات لكل ميكروثانية. ^{[ 2 ]}

ينطبق تصنيف معدل تغير الجهد ( dv /dt ) عند التبديل عندما يكون الترياك موصلاً ويحاول الإيقاف مع حمل تفاعلي جزئي، مثل ملف حث. يكون التيار والجهد خارج الطور، لذلك عندما ينخفض ​​التيار عن قيمة التثبيت، يحاول الترياك الإيقاف، ولكن بسبب اختلاف الطور بين التيار والجهد، تحدث قفزة مفاجئة في الجهد بين الطرفين الرئيسيين، مما يؤدي إلى تشغيل الجهاز مرة أخرى.

في جداول البيانات، يُشار إلى هذه المعلمة عادةً باسم${\displaystyle \left({\frac {\operatorname {d} v}{\operatorname {d} t}}\right)_{c}}$ويكون عادةً في حدود بضعة فولتات لكل ميكروثانية.

يرجع سبب كون معدل تغير الجهد أثناء التبديل (dv/dt) أقل من معدل تغير الجهد في حالة السكون (dv/dt) إلى وجود شحنة زائدة من الشحنات الثانوية في الطبقات الداخلية للجهاز قبل محاولته الإيقاف، نتيجةً للتوصيل السابق. وعندما يبدأ الترياك بالإيقاف، تُغير هذه الشحنات الجهد الداخلي للمنطقة القريبة من البوابة وMT1، مما يُسهل على التيار السعوي الناتج عن dv / dt إعادة تشغيل الجهاز.

من العوامل المهمة الأخرى أثناء عملية التبديل من حالة التشغيل إلى حالة الإيقاف، معدل تغير التيار (di/dt) بين MT1 وMT2. يشبه هذا التحسن في الثنائيات القياسية: فكلما زاد معدل تغير التيار (di / dt ) ، زاد التيار العكسي. ونظرًا لوجود مقاومات طفيلية في الترياك، فإن ارتفاع التيار العكسي في وصلات pn داخله قد يُسبب انخفاضًا في الجهد بين منطقة البوابة ومنطقة MT1، مما قد يُبقي الترياك في حالة تشغيل.

في ورقة البيانات، يُشار عادةً إلى معدل التغير d i /d t المتبادل على النحو التالي:${\displaystyle \left({\frac {\operatorname {d} i}{\operatorname {d} t}}\right)_{c}}$ويكون عادةً في حدود بضعة أمبيرات لكل ميكروثانية.

يُعدّ معدل تغير الجهد ( dv /dt ) أثناء عملية التبديل بالغ الأهمية عند استخدام الترياك لتشغيل حمل ذي فرق طور بين التيار والجهد، مثل الحمل الحثي. لنفترض أننا نريد إيقاف تشغيل المحث: عندما ينعدم التيار، إذا لم يتم تغذية البوابة، يحاول الترياك الإيقاف، لكن هذا يُسبب قفزة في الجهد عبره نتيجةً لفرق الطور المذكور. إذا تجاوز معدل تغير الجهد (dv / dt ) أثناء عملية التبديل القيمة المُحددة ، فلن يتم إيقاف تشغيل الجهاز.