آشنایی
در این پست نگاهی خواهیم داشت به دیاک؛ قطعهای دوجهته که نقش مهمی در مدارهای کنترل ولتاژ و راهاندازی ادوات مختلف دارد. ابتدا نحوهٔ عملکرد دیاک را بررسی میکنیم، سپس کاربردهای رایج آن را مرور خواهیم کرد. در ادامه، روشهای تست سلامت دیاک با استفاده از مولتیمتر و اسیلوسکوپ تشریح میشود. این مطلب نشان میدهد که دیاک چگونه در فرآیند تریگر و کنترل تجهیزاتی مانند موتورهای یونیورسال نقش کلیدی ایفا میکند.
دیاک یک قطعهٔ نیمههادی سهلایه و دوجهته با دو ترمینال است که معمولاً به عنوان عنصر تریگر برای کنترل جریان گیت ترایاک بهکار میرود. همانطور که در شکل زیر مشاهده میکنید، دیاک را میتوان نوعی دیود دوطرفه دانست که در هر دو جهت قابلیت هدایت جریان دارد؛ البته تنها پس از رسیدن ولتاژ به آستانهٔ شکست.
عملکرد دیاک
از نظر الکتریکی، دیاک مشابه اتصال دو دیود زنر است که در جهت مخالف هم سری شدهاند.
دیاک معمولاً به عنوان یک قطعهی تریگر بهکار میرود.
این عملکرد به دلیل مشخصهی مقاومت منفی در دیاک است؛ مشخصهای که در ناحیهی شکست رخ میدهد. یعنی هنگامی که ولتاژ اعمالی به مقدار ولتاژ شکست (Breakover Voltage) برسد، افزایش اندکی در ولتاژ سبب جهش شدید جریان شده و مقاومت مؤثر قطعه کاهش مییابد.
به همین دلیل، دیاک تا زمانی که ولتاژ دو سر آن به ولتاژ شکست نرسد تقریباً جریانی عبور نمیدهد.
اما همین که ولتاژ مثبت یا منفی به سطح شکست برسد، دیاک سریعاً از حالت مقاومت زیاد به حالت مقاومت کم تغییر وضعیت میدهد.
کاربرد دیاک
بهکارگیری دیاک در مدارهای راهانداز گیتِ ترایاک، عملکرد این مدارها را بهطور قابلتوجهی بهبود میدهد.
مزیت اصلی استفاده از دیاک در مدار تحریک گیت (gate-triggering circuit) این است که، بهجای آنکه گیت ترایاک توسط یک جریان سینوسیِ پیوسته تحریک شود، دیاک یک جریان پالسی و ناگهانی (sharp pulse) در لحظه رسیدن ولتاژ به سطح شکست خود تولید میکند.
این پالس ناگهانی باعث میشود ترایاک در نقطهای دقیق و تکرارپذیر روی موج AC آتش شود و در نتیجه کنترل بهتری بر زاویه آتش (firing angle) حاصل میشود.
به همین دلیل است که در بسیاری از مدارهای کنترل توان AC، دیاک بهطور اختصاصی بهعنوان عنصر راهانداز (triggering device) استفاده میشود.
کنترل سرعت موتور یونیورسال
ترکیب دیاک و ترایاک را میتوان برای کنترل سرعت موتورهای یونیورسال بهکار برد. شکل زیر این مدار را نشان میدهد.
در این مدار، خازن C1 ولتاژ لازم برای رسیدن به نقطهی راهاندازی (breakover) دیاک را ـ در هر دو نیمچرخه AC ـ فراهم میکند. بهمحض اینکه ولتاژ دو سر خازن به مقدار شکست دیاک برسد، دیاک هدایت کرده و یک پالس تریگر به گیت ترایاک اعمال میشود. با اعمال این پالس، ترایاک روشن شده و ولتاژ به موتور اعمال میشود.
ترایاک در هر دو جهت جریان را عبور میدهد. از آنجا که موتور یونیورسال در اصل یک موتور DC سری است، جهت چرخش آن با تغییر جهت جریان در ورودی تغییر نمیکند و در یک جهت ثابت میچرخد.
سرعت موتور با تغییر مقدار پتاسیومتر R1 تنظیم میشود. تغییر مقدار R1 باعث تغییر ثابت زمانی RC مدار شارژ خازن میشود و در نتیجه، لحظهی آتش ترایاک در هر نیمچرخه AC جابهجا شده و سرعت موتور کم یا زیاد میشود.
تست دیاک با استفاده از مولتیمتر
مولتیمتر بهدلیل ولتاژ خروجی محدود، نمیتواند عملکرد کامل دیاک را آزمایش کند و تنها قادر است اتصال کوتاه یا نشتی غیرعادی را تشخیص دهد. برای انجام این تست به روش زیر عمل کنید:
- مولتیمتر را در حالت اهممتر قرار دهید.
- دو پراب مولتیمتر را به دو سر دیاک وصل کرده و مقدار مقاومت را بخوانید.
- پرابها را جابهجا کرده و دوباره مقدار مقاومت را اندازهگیری کنید.
در هر دو حالت، مقاومت باید بسیار بالا باشد. دلیل این موضوع آن است که دیاک از نظر ساختاری مشابه دو دیود زنر است که بهصورت سری و در جهت مخالف به هم متصل شدهاند؛ بنابراین در ولتاژهای پایینِ مولتیمتر نباید هدایت کند و باید مقدار بالایی داشته باشد.
تست دیاک با استفاده از مولتیمتر و منبع ولتاژ DC متغیر
با توجه به محدودیت تست سرد توسط مولتیمتر که در بخش قبل به آن اشاره شد، روش صحیح برای اطمینان از سلامت دیاک، تست توسط ساخت مدار تست و منبع DC با بازهی 0 تا 30 ولت است. شکل زیر مدار تست دیاک را نشان میدهد. یک مقاومت 1k سری با دیاک مورد تست.
روش تست به شرح زیر انجام میشود:
- مولتیمتر بر روی ولتاژ DC قرار داده شده و پرابها به دو سر دیاک متصل شوند.
- ولتاژ 0 ولت به مدار اعمال شود و ولتاژ آهسته افزایش یاید.
- در ابتدا دیاک هدایت نمیکند و تمام ولتاژ منبع تغذیه بر روی دیاک ظاهر میشود.
- با رسیدن به ولتاژ شکست، در صورتی که دیاک سالم باشد، ولتاژ ناگهان افت کرده و با افزایش بیشتر ولتاژ ورودی در مقداری (که به مقدار مقاومت بستگی دارد) ثابت میماند.
- با کاهش ولتاژ ورودی تا زمانی که جریان از مقدار مشخصی (Holding Current) کاهش نیابد، دیاک در حالت هدایت باقی میماند.
اگر دیاک خیلی زود هدایت کند (در ولتاژی خیلی کمتر از مقدار نامی یا تقریباً صفر ولت)، به احتمال زیاد اتصال داخلی آسیب دیده و قطعه معیوب است.
اگر اصلاً شکست رخ ندهد و هدایت ایجاد نشود، نیز معیوب است.
تست دیاک با استفاده از اسیلوسکوپ و منبع ولتاژ متناوب
یکی از روشهای عملی و بسیار رایج برای ارزیابی سلامت دیاک، استفاده از یک منبع AC با دامنه حدود ۳۰ ولت به همراه یک مقاومت سری است. این مدار همان مدار شکل بالا است، با این تفاوت که منبع ولتاژ AC جایگزین منبع ولتاژ متغیر DC شده است. در این روش، دیاک در مسیر موج سینوسی قرار میگیرد و رفتار آن روی اسیلوسکوپ مشاهده میشود.
تصویر بالا شکل موج ولتاژ ورودی (رنگ زرد) به همراه شکل موج دو سر دیاک (رنگ آبی) را نشان میدهد.
همانطور که مشاهده میکنید، دیاک در ولتاژ حدود ۲۸/۸ ولت هدایت کرده و در کمی قبل از آن مجدداً هدایت را متوقغ میکند. این شکل موج مربوط به یک دیاک سالم است. در این صورت شکل موج سینوسی در اطراف ولتاژ شکست دیاک (مطابق دیتاشیت) برش خورده است.
در صورتی که ولتاژ دو سر دیاک برش نخورده باشد و خروجی همانند ورودی سینوسی کامل باشد، یا در ولتاژی کمتر از ولتاژ مورد انتظار برش خرورده باشد حکایت از معیوب بودن دیاک دارد.
جمعبندی
در این مطلب به سه روش برای تست دیاک اشاره شد. همانطور که متوجه شدید، مولتیمتر به دلیل عدم توانایی تأمین ولتاژ لازم برای تست دیاک، قابلیت تست کامل آن را ندارد و فقط میتواند اتصال کوتاه یا نشتی غیرعاد در آن را تشخیص دهد. که این تأیید کاملی بر سلامت دیاک نیست. در نتیجه برای تست دیاک باید از مدار تست استفاده کرد. در این مدار یا باید از ولتاژ DC متغیر و مولتیمتر استفاده کرده و یا از منبع ولتاژ AC به همراه اسیلوسکوپ استفاده کرد تا بتوان نتیجهگیری صحیحی از تست دریافت کرد.