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Vorsicht, Spinne! Triacs haben die Mitarbeiter des Botland Magazins schon mehr als einmal erschreckt, denn einige von ihnen können auf den ersten Blick mit einem Spinnentier verwechselt werden. Doch Triacs und Spinnen haben noch mehr gemeinsam. So wie dieses kleine Tier in der Natur wichtig und nützlich ist, haben Triacs in der Elektronik eine äußerst wichtige Funktion.
Was sind Triacs (Symistoren, Thyristoren)?
Ein Triac (TRIAC, von Triode für Wechselstrom) ist ein kleines elektronisches Element mit drei Anschlüssen, das bei Ansteuerung Strom in beide Richtungen leitet. Der Begriff TRIAC ist ein allgemeines Markenzeichen. Wenn wir also auf den Begriff Symistor oder Thyristor stoßen, ist damit ein Triac gemeint, aber nicht immer. Thyristor ist nämlich ein allgemeiner Begriff für eine breite Palette von Halbleiterelementen, die als elektronische Schalter verwendet werden. Formell und genauer gesagt sind Triacs eine Untergruppe der Thyristoren. Thyristoren werden hauptsächlich für hohe Spannungen und Ströme verwendet. Die Wechselstromtriode oder Triac und der siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR) sind die am häufigsten verwendeten Thyristoren.
Triac gegenüber SCR
Diese Zusammenstellung wird für den weiteren Verlauf des heutigen Artikels von Bedeutung sein. Triacs sind eng mit den siliziumgesteuerten Gleichrichtern (SCRs) verwandt. Sie unterscheiden sich von SCRs dadurch, dass sie Strom in beide Richtungen fließen lassen, während SCRs nur in eine Richtung Strom leiten können. Die meisten Triacs können durch Anlegen einer positiven oder negativen Spannung an das Gate ausgelöst werden, während SCRs eine positive Spannung benötigen. Nach der Auslösung leiten SCR und Triac auch dann weiter, wenn der Gatestrom stoppt, bis der Hauptstrom unter einen bestimmten Wert, den Haltestrom, fällt. In elektrischen, elektromagnetischen und elektronischen Geräten ist dies der Mindeststrom, der durch den Schaltkreis fließen muss, damit er im “EIN”-Zustand bleibt. Ein Triac ist das Äquivalent zweier SCRs, die in einer umgekehrten Parallelschaltung angeschlossen sind und deren Gates miteinander verbunden sind.
Funktionsprinzip von Triacs
Triacs sind bidirektionale Wechselstromschalter mit drei Elektroden, bei denen die Elektronen in beide Richtungen fließen können. Sie wurden entwickelt, um verbesserte AC-Leistungssteuerungen zu ermöglichen. Sie sind in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich und können einen breiten Strom- und Spannungsbereich verarbeiten. Um noch einmal kurz auf die SCR zurückzukommen: Triacs haben im Vergleich zu SCRs eine relativ geringe Strombelastbarkeit, da sie in der Regel auf weniger als 50 A begrenzt sind und SCRs in Hochstromanwendungen nicht ersetzen können.
Allerdings gelten Triacs als vielseitig, da sie mit positiven oder negativen Spannungen an ihren Anschlüssen arbeiten können. Da SCRs den Nachteil haben, dass sie den Strom nur in eine Richtung leiten können, ist die Steuerung geringer Leistungen in einem Wechselstromkreis besser mit einem Triac zu bewältigen.
Aufbau und Schaltplan eines Triacs
Obwohl der Triac und der SCR ähnlich aussehen, unterscheiden sich ihre schematischen Symbole erheblich. Die Anschlüsse des Triacs sind das Gate (G – Gate), Anschluss 1 (T1, Anschluss 1) und Anschluss 2 (T2, Anschluss 2). Die Bezeichnungen Anode und Kathode fehlen hier. Der Strom kann in beide Richtungen durch die Hauptschalterklemmen T1 und T2 fließen. Klemme 1 ist die Bezugsklemme für alle Spannungen. Klemme 2 ist ein Gehäuse oder ein metallisches Befestigungselement, an dem ein Kühlkörper befestigt werden kann.
Der Triac sperrt den Strom in jeder Richtung zwischen T1 und T2. Er kann durch einen kurzzeitigen positiven oder negativen Impuls, der an das Gate angelegt wird, so ausgelöst werden, dass er in beide Richtungen leitet. Wenn ein geeignetes Signal an das Gate des Triacs angelegt wird, leitet er Strom. Er bleibt ausgeschaltet, bis das Gate am Punkt A ausgelöst wird.
- Bei Punkt A gibt der Triggerschaltkreis einen Impuls auf das Gate, der Triac wird eingeschaltet und lässt Strom fließen.
- Am Punkt B wird der Durchlassstrom auf Null reduziert, der Triac wird ausgeschaltet.
Ein Vorteil des Triacs ist, dass praktisch keine Energie durch Umwandlung in Wärme verschwendet wird. Wärme wird erzeugt, wenn der Strom behindert wird, nicht wenn der Strom abgeschaltet wird. Der Triac ist entweder ganz ein- oder ganz ausgeschaltet und begrenzt den Strom nie teilweise. Ein weiteres wichtiges Merkmal von Triacs ist das Fehlen des Umkehrdurchbruchs bei hohen Spannungen und hohen Strömen, wie er bei Dioden und SCRs auftritt.
Anwendung von Triacs
Triacs werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit häufig anstelle von mechanischen Schaltern eingesetzt. Außerdem sind Triacs bei geringen Strömen wirtschaftlicher als Back-to-Back-SCRs. Man findet sie in Lampendimmern, Leistungsreglern für elektrische Heizungen oder als Drehzahlregler für Motoren.
Bei der Verwendung von Triacs sind einige potenzielle Schwierigkeiten zu bedenken. Ein Triac kann sich aufgrund einer plötzlichen Spannungsänderung an seinen Hauptanschlüssen versehentlich einschalten. Dieses Problem wird gelöst, indem ein Widerstandskondensator (RC) zwischen die Hauptanschlüsse geschaltet wird. Der Backlash-Effekt (Widerstandseffekt) tritt in Phasenregelkreisen auf, wenn der Widerstand auf ein Maximum eingestellt ist, um die Leistung des angeschlossenen Geräts auf ein Minimum zu reduzieren. Er wird durch das Fehlen eines Entladungswegs für die Eigenkapazität des Triacs an seinen Lastanschlüssen verursacht und verhindert das Einschalten des angeschlossenen Geräts. Die Lösung besteht darin, einen Entladungspfad zu schaffen, indem ein Widerstand mit hohem Wert in Reihe mit dem Diac oder ein Kondensator zwischen dem Gate und den Hauptanschlüssen angeschlossen wird. Schließlich kann in Phasenregelkreisen Asymmetrie (asymmetrischer Triac-Betrieb) auftreten, weil die Triacs für jede Richtung unterschiedliche Einschaltspannungen haben. Diese Konstruktion führt zu einem schlechten elektromagnetischen Abstrahlungsprofil. Das Problem kann durch die Verwendung eines Diacs in Reihe mit dem Gate des Triacs gelöst werden.
