Was ist ein TRIAC?
Ein TRIAC ist eine elektrische Komponente, die über zwei Leitungen zum Anschließen eines Wechselstroms und eine dritte Leitung zum Auslösen des Geräts verfügt. Im Gegensatz zu einigen anderen Geräten wie Transistoren und Dioden kann ein TRIAC Strom zwischen seinen beiden leitenden Leitungen in beide Richtungen leiten. Der Triggerteil des Geräts, der als Gate bezeichnet wird, schaltet das Gerät in unterschiedlichem Maße ein oder aus. Wenn das Gate in Verbindung mit der Phase eines Wechselstroms verwendet wird, kann ein TRIAC so eingestellt werden, dass nur ein Teil eines Wechselstromsignals durchgelassen wird, und wird häufig in Geräten wie Dimmerschaltern und Drehzahlreglern für Elektromotoren verwendet.
Das Wort TRIAC, das durch das Zusammenführen von Triode und Wechselstrom entstanden ist, war ursprünglich ein Markenname, den General Electric für seine Version eines durch ein Gate gesteuerten Vollwellen-Wechselstromschalters auf Siliziumbasis verwendete. Seit seiner ursprünglichen Veröffentlichung ist das Wort jedoch der allgemeine Name für alle derartigen Geräte geworden. Richtigerweise werden die Bauelemente als bidirektionale oder bilaterale Triodenthyristoren bezeichnet. Gelegentlich wird das Gerät einfach als Thyristor bezeichnet, was praktisch, aber nicht ganz genau ist, da das Gerät im Wesentlichen aus zwei Thyristoren besteht.
Ein Thyristor ist ein spezialisiertes Halbleiterbauelement, das typischerweise aus vier miteinander verschmolzenen Siliziumschichten besteht. Die vier einzelnen Siliziumschichten werden so behandelt, dass sie die wechselnden elektrischen Ladungen von positiv-negativ-positiv-negativ oder PNPN besitzen. Jedes Ende der Schichten dient als Verbinder für den Zugang zum Thyristor. Das positive Ende ist die Anode der Vorrichtung und das negative Ende ihre Kathode. Eine Gate-Verbindung wird auch zu der positiv geladenen Schicht hergestellt, die zwischen den zwei negativ geladenen Schichten liegt.
Unter statischen Bedingungen widerstehen die abwechselnden Ladungsschichten dem Fließen eines elektrischen Stroms durch den Thyristor. Es gibt jedoch eine Grenze für die Spannung, der das Gerät widerstehen kann. Wenn die an das Gerät angelegte Spannung diesen Grenzwert überschreitet, erliegt das Gerät einem Lawineneffekt und beginnt, den elektrischen Strom zu leiten.
Zur Ansteuerung des Thyristors wird an dessen Gate eine negative Spannung angelegt. Dies verändert die Ladung in der positiven Schicht zu einer negativeren Neigung, was eine Lawine auslösen kann. Durch Variieren der Spannung am Gate kann der Lawinenpunkt des Thyristors variiert werden, so dass die Vorrichtung elektrischen Strom nur bei oder über einer vorbestimmten Spannung leiten kann.
Wechselstromsignale wechseln kontinuierlich von der vollen positiven Spannung zur Nullspannung, dann zur vollen negativen Spannung, zurück zur Nullspannung und dann wieder zur vollen positiven Spannung. Dies bedeutet, dass ein Wechselstromsignal ständig seinen Spannungspegel ändert. Infolgedessen kann durch Variieren der Gate-Spannung eines Thyristors der Prozentsatz der Wechselspannung, die durch die Vorrichtung hindurchgehen kann, variiert und gesteuert werden.
Thyristoren können jedoch nur einen elektrischen Strom in eine Richtung leiten, der die Hälfte der Wechselspannung auf dieselbe Weise sperrt wie eine Diode. Um die volle Wechselspannung nutzen zu können, besteht ein TRIAC aus zwei Thyristoren. Durch Verbinden der Anode eines Thyristors mit der Kathode des anderen Endes und der verbleibenden Kathode und Anode am anderen Ende können die beiden Geräte eine einzige Wechselspannung in beide Richtungen leiten. Die beiden ebenfalls miteinander verbundenen Gatter ermöglichen es einem Steuersignal am Gatter, ein Wechselstromsignal zu steuern, das durch den TRIAC fließt. Auf diese Weise kann ein TRIAC einen beliebigen Teil einer Wechselspannung an eine Vorrichtung wie einen Motor liefern und durch Variieren der Gate-Spannung die Drehzahl des Motors variieren.