erstellt 09.03.16

Triac

Ein Triac ist eine sogenannte Vierschichtdiode, ähnlich zweier anti parallel betriebener Tyristoren. Der Tyristor ist allerdings für Gleichstrom und der Triac für Wechselstrom konzipiert. Allerdings lässt sich auch ein Triac für Gleichstrom verwenden , während man anders herum den Thyristor nicht für Wechselstrom benutzen kann. Triacs kennt man aus Dimmer die man in der Regel zum einstellen der Beleuchtungsstärke bei Lampen kennt. Der hier verwendete Triac (BT 137) verträgt eine Spannung bis 600 Volt und einen Strom bis max. 6 Ampere. In diesen Beispiel ist die Leuchte aus, weil der Triac gesperrt ist.

Die grundsätzliche Funktion eines Triac lässt sich am besten erst einmal anhand einer Gleichspannung verdeutlichen. Wird der Taster S1 kurzzeitig geschlossen fließt ein Strom von Plus nach Ground und lässt die Lampe  aufleuchten. Sie leuchtet auch nach loslassen des Taster weiter. Erst wenn der sogenannte Mindeststrom durch die Lampe unterschritten wird erlischt die Lampe wieder. Das kann man erreichen indem der Stromkreis kurzzeitig unterbrochen wird. Der Mindeststrom liegt bei den meisten Trias so um die 5 - 10 mA  und ist dem Datenblatt unter der Bezeichnung IH zu entnehmen. Mit dem Taster S2 lässt sich der Strom unterbrechen , dadurch wird der Mindeststrom unterschritten und der Triac bleibt in den nicht leitenden Zustand Die beiden Pole , also Plus und Ground können auch vertauscht werden , an der Funktion wird sich dadurch nichts ändern.

Legen wir die gleiche Schaltung einmal an Wechselspannung an . Auch dann leuchtet die Lampe auf wenn Taster S1 kurzzeitig gedrückt wird. Nun aber geht die Lampe wieder aus wenn der Taster losgelassen wird. Jetzt ist es ja so das durch die Lampe ein Wechselstrom fließt , aber nun wird ja immer wenn die Sinuskurve ihren Nulldurchgang durchquert der Mindeststrom unterschritten und macht ja nichts anderes als das was vorher durch den Taster S2 bewirkt wurde.

Aufbau eines Dimmers aber nicht mit 230 Volt mit denen sie üblicherweise betrieben werden, sondern aus Sicherheitsgründen erst einmal mit einer Spannung von AC 24 Volt.

Bei Änderung des Potentiometer Wertes stellt man am Ausgang eine Phasenverschiebung im Verhältnis zur Phase der Eingangsspannung fest. Diese Phasenverschiebung lässt sich beim verdrehen des Potentiometer im gewissen Bereich verändern. Diese Veränderung ist abhängig von der Zeitverzögerung die sich aus Widerstand und Kondensator ergibt. Gleichzeitig verändert sich aber auch die Höhe der Ausgangsspannung, weil man sich das Poti und den Kondensator als Spannungsteiler vorstellen muss. Nehmen wir einmal den extremen Fall an bei dem das Poti auf 10k Ohm steht, dann berechnen wir den Blindwiderstand des Kondensators  und kommen auf ca 32 KOhm. Berechnen wir nun die Spannung kommen wir auf eine Ausgangsspannung von 18Volt. Der andere extreme Fall wäre , das Poti steht auf 0 Ohm, dann haben wir die volle Eingangsspannung von 24 Volt auch am Ausgang anliegen. Demzufolge sich nicht nur je nach Poti Wert eine Phasenveschiebung einstellt sondern sich auch noch die Höhe der Spannung ändert.

Hier sieht man einmal die Signale die bei unterschiedlich eingestellten Poti am Ausgang anliegen. Bei eingestellten Poti auf 1 Kilo ergibt sich die gelb/grüne Kurve mit einer Phasenverschiebung von nahezu Null ° Bei einen Widerstand von 50k ergibt sich das rosa Signal usw. Bei 100 k das rote Signal bei 200 k das grüne Signal und bei 300 k das lila Signal. Dabei entsteht bein einer Poti Einstellung von 0 Ohm gar keine Phasenverschiebung, hingegen bei 100 kOhm eine Verschiebung von 90°

Bauen wir die Schaltung weiter auf und steuern mit diesen erzeugten Signal den Triac direkt an, so würde der Triac immer eine Phasenverschiebung zur Betriebsspannung haben, was auch so gewollt ist. Gleichzeitig würde das Signal aber auch immer eine unterschiedliche Spannungshöhe haben womit aber dann nicht sauber geregelt werden kann. Also setzt man zuvor noch einen Diac ein. Der sorgt dafür das die Spannungshöhe immer der Durchbruchspannung des Diacs gleich ist, und die liegt bei dem hier verwendeten Diac bei 32 Volt. Die Spannungsspitzen werden quasi bei 32 Volt abgeschnitten. Dabei fällt auf das bei 24 Volt Betriebspannung je nach Einstellung des Poti die meisten Signale Spannungsmäßig schon von vorne herein unter 32 Volt liegen, also kann auch damit nicht sauber geregelt werden. Die Regelung funktioniert also nicht bei einer so kleinen Betriebsspannung. Es sind somit mindestens die Spannung nötig die beim Diac einen Durchbruch erzeugt.

Also wird die nächste Schaltung mit 50 Volt AC betrieben.

Bei 50 Herz dauert eine Sinuskurve genau 20ms , eine halbe Sinuskurve dauert somit 10ms , das ist genau die Zeit um die meine Phase maximal verschoben werden sollte.

So sieht das Signal am Gate des Trias aus wenn kein Diac verwendet wird. Die Kurven enstehen bei verschieden eingestellten Widerstand von Gelb=1K Ohm, rosa= 50 KOhm, rot= 100 KOhm, grün = 200 kOhm, Lila = 300 Kohm. Es ist zu sehen das sich bei verschieden eingestellten Poti nicht nur der Phasenwinkel sondern auch die Spannungshöhe verändert

Mit Diac erkennt man das

Bei 230 Volt eff

Gängige Triacs Type Anschluss Schaltbild BT137 1 = A1 2 = A2 3 = G BT138 BT139 BTW43 TXC 01 T2500 2N5754 2N5756

Datenblatt

Triac mit Gleichspannung ansteuern

Es ist auch möglich Triacs mit Gleichspannung an zu steuern. Nun könnte man meinen das wenn mit Gleichspannung angesteuert wird auch nur eine halbe Sinuswelle durchgesteuert wird. Aber das ist nicht der Fall, es wird die komplette Sinuswelle durchgesteuert. Dabei muss man darauf achten das die Gleichspannung auch am richtigen Anschluss angelegt wird. In der Regel haben Triacs die Anschluss Bezeichnungen T1 , T2 und G T1 = Terminal 1 T2 = Terminal 2 G  = Gate Die Steuerspannung wird dann zwischen Gate und Terminal 2 angelegt. Dabei hat der Terminal 2 auch gleichzeitig eine Verbindung zum metallischen Gehäuse. Beim Triac vom hier verwendeten Typ BT 137 ist das so , und bei den meisten anderen Typen auch. Aber Achtung: Es gibt hier möglicherweise auch Ausnahmen, am besten das Datenblatt zu Rate ziehen. Auch hier ist es so das wenn einmal der Triac durch Gleichspannung gezündet wurde , er so lange in den leitenden Zustand verbleibt bis der Strom im Hautstromkreis die Grenze von ca. 10 mA unterschritten hat.

Standard Dimmer für Netzspannung

Schritt für Schritt Ein Kondensator wird über eine Potentiometer aufgeladen dabei hat der Kondensator natürlich einen Blindwiderstand . Bei unserer Netzfrequenz von 50 Herz beträgt der Blindwiderstand 29200 Ohm. Stellt man sich das Poti einmal eingestellt auf Null Ohm vor , so würde die ganze Netzspannung von 230 Volt über den Kondensator abfallen. Stellt man das Potentiometer anschließend auf seinen maximalen Wert von 200 Kilo ein, so hätte man eine Spannungsteiler und die dann abfallende Spannung über den Kondensator würde im Verhältnis der Widerstände dann auf ca. 30 Volt abfallen. Als Resultat bleibt also ein einstellbare Spannung zwischen 30 und 230 Volt.

Entscheidend ist aber nicht die Spannung sondern die Verzögerung die durch das aufladen des Kondensator einhergeht. Die Zeitversögerung  berechnet sich aus Time = (R* C) 200k  mal 100nF = 20mS Das ist also die Zeit die der Elko maximal zum aufladen benötigt.

Die kommenden Diagramme sind alle bei Potistellung auf 200 K sowie zum Vergleich bei Potistellung auf ca. 100K gemacht.

Potistellung auf Linksanschlag also bei 0 Ohm- Signal gemessen über die Glühlampe  es gibt also keine Zeitliche Verzögerung und damit auch keine erkennbare Dimmung

Poti auf 12 Uhr gestellt - Signal gemessen über Glühlampe Hier werden beide Halbwellen angeschnitten .

Poti auf 2 Uhr gestellt - Signal über Glühampe gemessen, es wird nur eine Halbwelle angeschitten , die andere Halbwelle fehlt komplett.  Warum ????????????????????????????????????

Poti Linksanschlag , Signal am Kondensator ohne Diac , ohne Diode aber mit Triac

Signal am Kondensator  Poti auf 12 Uhr

Poti auf 2 Uhr -  Signal am Kondensator

Ohne Diac entsteht am Gate eine Spannung von 450 mV und ein sauberes Sinus Signal. Wenn Poti weiter geregelt wird ensteht am Gate eine Spannung bis 500 mV und Lampe lässt sich regeln. Allerdings ist das Regelverhalten nicht linear aber Lampe lässt sich herunter regeln bis sie nicht mehr leuchtet. Mit Diac  blässt sich sauber regeln, aber Lampe geht nicht ganz aus. Wenn der Gate mit Gleichspannung beaufschlagt wird leuchtet die Lampe ab 0,7 Volt und 5 mA.

Signal am Gate gemessen mit Diac bei Poti linksanschlag

bei 12 Uhr und bei 2 uhr das gleiche Signal

Ein Art die Leistung des Dimmers zu halbieren ist die Möglichkeit eien Diode vor dem Gate Anschluß zu setzen. Der Triac bekommt dann immer nur eine Halbwelle zum Zünden, und damit halbiert er die Leistung die von der Glühlampe erzeugt wird.

Signal am Gate gemessen  mit Poti am Links Anschlag also null ohm

Signal  bei 12 uhr gemessen am gate

Signal gemessen bei 2 uhr

Es kann ein Standard Dimmer auch mit einen LDR  R1 bestückt werden , damit reagiert er dann auf die Umgebungshelligkeit. Allerdings muss dann auch noch Widerstand R2 eingefügt werden damit falls das Potentiometer auf Null Ohm stehen sollte ein nicht allzu großer Strom durch den LDR  fließt .

Signasl gemessen über den Diac bei Poti auf linksanschlag

bei 12 Uhr

bei 6 Uhr

Signal über Lampe gemessen bei Poti auf 12 Uhr. direkt angeschlossen ohne diode und ohne Diac

mit Diode

mit Diac #

Folgende Fragen sind noch unbeantwortet Waum Diac warum 30 Volt beim Diac Geht anstatt Diac auch ein Glimmlampe ?

Aktualisiert 15.02.2024