¿Qué es un DIAC?

El interruptor de CA de diodo , o Diac para abreviar, es otro dispositivo semiconductor de estado sólido, de tres capas y dos uniones, pero a diferencia del transistor, el Diac no tiene conexión de base, lo que lo convierte en un dispositivo de dos terminales, etiquetados como $\displaystyle {{A}_{1}}$  y $\displaystyle {{A}_{2}}$

Los Diac son un componente electrónico que no ofrece control ni amplificación, pero actúan como un diodo de conmutación bidireccional, ya que pueden conducir corriente desde cualquier polaridad de una fuente de voltaje de CA adecuada.

En nuestro tutorial sobre SCR y Triacs , vimos que en aplicaciones de conmutación ON-OFF, estos dispositivos podrían activarse mediante circuitos simples que producen corrientes de compuerta de estado estable como se muestra en la imagen.

Cuando el interruptor $\displaystyle {{S}_{1}}$ está abierto, no fluye corriente de compuerta y la lámpara está “APAGADA”. Cuando el interruptor $\displaystyle {{S}_{1}}$ está cerrado, fluye corriente de compuerta $\displaystyle {{I}_{G}}$ y el SCR conduce solo en los semiciclos positivos, ya que está operando en el cuadrante I.

Recordamos también que una vez activado, el SCR solo se apagará nuevamente cuando su voltaje de suministro caiga a un valor tal que su corriente de ánodo, $\displaystyle {{I}_{A}}$, sea menor que el valor de su corriente de mantenimiento, $\displaystyle {{I}_{H}}$_.

Si deseamos controlar el valor medio de la corriente de la lámpara, en lugar de simplemente encenderla o apagarla, podríamos aplicar un breve pulso de corriente en la compuerta en un punto de disparo preestablecido, para permitir que el SCR conduzca durante solo una parte del medio ciclo. Entonces, el valor medio de la corriente de la lámpara variaría cambiando el tiempo de retraso, T, entre el inicio del ciclo y el punto de disparo. Este método se conoce comúnmente como 'control por fase'.

Pero para lograr el control por fase, se necesitan dos cosas. Una es un circuito de desplazamiento de fase variable (generalmente un circuito pasivo RC), y la otra es algún tipo de circuito o dispositivo de disparo que pueda producir el pulso necesario en la compuerta cuando la forma de onda retrasada alcance cierto nivel. Un dispositivo semiconductor de estado sólido que está diseñado para producir estos pulsos de disparo es el Diac.

El diac se construye de manera similar a un transistor, pero no tiene una conexión de base, lo que le permite conectarse en un circuito con cualquier polaridad. Los diacs se utilizan principalmente como dispositivos de disparo en aplicaciones de control por fase y control de potencia variable, ya que un diac ayuda a proporcionar un pulso de disparo más nítido e instantáneo (en lugar de una rampa de voltaje que aumenta gradualmente), que se utiliza para encender el dispositivo de conmutación principal.

A continuación se muestran el símbolo del diac y las curvas de sus características voltaje-corriente.

Símbolo del DIAC y características I-V

Podemos ver en las curvas características I-V del diac que este bloquea el flujo de corriente en ambas direcciones hasta que el voltaje aplicado supera el valor de $\displaystyle {{V}_{B}}_{R}$. En ese punto, ocurre una ruptura en el dispositivo y el diac conduce fuertemente, de manera similar a un diodo zener, dejando pasar un pulso repentino de voltaje. Este punto $\displaystyle {{V}_{B}}_{R}$ se llama voltaje de ruptura o voltaje de disparo del diac.

En un diodo zener ordinario, el voltaje se mantiene constante a medida que aumenta la corriente. Sin embargo, en el diac, la acción del transistor provoca que el voltaje disminuya conforme la corriente aumenta. Una vez que el diac comienza a conducir, su resistencia cae a un valor muy bajo, permitiendo que fluya una corriente relativamente grande. En la mayoría de los diacs comunes, como el ST2 o el DB3, el voltaje de ruptura suele variar entre ±25 y 35 voltios. Existen diacs con mayor voltaje de ruptura, como el DB4, que tiene un valor de 40 voltios.

Esta acción le da al diac la característica de una resistencia negativa, como se muestra en las curvas. Dado que el diac es un dispositivo simétrico, presenta la misma característica tanto para voltajes positivos como negativos, y es esta resistencia negativa la que lo hace adecuado como dispositivo de disparo para SCRs o triacs.

Aplicaciones del DIAC

Como se mencionó antes, el diac se usa comúnmente como un dispositivo de disparo en estado sólido para otros dispositivos semiconductores de conmutación, principalmente SCRs y triacs. Los triacs se utilizan ampliamente en aplicaciones como reguladores de intensidad de luz y controladores de velocidad de motores, y el diac se utiliza en conjunto con el triac para proporcionar control de onda completa en el suministro de corriente alterna, como se muestra en la siguiente imagen.

Control de fase de CA del DIAC

A medida que el voltaje de la fuente de CA aumenta al comienzo del ciclo, el condensador, C, se carga a través de la combinación en serie de la resistencia fija, R1, y el potenciómetro, VR1, lo que hace que el voltaje en sus placas aumente. Cuando el voltaje de carga alcanza el voltaje de ruptura del diac (alrededor de 30 V para el ST2), el diac se rompe y el condensador se descarga a través del diac.

La descarga produce un pulso repentino de corriente, que activa el triac para que entre en conducción. El ángulo de fase en el que el triac se dispara se puede variar usando VR1, que controla la velocidad de carga del condensador. La resistencia, R1, limita la corriente de la compuerta a un valor seguro cuando VR1 está en su mínimo.

Una vez que el triac ha sido disparado para entrar en conducción, se mantiene en su estado 'ENCENDIDO' gracias a la corriente de carga que fluye a través de él, mientras que el voltaje a través de la combinación de resistor-condensador se limita al voltaje 'ENCENDIDO' del triac y se mantiene hasta el final del presente medio ciclo de la fuente de CA.

Al final del medio ciclo, el voltaje de la fuente cae a cero, lo que reduce la corriente a través del triac por debajo de su corriente de mantenimiento, IH, apagándolo, y el diac deja de conducir. Luego, el voltaje de la fuente entra en su siguiente medio ciclo, el voltaje del condensador vuelve a aumentar (esta vez en la dirección opuesta) y el ciclo de disparo del triac se repite una vez más.

Forma de onda de conducción del TRIAC

Luego hemos visto que el Diac es un dispositivo muy útil que se puede utilizar para activar triacs y debido a sus características de resistencia negativa, esto le permite encenderse rápidamente una vez que se alcanza un cierto nivel de voltaje aplicado. Sin embargo, esto significa que siempre que queramos utilizar un triac para el control de la energía de CA, también necesitaremos un diac separado. Afortunadamente para nosotros, alguna mente brillante en algún lugar reemplazó el diac y el triac individuales con un solo dispositivo de conmutación llamado Quadrac o Cuadrac

El Quadrac o Cuadrac

El Quadrac es básicamente un Diac y un Triac fabricados juntos dentro de un único paquete de semiconductores y, como tal, también se los conoce como "triacs activados internamente". Este dispositivo bidireccional todo en uno se controla mediante una compuerta utilizando cualquiera de las polaridades del voltaje del terminal principal, lo que significa que se puede utilizar en aplicaciones de control de fase de onda completa, como controles de calentadores, atenuadores de lámparas y control de velocidad de motores de CA, etc.

Al igual que el triac, los quadracs son un dispositivo de conmutación semiconductor de tres terminales denominado $\displaystyle M{{T}_{2}}$ para el terminal principal uno (normalmente el ánodo), $\displaystyle M{{T}_{1}}$ para el terminal principal dos (normalmente el cátodo) y G para el terminal de compuerta.

El quadrac está disponible en una variedad de tipos de encapsulado según sus requisitos de conmutación de voltaje y corriente, siendo el encapsulado TO-220 el más común. El quadrac está diseñado para ser un reemplazo exacto para la mayoría de los dispositivos triac.

Resumen del DIAC

En este tutorial sobre diacs hemos visto que los diacs como el ST2 o el DB3 son dispositivos de bloqueo de voltaje de dos terminales que pueden conducir en cualquier dirección. Los diacs poseen características de resistencia negativa que les permiten encenderse rápidamente una vez que se alcanza un cierto nivel de voltaje aplicado.

Dado que el diac es un dispositivo bidireccional, cuando se combina con las series BTAxx-600A o IRT80 de triacs de conmutación, lo hace útil como dispositivo de activación en control de fase y circuitos de CA generales, como atenuadores de luz y controles de velocidad del motor.

Los Quadracs son simplemente triacs con un diac conectado internamente. Al igual que los triacs, los Quadracs son interruptores de CA bidireccionales que se controlan mediante compuerta para cualquier polaridad del voltaje del terminal principal.

Características principales:

• Diac integrado: Facilita el disparo del triac, reduciendo la necesidad de componentes externos.
• Triac: Permite controlar el paso de corriente en ambas direcciones (bidireccional), lo que lo hace ideal para aplicaciones de corriente alterna.
• Disparo preciso: Gracias al diac integrado, el quadrac tiene un punto de disparo controlado, lo que mejora la estabilidad y la eficiencia del dispositivo.

Aplicaciones comunes:

• Reguladores de luz: Para controlar la intensidad de lámparas incandescentes.
• Controladores de velocidad: En motores de corriente alterna, como ventiladores o herramientas eléctricas.
• Cargas inductivas: En aplicaciones que requieren el manejo de motores o transformadores, donde es importante controlar el arranque suave y evitar picos de corriente.

En resumen, el quadrac simplifica el diseño de circuitos de control de potencia al integrar las funciones del diac y el triac en un solo componente, lo que lo hace eficiente y fácil de usar en sistemas de conmutación de corriente alterna.