DIAC erklärt: Design, Funktionsweise und Hauptanwendungen

DIACs finden sich häufig in Anwendungen wie Universalmotor-Drehzahlregelung, AC-Lampendimmer etc. Der Halbleiter steuert Strom, bis er unter den Haltestrom des Bauelements fällt.

Der DIAC geht nicht in niedrigen Strompegel. Bei Eintritt in Leitung sinkt Spannung pro Stromzunahme. Er gehört zur Thyristor-Familie, wirkt aber wie bidirektionaler Weitbereichs-Trigger.

Mehr über DIACs erfahren? Bleiben Sie dran – wir gehen durch Basics: Schichtstruktur, Funktionsweise etc.

Los geht's!

Was ist ein DIAC?

DIAC = Diode for Alternating Current. Festkörperbauelement mit zwei pn-Übergängen und drei Schichten.

Auf den ersten Blick ähnelt die Struktur einem Transistor. Unterschied: Kein Anschluss an der Basisschicht. Daher Zwei-Anschluss-Bauelement (A1 & A2).

DIAC bietet keine Verstärkung; verhält sich wie bidirektionale Schalt-Diode. DIAC-Gleichstrom kommt von jeder Polartität passender AC-Versorgung.

Verschiedene Gehäuse: SMD, große Chassis-Gehäuse, kleine bedrahtete Gehäuse.

Was ist das DIAC-Symbol?

Darstellung: Zwei antiparallel geschaltete Dioden. Zwei Anschlüsse (Anode 1, Anode 2).

DIAC-Symbol

Quelle: Wikimedia Commons

Hauptanschlüsse auch mit MT bezeichnet. Anschlüsse wie bei Kondensatoren umkehrbar (bidirektional). Kein Gate-Anschluss.

DIAC-Aufbau

Wie erwähnt: Aufbau ähnlich Transistor, aber ohne Basis-Anschluss. Drei Schichten gleich dotiert. Symmetrische Schalteigenschaften in beiden Spannungspolaritäten.

DIAC NPN-Aufbau

Quelle: Wikimedia Commons

Halbleiterschichten nahe Anschlüssen kombinieren n- und p-Schichten. Anlegen von Spannung aktiviert die zur Polarität passende Schicht. Fusion beider Polaritäten ermöglicht bidirektionalen Betrieb.

DIAC-Betrieb

Ist A1/MT1 positiv, aktiviert sich P1-Schicht nahe MT1. Leitung in Reihenfolge: P1-N2-P2-N3.

Bei Stromfluss MT1→MT2: Übergang P2-N3 sperrend, P1-N2 durchlassend.

Bei positivem MT2: P2 nahe MT2 aktiv. Leitung: P2-N2-P1-N1.

Strom MT2→MT1: N2-P1 sperrend, P1-N1 und P2-N2 durchlassend. Leitung in beide Richtungen.

Kennlinie (V-I-Kennlinie) des DIAC

Da DIAC in positiver und negativer Polarität leitet, liegt Kurve in 1. und 3. Quadranten → Z-Form.

1. Quadrant: Positiver Halbzyklus, Strom MT1→MT2. 3. Quadrant: Negativer Halbzyklus, Strom MT2→MT1.

Anfangs hoher Widerstand (sperrende Übergänge) → kleiner Leckstrom (Sperrzustand).

Bei Erreichen der Durchbruchspannung: Widerstand bricht schlagartig zusammen → Leitung beginnt, Spannung sinkt instantan, Strom steigt (Durchlasszustand).

DIAC-Kennlinie

Quelle: Wikimedia Commons

Typische Durchbruchspannung ca. 30 V, exakter Wert geräteabhängig.

DIAC bleibt im negativen Halbzyklus (Durchlass) bis Strom Haltestrom erreicht. Haltestrom = Mindeststrom für ON-Zustand.

Wie nutzt man einen DIAC?

Meist mit TRIAC-Schaltungen. Grund: TRIAC-Schwächen. TRIAC hat leichte Asymmetrie zwischen Halbwellen → unsymmetrisches Zünden.

Unsymmetrisches Zünden → unerwünschte Harmonische im Ausgang.

Je unsymmetrischer Wellenform, desto höher Harmonische. Lösung: DIAC in Reihe mit TRIAC-Gate schalten für symmetrische Wellenform in beiden Halbwellen.

DIAC verhindert Gate-Stromfluss, bis angelegte Spannung in jede Richtung bestimmten Pegel erreicht. TRIAC-Zündpunkt wird gleichmäßiger in beide Richtungen.

DIAC-Anwendungen

Als Trigger-Bauelement in:

• Wärmeregelung
• Lichtdimmer
• Steuerschaltungen für Motordrehzahlregelung

Funktionsweise in diesen Schaltungen:

DIAC-Schaltbild

Quelle: Wikimedia Commons

Lichtdimmer-Schaltung

Variables Gate-Spannung durch RC-Glied am TRIAC-Gate. Beim Ausschalten begrenzt Reihennetzwerk (R4-C1) Spannungsanstieg am TRIAC.

Eingangsspannung anlegen → R2 bestimmt Laderate von C1, C2. DIAC triggert/leitet, wenn Spannung an C3 DIAC-Durchbruchspannung überschreitet.

C3 entlädt sich über leitenden DIAC in TRIAC-Gate. TRIAC schaltet ein → Strom zur Lampe. Laderate von C3 über R2 veränderbar.

TRIAC-Zündung in positiven/negativen Halbwellen gesteuert. DIAC regelt Leistung zur Lampe.

Heizungsregelung

DIAC ermöglicht sanfte Wärmeregelung. LC parallel zum TRIAC → verringert Spannungsanstiegsrate beim Ausschalten.

Halbwellen (negativ/positiv) der Heizungseingangsspannung durch R2-Änderung regelbar. Glatte Regelung verschiedener R2-Positionen durch R4 diagonal zum DIAC.

Unterschied DIAC vs. TRIAC

DIAC	TRIAC
1. Zwei Anschlüsse (MT1, MT2)	Drei Anschlüsse (MT1, MT2, Gate)
2. Bidirektional: Strom in zwei Richtungen bei Erreichen Durchbruchspannung	Bidirektional: Strom bei Gate-Auslösung
3. Geringere Leistungsfähigkeit	Höhere Leistungsfähigkeit
4. Zwei Dioden antiparallel	Zwei SCRs antiparallel; Gate-Anschlüsse bilden TRIAC-Gate
5. Negativer Widerstand	Kein negativer Widerstand → viele AC-Anwendungen
6. Auslösung: Spannung ≥ Durchbruchspannung an zwei Anschlüssen	Auslösung: Spannung (pos/neg) an Gate

Vor- und Nachteile von DIAC

Vorteile

• Glatte Leistungssteuerung mit TRIAC/anderen Thyristoren
• Symmetrische Schalteigenschaften
• Einfaches Ausschalten durch Verringern der angelegten Spannung
• Reduziert unerwünschte Harmonische
• Niedriger Durchlass-Spannungsabfall

Nachteile

• DIACs sperren keine hohen Spannungen
• Leitung nur bei Spannung > 30 V
• Geringe Leistung

Abschließende Worte

Der DIAC ist ein leistungsstarkes Trigger-Bauelement für einige Anwendungen – dank symmetrischer Schalteigenschaften. Er arbeitet optimal mit TRIAC zusammen.

Planen Sie DIACs für nächstes Projekt? Fragen zur effektiven Nutzung? Gerne kontaktieren Sie uns.