石くれと砂粒の世界

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<<   作成日時 : 2016/07/03 21:44   >>

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 サイリスタの機能を利用すれば、以前にも説明したように、交流電圧をアノード−カソード間にかけてゲート電圧を調整すれば、正弦波波形の一部を切り取った波形の電流を得ることができます。これによって変圧器などを使わずに交流のまま消費電力を調整できることになります。

ところが通常のサイリスタはSCR(制御整流器)と呼ばれるように、一方向にしか電流を流さない素子です。上記の用途なら何も整流をする必要はなく、両方向に電流を流しつつ、その波形の一部をカットすれば目的は達せられるはずです。

 そこで両方向に電流が流せ、かつスイッチングができる素子の開発が行われました。基本的な考え方は簡単で、普通のサイリスタを図Aのように逆並列に接続するだけです。これで交流の正負両方向の成分を方向の逆のサイリスタの片方ずつを通して流すことができます。
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 本当に2つのサイリスタを使ってもよいのですが、場所もとり、特性が不揃いだったりすることもあるので、1つの素子にまとめた方が便利です。そこで図Bのような構造が考えられました(特公昭41−11420号)。真ん中のpnp3層が共通で、両側のp層内にn型の部分を形成してあります。実質はnpnpnの5層構造ですが、両端の電極はp型部分とn型部分にまたがるように形成されていてこれで2つのサイリスタが逆並列に接続されたことになります。
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 ゲート電極は一方のp層に設けてあります。両方のp層に設けて4端子素子にすることも可能ですが、どちらか一方で十分です。この3端子素子をトライアック(TRIAC)と呼びます。3端子素子を意味するTriodeと交流のACを組み合わせた造語です。上記の特許から分かるようにアメリカのゼネラルエレクトリック社によって1960年代前半に開発されました。
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 トライアックの電流電圧特性は図Cのようにサイリスタの負性抵抗特性が正負に対称になり、ゲート電圧Vgにより、スイッチング電圧が正負両極性で制御できます。
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 共通の層をpn2層にした図Dのような構造の素子もあります(特公昭39−16024号)。この場合はゲートに関係なく一方向は単純なpn接合の順方向になってしまいますので、この方向は図Eに示すように常に導通状態となります。交流の片側極性のみを制御すればよい場合はこの構造でもよいと言えます。これを逆導通型サイリスタと呼ぶことがあります。これに対する用語として通常のサイリスタを逆阻止型サイリスタと呼びます。
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 以上3種類のサイリスタの交流波形をまとめると図Fのようになります。目的に応じて使い分ければよいでしょう。
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