Diac

Öffnest du einen alten Drehdimmer für Glühlampen, findest du neben dem großen Triac mit Kühlblech ein winziges Glasröhrchen, kaum größer als ein Reiskorn, ganz ohne Farbring. Das ist der Diac – Diode for Alternating Current. Er hat nur eine Aufgabe: Sobald die Spannung an ihm etwa 30 V übersteigt, schlägt er um und gibt einen kurzen, kräftigen Stromimpuls ab. Weil er das in beiden Richtungen tut, ist er der klassische Zündhelfer für Triacs. Auch in Energiesparlampen und älteren LED-Vorschaltgeräten sitzt er, um den Wechselrichter beim Einschalten anzustoßen.

Aufbau und Funktionsweise

Der Diac ist ein Zweirichtungs-Schaltelement ohne Steueranschluss. Seine beiden Anschlüsse heißen A1 und A2 (manchmal MT1 und MT2); sie sind gleichwertig, eine Polung gibt es nicht. Zwei Bauarten sind verbreitet:

• Dreischicht-Diac (Zweirichtungsdiode): Drei Schichten wie ein Transistor ohne Basisanschluss, meist p-n-p. Egal wie du ihn anschließt, einer der beiden pn-Übergänge sperrt. Erreicht die Spannung die Durchbruchspannung U_BO, bricht dieser Übergang durch. Die Ladungsträger, die dabei in die Mittelschicht gelangen, wirken wie ein Basisstrom: Der Strom steigt, und die Spannung am Bauteil sinkt um einige Volt. Diese Rückkopplung ist schwächer als bei einem Thyristor; der Diac rastet nicht vollständig ein.
• Fünfschicht-Diac (Zweirichtungs-Thyristordiode): Zwei antiparallele Vierschichtdioden, zusammengefasst zu einer Schichtfolge n-p-n-p-n. Nach dem Kippen fällt die Spannung auf etwa 1 V zusammen, wie beim Thyristor. Für höhere Spannungen heißen solche Bauteile auch SIDAC.

Der gängige Triggerdiac DB3 ist ein Dreischicht-Bauteil. Wie die Mitkopplung in mehrschichtigen Strukturen entsteht, erklärt Thyristoreffekt.

Schaltzeichen

Das Schaltzeichen zeigt zwei gegeneinander gerichtete Diodendreiecke zwischen zwei Querbalken – ein Symbol für „leitet in beide Richtungen, aber erst ab einer Schwelle“. Ein Gate fehlt; daran unterscheidest du es auf den ersten Blick vom Triac. Manche Pläne zeichnen den Fünfschicht-Diac mit zusätzlichen Strichen an den Balken. Weitere Symbole findest du unter Schaltzeichen.

Kennlinie und Kennwerte

Die Kennlinie ist punktsymmetrisch zum Ursprung. Bis ±U_BO fließt nur ein Sperrstrom von wenigen Mikroampere. Dann kippt der Diac: Der Strom steigt, und die Spannung fällt um den Betrag ΔU zurück. In diesem Abschnitt hat der Diac einen negativen differentiellen Widerstand – mehr Strom, weniger Spannung. Genau das macht ihn zum Impulsgeber: Ein Kondensator, der parallel zu ihm auf U_BO geladen ist, kann sich um ΔU schlagartig entladen.

Die wichtigsten Werte am Beispiel des DB3 im Glasgehäuse DO-35:

Für höhere Schwellen gibt es Typen wie den DB4 (rund 40 V). Wie bei allen Halbleitern ändern sich die Werte mit der Temperatur, siehe Temperaturverhalten von Halbleitern.

Bauformen

Der Klassiker ist das Glasgehäuse DO-35, äußerlich wie eine kleine Glasdiode – nur ohne Kathodenring, weil es keine Polung gibt. SMD-Ausführungen gibt es ebenfalls. Eine Sonderform ist der Quadrac: ein Triac mit eingebautem Diac in einem TO-220-Gehäuse, der direkt an ein RC-Glied angeschlossen werden kann.

Anwendung 1: Triac zünden im Phasenanschnittdimmer

Die bekannteste Schaltung ist der einfache Dimmer. Über ein Potentiometer und einen Widerstand lädt sich ein Kondensator aus der Netzspannung auf. Weil das RC-Glied die Spannung phasenverschiebt, erreicht die Kondensatorspannung die Kippspannung des Diacs erst einige Zeit nach dem Nulldurchgang. Dann kippt der Diac und entlädt den Kondensator ins Gate des Triacs. Der Triac zündet und versorgt die Lampe für den Rest der Halbwelle. Mit dem Potentiometer verschiebst du den Zündzeitpunkt – kleiner Widerstand, frühe Zündung, helle Lampe.

Warum nicht den Kondensator direkt ans Gate? Ohne Diac würde schon bei wenigen Volt ein kleiner, schleichend steigender Strom ins Gate fließen. Der Triac zündete dann unsauber und je nach Exemplar zu verschiedenen Zeitpunkten. Der Diac wartet, bis 32 V erreicht sind, und liefert dann einen steilen Impuls.

Die einfache Schaltung hat einen bekannten Schönheitsfehler, die Hysterese: Drehst du von dunkel nach hell, springt die Lampe plötzlich auf mittlere Helligkeit an, statt sanft aufzuglimmen. Ursache ist, dass der Kondensator nach einer Zündung eine andere Restladung hat als ohne. Bessere Dimmer verwenden zwei RC-Glieder hintereinander, die den Kondensator am Diac gleichmäßiger laden.

Anwendung 2: Anlauf eines Vorschaltgeräts

In Energiesparlampen und manchen LED-Treibern schwingt ein Halbbrücken-Wechselrichter aus zwei Transistoren, der sich selbst über einen Transformator ansteuert. Beim Einschalten muss ihn jemand anstoßen. Dafür lädt ein Widerstand aus der gleichgerichteten Netzspannung einen kleinen Kondensator auf; erreicht er die Kippspannung, zündet der Diac und gibt einen Impuls auf die Basis des unteren Transistors. Danach schwingt die Schaltung von allein, und eine Diode hält den Kondensator entladen.

Praxistipps und häufige Fehler

• Kippspannung streut: 28 bis 36 V beim DB3. In einem Dimmer verschiebt das den Zündzeitpunkt; plane einen Abgleich über das Potentiometer ein.
• Unsymmetrie beachten: Bis zu 3 V Unterschied zwischen beiden Richtungen bedeuten verschieden lange Halbwellen. Das erzeugt einen kleinen Gleichanteil, der Transformatoren und Motoren an Dimmern brummen lässt.
• Kein Dauerstrom: Der Diac verträgt nur Impulse. Liegt er dauerhaft an einer niederohmigen Quelle, brennt er durch.
• Moderne Alternativen: Für eine Mikrocontroller-Steuerung eines Triacs nimmst du statt Diac einen Optokoppler mit Triac-Ausgang (Opto-Triac). Er trennt die Netzseite galvanisch von der Logik.
• Entstörung nicht vergessen: Phasenanschnitt erzeugt steile Stromflanken und damit Störungen bis in den Rundfunkbereich; eine Drossel in Reihe zur Last und ein Kondensator über dem Netz gehören zu jedem Dimmer. Mehr dazu unter EMV.

Selbsttest