DIAC (ダイアック) 徹底解説：構造、動作、VI特性、トライアック駆動への応用

ユニバーサルモーターの速度制御、ACランプ調光器、ヒーター制御など、AC電力制御の現場で頻繁に登場する **DIAC (ダイアック)**。サイリスタファミリーの一員でありながら、ゲート端子を持たない「双方向トリガーダイオード」として独自の地位を築いています。その構造から実用回路まで、エンジニア視点で深掘り解説します。

DIAC とは：Diode for Alternating Current

DIAC は **「交流用ダイオード」** の略称です。2つのPN接合と **3層構造 (P-N-P または N-P-N)** を持つ半導体デバイスで、外部端子は **アノード1 (A1/MT1) とアノード2 (A2/MT2) の2端子のみ** です。トランジスタに似ていますがベース端子がなく、増幅作用はありません。代わりに、**双方向スイッチングダイオード** として振る舞い、印加電圧がブレークオーバー電圧 (V_BO) を超えると、極性に関わらず急激に導通します (負性抵抗特性)。

パッケージは面実装 (SMD)、シャーシ取付大型、リード付き小型など多様です。

DIAC の回路記号

DIAC 回路記号 (逆並列ダイオードで表現)

出典：Wikimedia Commons

向き合った2つのダイオード記号で表され、端子は MT1, MT2 (Main Terminal) または A1, A2 で表記。極性なし (コンデンサ同様)。ゲート端子はありません。

DIAC の内部構造

DIAC NPN構造断面図 (出典: Wikimedia Commons)

トランジスタ類似の3層構造ですが、各層のドーピング濃度が**ほぼ均一**です。これにより、印加電圧極性に対して**対称的なスイッチング特性**を示します。端子近傍の層 (MT1側: P1/N1, MT2側: P2/N2) が印加電圧極性に応じて活性化し、双方向動作を実現します。

動作メカニズム

• MT1 が正 (MT2 負) の場合： P1層活性化 → 導通経路 P1-N2-P2-N3 が形成。P2-N3接合が逆バイアス、P1-N2接合が順バイアスとなるが、アバランシェ降伏/注入効果で全体が導通 (MT1→MT2 電流)。
• MT2 が正 (MT1 負) の場合： P2層活性化 → 導通経路 P2-N2-P1-N1 が形成。N2-P1接合逆バイアス、P2-N2/P1-N1順バイアスで導通 (MT2→MT1 電流)。

いずれの極性でも、ブレークオーバー電圧到達で急峻に導通し、オン電圧 (V_F) は数ボルトに低下。電流が保持電流 (I_H) 以下になるまで導通継続 (ラッチング)。

VI 特性 (電圧-電流特性) : 特徴的な「Z字曲線」

DIAC VI特性グラフ (出典: Wikimedia Commons)

双方向導通のため、第1象限 (MT1正) と第3象限 (MT2正) に対称な曲線を描き、**Z字形** になります。

• 遮断状態 (ブロッキング) ： 印加電圧 < V_BO。高抵抗、微小リーク電流のみ。
• ブレークオーバー (降伏) ： 電圧 = V_BO (典型 30V 前後、デバイス依存)。抵抗急減、電流急増。
• 導通状態 (オン) ： 電圧 = V_F (数V) でほぼ一定。電流は外部回路で決定。
• 保持電流 I_H ： この電流を下回ると遮断状態に復帰。

なぜ DIAC が必要か？ トライアック (TRIAC) との協調動作

トライアックは双方向サイリスタですが、内部構造の非対称性により、**正/負半波でゲートトリガー電圧/電流が異なる (非対称トリガー)** という欠点があります。そのまま駆動すると、出力波形の位相制御角が正負でズレ、高調波歪みが増大します。

解決策：DIAC をトライアックのゲートと直列に接続する。

• DIAC の鋭いブレークオーバー特性 (V_BO 到達で瞬時導通) を利用し、ゲート電流を「ある電圧以上でのみ、かつ正負対称に」流す。
• これによりトライアックのトリガー位相が正負半波で均一化 → 波形対称化 → 高調波低減。

代表的応用回路と動作解説

DIAC応用回路図 (出典: Wikimedia Commons)

① 白熱灯調光器 (位相制御)

1. RC回路 (R2, C1, C2) で位相シフトしたゲート電圧を生成。
2. C3 電圧が DIAC の V_BO を超えると DIAC 導通 → C3 電荷がトライアックゲートへ放電 → トライアックオン。
3. R2 (可変抵抗) で C1/C2 充電時間定数を変え → トリガー位相シフト → 通電角制御 → 灯りの明るさ調整。
4. R4-C1 スナバネットワークでトライアックの dv/dt 誤動作防止。

② ヒーター制御回路 (スムーズな温度制御)

• トライアック並列に LC スナバ (または RC) 接続し、オフ時の電圧立上がり緩和 (dv/dt 対策)。
• R2 可変で位相制御角調整 → ヒーター電力連続可変。
• DIAC と R4 を対角配置し、トリガー感度を安定化。

DIAC vs TRIAC 徹底比較

特徴	DIAC	TRIAC
端子数	2端子 (MT1, MT2)	3端子 (MT1, MT2, Gate)
動作	双方向スイッチ。印加電圧 ≥ VBO で自動導通	双方向スイッチ。ゲート信号で任意タイミング導通制御
電力容量	小 (トリガー用途主体)	大 (負荷直接駆動可能)
内部構造	逆並列2ダイオード相当 (3層)	逆並列2SCR相当 + 共通ゲート
負性抵抗	示す (VI曲線Z字)	示さない (AC用途で広く採用)
トリガー条件	端子間電圧 ≥ VBO	ゲート電流/電圧印加 (正/負両方可)

DIAC の長所と短所

長所 (Pros)

• トライアック等と組み合わせ、スムーズで対称な電力制御を実現
• 対称スイッチング特性 (正負半波同一)
• 印加電圧低下で容易にオフ可能 (保持電流以下で自動復帰)
• システムの不要高調波を低減
• オン状態電圧降下が低い (低損失)

短所 (Cons)

• 高耐圧遮断不能 (V_BO 通常 30V 程度、高電圧ライン直結不可)
• 導通開始に最低 ~30V 必要 (低電圧回路では使えない)
• 電力容量が小さく、負荷直接駆動不可 (トライアック/SCR駆動用トリガー専用)

結び

DIAC は「小さなトリガーデバイス」ですが、トライアック制御の要 (かなめ) であり、AC電力制御の品質 (波形対称性、高調波、ノイズ) を左右するキーコンポーネントです。その特性 (V_BO, I_H, V_F) をデータシートで確認し、RC定数設計とセットで適切に選定・実装してください。

DIAC を用いたプロジェクト設計や、トライアック駆動回路の最適化でお悩みなら、ぜひご相談ください。