双向可控硅的工作原理

1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成

当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电 极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅 使饱和导通。　

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起 触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。　

由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化　

2.触发导通　

在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见 图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

TRIAC的特性

什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。 TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 (第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR最大的不同点在 于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如 何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。



(a)符号 (b)构造

图1 TRIAC

二.TRIAC的触发特性:

由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下：

(1). VT1T2为正, VG为正。

(2). VT1T2为正, VG为 负。

(3). VT1T2为负, VG为正。

(4). VT1T2为负, VG为 负。

一般最好使用在对称情况下(1与4或2与3)，以使正负半周能得到对称的结果，最方便的控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号 与VT1T2同极性。



图2 TRIAC之V-I特性曲线

如图2所示为TRIAC之V-I特性曲线，将此图 与SCR之VI特性曲线比较，可看出TRIAC的特性曲线与SCR类似，只是TRIAC正负电压均能导通，所以第三象限之曲线与第一象限之曲线类似，故 TRIAC可视为两个SCR反相并联TRIAC之T1-T2的崩溃电压亦不同，亦可看出正负半周的电压皆可以使TRIAC导通，一般使 TRIAC截止的方法与SCR相同，即设法降低两阳极间之电流到保持电流以下TRIAC即截止。

三.TRIAC之触发：

TRIAC的相位控制与SCR很类似，可用直流信号，交流相位信号与脉波信号来触发，所不同者是V T1-T2负电压时，仍可触发 TRIAC。

四. TRIAC的相位控制：

TRIAC的相位控制与SCR很类似，但因TRIAC能双向导通之故，在正负半周均能触发、可作为全波功率控制之用，因此TRIAC除具有SCR的优点， 更方便于交流功率控制，图3(a)为TRIAC相位控制电路，只适当的调整RC时间常数即可改变它的激发角，图3(b)，(c)分别是激发角为30度时的 VT1-T2及负载的电压波形，一般TRIAC所能控制的负载远比SCR小，大体上而言约在600V，40A以下。



（A）



（B）AC两端电压波形 （C）两端电压波形

五 .触发装置：

TRIAC之触发电路与SCR类似,可以用RC电路配合UJT、PUT、DIAC等元件组成的触发电路来触发，这些元件的触发延迟角。都可由改变电路所使 用的电阻值来调整，其变化范围在0°～180°之间，正负半周均能导通，而在工业电力控制上，常以电压回授来调整触发延迟角，用以代表负载实际情况的电压 回授，启动系统做良好的闭回路控制。这种由回授来控制触发延迟角，常由UJT或TCA785来完成。

实验：

应用电路说明

如图所示,利用TCA785所组成之TRIAC相位控制电路，其动作原理与SCR之TCA785相位控制电路相似，由于TRIAC在电源正负半周均能导 通，所以第14脚(控制正半周之激发角)与第15脚(控制负半周之激发角)，均必须使用。由VR1之改变以改变第11脚之控制电压值，则可调整激发角以控 制灯泡之亮度。



利用TCA785做TRIAC之相位控制



双向可控硅结构原理及应用

双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文 名称TRIAC即三端双向交流开关之意。

构造原理

尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合，但实际上它是由7只晶体管 和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向晶闸管一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、 BCM3AM(3A／600V)、2N6075(4A／600V)，MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向晶闸管大多采用RD91型封装。 双向晶闸管的主要参数见附表。

双向晶闸管的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向 导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是 阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向晶闸管的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对 称性，所以它可在任何一个方向导通。
                                


检测方法

下面介绍利用万用表RXl档判定双向晶闸管电极的方法，同时还 检查触发能力。

1.判定T2极

由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，G—T1之间的正、反向电阻都很小。在用 RXl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如 果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T2极。 ，另外，采用TO—220封装的双向晶闸管，T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极。



2．区分G极和T1极

(1)找出T2极之后，首先 假定剩下两脚中某一脚为Tl极，另一脚为G极。

(2)把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G短路，给 G极加上负触发信号，电阻值应为十欧左右(参见图4(a))，证明管子已经导通，导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，若电阻值 保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))。



(3)把红表笔接T1极，黑表笔接T2极，然后使T2与G短路，给G极加上正触发信号，电阻值仍为十欧左右，与G极脱开后若阻值不变，则说明管子经 触发后，在T2一T1方向上也能维持导通状态，因此具有双向触发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符，需再作出假定，重复以上测量。显见， 在识别G、T1，的过程中，也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果按哪种假定去测量，都不能使双向晶闸管触发导通，证明管于巳损坏。对于lA的管子，亦可 用RXl0档检测，对于3A及3A以上的管子，应选RXl档，否则难以维持导通状态。

典型应用

双向晶闸管可广泛用于工业、 交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器 (SSR)和固态接触器电路中。图5是由双向晶闸管构成的接近开关电路。R为门极限流电阻，JAG为干式舌簧管。平时JAG断开，双向晶闸管TRIAC也 关断。仅当小磁铁移近时JAG吸合，使双向晶闸管导通，将负载电源接通。由于通过

干簧管的电流很小，时间仅几微秒，所以开关的寿命很长.

图 6是过零触发型交流固态继电器(AC-SSR)的内部电路。主要包括输入电路、光电耦合器、过零触发电路、开关电路(包括双向晶闸管)、保护电路(RC吸 收网络)。当加上输入信号VI(一般为高电平)、并且交流负载电源电压通过零点时，双向晶闸管被触发，将负载电源接通。固态继电器具有驱动功率小、无触 点、噪音低、抗干扰能力强，吸合、释放时间短、寿命长，能与TTL＼CMOS电路兼容，可取代传统的电磁继电器。