(完整word版)雙向可控硅的工作原理(全)

1、雙向可控硅的工作原理雙向可控硅的工作原理雙向可控硅的工作原理1. 可控硅是 P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成當(dāng)陽(yáng)極 A 加上正向電壓時(shí)， BG1和 BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極 G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)， BG2便有基流 ib2 流過，經(jīng) BG2放大，其集電 極電流 ic2= 2ib2 。因?yàn)?BG2的集電極直接與 BG1的基極相連，所以雙向可控硅的工作原理雙向可控硅的工作原理1. 可控硅是 P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè) NPN管所組成當(dāng)陽(yáng)極

2、A 加上正向電壓時(shí)， BG1和 BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)， BG2便有基流 ib2 流過，經(jīng) BG2放大，其集電極電流ic 2=2ib2 。因?yàn)?BG2的集電極直接與 BG1的基極相連，所以 ib1 =ic2 。此時(shí)，電流 ic2 再經(jīng) BG1放大，于是 BG1的集電極電流 ic1= 1ib1= 12ib2 。這個(gè)電流又流回到 BG2的基極，表成正反饋， 使 ib2 不斷增大， 如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅 使飽和導(dǎo)通。 由于 BG1和 BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后， 即使控制極 G的電流消失了， 可控硅仍然能夠維持

3、導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起 觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。 由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有 開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化 2, 觸發(fā)導(dǎo)通 在控制極 G上加入正向電壓時(shí)（見圖 5）因 J3 正偏， P2 區(qū)的空穴時(shí)入 N2 區(qū)， N2區(qū)的電子進(jìn)入 P2 區(qū)，形成觸發(fā)電流 IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫ㄒ?圖 2）的基礎(chǔ)上，加上 IGT 的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖 3 的伏安特性 OA段左移， IGT 越大，特性左移越快。TRIAC的特性什么是雙向可控硅 :IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)為三極交流開關(guān)，亦稱為雙

4、向晶閘管或雙向可控硅。 TRIAC 為三端元件，其三端分別為 T1 ( 第二端子或第二陽(yáng)極 ) ，T 2( 第一端子或第一陽(yáng)極 ) 和 G(控制極 ) 亦為一閘極控制開關(guān)，與 SCR 最大的不同點(diǎn)在 于 TRIAC無(wú)論于正向或反向電壓時(shí)皆可導(dǎo)通，其符號(hào)構(gòu)造及外型，如圖 1 所示。因?yàn)樗请p向元件，所以不管 T1 ,T2 的電壓極性如 何，若閘極有信號(hào)加入時(shí)，則 T1 ,T2 間呈導(dǎo)通狀態(tài)；反之，加閘極觸發(fā)信號(hào)，則 T1 ,T2 間有極高的阻抗。(a) 符號(hào) (b) 構(gòu)造圖 1 TRIAC二 .TRIAC 的觸發(fā)特性 :由于 TRIAC為控制極控制的雙向可控硅 , 控制極電壓 VG極性與陽(yáng)極間之

5、電壓 VT1T2 四種組合分別如下：(1). VT1T2 為正 , VG 為正。(2). VT1T2 為正 , VG 為 負(fù)。(3). VT1T2 為負(fù) , VG 為正。(4). VT1T2為負(fù) , VG 為 負(fù)。一般最好使用在對(duì)稱情況下 (1 與 4 或 2 與 3) ，以使正負(fù)半周能得到對(duì)稱的結(jié)果，最方便的控制方法則為 1 與 4 之控制狀態(tài)，因?yàn)榭刂茦O信號(hào) 與 VT1T2同極性。圖 2 TRIAC 之 V-I 特性曲線如圖 2 所示為 TRIAC之 V-I 特性曲線，將此圖與 SCR之 VI 特性曲線比較， 可看出 TRIAC的特性曲線與 SCR類似，只是 TRIAC正負(fù)電壓均能導(dǎo)通，

6、所以第三象限之曲線與第一象限之曲線類似，故 TRIAC 可視為兩個(gè) SCR反相并聯(lián) TRIAC之T1-T2 的崩潰電壓亦不同，亦可看出正負(fù)半周的電壓皆可以使TRIAC導(dǎo)通，一般使 TRIAC 截止的方法與 SCR相同，即設(shè)法降低兩陽(yáng)極間之電流到保持電流以下TRIAC即截止。三 .TRIAC 之觸發(fā)：TRIAC的相位控制與 SCR很類似，可用直流信號(hào)，交流相位信號(hào)與脈波信號(hào)來(lái)觸發(fā)，所不同者是 V T1-T2 負(fù)電壓時(shí)，仍可觸發(fā) TRIAC。四 . TRIAC 的相位控制：TRIAC的相位控制與 SCR很類似，但因 TRIAC能雙向?qū)ㄖ?，在正?fù)半周均能觸發(fā)、可作為全波 功率控制之用，因此 TR

7、IAC除具有 SCR的優(yōu)點(diǎn)， 更方便于交流功率控制，圖 3(a) 為 TRIAC相位控制電路，只適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 RC時(shí)間常數(shù)即可改變它的激發(fā)角， 圖 3(b) ，(c) 分別是激發(fā)角為 30 度時(shí)的 VT1-T2 及負(fù)載的電壓波形，一般 TRIAC所能控制的負(fù)載遠(yuǎn)比 SCR小，大體上而言約在 600V，40A 以下。（ A）（ B） AC兩端電壓波形 （C）兩端電壓波形五 . 觸發(fā)裝置：TRIAC之觸發(fā)電路與 SCR類似 , 可以用 RC電路配合 UJT、PUT、 DIAC等元件組成的觸發(fā)電路來(lái)觸發(fā)，這些元件的觸發(fā)延遲角。都可由改變電路所使 用的電阻值來(lái)調(diào)整，其變化范圍在 0° 180&

8、#176;之間，正負(fù)半周均能導(dǎo)通，而在工業(yè)電力控制上，常以電壓回授來(lái)調(diào)整觸發(fā)延遲角，用以代表負(fù)載實(shí)際情況的電壓回授，啟動(dòng)系統(tǒng)做良好的閉回路控制。這種由回授來(lái)控制觸發(fā)延遲角，常由 UJT或TCA785來(lái)完成。實(shí)驗(yàn)：應(yīng)用電路說明如圖所示 , 利用 TCA785所組成之 TRIAC相位控制電路，其動(dòng)作原理與 SCR之TCA785相位控制電路相似，由于 TRIAC在電源正負(fù)半周均能導(dǎo) 通，所以第 14 腳 ( 控制正半周之激發(fā)角 ) 與第 15 腳 ( 控制負(fù)半周之激發(fā)角 ) ，均必須使用。由 VR1 之改變以改變第 11 腳之控制電壓值，則可調(diào)整激發(fā)角以控 制燈泡之亮度。利用 TCA785做 TRI

9、AC之相位控制雙向可控硅結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的， 它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的晶閘管，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路， 是目前比較理想的交流開關(guān)器件。 其英文 名稱 TRIAC即三端雙向交流開關(guān)之意。構(gòu)造原理盡管從形式上可將雙向晶閘管看成兩只普通晶閘管的組合，但實(shí)際上它是由 7 只晶體管 和多只電阻構(gòu)成的功率集成器件。小功率雙向晶閘管一般采用塑料封裝，有的還帶散熱板，外形如圖 l 所示。典型產(chǎn)品有 BCMlAM(1A600V)、BCM3AM(3A 600V)、2N6075(4A600V)，MAC218-10(8A 800V)等。大功率雙向晶閘管大多采用 RD91 型封裝

10、。 雙向晶閘管的主要參數(shù)見附表。雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)見圖 2。它屬于 NPNPN五層器件，三個(gè)電極分別是 T1、T2、G。因該器件可以雙向 導(dǎo)通，故除門極 G以外的兩個(gè)電極統(tǒng)稱為主端子，用T1、T2。表示，不再劃分成陽(yáng)極或陰極。其特點(diǎn)是，當(dāng)G極和 T2 極相對(duì)于 T1，的電壓均為正時(shí)， T2 是 陽(yáng)極， T1 是陰極。反之，當(dāng) G極和 T2 極相對(duì)于 T1 的電壓均為負(fù)時(shí)， T1 變成陽(yáng)極， T2 為陰極。雙向晶閘管的伏安特性見圖3，由于正、反向特性曲線具有對(duì)稱性，所以它可在任何一個(gè)方向?qū)?。檢測(cè)方法下面介紹利用萬(wàn)用表RXl 檔判定雙向晶閘管電極的方法， 同時(shí)還 檢查觸發(fā)能力。1. 判定 T

11、2極由圖 2 可見， G極與 T1 極靠近，距 T2 極較遠(yuǎn)。因此， GT1 之間的正、反向電阻都很小。在用 RXl 檔測(cè)任意兩腳之間的電阻時(shí)，只有在 G-T1 之間呈現(xiàn)低阻，正、反向電阻僅幾十歐，而 T2-G、T2-T1 之間的正、反向電阻均為無(wú)窮大。這表明，如 果測(cè)出某腳和其他兩腳都不通， 就肯定是 T2 極。 ，另外，采用 TO 220 封裝的雙向晶閘管， T2 極通常與小散熱板連通，據(jù)此亦可確定 T2 極。2區(qū)分 G極和 T1 極(1) 找出 T2 極之后，首先 假定剩下兩腳中某一腳為 Tl 極，另一腳為 G極。(2) 把黑表筆接 T1 極，紅表筆接 T2 極，電阻為無(wú)窮大。接著用紅表

12、筆尖把 T2與 G短路，給 G 極加上負(fù)觸發(fā)信號(hào)，電阻值應(yīng)為十歐左右( 參見圖 4(a) ，證明管子已經(jīng)導(dǎo)通， 導(dǎo)通方向?yàn)?T1 一 T2。再將紅表筆尖與G極脫開 ( 但仍接 T2) ，若電阻值保持不變，證明管子在觸發(fā)之后能維持導(dǎo)通狀態(tài)( 見圖 4(b) 。(3) 把紅表筆接 T1 極，黑表筆接 T2 極，然后使 T2 與 G短路，給 G極加上正觸發(fā)信號(hào)，電阻值仍為十歐左右， 與 G極脫開后若阻值不變， 則說明管子經(jīng) 觸發(fā)后，在 T2 一 T1 方向上也能維持導(dǎo)通狀態(tài)， 因此具有雙向觸發(fā)性質(zhì)。 由此證明上述假定正確。否則是假定與實(shí)際不符，需再作出假定，重復(fù)以上測(cè)量。顯見， 在識(shí)別 G、T1，的

13、過程中，也就檢查了雙向晶閘管的觸發(fā)能力。如果按哪種假定去測(cè)量，都不能使雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，證明管于巳損壞。對(duì)于 lA 的管子，亦可 用 RXl0 檔檢測(cè)，對(duì)于 3A 及 3A以上的管子，應(yīng)選 RXl 檔，否則難以維持導(dǎo)通狀態(tài)。典型應(yīng)用雙向晶閘管可廣泛用于工業(yè)、交通、家用電器等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓、電機(jī)調(diào)速、交流開關(guān)、 路燈自動(dòng)開啟與關(guān)閉、溫度控制、臺(tái)燈調(diào)光、舞臺(tái)調(diào)光等 多種功能，它還被用于 固態(tài)繼電器 ( SSR) 和固態(tài)接觸器 電路中。圖 5 是由雙向晶閘管構(gòu)成的接近開關(guān)電路。 R為門極限流電阻， JAG為干式舌簧管。平時(shí) JAG斷開，雙向晶閘管 TRIAC也 關(guān)斷。僅當(dāng)小磁鐵移近時(shí) JAG吸合，使雙向晶閘管導(dǎo)通，將負(fù)載電源接通。由于通過干簧管的電流很小，時(shí)間僅幾微秒，所以開關(guān)的壽命很長(zhǎng).圖 6 是過零觸