雙向可控硅原理圖——別稱“雙向晶閘管”

　　雙向可控硅是一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,，是在普通可控硅的基礎上發(fā)展而成的交流開關器件,，其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關之意，發(fā)明于1957年,。雙向可控硅為單向導電性開關,，能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個觸發(fā)電路,?？煽毓杈哂袑ê完P斷兩種狀態(tài)，從外形上區(qū)分主要有：螺栓形,、平板形和平底形三類,。

　　由于雙向可控硅特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管,，簡稱可控硅T;又由于可控硅最初應用于可控整流方面,，所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR,。

　　圖1 雙向可控硅外形圖

雙向可控硅原理圖——結構原理圖

　　雙向可控硅屬于NPNPN五層器件,，三個電極分別是T1、T2,、G,。盡管從形式上可將雙向可控硅看成兩只普通可控硅的組合，但實際上它是由7只晶體管和多只電阻構成的功率集成器件,。

　　因該器件可以雙向導通,，故除門極G以外的兩個電極統(tǒng)稱為主端子，用T1,、T2,。表示，不再劃分成陽極或陰極,。其特點是,，當G極和T2極相對于T1，的電壓均為正時,，T2是陽極,，T1是陰極。反之,，當G極和T2極相對于T1的電壓均為負時,，T1變成陽極，T2為陰極,。雙向可控硅由于正,、反向特性曲線具有對稱性,，所以它可在任何一個方向導通,。

　　相比于單向可控硅，雙向可控硅在原理上最大的區(qū)別就是能雙向導通，不再有陽極陰極之分,，取而代之以T1和T2,，其結構示意圖如下圖2(a)所示,，如果不考慮G級的不同,，把它分割成圖2(b)所示，可以看出相當于兩個單向可控硅反向并聯(lián)而成,，如圖2(c)所示連接,。

　　圖2 雙向可控硅結構原理圖

雙向可控硅原理圖——特性

　　TRIAC為三端元件，其三端分別為T1 (第二端子或第二陽極),，T 2(第一端子或第一陽極)和G(控制極)亦為一閘極控制開關,，與SCR最大的不同點在于TRIAC無論于正向或反向電壓時皆可導通，其符號構造及外型如下圖3所示,。因為它是雙向元件,，所以不管T1、T2的電壓極性如何,，若閘極有信號加入時,，則T1 ,T2間呈導通狀態(tài);反之，加閘極觸發(fā)信號,，則T1 ,T2間有極高的阻抗,。

　(a)符號(b)構造

　　圖3 TRIAC

雙向可控硅原理圖——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極性與陽極間之電壓VT1T2四種組合分別如下：

　　(1). VT1T2為正, VG為正。

　　(2). VT1T2為正, VG為負,。

　　(3). VT1T2為負, VG為正,。

　　(4). VT1T2為負, VG為負。

　　一般最好使用在對稱情況下(1與4或2與3),，以使正負半周能得到對稱的結果,，最方便的控制方法則為1與4之控制狀態(tài)，因為控制極信號與VT1T2同極性,。

　　圖4 TRIAC之V-I特性曲線

　　上圖4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正負電壓均能導通,，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SCR反相并聯(lián)TRIAC之T1-T2的崩潰電壓亦不同,，亦可看出正負半周的電壓皆可以使TRIAC導通,，一般使TRIAC截止的方法與SCR相同,，即設法降低兩陽極間之電流到保持電流以下TRIAC即截止,。

雙向可控硅原理圖——相位控制

　　TRIAC的相位控制與SCR很類似,，可用直流信號，交流相位信號與脈波信號來觸發(fā),，所不同者是V T1-T2負電壓時,，仍可觸發(fā)TRIAC。TRIAC能雙向導通,，在正負半周均能觸發(fā),、可作為全波功率控制之用，因此TRIAC除具有SCR的優(yōu)點,，更方便于交流功率控制,。

　　圖5(a)為TRIAC相位控制電路，只適當?shù)恼{整RC時間常數(shù)即可改變它的激發(fā)角;圖5(b),、5(c)分別是激發(fā)角為30度時的VT1-T2及負載的電壓波形,，一般TRIAC所能控制的負載遠比SCR小，大體上而言約在600V,、40A以下,。

　　(a)

　　(b)AC兩端電壓波形

　　(c)負載兩端電壓波形

　　圖5 TRIAC相位控制電路

雙向可控硅原理圖——檢測方法

　　下面介紹利用萬用表RXl檔判定雙向晶閘管電極的方法，同時還檢查觸發(fā)能力,。

　　1.判定T2極

　　由圖6可見,，G極與T1極靠近，距T2極較遠,。因此,，G—T1之間的正、反向電阻都很小,。在用 RXl檔測任意兩腳之間的電阻時,，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,、反向電阻均為無窮大,。這表明，如果測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,，電阻為無窮大,。接著用紅表筆尖把T2與G短路，給G極加上負觸發(fā)信號,，電阻值應為十歐左右(參見圖6(a)),，證明管子已經(jīng)導通，導通方向為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)之后能維持導通狀態(tài)(見圖6(b)),。

　　圖6 用萬用表判定雙向晶閘管電極

雙向可控硅原理圖——工作原理

　　雙向可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件,，共有三個PN結，分析原理時,，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成,。

　　圖7 雙向可控硅等效圖解

　　當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài),。此時,，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過,，經(jīng)BG2放大,，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連,，所以ib1=ic,。

　　此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大,，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2,。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋,，使ib2不斷增大,，如此正向饋循環(huán)的結果，兩個管子的電流劇增,，可控硅使飽和導通,。

　　由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后,，即使控制極G的電流消失了,，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能,，所以這種可控硅是不可關斷的,。

　　由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性,，這種特性需要一定的條件才能轉化,，條件如下：

　　表1 可控硅導通和關斷狀態(tài)的轉化條件

雙向可控硅原理圖——命名規(guī)則

　　1,，TRIAC：

　　三端：TRIode(取前三個字母);

　　交流半導體開關：ACsemiconductor switch(取前兩個字母),。

　　以上兩組名詞組合成“TRIAC”，中文譯意“三端雙向可控硅開關”,。由此可見“TRIAC”是雙向可控硅的統(tǒng)稱,。

　　2，BCR：

　　雙　向：Bi-directional(取第一個字母);

　　控　制：Controlled (取第一個字母);

　　整流器：Rectifier (取第一個字母),。

　　再由這三組英文名詞的首個字母組合而成:“BCR”,，中文譯意“雙向可控硅”。以“BCR”來命名雙向可控硅的典型廠家如日本三菱,，如:BCR1AM-12,、BCR8KM、BCR08AM等等,。

　　3,，BT：

　　雙　向：Bi-directional (取第一個字母);

　　三　端：Triode (取第一個字母)。

　　由以上兩組單詞組合成“BT”,，也可對雙向可控硅產(chǎn)品的型號命名,典型的生產(chǎn)商如：　　意法ST公司,、荷蘭飛利浦-Philips公司，均以此來命名雙向可控硅,。代表型號如：PHILIPS 的BT131-600D,、BT134-600E、BT136-600E,、BT138-600E,、BT139-600E、等等,，這些都是四象限/非絕緣型/雙向可控硅,。

　　圖8 雙向可控硅具有不同的命名方式