双向可控硅工作原理及原理图解

一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。下面本文主要来介绍下双向可控硅工作原理及其原理图解。

双向可控硅的工作原理

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　触发导通：在控制极G上加入正向电压时因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。

双向可控硅原理图

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 


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。

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。 


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

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。以上就是双向可控硅工作原理及其原理图解的介绍了。

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