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雙向可控硅的工作原理

发布时间:2019-11-09 10:27:48

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),MAC(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那种假定去测量,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

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