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的可控硅，而且僅需一個觸發電路。可控硅具有導通和關斷兩種狀態，從外形上區分主要有：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而成，如圖2(c)所示連接。

圖2 雙向可控硅結構原理圖

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;反之，加閘極觸發信號，則T1 ,T2間有極高的阻抗。

(a)符號(b)構造

圖3 TRIAC

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，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。

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，所不同者是V T1-T2負電壓時，仍可觸發TRIAC。TRIAC能雙向導通，在正負半周均能觸發、可作為全波功率控制之用，因此TRIAC除具有SCR的優點，更方便于交流功率控制。

圖5(a)為TRIAC相位控制電路，只適當的調整RC時間常數即可改變它的激發角;圖5(b)、5(c)分別是激發角為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

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，據此亦可確定T2極。

2.區分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極加上負觸發信號，電阻值應為十歐左右(參見圖6(a))，證明管子已經導通，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，證明管子在觸發之后能維持導通狀態(見圖6(b))。

圖6 用萬用表判定雙向晶閘管電極

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。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經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，由于觸發信號只起觸發作用，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，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的轉化條件

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品的型號命名,典型的生產商如：　　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

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