双向可控硅原理图

article/2025/5/19 16:54:35

双向可控硅是一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，是在普通可控硅的基础上发展而成的交流开关器件，其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意，发明于1957年。双向可控硅为单向导电性开关，能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路。可控硅具有导通和关断两种状态，从外形上区分主要有：螺栓形、平板形和平底形三类。

　　由于双向可控硅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。

　　图1 双向可控硅外形图

双向可控硅原理图——结构原理图

　　双向可控硅属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合，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。

　　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。双向可控硅由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。

　　相比于单向可控硅，双向可控硅在原理上最大的区别就是能双向导通，不再有阳极阴极之分，取而代之以T1和T2，其结构示意图如下图2(a)所示，如果不考虑G级的不同，把它分割成图2(b)所示，可以看出相当于两个单向可控硅反向并联而成，如图2(c)所示连接。

　　图2 双向可控硅结构原理图

双向可控硅原理图——特性

　　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下图3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3 TRIAC

双向可控硅原理图——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4 TRIAC之V-I特性曲线

　　上图4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。

双向可控硅原理图——相位控制

　　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能双向导通，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5(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5(b)、5(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)负载两端电压波形

　　图5 TRIAC相位控制电路

双向可控硅原理图——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6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6(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6(b))。

　　图6 用万用表判定双向晶闸管电极

双向可控硅原理图——工作原理

　　双向可控硅是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。

　　图7 双向可控硅等效图解

　　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=ic。

　　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，条件如下：

　　表1 可控硅导通和关断状态的转化条件

双向可控硅原理图——命名规则

　　1，TRIAC：

　　三端：TRIode(取前三个字母);

　　交流半导体开关：ACsemiconductor switch(取前两个字母)。

　　以上两组名词组合成“TRIAC”，中文译意“三端双向可控硅开关”。由此可见“TRIAC”是双向可控硅的统称。

　　2，BCR：

　　双　向：Bi-directional(取第一个字母);

　　控　制：Controlled (取第一个字母);

　　整流器：Rectifier (取第一个字母)。

　　再由这三组英文名词的首个字母组合而成:“BCR”，中文译意“双向可控硅”。以“BCR”来命名双向可控硅的典型厂家如日本三菱，如:BCR1AM-12、BCR8KM、BCR08AM等等。

　　3，BT：

　　双　向：Bi-directional (取第一个字母);

　　三　端：Triode (取第一个字母)。

　　由以上两组单词组合成“BT”，也可对双向可控硅产品的型号命名,典型的生产商如：　　意法ST公司、荷兰飞利浦-Philips公司，均以此来命名双向可控硅。代表型号如：PHILIPS 的BT131-600D、BT134-600E、BT136-600E、BT138-600E、BT139-600E、等等，这些都是四象限/非绝缘型/双向可控硅。