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什么是双向可控硅:
IAC(TRI-ELECTRODEACSWITCH)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),T2(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1TRIAC
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).
VG为负。
(3).
VT1T2为负,
(4).
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2TRIAC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VT1-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。
(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。
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),MAC218-10(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。
如果按哪种假定去测量,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吸收网络)。
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。
二.鉴别可控硅三个极的方法很简单,根据P-N结的原理,只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。
阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上,阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上(它们之间有两个P-N结,而且方向相反,因此阳极和控制极正反向都不通)。
控制极与阴极之间是一个P-N结,因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围,反向电阻比正向电阻要大。
可是控制极二极管特性是不太理想的,反向不是完全呈阻断状态的,可以有比较大的电流通过,因此,有时测得控制极反向电阻比较小,并不能说明控制极特性不好。
另外,在测量控制极正反向电阻时,万用表应放在R*10或R*1挡,防止电压过高控制极反向击穿。
若测得元件阴阳极正反向已短路,或阳极与控制极短路,或控制极与阴极反向短路,或控制极与阴极断路,说明元件已损坏。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种,都是三个电极。
单向可控硅有阴极(K)、阳极(A)、控制极(G)。
双向可控硅等效于两只单项可控硅反向并联而成。
即其中一只单向硅阳极与另一只阴极相边连,其引出端称T2极,其中一只单向硅阴极与另一只阳极相连,其引出端称T2极,剩下则为控制极(G)。
1、单、双向可控硅的判别:
先任测两个极,若正、反测指针均不动(R×
1挡),可能是A、K或G、A极(对单向可控硅)也可能是T2、T1或T2、G极(对双向可控硅)。
若其中有一次测量指示为几十至几百欧,则必为单向可控硅。
且红笔所接为K极,黑笔接的为G极,剩下即为A极。
若正、反向测批示均为几十至几百欧,则必为双向可控硅。
再将旋钮拨至R×
1或R×
10挡复测,其中必有一次阻值稍大,则稍大的一次红笔接的为G极,黑笔所接为T1极,余下是T2极。
2、性能的差别:
将旋钮拨至R×
1挡,对于1~6A单向可控硅,红笔接K极,黑笔同时接通G、A极,在保持黑笔不脱离A极状态下断开G极,指针应指示几十欧至一百欧,此时可控硅已被触发,且触发电压低(或触发电流小)。
然后瞬时断开A极再接通,指针应退回∞位置,则表明可控硅良好。
对于1~6A双向可控硅,红笔接T1极,黑笔同时接G、T2极,在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极,指针应指示为几十至一百多欧(视可控硅电流大小、厂家不同而异)。
然后将两笔对调,重复上述步骤测一次,指针指示还要比上一次稍大十几至几十欧,则表明可控硅良好,且触发电压(或电流)小。
若保持接通A极或T2极时断开G极,指针立即退回∞位置,则说明可控硅触发电流太大或损坏。
可按图2方法进一步测量,对于单向可控硅,闭合开关K,灯应发亮,断开K灯仍不息灭,否则说明可控硅损坏。
对于双向可控硅,闭合开关K,灯应发亮,断开K,灯应不息灭。
然后将电池反接,重复上述步骤,均应是同一结果,才说明是好的。
否则说明该器件已损坏.
三.晶闸管的伏安特性和主要参数
1.晶闸管的伏安特性
晶闸管阳极A与阴极K之间的电压与晶闸管阳极电流之间关系称为晶闸管伏安特性,如图2所所示。
正向特性位于第一象限,反向特性位于第三象限。
图2
晶闸管伏安特性参数示意图
(1)反向特性
当门极G开路,阳极加上反向电压时(见图3),J2结正偏,但J1、J2结反偏。
此时只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后,同时J3结也击穿,电流迅速增加,如图2的特性曲线OR段开始弯曲,弯曲处的电压URO称为“反向转折电压”。
此后,晶闸管会发生永久性反向击穿
(2)正向特性
当门极G开路,阳极A加上正向电压时(见图4),J1、J3结正偏,但J2结反偏,这与普通PN结的反向特性相似,也只能流过很小电流,这叫正向阻断状态,当电压增加,如图2的特性曲线OA段开始弯曲,弯曲处的电压UBO称为“正向转折电压”。
由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应,在结区产生大量的电子和空穴,电子进入N1区,空穴进入P2区。
进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合。
同样,进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合,雪崩击穿后,进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉。
这样,在N1区就有电子积累,在P2区就有空穴积累,结果使P2区的电位升高,N1区的电位下降,J2结变成正偏,只要电流稍有增加,电压便迅速下降,出现所谓负阻特性,见图2中的虚线AB段。
这时J1、J2、J3三个结均处于正偏,晶闸管便进入正向导电状态——通态,此时,它的特性与普通的PN结正向特性相似,如图2的BC段。
(3)触发导通
在门极G上加入正向电压时(如图5所示),因J3正偏,P2区的空穴进入N2区,N2区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。
在晶闸管的内部正反馈作用(如图2)的基础上,加上IGT的作用,使晶闸管提前导通,导致图2中的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。
2.晶闸管的主要参数
(1)断态重复峰值电压UDRM
门极开路,重复率为每秒50次,每次持续时间不大于10ms的断态最大脉冲电压,UDRM=90%UDSM,UDSM为断态不重复峰值电压。
UDSM应比UBO小,所留的裕量由生产厂家决定。
(2)反向重复峰值电压URRM
其定义同UDRM相似,URRM=90%URSM,URSM为反向不重复峰值电压。
(3)额定电压
选UDRM和URRM中较小的值作为额定电压,选用时额定电压应为正常工作峰值电压的2~3倍,应能承受经常出现的过电压。
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- 晶闸管 工作 原理