(完整版)雙向可控硅詳解

1、8雙向可控硅詳解雙向可控硅是一種硅可控整流器件，也稱作晶閘管。這種器件在電路中能夠實現(xiàn)交 流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，具有無火花、動作快、壽命長、可靠性高以 及簡化電路結構等優(yōu)點。因此，它被廣泛應用于各種電器調速、調光、調壓、調溫以及 各種電器過載自動保護等電子電路中。雙向可控硅的外型及內部結構從外表上看，雙向可控硅和普通可控硅很相似，也有三個電極。但是，它除了其中一個電極G仍叫做控制極外，另外兩個電極通常卻不再叫做陽極和陰極，而統(tǒng)稱為主電極TI和T2。它的符號也和普通可控硅不同，是把兩個可控硅反接在一起畫成的，如圖 2所示。它的型號，在我國一般用“3CTS”或“KS”表示；國外的資

2、料也有用“TRIAC 來表示的。雙向可控硅的規(guī)格、型 號、外形以及電極引腳排列 依生產廠家不同而有所不 同，但其電極引腳多數(shù)是按 T1、T2、G的顧序從左至右 排列(觀察時，電極引腳向 下，面對標有字符的一面)。 目前市場上最常見的幾種 塑封外形結構雙向可控硅 的外形及電極引腳排列如 下圖1所示。雙向可控硅的電路符號如圖2所示。雙向可控硅的外形結構和普通可控硅沒有多大 區(qū)別，幾十安以下的，則通常采用圖1所示塑封外形結構。幾十安到一百余安電流大 小的則采用螺栓型；額定電流在 200安以上的一般都是平板型的；5 C )從內部結構來看，雙向可控 硅是一種N P N P N型五 層結構的半導體器件，見

3、圖3(a)。 為了便于說明問題，我們不妨把 圖3(a)看成是由左右兩部分組合而成的，如圖3(b)。這樣一來，原來的雙向可控硅就被分解成兩個P N P N型結構的普通可控硅了。如果把左邊從下往上看的 p1 N1 P2 N2部分叫做正向的話，那 么右邊從下往上看的N3P1 N1 P2部分就成為反向，它們之間正好是一正一反地并 聯(lián)在一起。我們把這種聯(lián)接叫做反向并聯(lián)。因此，從電路功能上可以把它等效成圖3(c)， 也就是說，一個雙向可控硅在電路中的作用是和兩只普通可控硅反向并聯(lián)起來等效的。這也正是雙向可控硅為什么會有雙向控制導通特性的根本原因。對于兩只反向并聯(lián)的普通可控硅來說，因為它們各自都有自己的控制

4、極，所以必須 通過兩個控制極的協(xié)調工作，才能達到控制電路的目的。而雙向可控硅卻不同，它只有 一個控制極，通過這唯一的控制極就能控制雙向可控硅的正常工作。顯然，它的觸發(fā)電 路、比起兩只反向并聯(lián)的普通可控硅的觸發(fā)電路要簡單得多。這不僅給設計和制造帶來 很多方便，而且也使電路的可靠性得到提高，設備的體積縮小，重量減輕，這是雙向可 控硅的一個突出的優(yōu)點。雙向可控硅的特性曲線既然一個雙向可控硅是由兩只普通可控 硅反向并聯(lián)而成的，那么，我們會很自然地想 到，它的特性曲線就應該是由這兩只普通可控 硅的特性曲線組合而成。圖4示出了雙向可控 硅的特性曲線。由圖可見，雙向可控硅的特性曲線是由Tc、三兩個象限內的曲

5、線組合成的。第一象限的曲線說明當加到主電極上的電壓使對T1的極性為正時，我們稱為正向電壓，并用符號U21表示。當這個電壓逐漸增加到等于轉折電壓UBO時，圖3(b)左邊的可控硅就觸發(fā)導通，這時的通態(tài)電流為 121，方向 是從T2流向TI。從圖中可以看到，觸發(fā)電流越大，轉折電壓就越低，這種情形和普通 可控硅的觸發(fā)導通規(guī)律是一致的，當加到主電極上的電壓使 TI對T2的極性為正時，叫做反向電壓，并用符號 U12表示。當這個電壓達到轉折電壓值時，圖3 (b)右邊的可控硅便觸發(fā)導通，這時的電流為112,其方向是從T1到T2。這時雙向可控硅的特性曲 線，如圖4中第三象限所示。在上述兩種情況中，除了加到主電極

6、上的電壓和通態(tài)電流的方向相反外，它們的觸發(fā)導通規(guī)律卻是同的。如果這兩個并聯(lián)連接的管子特性完 全相同的話，一，三象限的特性曲線就應該是對稱的。通過對雙向可控硅特性曲線的分析可以知道；雙向可控硅不象普通可控硅那樣，必 須在陽極和陰極之間加上正向電壓，管子才能導通。對雙向可控硅來說，無所謂陽極和 陰極。它的任何一個主電極，對圖 3(b)中的兩個可控硅管子來講，對一個管子是陽極， 對另一個管子就是陰極，反過來也一樣。因此，雙向可控硅無論主電極加上的是正向或 是反向電壓，它都能被觸發(fā)導通。不僅如此，雙向可控硅還有一個重要的特點， 這就是: 不管觸發(fā)信號的極性如何，也就是不管所加的觸發(fā)信號電壓 UG對T1

7、是正向還是反向， 雙向可控硅都能被觸發(fā)導通。雙向可控硅的這個特點是普通可控硅所沒有的。雙向可控硅的這種特性可使它具有特殊的功能， 也就是可以用交流信號來作觸發(fā)信 號使它能作為一個交流雙向開關使用。四種觸發(fā)方式由于在雙向可控硅的主。電極上，無論加以正向電壓或是反向電壓，也不管觸發(fā)信 號是正向還是反向，它都能被觸發(fā)導通，因此它有以下四種觸發(fā)方式：(1)當主電極T2對TI所加的電壓為正向電壓，控制積極G對第一電極TI所加的也是正向觸發(fā)信 號(圖5a)。雙 向可控硅觸發(fā) 導通后，電流I2I的方向從T2流向T1。由特性曲線可知，這時雙向可控硅觸發(fā)導通規(guī)律是按第二象限的特性進行 的，又因為觸發(fā)信號是正向的

8、，所以把這種觸發(fā)叫做“第一象限的正向觸發(fā)”或稱為1+觸發(fā)方式。(2)如果主電極T2仍加正向電壓，而把觸發(fā)信號改為反向信號(圖5b)，這時雙向可 控硅觸發(fā)導通后，通態(tài)電流的方向仍然是從 T2到T1。我們把這種觸發(fā)叫做“第一象限 的負觸發(fā)”或稱為I-觸發(fā)方式。兩個主電極加上反向電壓 U12(圖5c)，輸入正向觸發(fā)信號，雙向可控硅導通后， 通態(tài)電流從T1流向T2。雙向可控硅按第三象限特性曲線工作，因此把這種觸發(fā)叫做川 +觸發(fā)方式。(4)兩個主電極仍然加反向電壓 U12， 輸入的是反向觸發(fā)信號(圖5d)，雙向可控 硅導通后，通態(tài)電流仍從T1流向T2。這種觸發(fā)就叫做川-觸發(fā)方式。雙向可控硅雖然有以上四種

9、觸發(fā)方式， 但由于負信號觸發(fā)所需要的觸發(fā)電壓和電流 都比較小。工作比較可靠，因此在實際使用時，負觸發(fā)方式應用較多。需要什么樣的觸發(fā)電路雙向可控硅的觸發(fā)電路，在實際應用中，根據用途不同大體上可分成兩類，一類是用來調節(jié)電壓、電流的，另一類是作為交流開關使用的，它們兩者的觸發(fā)電路也有所不 同。用作調節(jié)電壓、電流的典型電路是燈光調節(jié)電路，它要求發(fā)光源上得到的是可調節(jié)的電壓和電流，因此；它的觸發(fā)電路 必須是能夠改變雙向可控硅導通角 大小的，見圖6。這種觸發(fā)電路可以 象普通可控硅觸發(fā)電路一樣，利用雙 基極二極管組成，見圖7。通過調節(jié) 電阻R的大小可以改變RC時間常數(shù)，從而改變了觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，達到改變

10、可控硅導通角的目的。圖中脈沖變壓器 T初級的黑點表示變壓器次級得到的脈沖電壓正好與初級的電壓相位相反。串接在觸發(fā) 回路中的二極管保證了只允許反向脈沖加到控制極G和主電極T1，從而實現(xiàn)了反向觸發(fā)。在這種觸發(fā)電路中，也可以用一種叫做雙向二極管的元件來代替雙基極二極管。雙 向二極管是一種小功率五層二端元件，它的正反向伏安特性曲線和雙向可控硅一樣，但 它沒有控制極，當兩個極之間所加的電壓達到轉折電壓時，雙向二極管便導通。圖8(a)就是利用雙向二極管2CTS組成的觸發(fā)電路。當電源電壓處于正半周時，電源電壓通過 RI向C1充電，電容C1上的電壓極性是上正下負。當這個電壓增高達到雙向二圾管的 轉折電壓時，雙

11、向二極管突然轉折導通，使雙向可控硅的控制極G和主電極T1之間得到一個正向觸發(fā)脈沖，可控硅導通。這時就相當于1+觸發(fā)方式。在電源電壓過零的瞬間， 雙向可控硅自動阻斷；當電源電壓處于負半周時 ，電源電壓對電容 C1反向充電，C1上 電壓的極性為下正上負，當這個電壓值充到等于雙向二極管的轉折電壓時，雙向二極管 突然反向導通，使雙向可控硅得到一個反向觸發(fā)信號，于是雙向可控硅導通。這時就相 當于川-觸發(fā)方式。在這個電路中，調節(jié) R1韻阻值，可以改變R1C1的時間常數(shù)，因而 改變了觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻，也就是改變了雙向可控硅的導通角，達到了調節(jié)燈光的目 的。電路中各處電壓的波形見圖 8 (b)其中UL是電燈

12、兩端的電壓。雙向可控硅 的另一類用途是 作交流無觸點開 關使用。這時因 為只是控制其開通和關閉，不要求改變輸出電壓的大小，所以不需要復雜的觸發(fā)電路，一般只需用一個開關和一個限流電阻就可以達到目的。圖9就是利用開關K和限流電阻R組成的最簡單的觸發(fā)電路。當交流電壓處于正半周時， T1為正，T2為負，這時只要把開關K閉合 一下，控制極 G 與主電極 T1 之間便加上一個反向觸發(fā)電壓，于是雙向可控硅被觸發(fā)導 通。這時相當于川-觸發(fā)方式。當電源電壓過零時，雙向可控硅就自動阻斷。當電源電 壓為負半周時，T1為負，T2為正，只要把開關K閉合一下，G和TI之間就加上一個 正向電壓，也能使雙向可控硅觸發(fā)導通。這

13、時相當于1+觸發(fā)方式。當電源電壓重新過零時，雙向可控硅就重新自動阻斷。如此周而復始，雙向可控硅就起到一個交流無觸點 雙向開關的作用。這里的開關 K 可以是繼電器接點， 也可以是微動開關、行程開關或晶體管開關電路。例如自動生產線中的行車在運行過程中，每到一個工位要發(fā)出一個信息。這時可以在每 個工位上安裝一個擋塊，而在行車上安裝一個行程開關。每當行車到達工位時，擋塊便 碰撞行程開關使接點K閉合一次，雙向可控硅就被觸發(fā)導通；于是由數(shù)控系統(tǒng)S發(fā)出指 令控制生產機械按預先編好的程序自動運行，實現(xiàn)了生產自動化。雙向可控硅性能、極性判別方法 在實際應用或是診斷電路故障時， 常需要判別雙向可控硅各電極的極性及

14、其性能的 好壞。下面介紹業(yè)余條件下的簡易判別方法。極性的判別：將萬用電表量程開關置于“ Rx1 ”（或Rx10”）擋，用黑表筆固定接一 電極，用紅表筆分別去測另兩個電極，當測得的兩個阻值都是無窮大時，那么黑表筆所 接電極就是T2。若測得的阻值不全為無窮大，則應將黑表筆換接另一個電極再測。判 別了電極 T2 后，用兩只表筆測 T1 和 G 兩極，再調換表筆測一次，比較兩次測得的結 果，測得阻值較小時，黑表筆所接電極就是 T1 ，紅表筆所接電極就是控制極 G。好壞的判別：在已知各電極極性的條件下，將萬用電表置“ Rx1”擋，黑表筆接G， 紅表筆接TI，測得阻值為幾十歐姆（因功率不同，其阻值略有偏差

15、），紅表筆改接T2,阻 值應無窮大；然后再將黑表筆接 T1，紅表筆接G,測得結果應為幾十歐，再將黑表筆 改接T2，阻值也應無窮大。用兩只表筆測T1、T2兩極之間的電阻，再調換表筆測一次， 兩次測得的阻值均應無窮大。測量結果若滿足上述要求，一般可以判定該器件是好的。 如果G與T1之間的電阻等于零，或 G與T2、T1與T2之間的電阻都很小，就表明器 件內部巳擊穿或短路，如果 G 與 T1 之間的電阻為無窮大，則表明器件內部斷路。使用雙向可控硅要注意的問題在使用雙向可控硅時， 除了普通可控硅所應注意的問題以外， 還需要注意以下幾點。1、雙向可控硅通常有耐壓、額定導通電流、觸發(fā)電流、漏電流和電壓降等參

16、數(shù)， 其中前兩項在應用中最為重要。例如用其控制燈泡，由于燈泡未亮時燈絲電阻很小，點 亮瞬間，沖擊電流要比正常工作時的電流大 1020 倍，一旦選用管子參數(shù)時未留有足 夠的余量，就有可能使管子受大電流沖擊而損壞。2、普通可控硅在參數(shù)表或合格證中給出的額定電流是平均值，而雙向可控硅給出 的額定電流是有效值。因此在利用雙向可控硅代替兩個并聯(lián)反接的普通可控硅時，必須 經過換算后再去挑選合格的元件。換算的公式是 IT=O . 45IKs。式中：IT 普通可控硅 額定電流（安）;IKS 雙向可控硅額定電流 安）。例如，一個額定電流為500安的雙向可 控硅在作為雙向開關使用時， 相當于兩個多少額定電流值的普通可控硅 ?由換算公式可 得，IT=0.45x500（安）=225（安）從普通可控硅參數(shù)系列中可以查到，近似的數(shù)值為 200，安。所以額定電流為 500 安的雙向可控硅在作交流雙向開關使用時， 可以代替兩只額定電流為 200安的普通可控 硅。3、實際使用中，在選擇雙向可控硅的觸發(fā)電路時，一方面應盡量選用較容易觸發(fā) 的反向觸發(fā)信號，另一方面應使觸發(fā)信號的電壓和電流盡可能的高些和大一些。通常應 該使觸發(fā)電流比手冊中查出的 Ic 值大一倍左右。4、選擇雙向可控硅時，應選額定電流值大于負載電流有效值的雙向可控硅。對于 電容性負載還應注意過電流保護。5、對