Diac和Triac組成的相位控制電路課件

工業(yè)電子學(xué)

IndustrialElectronics張勁燕編著工業(yè)電子學(xué)

In第五章雙向三極體和雙向二極體工業(yè)電子學(xué)

IndustrialElectronics第五章工業(yè)電子學(xué)

I本章章節(jié)5.1緒論5.2

Triac的電氣特性5.3元件結(jié)構(gòu)和工作原理 5.4金氧半閘控Triac5.5包裝外型及接腳量測 5.6基本觸發(fā)電路 5.7緩衝和電源界面5.8雙向觸發(fā)二極體5.9

Diac-Triac相位控制電路本章章節(jié)5.1緒論Triac的電路符號Triac的元件符號和基本電路如圖5.1所示。Triac的三個端點(diǎn)分別是M1、M2和G（或T1、T2和G，或MT1、MT2和G，或A1、A2和G）。M：main主要的。T：terminal，端點(diǎn)或端子。MT：mainterminal主要的端點(diǎn)。A：anode，陽極。Triac有二個陽極，沒有陰極。圖5.1

Triac的(a)電路符號，(b)電路接線圖Triac的電路符號Triac的元件符號和基本電路如圖5.1Triac/SCR等效電路其實(shí)triac就像兩個並聯(lián)的SCR一樣。Triac／SCR的等效電路，如圖5.2所示。當(dāng)V2＞V1，SCR2作用，當(dāng)V2＜V1，SCR1作用，對triac而言，也有電流上升速率太快，而使元件燒壞的效用，防止方法也和SCR相似。圖5.2

Triac/SCR等效電路Triac/SCR等效電路其實(shí)triac就像兩個並聯(lián)的SC偏壓下閘極電流和各電壓情況當(dāng)triac的外加偏壓使主端點(diǎn)2（MT2）較正，亦即順向或正向主端點(diǎn)偏壓時(shí)，由閘極流向主端點(diǎn)1（MT1）的電流會觸發(fā)triac，使其導(dǎo)通。圖5.3(a)即表示此種狀況下的電壓極性和電流方向。此時(shí)triac的觸發(fā)和SCR完全一樣。

圖5.3

(a)正向主端點(diǎn)偏壓，(b)反向主端點(diǎn)偏壓，閘極電流和各電壓情況偏壓下閘極電流和各電壓情況當(dāng)triac的外加偏壓使主端點(diǎn)2（Triac的主端點(diǎn)電壓波形和其負(fù)載電壓波形

圖5.4

Triac的主端點(diǎn)電壓波形和其負(fù)載電壓波形Triac的主端點(diǎn)電壓波形和其負(fù)載電壓波形圖5.4Tri常用的Triac的電性規(guī)格最大功率的triac，電壓高到1600V，電流超過300A。Triac使用的交流頻率限制於60或400赫，如果頻率過高，triac在導(dǎo)通之後，可能無法截止。SCR只在間隔半週之內(nèi)導(dǎo)通，可以工作於比較高的頻率。常用的Triac的電性規(guī)格最大功率的triac，電壓高到1Triac的元件結(jié)構(gòu)Triac的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的閘流體（thyristor）複雜的多，如圖5.5所示。它是一個六層的結(jié)構(gòu)，有五個p－n接面，三個電極短路。Triac可以被看成以pnp結(jié)構(gòu)為主，擴(kuò)散三個n區(qū)。除了p1－n1－p2－n2構(gòu)成主要的四層，還有一個接面閘極n3區(qū)、一個n4區(qū)。以M1使p2和n2短路，以M2使p1和n4短路，以閘極電極使n3和p2短路。

圖5.5

Triac的元件結(jié)構(gòu)Triac的元件結(jié)構(gòu)Triac的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的閘流體（thyrTriac的四種不同觸發(fā)模式此元件在不同偏壓狀況的工作情形，如圖5.6所示。當(dāng)端點(diǎn)M2的電位大於M1，正電壓加到閘極，如圖5.6(a)所示，元件像一個傳統(tǒng)的閘流體，接面J4和J5為逆向偏壓，非主動。主電流由元件左側(cè)p1－n1－p2－n2流動。圖5.6(b)，M2電位大於M1，而且負(fù)電壓加到閘極，J4為順向偏壓，電子從n3發(fā)射到p2，輔助的閘流體p1－n1－p2－n3啟動，由於電晶體n3－p2－n1的放大作用，因而觸發(fā)左側(cè)p1－n1－p2－n3閘流體導(dǎo)通。當(dāng)M2的電位低於M1，主閘流體為右側(cè)p2－n1－p1－n4，其餘圖5.6(c)、圖5.6(d)的原理和動作情形相似。圖5.6

Triac的四種不同觸發(fā)模式Triac的四種不同觸發(fā)模式此元件在不同偏壓狀況的工作情形，Triac的順向和逆向特性Triac的I－V特性曲線，如圖5.7所示。但這個曲線只表示出閘極未加觸發(fā)電壓的曲線。

圖5.7

Triac的順向和逆向特性Triac的順向和逆向特性Triac的I－V特性曲線，如圖5Triac的觸發(fā)模式與SCR的情況一樣，一般triac加至T2與T1的電壓，都比VDROM為小，因?yàn)樵陂l極與T2之間還加一個觸發(fā)的閘極信號電壓。再參考圖5.8，我們可歸納下列四項(xiàng)要點(diǎn)：1.正導(dǎo)通方向，電流是從triac的T2流至T1（可對照圖5.6(a)和(b)）。2.負(fù)導(dǎo)通方向，電流是由triac的T1流至T2（可對照圖5.6(c)和(d)）。3.不管是在正或負(fù)導(dǎo)通的期間，只要T1－T2間的電流低於保持電流Ih以下，triac就如同開關(guān)一樣，由導(dǎo)通狀態(tài)變成截止?fàn)顟B(tài)。4.不管在那一種方向，一旦triac導(dǎo)通後，T1－T2間的電壓降大約為1V左右。因此，當(dāng)triac導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)triac的電流大小是由負(fù)載電阻RL所限制。Triac的觸發(fā)模式與SCR的情況一樣，一般triac加至TTriac加閘極電流觸發(fā)之I－V特性當(dāng)triac加上閘極電流之後，導(dǎo)通電壓降低，如圖5.8所示。第一象限如同SCR，閘極電流越大，導(dǎo)通電壓越小。Triac在第三象限的I－V和第一象限成對稱關(guān)係。

圖5.8

Triac加閘極電流觸發(fā)之I－V特性Triac加閘極電流觸發(fā)之I－V特性當(dāng)triac加上閘極電流V字槽MOS閘控triac結(jié)構(gòu)圖及其I－V特性

以金氧半（MOS）閘極控制製作的V字槽閘流體，如圖5.9所示。閘極結(jié)構(gòu)必須延伸進(jìn)入n漂移區(qū)（driftregien），陽極－陰極加正電壓VAK，當(dāng)閘極電壓等於金氧半元件的臨限電壓（thresholdvoltage），閘極氧化物下的半導(dǎo)體反轉(zhuǎn)（inversion），電子從上層n＋射出，經(jīng)p基極，到n漂移區(qū)，使n漂移區(qū)的電位下降，p＋陽極和n漂移區(qū)的順向偏壓加大，元件像閘流體一樣導(dǎo)通，陽極－陰極電壓大幅下降。圖5.9

V字槽MOS閘控triac，(a)結(jié)構(gòu)圖，(b)I－V特性V字槽MOS閘控triac結(jié)構(gòu)圖及其I－V特性以金氧半（MMOS閘斷閘流體結(jié)構(gòu)其及等效電路另一個金氧半元件，可以利用正閘極電壓使其導(dǎo)通，負(fù)閘極電壓使其截止，如圖5.10所示。原因是負(fù)閘極電壓使PMOS導(dǎo)通，因而使npnBJT的射極－基極（EB）短路。此元件的工作像一個閘斷開關(guān)（gateturnoffswitch，GTO）。圖5.10

MOS閘斷閘流體，(a)結(jié)構(gòu)，(b)等效電路MOS閘斷閘流體結(jié)構(gòu)其及等效電路另一個金氧半元件，可以利用正Triac的判別判斷此元件為triac或SCR，測試其接腳是否正常（不短路、不開路）可用三用電錶，將電錶放在R×1檔。T1和T2之間應(yīng)該為高阻抗（近乎無窮大），G與T1之間應(yīng)為低阻抗（約在10Ω左右）。Triac的接腳測試，如表5.3所列。圖5.11

Triac接腳的判別Triac的判別判斷此元件為triac或SCR，測試其接腳是Triac接腳量測-11.先把電錶黑棒放在T2，而紅棒放在T1點(diǎn)上。如圖5.12所示，此時(shí)電錶不動。圖5.12

Triac接腳之量測－ⅠTriac接腳量測-11.先把電錶黑棒放在T2，而紅棒放在Triac接腳量測-22.將T2點(diǎn)與G點(diǎn)接觸，然後離開。此時(shí)錶頭指針將右轉(zhuǎn)至10Ω附近。（注意：黑棒仍然不可離開T1，而紅棒不可離開T2），如圖5.13所示，此時(shí)電錶右轉(zhuǎn)。圖5.13

Triac接腳之量測－ⅡTriac接腳量測-22.將T2點(diǎn)與G點(diǎn)接觸，然後離開。此Triac的包裝外觀圖5.14

Triac的包裝外型Triac的包裝外觀圖5.14Triac的包裝外型Triac的基本靜態(tài)開關(guān)此電路利用手動開關(guān)變換位置，以控制閘極的觸發(fā)電壓，當(dāng)開關(guān)放在電阻R的位置時(shí)，有電流流經(jīng)R加到triac的閘極上，使triac導(dǎo)通。如果開關(guān)仍然放在位置，triac繼續(xù)導(dǎo)通。若開關(guān)撥到位置，triac將在電源次半週截止。有時(shí)triac的兩端也接上一個RC電路，可預(yù)防triac作錯誤的導(dǎo)通，此RC分路也引掉過多的突波（spike）電流。

圖5.15

Triac的基本靜態(tài)開關(guān)Triac的基本靜態(tài)開關(guān)此電路利用手動開關(guān)變換位置，以控制閘Triac的雙向觸發(fā)Triac雖然可以雙向?qū)ǎ仨氺督涣鞯拿恳话脒L內(nèi)在閘極上加觸發(fā)電壓，才能使triac導(dǎo)通，如圖5.16所示，正半週時(shí)G點(diǎn)上的觸發(fā)信號必須為正電位，triac才能導(dǎo)通。當(dāng)電源為負(fù)半週時(shí)，G點(diǎn)上的觸發(fā)信號必須為負(fù)電位，否則triac就會截止。圖5.16

Triac的雙向觸發(fā)Triac的雙向觸發(fā)Triac雖然可以雙向?qū)ǎ仨氺督涣骱唵蔚拈l極控制電路及其改良型最簡便型的triac觸發(fā)電路示於圖5.17(a)，在每半週的延遲角時(shí)間內(nèi)，電容器C可經(jīng)由R1和R2充電。於正半週時(shí)，MT2的電壓較MT1為正，電容器C的上面板極性為正，當(dāng)C上的電壓足以經(jīng)R3供應(yīng)triac觸發(fā)所需的閘極電流（IGT）時(shí)，triac即導(dǎo)通。在負(fù)半週時(shí)，C的極性相反，下面板極性為正，上面板為負(fù)，當(dāng)C上的負(fù)壓若足以供應(yīng)由MT1進(jìn)入，而由R3流出的閘極觸發(fā)電流時(shí)，triac也會導(dǎo)通。圖5.17

(a)簡單的閘極控制電路，(b)改良型閘極控制電路簡單的閘極控制電路及其改良型最簡便型的triac觸發(fā)電路示於以二極體、電阻做triac導(dǎo)通相位控制圖5.19所示為二個二極體D1、D2和一個可變電阻VR構(gòu)成的triac觸發(fā)電路，實(shí)際上的電路當(dāng)然沒有這種組態(tài)，但此電路可以幫助我們瞭解triac的控制電路。當(dāng)交流電源為正半週時(shí)，電流經(jīng)D1和VR加到triac的閘極，當(dāng)觸發(fā)電位夠大，triac導(dǎo)通。改變VR的電阻，即可控制激發(fā)角和導(dǎo)通角。圖5.19以二極體、電阻做triac導(dǎo)通相位控制以二極體、電阻做triac導(dǎo)通相位控制圖5.19所示為二個二Triac的相位控制所謂相位控制（phasecontrol）即是藉控制交流電壓，以控制每一週期內(nèi)允許流入負(fù)載的電流。圖5.18為一基本的triac相移控制（phaseshiftcontrol）電路與全波相位控制的負(fù)載電壓波形。

圖5.18

Triac的相位控制Triac的相位控制所謂相位控制（phasecontroTriac的簡單緩衝作用對於交流triac緩衝，電流必須在二個主端點(diǎn)來回流動，電容器必須相等的充電、放電。不可以並聯(lián)一個電阻和一個二極體，因?yàn)檫@樣雖然可以快速充電，但放電時(shí)電流卻被限制住了。最簡單的triac緩衝方法是將SCR緩衝器電路去掉二極體，如圖5.20

Triac的簡單緩衝作用。圖5.20

Triac的簡單緩衝作用Triac的簡單緩衝作用對於交流triac緩衝，電流必須在二雙網(wǎng)路Triac緩衝器以此結(jié)構(gòu)，截止閘流體時(shí)，可將電源自負(fù)載移開。這樣才是安全的作法。如果把負(fù)載接到電源熱線，而切換中性線，觸發(fā)會比較簡單，但是非常危險(xiǎn)。當(dāng)閘流體截止，它是非主動的。它的兩端接到熱線，觸摸此非主動負(fù)載的任一端，會觸到電源熱線，可能會電死！圖5.21雙網(wǎng)路triac緩衝器雙網(wǎng)路Triac緩衝器以此結(jié)構(gòu)，截止閘流體時(shí)，可將電源自負(fù)載光耦合Triac驅(qū)動器概略圖光耦合的triac驅(qū)動器的概略圖和接腳，如圖5.22所示。此元件包括一光控矽雙向開關(guān)耦合一發(fā)光二極體（LED）。當(dāng)LED導(dǎo)通，矽雙向開關(guān)被啟動。以60赫驅(qū)動LED，導(dǎo)通時(shí)間80μS，觸發(fā)器電流大於600mA，可提供給SCR或triac使其導(dǎo)通。圖5.22光耦合的triac驅(qū)動器概略圖光耦合Triac驅(qū)動器概略圖光耦合的triac驅(qū)動器的概略圖比較器Triac驅(qū)動器界面電路一導(dǎo)火電路如圖5.23所示。要使矽雙向開關(guān)導(dǎo)火，才可觸發(fā)SCR或triac，就必須先啟通LED。圖5.23比較器－triac驅(qū)動器界面電路比較器Triac驅(qū)動器界面電路一導(dǎo)火電路如圖5.23所示。要Diac的結(jié)構(gòu)、特性及元件符號Diac的結(jié)構(gòu)，I－V特性和元件符號，如圖5.24所示。Diac也有負(fù)電阻區(qū)，diac的正反轉(zhuǎn)態(tài)電壓很接近，但不對稱，如一邊16V，另一邊12V。較大的那端會加個圓圈以做識別。圖5.24

Diac的(a)結(jié)構(gòu)，(b)I－V特性，(c)元件符號Diac的結(jié)構(gòu)、特性及元件符號Diac的結(jié)構(gòu)，I－V特性和元雙向pnpn開關(guān)的結(jié)構(gòu)另一種雙向p－n－p－n開關(guān)也可以當(dāng)作diac，它是二個傳統(tǒng)的蕭克萊二極體（Shockleydiode）反相並聯(lián)而成，結(jié)構(gòu)如圖5.25(a)所示，它能適應(yīng)二種極性的交流訊號。此M1代表主端點(diǎn)1，M2代表主端點(diǎn)2。利用短路陰極原理，我們可以將此安排集合為一個二端點(diǎn)雙向二極體，如圖5.25(b)所示。此結(jié)構(gòu)的對稱使得任意極性的電源電壓均有相同的結(jié)果。圖5.25雙向pnpn開關(guān)的結(jié)構(gòu)雙向pnpn開關(guān)的結(jié)構(gòu)另一種雙向p－n－p－n開關(guān)也可以當(dāng)作雙向二極體的元件符號及其I－V特性Diac有對稱的I－V特性，如圖5.26所示。和蕭克萊二極體相似，雙向二極體可以利用，使它超過轉(zhuǎn)折電壓或利用dv/dt激發(fā)使其導(dǎo)通。因?yàn)樵偕厥诘膭幼?，雙向p－n－p－n二極體開關(guān)比起交流激發(fā)的二極體，負(fù)電阻較大和順向壓降較小。圖5.26

(a)雙向二極體的元件符號，(b)I－V特性雙向二極體的元件符號及其I－V特性Diac有對稱的I－V特性Diac的交流測試電路於A、C二點(diǎn)間的波形圖一個diac交流電壓測試的電路，如圖5.27(a)所示。R1是保護(hù)用電阻，可變電阻VR可調(diào)整充放電的波形。C1的耐壓為150V。交流電源經(jīng)R1－VR－C1充電，當(dāng)C1之端電壓超過diac的崩潰電壓，C1經(jīng)diac和R2而放電，AC二點(diǎn)間的波形，如圖5.27(b)所示的鋸齒狀，無論交流電源的正半週或負(fù)半週均有鋸齒波出現(xiàn)。圖5.27

Diac的(a)交流測試電路，(b)A、C二點(diǎn)間的波形圖Diac的交流測試電路於A、C二點(diǎn)間的波形圖一個diac交流Diac的直流測試電路將電路修改，前端加二極體D1和電容C2作半波整流，以直流電加到R1上，如圖5.28所示。電路的充放電路徑和前圖相同，但C2兩端為直流電。若將D1和C2的極性同時(shí)反轉(zhuǎn)，可得負(fù)向直流電測試電路。圖5.28

diac的直流測試電路Diac的直流測試電路將電路修改，前端加二極體D1和電容C2Diac的充放電電路及波形圖若電源的極性倒轉(zhuǎn)，電壓波形就如圖5.29(c)所示。以diac觸發(fā)triac的電路，實(shí)際就是利用圖5.29(b)和圖5.29(c)的波形，由diac傳送到triac（或SCR）的閘極，作為觸發(fā)脈波。圖5.29

Diac的充放電電路及波形圖Diac的充放電電路及波形圖若電源的極性倒轉(zhuǎn)，電壓波形就如圖基本Diac弛張振盪電路及波形圖5.30所示為基本的diac弛張振盪器（relaxationoscillator）電路。當(dāng)電源VS加上時(shí)，diac處於截止?fàn)顩r，而電流經(jīng)R2向電容器C充電。當(dāng)電容器C兩端電壓上升至diac的轉(zhuǎn)態(tài)電壓VBR時(shí)，diac導(dǎo)通而電容器C經(jīng)diac放電，於電阻器R1上產(chǎn)生脈波輸出。圖5.30基本diac弛張振盪電路及波形基本Diac弛張振盪電路及波形圖5.30所示為基本的diaDiac弛振盪器用於激發(fā)閘流體電路圖5.31中，diac弛張振盪器頻率仍取決於R1、R2與C的充電時(shí)間常數(shù)。R3電阻器是用來限制電容器C的放電電流，若改變R3電阻值，可以調(diào)整輸出脈波的寬度。圖5.31

Diac弛振盪器用於激發(fā)閘流體電路Diac弛振盪器用於激發(fā)閘流體電路圖5.31中，diac弛張Diac做Triac的觸發(fā)元件圖5.32為diac-triac的相位控制電路，利用VR1和C1充放電，調(diào)整VR1作相角控制，R2C2是用來保護(hù)triac的緩衝器（snubber）。圖5.32

Diac做triac的觸發(fā)元件，(a)電路，(b)波形圖Diac做Triac的觸發(fā)元件圖5.32為diac-tri減少遲滯現(xiàn)象的Diac－Triac電路新增加的電阻10kΩ是避免VR1變?yōu)榱銜r(shí)，電容C的充電速率太快。電阻56kΩ和電容0.1μF是緩和電容C1的放電現(xiàn)象。圖5.33減少遲滯現(xiàn)象的diac－triac電路減少遲滯現(xiàn)象的Diac－Triac電路新增加的電阻10kΩDiac和Triac組成的相位控制電路圖5.34(a)所示，為由triacTIC226B和diac1N5411組成的相位控制調(diào)光電路。圖5.34

(a)由diac和triac組成的相位控制電路(b)VC、VG、VA2－A1和VL的波形Diac和Triac組成的相位控制電路圖5.34(a)所示，相位控制電路的遲滯現(xiàn)象及改善遲滯的電路遲滯現(xiàn)象表示當(dāng)電阻R由最大值慢慢調(diào)小時(shí)，燈泡的亮度控制不是漸漸增強(qiáng)，而是突然增強(qiáng)的。欲改善遲滯現(xiàn)象，多加二個電阻R和VR2及一個電容C即可，如圖5.35(b)所示，VR2100kΩ、電阻68kΩ和電容0.1μF，即可改善遲滯。圖5.35相位控制電路的(a)遲滯現(xiàn)象，(b)改善遲滯的電路相位控制電路的遲滯現(xiàn)象及改善遲滯的電路遲滯現(xiàn)象表示當(dāng)電阻R由Triac作調(diào)光器電阻利用triac作調(diào)光器，如圖5.36所示。利用diac－triac的基本相位控制電路，配合插座、氖氣管（BEN－2）插座上插燈泡，燈泡可用10W～100W或以上。調(diào)整可變電阻VR（或稱電位計(jì)potentiometer）的大小，來控制燈泡的亮度。圖5.36

Triac作調(diào)光器電阻Triac作調(diào)光器電阻利用triac作調(diào)光器，如圖5.36所Diac－triac控制光感測自動點(diǎn)燈電路以diac－triac控制電路，配合硫化鎘（CdS）光敏電阻（photosensitiveresistance），可作光感測自動點(diǎn)燈器，適於夜間室外用，如圖5.37所示。圖5.37Diac－triac控制光感測自動點(diǎn)燈電路Diac－triac控制光感測自動點(diǎn)燈電路以diac－tri工業(yè)電子學(xué)

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I本章章節(jié)5.1緒論5.2

Triac的電氣特性5.3元件結(jié)構(gòu)和工作原理 5.4金氧半閘控Triac5.5包裝外型及接腳量測 5.6基本觸發(fā)電路 5.7緩衝和電源界面5.8雙向觸發(fā)二極體5.9

Diac-Triac相位控制電路本章章節(jié)5.1緒論Triac的電路符號Triac的元件符號和基本電路如圖5.1所示。Triac的三個端點(diǎn)分別是M1、M2和G（或T1、T2和G，或MT1、MT2和G，或A1、A2和G）。M：main主要的。T：terminal，端點(diǎn)或端子。MT：mainterminal主要的端點(diǎn)。A：anode，陽極。Triac有二個陽極，沒有陰極。圖5.1

Triac的(a)電路符號，(b)電路接線圖Triac的電路符號Triac的元件符號和基本電路如圖5.1Triac/SCR等效電路其實(shí)triac就像兩個並聯(lián)的SCR一樣。Triac／SCR的等效電路，如圖5.2所示。當(dāng)V2＞V1，SCR2作用，當(dāng)V2＜V1，SCR1作用，對triac而言，也有電流上升速率太快，而使元件燒壞的效用，防止方法也和SCR相似。圖5.2

Triac/SCR等效電路Triac/SCR等效電路其實(shí)triac就像兩個並聯(lián)的SC偏壓下閘極電流和各電壓情況當(dāng)triac的外加偏壓使主端點(diǎn)2（MT2）較正，亦即順向或正向主端點(diǎn)偏壓時(shí)，由閘極流向主端點(diǎn)1（MT1）的電流會觸發(fā)triac，使其導(dǎo)通。圖5.3(a)即表示此種狀況下的電壓極性和電流方向。此時(shí)triac的觸發(fā)和SCR完全一樣。

圖5.3

(a)正向主端點(diǎn)偏壓，(b)反向主端點(diǎn)偏壓，閘極電流和各電壓情況偏壓下閘極電流和各電壓情況當(dāng)triac的外加偏壓使主端點(diǎn)2（Triac的主端點(diǎn)電壓波形和其負(fù)載電壓波形

圖5.4

Triac的主端點(diǎn)電壓波形和其負(fù)載電壓波形Triac的主端點(diǎn)電壓波形和其負(fù)載電壓波形圖5.4Tri常用的Triac的電性規(guī)格最大功率的triac，電壓高到1600V，電流超過300A。Triac使用的交流頻率限制於60或400赫，如果頻率過高，triac在導(dǎo)通之後，可能無法截止。SCR只在間隔半週之內(nèi)導(dǎo)通，可以工作於比較高的頻率。常用的Triac的電性規(guī)格最大功率的triac，電壓高到1Triac的元件結(jié)構(gòu)Triac的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的閘流體（thyristor）複雜的多，如圖5.5所示。它是一個六層的結(jié)構(gòu)，有五個p－n接面，三個電極短路。Triac可以被看成以pnp結(jié)構(gòu)為主，擴(kuò)散三個n區(qū)。除了p1－n1－p2－n2構(gòu)成主要的四層，還有一個接面閘極n3區(qū)、一個n4區(qū)。以M1使p2和n2短路，以M2使p1和n4短路，以閘極電極使n3和p2短路。

圖5.5

Triac的元件結(jié)構(gòu)Triac的元件結(jié)構(gòu)Triac的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的閘流體（thyrTriac的四種不同觸發(fā)模式此元件在不同偏壓狀況的工作情形，如圖5.6所示。當(dāng)端點(diǎn)M2的電位大於M1，正電壓加到閘極，如圖5.6(a)所示，元件像一個傳統(tǒng)的閘流體，接面J4和J5為逆向偏壓，非主動。主電流由元件左側(cè)p1－n1－p2－n2流動。圖5.6(b)，M2電位大於M1，而且負(fù)電壓加到閘極，J4為順向偏壓，電子從n3發(fā)射到p2，輔助的閘流體p1－n1－p2－n3啟動，由於電晶體n3－p2－n1的放大作用，因而觸發(fā)左側(cè)p1－n1－p2－n3閘流體導(dǎo)通。當(dāng)M2的電位低於M1，主閘流體為右側(cè)p2－n1－p1－n4，其餘圖5.6(c)、圖5.6(d)的原理和動作情形相似。圖5.6

Triac的四種不同觸發(fā)模式Triac的四種不同觸發(fā)模式此元件在不同偏壓狀況的工作情形，Triac的順向和逆向特性Triac的I－V特性曲線，如圖5.7所示。但這個曲線只表示出閘極未加觸發(fā)電壓的曲線。

圖5.7

Triac的順向和逆向特性Triac的順向和逆向特性Triac的I－V特性曲線，如圖5Triac的觸發(fā)模式與SCR的情況一樣，一般triac加至T2與T1的電壓，都比VDROM為小，因?yàn)樵陂l極與T2之間還加一個觸發(fā)的閘極信號電壓。再參考圖5.8，我們可歸納下列四項(xiàng)要點(diǎn)：1.正導(dǎo)通方向，電流是從triac的T2流至T1（可對照圖5.6(a)和(b)）。2.負(fù)導(dǎo)通方向，電流是由triac的T1流至T2（可對照圖5.6(c)和(d)）。3.不管是在正或負(fù)導(dǎo)通的期間，只要T1－T2間的電流低於保持電流Ih以下，triac就如同開關(guān)一樣，由導(dǎo)通狀態(tài)變成截止?fàn)顟B(tài)。4.不管在那一種方向，一旦triac導(dǎo)通後，T1－T2間的電壓降大約為1V左右。因此，當(dāng)triac導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)triac的電流大小是由負(fù)載電阻RL所限制。Triac的觸發(fā)模式與SCR的情況一樣，一般triac加至TTriac加閘極電流觸發(fā)之I－V特性當(dāng)triac加上閘極電流之後，導(dǎo)通電壓降低，如圖5.8所示。第一象限如同SCR，閘極電流越大，導(dǎo)通電壓越小。Triac在第三象限的I－V和第一象限成對稱關(guān)係。

圖5.8

Triac加閘極電流觸發(fā)之I－V特性Triac加閘極電流觸發(fā)之I－V特性當(dāng)triac加上閘極電流V字槽MOS閘控triac結(jié)構(gòu)圖及其I－V特性

以金氧半（MOS）閘極控制製作的V字槽閘流體，如圖5.9所示。閘極結(jié)構(gòu)必須延伸進(jìn)入n漂移區(qū)（driftregien），陽極－陰極加正電壓VAK，當(dāng)閘極電壓等於金氧半元件的臨限電壓（thresholdvoltage），閘極氧化物下的半導(dǎo)體反轉(zhuǎn)（inversion），電子從上層n＋射出，經(jīng)p基極，到n漂移區(qū)，使n漂移區(qū)的電位下降，p＋陽極和n漂移區(qū)的順向偏壓加大，元件像閘流體一樣導(dǎo)通，陽極－陰極電壓大幅下降。圖5.9

V字槽MOS閘控triac，(a)結(jié)構(gòu)圖，(b)I－V特性V字槽MOS閘控triac結(jié)構(gòu)圖及其I－V特性以金氧半（MMOS閘斷閘流體結(jié)構(gòu)其及等效電路另一個金氧半元件，可以利用正閘極電壓使其導(dǎo)通，負(fù)閘極電壓使其截止，如圖5.10所示。原因是負(fù)閘極電壓使PMOS導(dǎo)通，因而使npnBJT的射極－基極（EB）短路。此元件的工作像一個閘斷開關(guān)（gateturnoffswitch，GTO）。圖5.10

MOS閘斷閘流體，(a)結(jié)構(gòu)，(b)等效電路MOS閘斷閘流體結(jié)構(gòu)其及等效電路另一個金氧半元件，可以利用正Triac的判別判斷此元件為triac或SCR，測試其接腳是否正常（不短路、不開路）可用三用電錶，將電錶放在R×1檔。T1和T2之間應(yīng)該為高阻抗（近乎無窮大），G與T1之間應(yīng)為低阻抗（約在10Ω左右）。Triac的接腳測試，如表5.3所列。圖5.11

Triac接腳的判別Triac的判別判斷此元件為triac或SCR，測試其接腳是Triac接腳量測-11.先把電錶黑棒放在T2，而紅棒放在T1點(diǎn)上。如圖5.12所示，此時(shí)電錶不動。圖5.12

Triac接腳之量測－ⅠTriac接腳量測-11.先把電錶黑棒放在T2，而紅棒放在Triac接腳量測-22.將T2點(diǎn)與G點(diǎn)接觸，然後離開。此時(shí)錶頭指針將右轉(zhuǎn)至10Ω附近。（注意：黑棒仍然不可離開T1，而紅棒不可離開T2），如圖5.13所示，此時(shí)電錶右轉(zhuǎn)。圖5.13

Triac接腳之量測－ⅡTriac接腳量測-22.將T2點(diǎn)與G點(diǎn)接觸，然後離開。此Triac的包裝外觀圖5.14

Triac的包裝外型Triac的包裝外觀圖5.14Triac的包裝外型Triac的基本靜態(tài)開關(guān)此電路利用手動開關(guān)變換位置，以控制閘極的觸發(fā)電壓，當(dāng)開關(guān)放在電阻R的位置時(shí)，有電流流經(jīng)R加到triac的閘極上，使triac導(dǎo)通。如果開關(guān)仍然放在位置，triac繼續(xù)導(dǎo)通。若開關(guān)撥到位置，triac將在電源次半週截止。有時(shí)triac的兩端也接上一個RC電路，可預(yù)防triac作錯誤的導(dǎo)通，此RC分路也引掉過多的突波（spike）電流。

圖5.15

Triac的基本靜態(tài)開關(guān)Triac的基本靜態(tài)開關(guān)此電路利用手動開關(guān)變換位置，以控制閘Triac的雙向觸發(fā)Triac雖然可以雙向?qū)?，但必須於交流的每一半週內(nèi)在閘極上加觸發(fā)電壓，才能使triac導(dǎo)通，如圖5.16所示，正半週時(shí)G點(diǎn)上的觸發(fā)信號必須為正電位，triac才能導(dǎo)通。當(dāng)電源為負(fù)半週時(shí)，G點(diǎn)上的觸發(fā)信號必須為負(fù)電位，否則triac就會截止。圖5.16

Triac的雙向觸發(fā)Triac的雙向觸發(fā)Triac雖然可以雙向?qū)?，但必須於交流簡單的閘極控制電路及其改良型最簡便型的triac觸發(fā)電路示於圖5.17(a)，在每半週的延遲角時(shí)間內(nèi)，電容器C可經(jīng)由R1和R2充電。於正半週時(shí)，MT2的電壓較MT1為正，電容器C的上面板極性為正，當(dāng)C上的電壓足以經(jīng)R3供應(yīng)triac觸發(fā)所需的閘極電流（IGT）時(shí)，triac即導(dǎo)通。在負(fù)半週時(shí)，C的極性相反，下面板極性為正，上面板為負(fù)，當(dāng)C上的負(fù)壓若足以供應(yīng)由MT1進(jìn)入，而由R3流出的閘極觸發(fā)電流時(shí)，triac也會導(dǎo)通。圖5.17

(a)簡單的閘極控制電路，(b)改良型閘極控制電路簡單的閘極控制電路及其改良型最簡便型的triac觸發(fā)電路示於以二極體、電阻做triac導(dǎo)通相位控制圖5.19所示為二個二極體D1、D2和一個可變電阻VR構(gòu)成的triac觸發(fā)電路，實(shí)際上的電路當(dāng)然沒有這種組態(tài)，但此電路可以幫助我們瞭解triac的控制電路。當(dāng)交流電源為正半週時(shí)，電流經(jīng)D1和VR加到triac的閘極，當(dāng)觸發(fā)電位夠大，triac導(dǎo)通。改變VR的電阻，即可控制激發(fā)角和導(dǎo)通角。圖5.19以二極體、電阻做triac導(dǎo)通相位控制以二極體、電阻做triac導(dǎo)通相位控制圖5.19所示為二個二Triac的相位控制所謂相位控制（phasecontrol）即是藉控制交流電壓，以控制每一週期內(nèi)允許流入負(fù)載的電流。圖5.18為一基本的triac相移控制（phaseshiftcontrol）電路與全波相位控制的負(fù)載電壓波形。

圖5.18

Triac的相位控制Triac的相位控制所謂相位控制（phasecontroTriac的簡單緩衝作用對於交流triac緩衝，電流必須在二個主端點(diǎn)來回流動，電容器必須相等的充電、放電。不可以並聯(lián)一個電阻和一個二極體，因?yàn)檫@樣雖然可以快速充電，但放電時(shí)電流卻被限制住了。最簡單的triac緩衝方法是將SCR緩衝器電路去掉二極體，如圖5.20

Triac的簡單緩衝作用。圖5.20

Triac的簡單緩衝作用Triac的簡單緩衝作用對於交流triac緩衝，電流必須在二雙網(wǎng)路Triac緩衝器以此結(jié)構(gòu)，截止閘流體時(shí)，可將電源自負(fù)載移開。這樣才是安全的作法。如果把負(fù)載接到電源熱線，而切換中性線，觸發(fā)會比較簡單，但是非常危險(xiǎn)。當(dāng)閘流體截止，它是非主動的。它的兩端接到熱線，觸摸此非主動負(fù)載的任一端，會觸到電源熱線，可能會電死！圖5.21雙網(wǎng)路triac緩衝器雙網(wǎng)路Triac緩衝器以此結(jié)構(gòu)，截止閘流體時(shí)，可將電源自負(fù)載光耦合Triac驅(qū)動器概略圖光耦合的triac驅(qū)動器的概略圖和接腳，如圖5.22所示。此元件包括一光控矽雙向開關(guān)耦合一發(fā)光二極體（LED）。當(dāng)LED導(dǎo)通，矽雙向開關(guān)被啟動。以60赫驅(qū)動LED，導(dǎo)通時(shí)間80μS，觸發(fā)器電流大於600mA，可提供給SCR或triac使其導(dǎo)通。圖5.22光耦合的triac驅(qū)動器概略圖光耦合Triac驅(qū)動器概略圖光耦合的triac驅(qū)動器的概略圖比較器Triac驅(qū)動器界面電路一導(dǎo)火電路如圖5.23所示。要使矽雙向開關(guān)導(dǎo)火，才可觸發(fā)SCR或triac，就必須先啟通LED。圖5.23比較器－triac驅(qū)動器界面電路比較器Triac驅(qū)動器界面電路一導(dǎo)火電路如圖5.23所示。要Diac的結(jié)構(gòu)、特性及元件符號Diac的結(jié)構(gòu)，I－V特性和元件符號，如圖5.24所示。Diac也有負(fù)電阻區(qū)，diac的正反轉(zhuǎn)態(tài)電壓很接近，但不對稱，如一邊16V，另一邊12V。較大的那端會加個圓圈以做識別。圖5.24

Diac的(a)結(jié)構(gòu)，(b)I－V特性，(c)元件符號Diac的結(jié)構(gòu)、特性及元件符號Diac的結(jié)構(gòu)，I－V特性和元雙向pnpn開關(guān)的結(jié)構(gòu)另一種雙向p－n－p－n開關(guān)也可以當(dāng)作diac，它是二個傳統(tǒng)的蕭克萊二極體（Shockleydiode）反相並聯(lián)而成，結(jié)構(gòu)如圖5.25(a)所示，它能適應(yīng)二種極性的交流訊號。此M1代表主端點(diǎn)1，M2代表主端點(diǎn)2。利用短路陰極原理，我們可以將此安排集合為一個二端點(diǎn)雙向二極體，如圖5.25(b)所示。此結(jié)構(gòu)的對稱使得任意極性的電源電壓均有相同的結(jié)果。圖5.25雙向pnpn開關(guān)的結(jié)構(gòu)雙向pnpn開關(guān)的結(jié)構(gòu)另一種雙向p－n－p－n開關(guān)也可以當(dāng)作雙向二極體的元件符號及其I－V特性Diac有對稱的I－V特性，如圖5.26所示。和蕭克萊二極體相似，雙向二極體可以利用，使它超過轉(zhuǎn)折電壓或利用dv/dt激發(fā)使其導(dǎo)通。因?yàn)樵偕厥诘膭幼?，雙向p－n－p－n二極體開關(guān)比起交流激發(fā)的二極體，負(fù)電阻較大和順向壓降較小。圖5.26

(a)雙向二極體的元件符號，(b)I－V特性雙向二極體的元件符號及其I－V特性Diac有對稱的I－V特性Diac的交流測試電路於A、C二點(diǎn)間的波形圖一個diac交流電壓測試的電路，如圖5.27(a)所示。R1是保護(hù)用電阻，可變電阻VR可調(diào)整充放電的波形。C1的耐壓為150V。交流電源經(jīng)R1－VR－C1充電，當(dāng)C1之端電壓超過diac的崩潰電壓，C1經(jīng)diac和R2而放電，AC二點(diǎn)間的波形，如圖5.27(b)所示的鋸齒狀，無論交流電源的正半週或負(fù)半週均有鋸齒波出現(xiàn)。圖5.27

Diac的(a)交流測試電路，(b)A、C二點(diǎn)間的波形圖Diac的交流測試電路於A、C二點(diǎn)間的波形圖一個diac交流Diac的直流測試電路將電路修改，前端加二極體D1和電容C2作半波整流，以直流電加到R1上，如圖5.28所示。電路的充放電路徑和前圖相同，但C2兩端為直流電。若將D1和C2的極性同時(shí)反轉(zhuǎn)，可得負(fù)向直流電測試電路。圖5.28

diac的直流測試電路Diac的直流測試電路將電路修改，前端加二極體D1和電容C2Diac的充放電電路及波形圖