双向触发二极管是一种双结双向半导体器件,设计用于在交流电压超过一定水平时击穿,并在任一方向上传递电流。
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双向触发二极管是另一种固态、三层、双结半导体器件,但与晶体管不同,Diac没有基极连接,使其成为一种两端子器件,标记为A1和A2。
Diac是一种电子元件,不提供控制或放大功能,但其行为类似于双向开关二极管,因为它们可以从合适的交流电压源的任一极性传导电流。
在我们关于SCR和三端双向可控硅(Triac)的教程中,我们看到在开关应用中,这些器件可以通过产生稳态门极电流的简单电路触发,如图所示。
晶闸管电路当开关S1打开时,没有门极电流流动,灯“关闭”。当开关S1关闭时,门极电流IG流动,SCR仅在正半周期导通,因为它在象限Ι中工作。
我们还记得,一旦被门控“开启”,SCR只有在电源电压下降到其阳极电流IA小于其保持电流IH的值时才会再次“关闭”。
如果我们希望控制灯电流的平均值,而不仅仅是“开启”或“关闭”,我们可以在预设的触发点施加一个短脉冲的门极电流,以允许SCR仅在部分半周期内导通。然后,通过改变周期开始和触发点之间的延迟时间T,可以改变灯电流的平均值。这种方法通常称为“相位控制”。
但要实现相位控制,需要两件事。一个是可变相移电路(通常是一个RC无源电路),另一个是某种形式的触发电路或器件,当延迟波形达到一定水平时,可以产生所需的门极脉冲。设计用于产生这些门极脉冲的一种固态半导体器件是Diac。
Diac的构造类似于晶体管,但没有基极连接,允许它以任一极性连接到电路中。Diac主要用于相位触发和可变功率控制应用中的触发器件,因为Diac有助于提供更尖锐和更即时的触发脉冲(与稳定上升的斜坡电压相比),用于“开启”主开关器件。
Diac的符号和电压-电流特性曲线如下所示。
Diac符号和I-V特性
Diac特性从上面的Diac I-V特性曲线中我们可以看到,Diac在两个方向上阻止电流流动,直到施加的电压大于VBR,此时器件击穿,Diac像齐纳二极管一样大量导通,传递一个突然的电压脉冲。这个VBR点称为Diac的击穿电压或转折电压。
在普通齐纳二极管中,随着电流的增加,其上的电压将保持不变。然而,在Diac中,晶体管作用导致电压随着电流的增加而降低。一旦进入导通状态,Diac的电阻下降到非常低的值,允许相对较大的电流流动。对于大多数常见的Diac,如ST2或DB3,其击穿电压通常在±25到35伏之间。更高的转折电压额定值也是可用的,例如DB4 Diac的40伏。
这种作用使Diac具有负电阻特性,如上所示。由于Diac是一种对称器件,因此它在正负电压下具有相同的特性,正是这种负电阻作用使Diac适合作为SCR或Triac的触发器件。
Diac应用
如上所述,Diac通常用作其他半导体开关器件(主要是SCR和Triac)的固态触发器件。Triac广泛用于灯调光器和电机速度控制器等应用中,因此Diac与Triac一起使用,以提供交流电源的全波控制,如图所示。
Diac交流相位控制
Diac Triac相位控制随着交流电源电压在周期开始时增加,电容器C通过固定电阻R1和电位器VR1的串联组合充电,其板上的电压增加。当充电电压达到Diac的转折电压(ST2约为30伏)时,Diac击穿,电容器通过Diac放电。
放电产生一个突然的电流脉冲,触发Triac导通。触发Triac的相位角可以通过VR1改变,VR1控制电容器的充电速率。当VR1处于最小值时,电阻R1将门极电流限制在安全值。
一旦Triac被触发导通,它通过流经它的负载电流保持在“开启”状态,而电阻-电容器组合上的电压受到Triac的“开启”电压的限制,并保持到当前交流电源半周期结束。
在半周期结束时,电源电压降至零,使通过Triac的电流低于其保持电流IH,将其“关闭”,Diac停止导通。然后电源电压进入下一个半周期,电容器电压再次开始上升(这次在相反方向),触发Triac的周期再次重复。
Triac导通波形
Triac导通波形然后我们已经看到,Diac是一种非常有用的器件,可用于触发Triac,由于其负电阻特性,一旦达到一定的施加电压水平,它可以迅速“开启”。然而,这意味着每当我们想使用Triac进行交流功率控制时,我们还需要一个单独的Diac。幸运的是,某个聪明人用称为Quadrac的单一开关器件取代了单独的Diac和Triac。
Quadrac基本上是一个Diac和Triac集成在一个半导体封装内,因此也被称为“内部触发Triac”。这种一体化的双向器件使用主端子电压的任一极性进行门控,这意味着它可以用于全波相位控制应用,如加热器控制、灯调光器和交流电机速度控制等。
Quadrac与Triac一样,Quadrac是一种三端半导体开关器件,标记为MT2用于主端子一(通常为阳极),MT1用于主端子二(通常为阴极),G用于门极端子。
Quadrac有多种封装类型,取决于其电压和电流开关要求,TO-220封装是最常见的。Quadrac设计为大多数Triac器件的直接替代品。
Diac教程总结
在本Diac教程中,我们已经看到,如ST2或DB3的Diac是一种两端子电压阻断器件,可以在任一方向上导通。Diac具有负电阻特性,使其在达到一定的施加电压水平时能够迅速“开启”。
由于Diac是一种双向器件,当与BTAxx-600A或IRT80系列开关Triac配对时,它可以用作相位控制和一般交流电路(如灯调光器和电机速度控制)中的触发器件。
Quadrac简单来说就是带有内部连接Diac的Triac。与Triac一样,Quadrac是双向交流开关,可以使用主端子电压的任一极性进行门控。