雙向觸發(fā)二極管（Diac）教程

雙向觸發(fā)二極管（Diac）是一種雙結雙向半導體器件，設計用于在交流電壓超過一定水平時擊穿，并在任一方向上傳遞電流。

雙向觸發(fā)二極管（Diac）是另一種固態(tài)、三層、雙結半導體器件，但與晶體管不同，Diac沒有基極連接，使其成為一種兩端子器件，標記為A1和A2。

Diac是一種電子元件，不提供控制或放大功能，但其行為類似于雙向開關二極管，因為它們可以從合適的交流電壓源的任一極性傳導電流。

在我們關于SCR和三端雙向可控硅（Triac）的教程中，我們看到在開關應用中，這些器件可以通過產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)門極電流的簡單電路觸發(fā)，如圖所示。

晶閘管電路

當開關S1打開時，沒有門極電流流動，燈“關閉”。當開關S1關閉時，門極電流IG流動，SCR僅在正半周期導通，因為它在象限Ι中工作。

我們還記得，一旦被門控“開啟”，SCR只有在電源電壓下降到其陽極電流IA小于其保持電流IH的值時才會再次“關閉”。

如果我們希望控制燈電流的平均值，而不僅僅是“開啟”或“關閉”，我們可以在預設的觸發(fā)點施加一個短脈沖的門極電流，以允許SCR僅在部分半周期內(nèi)導通。然后，通過改變周期開始和觸發(fā)點之間的延遲時間T，可以改變燈電流的平均值。這種方法通常稱為“相位控制”。

但要實現(xiàn)相位控制，需要兩件事。一個是可變相移電路（通常是一個RC無源電路），另一個是某種形式的觸發(fā)電路或器件，當延遲波形達到一定水平時，可以產(chǎn)生所需的門極脈沖。設計用于產(chǎn)生這些門極脈沖的一種固態(tài)半導體器件是Diac。

Diac的構造類似于晶體管，但沒有基極連接，允許它以任一極性連接到電路中。Diac主要用于相位觸發(fā)和可變功率控制應用中的觸發(fā)器件，因為Diac有助于提供更尖銳和更即時的觸發(fā)脈沖（與穩(wěn)定上升的斜坡電壓相比），用于“開啟”主開關器件。

Diac的符號和電壓-電流特性曲線如下所示。

Diac符號和I-V特性

Diac特性

從上面的Diac I-V特性曲線中我們可以看到，Diac在兩個方向上阻止電流流動，直到施加的電壓大于VBR，此時器件擊穿，Diac像齊納二極管一樣大量導通，傳遞一個突然的電壓脈沖。這個VBR點稱為Diac的擊穿電壓或轉(zhuǎn)折電壓。

在普通齊納二極管中，隨著電流的增加，其上的電壓將保持不變。然而，在Diac中，晶體管作用導致電壓隨著電流的增加而降低。一旦進入導通狀態(tài)，Diac的電阻下降到非常低的值，允許相對較大的電流流動。對于大多數(shù)常見的Diac，如ST2或DB3，其擊穿電壓通常在±25到35伏之間。更高的轉(zhuǎn)折電壓額定值也是可用的，例如DB4 Diac的40伏。

這種作用使Diac具有負電阻特性，如上所示。由于Diac是一種對稱器件，因此它在正負電壓下具有相同的特性，正是這種負電阻作用使Diac適合作為SCR或Triac的觸發(fā)器件。

Diac應用

如上所述，Diac通常用作其他半導體開關器件（主要是SCR和Triac）的固態(tài)觸發(fā)器件。Triac廣泛用于燈調(diào)光器和電機速度控制器等應用中，因此Diac與Triac一起使用，以提供交流電源的全波控制，如圖所示。

Diac交流相位控制

Diac Triac相位控制

隨著交流電源電壓在周期開始時增加，電容器C通過固定電阻R1和電位器VR1的串聯(lián)組合充電，其板上的電壓增加。當充電電壓達到Diac的轉(zhuǎn)折電壓（ST2約為30伏）時，Diac擊穿，電容器通過Diac放電。

放電產(chǎn)生一個突然的電流脈沖，觸發(fā)Triac導通。觸發(fā)Triac的相位角可以通過VR1改變，VR1控制電容器的充電速率。當VR1處于最小值時，電阻R1將門極電流限制在安全值。

一旦Triac被觸發(fā)導通，它通過流經(jīng)它的負載電流保持在“開啟”狀態(tài)，而電阻-電容器組合上的電壓受到Triac的“開啟”電壓的限制，并保持到當前交流電源半周期結束。

在半周期結束時，電源電壓降至零，使通過Triac的電流低于其保持電流IH，將其“關閉”，Diac停止導通。然后電源電壓進入下一個半周期，電容器電壓再次開始上升（這次在相反方向），觸發(fā)Triac的周期再次重復。

Triac導通波形

Triac導通波形

然后我們已經(jīng)看到，Diac是一種非常有用的器件，可用于觸發(fā)Triac，由于其負電阻特性，一旦達到一定的施加電壓水平，它可以迅速“開啟”。然而，這意味著每當我們想使用Triac進行交流功率控制時，我們還需要一個單獨的Diac。幸運的是，某個聰明人用稱為Quadrac的單一開關器件取代了單獨的Diac和Triac。

Quadrac基本上是一個Diac和Triac集成在一個半導體封裝內(nèi)，因此也被稱為“內(nèi)部觸發(fā)Triac”。這種一體化的雙向器件使用主端子電壓的任一極性進行門控，這意味著它可以用于全波相位控制應用，如加熱器控制、燈調(diào)光器和交流電機速度控制等。

Quadrac

與Triac一樣，Quadrac是一種三端半導體開關器件，標記為MT2用于主端子一（通常為陽極），MT1用于主端子二（通常為陰極），G用于門極端子。

Quadrac有多種封裝類型，取決于其電壓和電流開關要求，TO-220封裝是最常見的。Quadrac設計為大多數(shù)Triac器件的直接替代品。

Diac教程總結

在本Diac教程中，我們已經(jīng)看到，如ST2或DB3的Diac是一種兩端子電壓阻斷器件，可以在任一方向上導通。Diac具有負電阻特性，使其在達到一定的施加電壓水平時能夠迅速“開啟”。

由于Diac是一種雙向器件，當與BTAxx-600A或IRT80系列開關Triac配對時，它可以用作相位控制和一般交流電路（如燈調(diào)光器和電機速度控制）中的觸發(fā)器件。

Quadrac簡單來說就是帶有內(nèi)部連接Diac的Triac。與Triac一樣，Quadrac是雙向交流開關，可以使用主端子電壓的任一極性進行門控。