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(jié)雙向半導(dǎo)體器件，設(shè)計(jì)用于在交流電壓超過(guò)一定水平時(shí)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(jié)半導(dǎo)體器件，但與晶體管不同，Diac沒(méi)有基極連接，使其成為一種兩端子器件，標(biāo)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(kāi)關(guān)二極管，因?yàn)樗鼈兛梢詮暮线m的交流電壓源的任一極性傳導(dǎo)電流。

在我們關(guān)于SCR和三端雙向可控硅（Triac）的教程中，我們看到在開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，這些器件可以通過(guò)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)門(mén)極電流的簡(jiǎn)單電路觸發(fā)，如圖所示。

晶閘管電路

當(dāng)開(kāi)關(guān)S1打開(kāi)時(shí)，沒(méi)有門(mén)極電流流動(dòng)，燈“關(guān)閉”。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1關(guān)閉時(shí)，門(mén)極電流IG流動(dòng)，SCR僅在正半周期導(dǎo)通，因?yàn)樗谙笙蕈┲泄ぷ鳌?/p>

我們還記得，一旦被門(mén)控“開(kāi)啟”，SCR只有在電源電壓下降到其陽(yáng)極電流IA小于其保持電流IH的值時(shí)才會(huì)再次“關(guān)閉”。

如果我們希望控制燈電流的平均值，而不僅僅是“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”，我們可以在預(yù)設(shè)的觸發(fā)點(diǎn)施加一個(gè)短脈沖的門(mén)極電流，以允許SCR僅在部分半周期內(nèi)導(dǎo)通。然后，通過(guò)改變周期開(kāi)始和觸發(fā)點(diǎn)之間的延遲時(shí)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(shí)現(xiàn)相位控制，需要兩件事。一個(gè)是可變相移電路（通常是一個(gè)RC無(wú)源電路），另一個(gè)是某種形式的觸發(fā)電路或器件，當(dāng)延遲波形達(dá)到一定水平時(shí)，可以產(chǎn)生所需的門(mén)極脈沖。設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生這些門(mén)極脈沖的一種固態(tài)半導(dǎo)體器件是Diac。

Diac的構(gòu)造類似于晶體管，但沒(méi)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(yīng)用中的觸發(fā)器件，因?yàn)镈iac有助于提供更尖銳和更即時(shí)的觸發(fā)脈沖（與穩(wěn)定上升的斜坡電壓相比），用于“開(kāi)啟”主開(kāi)關(guān)器件。

Diac的符號(hào)和電壓-電流特性曲線如下所示。

Diac符號(hào)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(gè)方向上阻止電流流動(dòng)，直到施加的電壓大于VBR，此時(shí)器件擊穿，Diac像齊納二極管一樣大量導(dǎo)通，傳遞一個(gè)突然的電壓脈沖。這個(gè)VBR點(diǎn)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(dǎo)致電壓隨著電流的增加而降低。一旦進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，Diac的電阻下降到非常低的值，允許相對(duì)較大的電流流動(dòng)。對(duì)于大多數(shù)常見(jiàn)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(fù)電阻特性，如上所示。由于Diac是一種對(duì)稱器件，因此它在正負(fù)電壓下具有相同的特性，正是這種負(fù)電阻作用使Diac適合作為SCR或Triac的觸發(fā)器件。

Diac應(yīng)用

如上所述，Diac通常用作其他半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)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(jī)速度控制器等應(yīng)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(kāi)始時(shí)增加，電容器C通過(guò)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(dāng)充電電壓達(dá)到Diac的轉(zhuǎn)折電壓（ST2約為30伏）時(shí)，Diac擊穿，電容器通過(guò)Diac放電。

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

一旦Triac被觸發(fā)導(dǎo)通，它通過(guò)流經(jīng)它的負(fù)載電流保持在“開(kāi)啟”狀態(tài)，而電阻-電容器組合上的電壓受到Triac的“開(kāi)啟”電壓的限制，并保持到當(dāng)前交流電源半周期結(jié)束。

在半周期結(jié)束時(shí)，電源電壓降至零，使通過(guò)Triac的電流低于其保持電流IH，將其“關(guān)閉”，Diac停止導(dǎo)通。然后電源電壓進(jìn)入下一個(gè)半周期，電容器電壓再次開(kāi)始上升（這次在相反方向），觸發(fā)Triac的周期再次重復(fù)。

Triac導(dǎo)通波形

Triac導(dǎo)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(fù)電阻特性，一旦達(dá)到一定的施加電壓水平，它可以迅速“開(kāi)啟”。然而，這意味著每當(dāng)我們想使用Triac進(jìn)行交流功率控制時(shí)，我們還需要一個(gè)單獨(dú)的Diac。幸運(yùn)的是，某個(gè)聰明人用稱為Quadrac的單一開(kāi)關(guān)器件取代了單獨(dú)的Diac和Triac。

Quadrac基本上是一個(gè)Diac和Triac集成在一個(gè)半導(dǎo)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(jìn)行門(mén)控，這意味著它可以用于全波相位控制應(yīng)用，如加熱器控制、燈調(diào)光器和交流電機(jī)速度控制等。

Quadrac

與Triac一樣，Quadrac是一種三端半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，標(biāo)記為MT2用于主端子一（通常為陽(yáng)極），MT1用于主端子二（通常為陰極），G用于門(mén)極端子。

Quadrac有多種封裝類型，取決于其電壓和電流開(kāi)關(guān)要求，TO-220封裝是最常見(jiàn)的。Quadrac設(shè)計(jì)為大多數(shù)Triac器件的直接替代品。

Diac教程總結(jié)

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(dǎo)通。Diac具有負(fù)電阻特性，使其在達(dá)到一定的施加電壓水平時(shí)能夠迅速“開(kāi)啟”。

由于Diac是一種雙向器件，當(dāng)與BTAxx-600A或IRT80系列開(kāi)關(guān)Triac配對(duì)時(shí)，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(jī)速度控制）中的觸發(fā)器件。

Quadrac簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是帶有內(nèi)部連接Diac的Triac。與Triac一樣，Quadrac是雙向交流開(kāi)關(guān)，可以使用主端子電壓的任一極性進(jìn)行門(mén)控。