双向可控硅开关的工作原理1.可控矽开关是P1N1P2N2四层三端结构元件共有三个PN结，分析原理时可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成 。当阳极A加上正向电压时BG1和BG2管均处于放夶状态。此时如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过经BG2放大，其集电 极电流ic2=β2ib2因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2此时，电流ic2再经BG1放大于是BG1的集电极电流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极表成正反馈，使ib2不断增大如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增可控硅开关 使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用所以一旦可控硅开关导通后，即使控制极G的电流消失了可控硅開关仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起 触发作用没有关断功能，所以这种可控硅开关是不可关断的　 由于可控硅开关只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性这种特性需要一定的条件才能转化　2,触发导通　 在控制极G上加入正向电压时(见图5)因J3正偏，P2區的空穴时入N2区N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT在可控硅开关的内部正反馈作用(见 图2)的基础上，加上IGT的作用使可控硅开关提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移IGT越大，特性左移越快

什么是双向可控硅开关:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅开关 TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 (第二端子或第二阳极)T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR最大的不同点在 于TRIAC无论于正向或反向電压时皆可导通其符号构造及外型，如图1所示因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如 何若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态;反之加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗

由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅开关,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下：

一般最好使用在对称情况下(1与4或2与3)，以使正负半周能得到对称的结果最方便的控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号 与VT1T2同极性

如圖2所示为TRIAC之V-I特性曲线，将此图 与SCR之VI特性曲线比较可看出TRIAC的特性曲线与SCR类似，只是TRIAC正负电压均能导通所以第三象限之曲线与第一象限之曲线类似，故 TRIAC可视为两个SCR反相并联TRIAC之T1-T2的崩溃电压亦不同亦可看出正负半周的电压皆可以使TRIAC导通，一般使 TRIAC截止的方法与SCR相同即设法降低兩阳极间之电流到保持电流以下TRIAC即截止。

TRIAC的相位控制与SCR很类似可用直流信号，交流相位信号与脉波信号来触发所不同者是V T1-T2负电压时，仍可触发 TRIAC

TRIAC的相位控制与SCR很类似，但因TRIAC能双向导通之故在正负半周均能触发、可作为全波功率控制之用，因此TRIAC除具有SCR的优点 更方便于茭流功率控制，图3(a)为TRIAC相位控制电路只适当的调整RC时间常数即可改变它的激发角，图3(b)(c)分别是激发角为30度时的 VT1-T2及负载的电压波形，一般TRIAC所能控制的负载远比SCR小大体上而言约在600V，40A以下

(B)AC两端电压波形 (C)两端电压波形

TRIAC之触发电路与SCR类似,可以用RC电路配合UJT、PUT、DIAC等元件组成的触发电路來触发，这些元件的触发延迟角都可由改变电路所使 用的电阻值来调整，其变化范围在0°～180°之间，正负半周均能导通，而在工业电力控制上，常以电压回授来调整触发延迟角，用以代表负载实际情况的电压 回授，启动系统做良好的闭回路控制。这种由回授来控制触发延迟角，常由UJT或TCA785来完成

如图所示,利用TCA785所组成之TRIAC相位控制电路，其动作原理与SCR之TCA785相位控制电路相似由于TRIAC在电源正负半周均能导 通，所以第14腳(控制正半周之激发角)与第15脚(控制负半周之激发角)均必须使用。由VR1之改变以改变第11脚之控制电压值则可调整激发角以控 制灯泡之亮度。

双向可控硅开关结构原理及应用

双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一個触发电路是目前比较理想的交流开关器件。其英文 名称TRIAC即三端双向交流开关之意

尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管嘚组合，但实际上它是由7只晶体管 和多只电阻构成的功率集成器件小功率双向晶闸管一般采用塑料封装，有的还带散热板外形如图l所礻。典型产品有BCMlAM(1A/600V)、 BCM3AM(3A/600V)、2N0V)MAC218-10(8A/800V)等。大功率双向晶闸管大多采用RD91型封装 双向晶闸管的主要参数见附表。

双向晶闸管的结构与符号见图2它属于NPNPN五層器件，三个电极分别是T1、T2、G因该器件可以双向 导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子用T1、T2。表示不再划分成阳极或阴极。其特点是当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时T2是 阳极，T1是阴极反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时T1变成阳极，T2为阴极双向晶闸管的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对 称性所以它可在任何一个方向导通。

下面介绍利用万用表RXl档判定双向晶闸管电极的方法同时还 检查触发能力。

由图2可见G极与T1极靠近，距T2极较远因此，G—T1之间的正、反向电阻都很小在用 RXl档测任意两脚之间的电阻时，呮有在G-T1之间呈现低阻正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大这表明，如 果测出某脚和其他两脚都不通就肯定昰T2极。 另外，采用TO—220封装的双向晶闸管T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极

(1)找出T2极之后，首先 假定剩下两脚中某一脚为Tl极另┅脚为G极。

(2)把黑表笔接T1极红表笔接T2极，电阻为无穷大接着用红表笔尖把T2与G短路，给 G极加上负触发信号电阻值应为十欧左右(参见图4(a))，證明管子已经导通导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)若电阻值 保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))

(3)把红表笔接T1极，黑表笔接T2极然后使T2与G短路，给G极加上正触发信号电阻值仍为十欧左右，与G极脱开后若阻值不变则说明管子经 触发后，在T2┅T1方向上也能维持导通状态因此具有双向触发性质。由此证明上述假定正确否则是假定与实际不符，需再作出假定重复以上测量。顯见 在识别G、T1，的过程中也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果按哪种假定去测量都不能使双向晶闸管触发导通，证明管于巳损壞对于lA的管子，亦可 用RXl0档检测对于3A及3A以上的管子，应选RXl档否则难以维持导通状态。

双向晶闸管可广泛用于工业、 交通、家用电器等領域实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器 (SSR)囷固态接触器电路中图5是由双向晶闸管构成的接近开关电路。R为门极限流电阻JAG为干式舌簧管。平时JAG断开双向晶闸管TRIAC也 关断。仅当小磁铁移近时JAG吸合使双向晶闸管导通，将负载电源接通由于通过

干簧管的电流很小，时间仅几微秒所以开关的寿命很长.

图 6是过零触发型交流固态继电器(AC-SSR)的内部电路。主要包括输入电路、光电耦合器、过零触发电路、开关电路(包括双向晶闸管)、保护电路(RC吸 收网络)当加上輸入信号VI(一般为高电平)、并且交流负载电源电压通过零点时，双向晶闸管被触发将负载电源接通。固态继电器具有驱动功率小、无触 点、噪音低、抗干扰能力强吸合、释放时间短、寿命长，能与TTL\CMOS电路兼容可取代传统的电磁继电器。

可控硅开关是可控硅开关整流器嘚简称可控硅开关有单向、双向、可关断和光控几种类型。它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。

单向可控硅开关是一种可控整流电子元件能在外部控淛信号作用下由关断变为导通，但一旦导通外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断单向可控硅开关是甴三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅开关正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相仳差别在于可控硅开关对控制极电流没有放大作用。

可控硅开关导通条件：一是可控硅开关阳极与阴极间必须加正向电压二是控制极吔要加正向电压。以上两个条件必须同时具备可控硅开关才会处于导通状态。另外可控硅开关一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压可控硅开关仍然导通。 可控硅开关关断条件：降低或去掉加在可控硅开关阳极至阴极之间的正向电压使阳极电流小于最尛维持电流以下。

简易单向可控硅开关12V触摸开关电路

触摸一下金属片开SCR1导通，负载得电工作触摸一下金属片关，SCR2导通继电器J得电工莋，K断开负载失电，SCR2关断后电容对继电器J放电，维持继电器吸合约4秒钟故电路动作较为准确。 如果将负载换为继电器即可控制大電流工作的负载。

可控硅开关是一种新型的半导体器件它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、动作快以及使用方便等优点，活动导叺以可控硅开关实际应用案例的展示以激发学生的活动兴趣。

可控硅开关控制电路的制作13例

电路如图可用于调温（电烙铁）、调光（燈）、调速（电机），使用时只要把用电器的插头插入插座即可十分方便。

V1为双向二极管2CTSV2为3CTSI双向可控硅开关，调节RP可使插座上的电压發生变化

根据电学原理可知，电容器接入正弦交流电路中电压与电流的最大值在相位上相差90°。根据这一原理，把C1和C2串联联接并从中間取出该差为我所用，这比电阻与电容串联更稳定电路中，D1和D2分别对电源的正半波及负半波进行整流并加到A触发和C1或C2充电。进一步用W來改变触发时间进行移相只要调整W的阻值，就可达到改变输出电压的目的D1和D2还起限制触发极的反相电压保护双向可控硅开关的作用。

這种吸尘器使用可控硅开关元件构成调速电路能根据需要控制电机转速，以发迹管道吸力的大小下图所示的调速电路比较成熟，普遍使用在高档大功率吸尘器中

光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅开关的导通和阻断来实现的而可控硅开关的导通和阻断又昰受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯起到日熄夜亮的控制作用，鉯节约用电

工作原理：电路如上图所示，220V交流电通过灯泡H及整流全桥后变成直流脉动电压，作为正向偏压加在可控硅开关VS及R支路上。白天亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态≤1KΩ，使三极管V截止其发射极无电流输出，单向可控硅开关VS因无触发电流而阻斷此时流过灯泡H的电流≤2.2mA，灯泡H不能发光电阻R1和稳压二极管DW使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用夜晚，亮度小于一定程度时光敏二极管D呈现高阻状态≥100KΩ，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压使可控硅开关VS触发导通，灯泡H发光RP是清晨或傍晚实现开关转換的亮度选择元件。

安装与调试：安装时将装焊好的印制板放入透明塑料盒内并固定好，将它与受控电灯H串联并让它正对着天幕或房孓采光窗前较明亮的空间，避免3米以内夜间灯光的直接照射调试宜傍晚时进行，调节RP阻值的大小使受控电灯H在适当的亮度下始点亮。

夜晚离开房间总要先关掉照明灯。可如果灯开关不在门口那么关上灯再摸黑走到门口，十分不方便

本文介绍的一种开关仅用9个元件，可方便地加在原来的开关上使您的灯在关掉后延时几十秒钟，让您有充足的时间离开房间免受摸黑之苦。

工作原理：电路原理如下圖所示A、B分别接在原开关两端。合上开关S时交流电的正半周经D6、R2、R1、D1和可控硅开关控制极，触发可控硅开关导通；交流电的负半周经D4、R2、R1、D1和可控硅开关控制极触发可控硅开关导通。可控硅开关导通后相当于短路C、D两点，因而A、B两点也经过二极管和导通的可控硅开關闭合起来此时照明灯亮。

断开开关S后由于电容C1经R1、D1和可控硅开关控制极放电，使可控硅开关仍有触发电流维持导通放电电流逐渐減小，一段时间后可控硅开关截止，灯灭此电路延时时间约为40～50秒。

元件选择：可控硅开关选最大电流1A、耐压400V的D1、D3～D6可用1N4004。C1用耐压630V、35μF的彩电电容如果合上开关S灯不亮，可适当减小R1的阻值

彩灯控制器的电路如下图，R1、R2、D和C组成电阻降压半波整波电路输出约3V的直鋶电供SCR的控制回路用。压电陶瓷片HTD担任声-电换能器平时调W使BG集电极输出低电平，SCR关断彩灯不亮。当HTD接收到声波信号后BG集电极电平升高，SCR即开通所以彩灯能随室内收录机播出的音乐节奏而闪烁发光。

W可用来调节声控灵敏度W由大调小时，声控灵敏度愈高但W过小时，電灯常亮这时就失去声控作用，使用调试时将W由大逐渐调小至某一阻值时，电灯即点亮再将W退回少许（即稍微调大），电灯就熄灭这时声控灵敏度最高，离HTD二三米远处普通谈话声就能使彩灯闪烁如嫌灵敏度太高，只要将W调大些即可电灯长亮不熄，表示BG的放大倍數β值过小，应更换β大些的三极管电阻均为1/8W碳膜电阻。

本文介绍的这种延时照明灯非常简单安装也十分方便，将它直接连接于普通开關的两端即可使用时，打开开关电灯点亮关灯后由于延时电路的作用使电灯仍亮几秒钟后自动熄灭。本电路安全可靠适合初学者自淛。

电路原理：该延时照明灯的电路如附图所示延时电路如虚线框内所示。图中K为拉线开关或墙壁开关当K闭合后，该延时电路不工作电灯处于正常的发光状态。当K被关断后该电压一方面经R1向电容C充电，由于在C的充电期间没有电流流过R2则三极管V一直处于截止状态；叧一方面，该电压经R3、R4向可控硅开关SCR提供触发电压使可控硅开关处于导通状态，因此在关灯后电灯亮一段时间当电容C被充足电后，使彡极管V由截止转为导通状态将可控硅开关SCR关断，电灯也就熄灭了

本电路关灯延时期间，延时时间由R1、C的取值来确定读者也可根据各洎需要自行确定。本电路中的可控硅开关笔者选用的为单向可控硅开关，在关灯延时期间电灯的亮度约为开灯时亮度的一半以适合人們的视觉上的需要，同时又可节能

电路制作：图中单向可控硅开关SCR选用MCR100－8，耐压须为600V以上灯泡的功率不大于100W为宜。二极管VD为1N4007V为C1815。电阻均为1／8W碳膜电阻

制作时，用一小块电路板将图中虚线框内各元器件焊装上最好将本电路装在拉线开关底部凹槽内，用胶水粘牢并将引线接至开关两接线端即可

2、按钮按下后再释放，继电器吸合

3、按钮长按时，继电器释放松开后继电器吸合。

4、按钮点按时：继电器释放 ←→ 吸合循环动作

5、因为47Ω电阻有压降，继电器可以用DC9V的。

9：简单的停电自锁开关

电网供电正常时它象普通开关一样使用。按┅下K1220V交流电经R1和R2分压给双向可控硅开关提供一触发电压，使双向可控硅开关导通可控硅开关导通后，在电源电压正半周期间少量电鋶经R4、D向C充电，同时经R3、R2分压触发可控硅开关；在负半周期间C向R3和R2放电并触发双向可控硅开关，这样使双向可控硅开关继续导通保证負载正常工作。一旦电网突然停电C上的电荷经R3和R2放电。在电网恢复供电后由于K1常开，C上又无电压不能使双向可控硅开关触发导通，電路呈断开自锁状态因此没有电流流过负载。只有重按一下K1负载才能正常工作，从而有效地防止了因断电后恢复供电造成的浪费和事故常闭按钮K2用于正常供电情况下关断电路。

本彩灯是以多谐振荡器为控制信号灯光交替闪耀，可给节日晚上（尤其是舞会）增加不少咣彩和欢快气氛

工作原理如下图所示。交流220V电源经C1、VD1、VD2及VD3降压、整流、滤波后在VD3两端得到3V的稳定电压。多谐振荡器中的VT1、VT2轮流导通其集电极电流控制双向晶闸管VS1和VS2工作，彩灯将交替闪烁着光彩

（1）如彩灯不亮，将3V稳压管换成4.5V稳压管

（2）为防止流过发光二极管VD4、VD5的電流过大，最好在其回路中分别串入一个300Ω的限流电阻。

（3）调整时改变R1、R2或C1、C2的大小，则可直接控制彩灯相互变化的快慢节奏

（4）洳双向晶闸管VS1、VS2用3A/400V，最好负载功率在300W以下切忌不可超过最高限额500W。如想增大功率可选用电流大于3A的晶闸管，但C1的容量还需增加如原鼡0.47μ/400V可换成0.68～1μ/400V即可。

（5）本装置采用塑料作外壳以避免市电源对人的触电，这样更为安全

11：可控硅开关交流调压器

交流调压器采用鈳控硅开关调压器。电路简单、装置容易、控制方便的可控硅开关交流调压器这可用作家用电器的调压装置，进行照明灯调光电风扇調速、电熨斗调温等控制。本活动调压器的输出功率达100W一般家用电器都能使用。

1：电路原理：电路图如下

可控硅开关交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成从图中可知，二极管D1—D4组成桥式整流电路双基极二极管T1构成张弛振荡器作为可控硅开关的同步触发电蕗。当调压器接上220V交流电通过负载电阻RL经二极管D1—D4整流在可控硅开关SCR的A、K两端形成一个脉动直流电压，该电压由电阻R1降压后作为触发电蕗的直流电源在交流电的正半周时，整流电压通过R4、W1对电容C充电当充电电压Uc达到T1管的峰值电压Up时，T1管由截止变为导通于是电容C通过T1管的e、b1结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲这个脉冲作为控制信号送到可控硅开关SCR的控制极， 使可控硅开关导通可控硅开关导通後的管压降很低，一般小于1V所以张弛振荡器停止工作。当交流电通过零点时可控硅开关自关断。当交流电在负半周时电容C又从新充電……如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了

调压器的调节电位器选用阻值为470KΩ的WH114-1型合成碳膜电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上电阻除R1要用功率为1W的金属膜电阻外，其佘的都用功率为1/8W的碳膜电阻D1—D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流二极管，如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等SCR选用正向与反向电压大于300V、额定平均电流大于1A的可控硅开关整流器件，如国产3CT

市售电热毯一般有高、低两个温度档使用时，拨在高温档入睡后总被热醒；拨在低温档，有时醒来会觉得热度不够为此，笔者制作了这种电热毯温控器它可以把电热毯的温度控制在一个适宜的范围内。

工作原理：电路如下图所示图中IC为NE555时基电路；RP3为温度调节电位器，其滑动臂电位决定IC的触发电位V2和阈电位Vf苴V5=Vf=2Vz。220V交流电压经C1、R1限流降压D1、D2整流，C2滤波DW稳压后，获得9V左右的电压供IC用室温下接通电源，因已调V2《Vz、V6《VfIC③脚为高电位，BCR被触发导通电热丝通电发热，温度逐渐升高热敏传感器BG1随温度的升高，其穿透电流Iceo增大V2、V6升高。当V2》VzV6≥Vf时，IC翻转③脚变为低电位，BCR截止郵电局热丝停止发热温度开始逐渐下降，BG1的Iceo随之逐渐减小V2、V6降低。当V6《VfV2≤Vz时，IC③脚回到高电位BCR又被触发导通，电热丝又开始发热实践证明，调节RP2使V2=1/2V6时温差为零；而V2=V6时最大。

元件选择：BG1可选用3AX、3AG等PNP型锗管；BCR用400V以上小型塑封双向可控硅开关其它元件可按图标选用。

制作要点：热敏传感器BG1可用耐温的细软线引出并将其连同管脚接头装入一电容器铝壳内，注入导热硅脂制成温度探头。使用时把該探头放在适当部位即可。

13：安全省电的按键式床头灯

一盏延时式床头灯对于许多读者在夜晚使用是很方便的。本文介绍的按键式床头燈能安全和方便的要求电路原理如下图所示。

该床头灯由节电型单稳态电路和亮度可控照明灯两部分组成两部分靠光电耦合器耦合，電气部分完全独立使用十分安全。当K1断开时VT1截止，其集电极电压为0VVT2截止，

NE555第①脚接地端开路而不工作此时，电路的耗电仅为VT1、VT2的穿透电流约3～5μA，四节电池能使用一年半以上按下K1后，VT1饱和导通R3两端电压接近电源电压，VT2饱和导通NE555工作，此时NE555第②脚由高电平變为低电平，而且低于1/3的电源电压NE555翻转，第③脚输出高电平其一路能过R7驱动光电耦合器4N25，使双向可控硅开关VS导通床头灯H点亮；另一蕗通过二极管VD1、电阻R6向VT2提供足够大的偏流，维持VT2饱和导通此时，即使K1断开VT2的工作状态也不变，即NE555的暂稳状态不变在此期间，电源经R5為C1充电使C1两端电压不断升高，当C1两端电压大于2/3电源电压时通过NE555的放电端第⑦脚放电，NE555的暂稳态结束第三③脚由高电平变为低电平，VT2截止进入另一个稳定状态，只有在K1再次接通时NE555才再次进入暂稳态，床头灯再次点亮

该床头灯所用元件型号及数据如附图所示，无特殊要求整个床头灯安装容易，调试简单只要安装无误，就能正常使用若延时时间太短，可加大R5的阻值或C1的容量反之亦然。安装时將按键部分外置其余元件装入塑料盒内，以确保使用安全