三端雙向可控硅（Triac）是一種高速固態(tài)器件，可以在正弦波形的兩個方向上切換和控制交流電源。

晶閘管和三端雙向可控硅都可以用于控制燈具、電機或加熱器等。然而，使用晶閘管控制此類電路的一個問題是，像二極管一樣，晶閘管是一種單向器件，意味著它只在一個方向上傳遞電流，從陽極到陰極。

對于直流開關(guān)電路，這種“單向”開關(guān)特性可能是可以接受的，因為一旦觸發(fā)，所有直流電源都會直接傳遞到負(fù)載。但在正弦交流開關(guān)電路中，這種單向開關(guān)可能是一個問題，因為它只在陽極為正的半個周期內(nèi)導(dǎo)通（如半波整流器），無論門極信號如何。因此，在交流操作中，晶閘管只能向負(fù)載提供一半的功率。

為了獲得全波功率控制，我們可以在全波橋式整流器中連接一個晶閘管，在每個正半波觸發(fā)，或者將兩個晶閘管反向并聯(lián)（背靠背）連接，如下所示，但這增加了開關(guān)電路的復(fù)雜性和使用的組件數(shù)量。

晶閘管配置

晶閘管配置

然而，還有一種稱為“三端交流開關(guān)”或簡稱Triac的半導(dǎo)體器件，也是晶閘管家族的一員，可以用作固態(tài)功率開關(guān)器件。但Triac相對于可控硅整流器（SCR）的最大優(yōu)勢在于它是一種“雙向”開關(guān)器件。

換句話說，Triac可以通過施加到其陽極的正負(fù)電壓以及施加到其門極的正負(fù)觸發(fā)脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，使其成為兩象限開關(guān)門控器件。

Triac的行為就像兩個傳統(tǒng)的晶閘管反向并聯(lián)（背靠背）連接在一起，由于這種安排，兩個晶閘管共享一個共同的門極端子，全部封裝在一個三端封裝中。

由于它在正弦波形的兩個方向上導(dǎo)通，用于識別晶閘管主電源端子的陽極和陰極端子的概念被替換為：MT1，用于主端子1和MT2用于主端子2，門極端子G的引用相同。

在大多數(shù)交流開關(guān)應(yīng)用中，Triac的門極端子與MT1端子相關(guān)聯(lián)，類似于晶閘管的門極-陰極關(guān)系或晶體管的基極-發(fā)射極關(guān)系。用于表示Triac的結(jié)構(gòu)、P-N摻雜和原理圖符號如下所示。

Triac符號和結(jié)構(gòu)

Triac符號

我們現(xiàn)在知道，“Triac”是一種4層、PNPN在正方向和NPNP在負(fù)方向的三端雙向器件，在“關(guān)閉”狀態(tài)下阻止電流，像開路開關(guān)一樣，但與傳統(tǒng)的晶閘管不同，它可以在任一方向上通過單個門極脈沖觸發(fā)導(dǎo)通。然后，Triac有四種可能的觸發(fā)操作模式，如下所示。

Ι + 模式 = MT2電流為正（+ve），門極電流為正（+ve）

Ι – 模式 = MT2電流為正（+ve），門極電流為負(fù)（-ve）

ΙΙΙ + 模式 = MT2電流為負(fù)（-ve），門極電流為正（+ve）

ΙΙΙ – 模式 = MT2電流為負(fù)（-ve），門極電流為負(fù)（-ve）

這些操作模式可以使用其I-V特性曲線顯示。

I-V特性曲線

Triac特性曲線

在象限Ι中，Triac通常通過正門極電流觸發(fā)導(dǎo)通，標(biāo)記為模式Ι+。但它也可以通過負(fù)門極電流觸發(fā)，模式Ι–。同樣，在象限ΙΙΙ中，觸發(fā)負(fù)門極電流，–ΙG也很常見，模式ΙΙΙ–以及模式ΙΙΙ+。然而，模式Ι–和ΙΙΙ+是較不敏感的配置，需要比更常見的Triac觸發(fā)模式Ι+和ΙΙΙ–更大的門極電流來觸發(fā)。

此外，就像可控硅整流器（SCR）一樣，Triac也需要最小保持電流IH以在波形交叉點維持導(dǎo)通。然后，即使兩個晶閘管組合成一個單一器件，它們?nèi)匀槐憩F(xiàn)出單獨的電氣特性，如不同的擊穿電壓、保持電流和觸發(fā)電壓水平，與我們期望的單個SCR器件完全相同。

Triac應(yīng)用

Triac是最常用的半導(dǎo)體器件，用于交流系統(tǒng)的開關(guān)和功率控制，因為Triac可以通過正或負(fù)門極脈沖“開啟”，無論當(dāng)時交流電源的極性如何。這使得Triac非常適合控制燈具或交流電機負(fù)載，如下所示的基本Triac開關(guān)電路。

基本Triac開關(guān)電路

Triac作為開關(guān)

上面的電路顯示了一個簡單的直流觸發(fā)Triac功率開關(guān)電路。當(dāng)開關(guān)SW1打開時，沒有電流流入Triac的門極，因此燈“關(guān)閉”。當(dāng)SW1關(guān)閉時，門極電流通過電阻R從電池電源VG施加到Triac，Triac被驅(qū)動到完全導(dǎo)通，像閉合開關(guān)一樣，燈從正弦電源中汲取全功率。

由于電池在開關(guān)SW1關(guān)閉時向Triac提供正門極電流，因此無論MT2端子的極性如何，Triac都會在模式Ι+和ΙΙΙ+中持續(xù)門控。

當(dāng)然，這個簡單的Triac開關(guān)電路的問題是我們需要額外的正或負(fù)門極電源來觸發(fā)Triac導(dǎo)通。但我們也可以使用實際的交流電源電壓本身作為門極觸發(fā)電壓來觸發(fā)Triac?？紤]下面的電路。

Triac開關(guān)電路

Triac開關(guān)電路

該電路顯示了一個Triac用作簡單的靜態(tài)交流電源開關(guān)，提供“開啟”-“關(guān)閉”功能，類似于之前的直流電路。當(dāng)開關(guān)SW1打開時，Triac充當(dāng)開路開關(guān)，燈通過零電流。當(dāng)SW1關(guān)閉時，Triac通過限流電阻R門控“開啟”，并在每個半周期開始后不久自鎖，從而將全功率切換到燈負(fù)載。

由于電源是正弦交流電，Triac在每個交流半周期結(jié)束時自動解鎖，因為瞬時電源電壓和負(fù)載電流短暫降至零，但只要開關(guān)保持關(guān)閉，就會在下一個半周期使用相反的晶閘管半部重新鎖定。這種類型的開關(guān)控制通常稱為全波控制，因為正弦波的兩個半波都被控制。

由于Triac實際上是兩個背靠背連接的SCR，我們可以通過修改門極觸發(fā)方式進(jìn)一步改進(jìn)這個Triac開關(guān)電路，如下所示。

改進(jìn)的開關(guān)電路

改進(jìn)的開關(guān)電路

如上所述，如果開關(guān)SW1在位置A打開，則沒有門極電流，燈“關(guān)閉”。如果開關(guān)移動到位置B，門極電流在每個半周期流動，與之前相同，Triac在模式Ι+和ΙΙΙ–中操作，燈汲取全功率。

然而，這次當(dāng)開關(guān)連接到位置C時，二極管將阻止在MT2為負(fù)時觸發(fā)門極，因為二極管反向偏置。因此，它只在正半周期導(dǎo)通，僅在模式I+中操作，燈將以半功率點亮。然后，根據(jù)開關(guān)的位置，負(fù)載關(guān)閉、半功率或全開。

Triac相位控制

另一種常見的開關(guān)電路使用相位控制來改變電壓量，從而改變施加到負(fù)載（在這種情況下是電機）的功率，用于輸入波形的正負(fù)半波。這種類型的交流電機速度控制提供了完全可變和線性的控制，因為電壓可以從零調(diào)整到全施加電壓，如圖所示。

相位控制

相位控制

這個基本的相位觸發(fā)電路使用Triac與電機串聯(lián)在交流正弦電源上?？勺冸娮鑆R1用于控制Triac門極上的相移量，從而通過在不同時間在交流周期內(nèi)開啟它來控制施加到電機的電壓量。

Triac的觸發(fā)電壓來自VR1 – C1組合通過Diac（Diac是一種雙向半導(dǎo)體器件，有助于提供尖銳的觸發(fā)電流脈沖以完全開啟Triac）。

在每個周期開始時，C1通過可變電阻VR1充電。這持續(xù)到C1上的電壓足以觸發(fā)Diac導(dǎo)通，從而使電容器C1放電到Triac的門極，使其“開啟”。

一旦它被觸發(fā)導(dǎo)通并飽和，它有效地短路了與其并聯(lián)連接的門極觸發(fā)相位控制電路，并在剩余的半周期內(nèi)接管控制。

正如我們在上面看到的，Triac在半周期結(jié)束時自動關(guān)閉，VR1 – C1觸發(fā)過程在下一個半周期重新開始。

然而，由于Triac在每個操作模式中需要不同量的門極電流，例如Ι+和ΙΙΙ–，因此Triac是不對稱的，這意味著它可能不會在每個正負(fù)半周期的完全相同點觸發(fā)。

這個簡單的Triac速度控制電路不僅適用于交流電機速度控制，還適用于燈調(diào)光器和電加熱器控制，實際上與許多家庭中使用的Triac調(diào)光器非常相似。然而，商業(yè)Triac調(diào)光器不應(yīng)用作電機速度控制器，因為通常Triac調(diào)光器僅用于電阻負(fù)載，如白熾燈。

然后，我們可以通過總結(jié)其主要點來結(jié)束這個Triac教程：

“Triac”是另一種4層、3端晶閘管器件，類似于SCR。

它可以在任一方向上觸發(fā)導(dǎo)通。

它有四種可能的觸發(fā)模式，其中2種是首選的。

當(dāng)正確使用時，使用Triac進(jìn)行電氣交流功率控制非常有效，用于控制電阻型負(fù)載，如白熾燈、加熱器或便攜式電動工具和小型電器中常見的通用電機。

但請記住，這些器件可以直接連接到主交流電源，因此在測試電路時應(yīng)斷開電源控制器件與主電源的連接。請記住安全第一！