双向可控硅

1．工作原理

双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有3个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的(都从N层引出)，所以它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，而是把与控制极相近的叫做第一电极T1(A1)，另一个叫做第二电极T2(A2)。双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是因为双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止状态的位置，必须采取相应的保护措施。双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。

图2－34 双向可控硅的符号、外形、结构、与等效电路

双向晶闸管旧称双向可控硅，相当于两个单向晶闸管的反极并联而成。双向晶闸管的结构如图2－34所示，从图2－34(a)可以看出，它是属于NPNPN五层半导体器件，有3个电极，分别称为第一电极T、第二电极T2、控制极G，T、T2又称为主电极。双向晶闸管符号如图2－34(d)所示，其外形有平板型、螺栓型、塑封型多种，图图2－34(e)所示为小功率塑封晶闸管的外形。

为了便于说明问题，我们不妨把图图2－34(a)看成是由左右两部分组合而成的，如图2－33(b)。这样一来，原来的双向晶闸管就被分解成两个P－N－P－N型结构的普通的单向晶闸管了。如果把左边从下往上看的P1－N1－P2－N2部分叫做正向的话，那么右边从下往上看的N3－P1－N3－P2部分就成为反向，它们之间正好是一正一反地并联在一起，我们把这种联接叫做反向并联。因此，从电路功能上可以把它等效成图2－34(c)。也就是说，一个双向晶闸管在电路中的作用是和两只普通的单向晶闸管反向并联起来等效的。这也正是双向晶闸管为什么会有双向控制导通特性的根本原因。

对于两只反向并联的单向晶闸管来说，因为它们各自都有自己的控制极，所以必须通过两个控制极的协调工作，才能达到控制电路的目的。而双向晶闸管却不同，它只有一个控制极，通过这惟一的控制极就能控制双向晶闸管的正常工作。显然，它的触发电路比起两只反向并联的单向晶闸管的触发电路要简单得多。这不仅给设计和制造带来很多方便，而且也使电路的可靠性得到提高，设备的体积缩小，重量减轻，这是双向晶闸管的一个突出的优点。

2．双向晶闸管的伏安特性

如前所述，双向晶闸管在结构上相当于两个单向晶闸管反极性并联，于是它具有两个方向都导通、关断特性，即具有两个方向对称的伏安特性，其特性曲线如图2－35所示。由图可见，双向晶闸管的特性曲线是由一、三两个象限内的曲线组合成的。第一象限的曲线说明当加到主电极上的电压使T2对T1的极性为正压时，我们称为正向电压，并用符号U21，表示。当这个电压逐渐增加到等于转折电压UBO时，图2－34(b)左边的晶闸管导通，这时的通态电流方向是从T2流向T1，从图中可以看到，触发电流越大，转折电压就越低，这种情形与单向晶闸管的触发导通规律是一致的。

图2－35 双向可控硅的伏安特性曲线

当加到主电极上的电压使T1对T2的极性为正时，叫做反向电压，并用符号U12表示。当这个电压达到转折电压值时，图2－34(b)右边的晶闸管便触发导通，这时的电流方向是从T1到T2，这时双向晶闸管的特性曲线，如图2－35中第三象限所示。一、三象限的特性曲线就应该是对称的。

在上述两种情况，除了加到主电极上的电压和导通电流的方向相反外，它们的触发导通规律却是相同的。如果这两个并联连接的管子特性完全相同的话，通过对特性曲线的分析可以知道，对双向晶闸管来说，无所谓阳极和阴极。在图2－34(b)中的任何一个主电极，对一个管子是阳极，对另一个管子就是阴极，反过来也一样。因此，双向晶闸管无论主电极加上的是正向或是反向电压，它都能被触发导通。不仅如此，双向晶闸管还有一个重要的特点，不管触发信号的极性如何，即不管所加的触发信号电压UG是正向还是反向，都能触发导通。也就是可以用交流信号来做触发信号，使它能作为一个交流双向开关使用。

双向晶闸管的触发电路，通常有两类，一类是双向晶闸管用于调节电压、电流的场合，此时要求触发电路能改变双向晶闸管的导通角的大小，可采用单结晶体管(双基二极管)或双向二极管触发电路。另一类是双向晶闸管用作交流无触点开关的场合，此时双向晶闸管仅需开通和关闭，无须改变其导通角，故触发电路简单，一般只用一只限流电阻直接引用交流信号触发。

目前，双向晶闸管广泛地应用于交流调压、调速、调光及交流开关等电路中。此外，还被用于固态继电器和固态接触器中。

3．用万用表检测双向晶闸管

(1)用模拟万用表检测双向晶闸管

①判定T2极。G极与T1极靠近，距T2极较远，G－T1间的正、反向电阻都很小，而T2－G、T2－T1之间正、反向电阻为∞。因此，可用万用电表的R×l挡检测G、T1、T2中任意两个电极间的正、反向电阻，其中若测得两个电极间的正、反向电阻都呈现低阻，约为100Ω左右，则这为G极、T1极，余者便是T2极。

采用T0－220封装的双向晶闸管，T2通常与小散热板连通，由此也能确定T2极。

②区分G极和T极。找出T2极之后，先假定剩下两脚中某一脚为T1极，另一脚为G极。将万用表拨至R×l电阻挡，按下述步骤测试。

把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着在保持红表笔与T2极相接的情况下用红表笔先把T2与G短路，给G极加上负触发信号，电阻值应为10Ω左右，证明管子已经导通，导通方向为T1－b T20再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，如果电阻值保持不变，就表明管子在触发之后能维持导通状态。

红表笔接T1极，黑表笔接T2极，然后在保持黑表笔与T2极继续接触情况下，使T2与G短路，给G极加上正触发信号，电阻值仍为10Ω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，因此具有双向触发特性。由此证明上述假定正确。若假定与实际不符，应重新作出假定，重复上述试验，便能判别G极与T极。

③质量的判别。在识别G、T的过程中也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果无论怎样对换T极、G极的假设，都不能使双向晶闸管触发导通，则被测管可能已损坏。

(2)用数字式万用表检测双向晶闸管

①判定双向晶闸管的电极。由双向晶闸管内部结构图可知，双向晶闸管的主电极T1与控制极G相距得很近，主电极T2与控制极G相距较远，而且中间间隔有多个反向相连的PN结，因此G－T1之间的正、反向电阻都很小，而T2－G、T2－T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这说明，若某一只引脚与其他两只引脚都不通，则这一只引脚必然是主电极T2。

测试时将万用表置于20MΩ挡，测量双向晶闸管各引脚之间的电阻值，找到一只与其余两引脚均不通的引脚(显示溢出符号“l”)，这只引脚就是主电极T2。

由于用数字式万用表测量控制极G与主电极T1之间的正、反向电阻值非常接近，因此用测量电阻值的方法来区分G极与T1极比较困难。可以在检测双向晶闸管的触发功能时来区分G极与T1极。

②检测双向晶闸管的触发功能。用数字万用表检查双向闸管的触发能力，有两种方法可供选择。

方法1 用电阻挡检测

将数字万用表置于电阻20kΩ挡，红表笔接T2极，黑表笔接T1极，控制极G悬空，此时晶闸管截止，万用表显示溢出符号“1”。

然后在红表笔与T2极保持接触的同时，用它的笔尖接触一下控制极G，给晶闸管加上正触发电压，晶闸管立即导通(导通方向为T2－T1)，显示值减小到几百欧至几千欧。若显示值不变，说明晶闸管已损坏。

交换红、黑两支表笔，再次进行上述两步测试，测试结果应该类似，说明双向晶闸管被负触发电压触发后也能够导通(导通方向为T1－T2)。

经过上述几步测试，证明被测双向晶闸管能在两个方向上导通，判定其质量良好。

注意: 数字式万用表的电阻挡测试电压很低，电流也很小，测试时提供的触发电压较低，一旦把控制极G的触发电压撤除，晶闸管将无法维持导通状态，万用表又恢复到显示溢出符号“1”，这属于正常情况。

方法2 用h FE测试挡检测

使用万用表的h FE挡也能够检查双向品闸管的触发能力。

首先把万用表置于h FE测试的NPN挡，这时h FE插座上的C插孔带正电，E插孔带负电，C－E之间的电压为2．8V。将双向晶闸管的G极悬空，把T1极插入E插孔，T2极插入C插孔，这时万用表显示值为“000”，表明双向晶闸管截止。

然后用镊子把G极与插入C插孔的T2极短接一下，利用C插孔上的+2．8V电压作触发电压，万用表的显示值立即从“000”开始迅速增加，直到h FE挡出现过载，显示溢出符号“1”，说明双向晶闸管导通(导通方向为T1－T2)。

因为双向晶闸管可以被触发导通，由此也可判断出插入E插孔的确实是T1，插入C插孔的是T2，如果T2插反，G极与插入C插孔的电极短接时晶闸管不会导通。

再把万用表拨至h FE测试的PNP挡，使h FE测试插座C、E插孔的极性互相交换，对双向晶闸管进行另一方向的测试。由于G极悬空，万用表显示值为“000”，表明双向晶闸管截止。

然后将G极与T2极短接一下，对G极加上－2．8V的触发电压，万用表显示值立即从“000”开始迅速增加，直到h FE挡出现过载，显示溢出符号“1”，说明管子沿T1－T2方向导通。

由于被测双向晶闸管能在两个方向上导通，说明其质量良好。

注意: 由于万用表的h FE挡可提供较大的电流与电压，因此双向晶闸管一旦被触发导通后，即使断开G极与T2极的接触，双向晶闸管仍能维持导通状通状态不变。