雙向觸發(fā)二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)DIAC，是一個(gè)重要的半導(dǎo)體器件。它與晶體管非常相似，因此更嚴(yán)格地稱(chēng)為晶體管而不是晶閘管。然而，DIAC在三端雙向可控硅(TRIAC)觸發(fā)和其他基于晶閘管的電路中具有重要作用。此外，多個(gè)門(mén)極觸發(fā)電路使用該器件來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的觸發(fā)穩(wěn)定性和抗噪性。
由于雙向觸發(fā)二極管是一種二端雙向開(kāi)關(guān)器件。所以在普通二極管的應(yīng)用中，這些端子不稱(chēng)為陽(yáng)極和陰極，也就說(shuō)明可以在任一方向都可以使用。
雙向觸發(fā)二極管的符號(hào)如下圖所示，它在兩個(gè)方向上都有兩個(gè)箭頭，這意味著它可以在電源電壓的任一極性下導(dǎo)通。對(duì)于晶閘管設(shè)備，雙向觸發(fā)二極管沒(méi)有控制端子作為門(mén)。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
雙向觸發(fā)二極管的結(jié)構(gòu)看起來(lái)像一個(gè)晶體管。但是，這兩者之間存在一些差異，主要表現(xiàn)在：
DIAC所有層中的摻雜濃度相同，而晶體管具有高度摻雜的發(fā)射極、輕度摻雜的集電極和中度摻雜的基極。
晶體管是三端器件，而DIAC是二端器件。
DIAC中的三個(gè)區(qū)域大小相等。
雙向觸發(fā)二極管可制成三層、四層或五層結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)更常用。三層雙向觸發(fā)二極管可以采用PNP或NPN結(jié)構(gòu)構(gòu)建。在PNP形式中，兩個(gè)端子連接到由N區(qū)隔開(kāi)的外部硅P區(qū)。這種結(jié)構(gòu)與沒(méi)有基極連接的PNP晶體管相同。
考慮PNP晶體結(jié)構(gòu)，其中端子1和2分別連接到由N層隔開(kāi)的P1和P2外層。當(dāng)端子T1相對(duì)于端子2為正時(shí)，結(jié)點(diǎn)P1-N正向偏置，P2-N反向偏置。當(dāng)達(dá)到P2-N的擊穿電壓時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)入導(dǎo)通模式，因此DIAC從端子1到端子2導(dǎo)通。如果端子2相對(duì)于端子1為正，則會(huì)發(fā)生相反的情況。
只要在雙向觸發(fā)二極管的端子上施加正或負(fù)電源電壓，只有很小的漏電流流過(guò)器件。因此，該器件可以在正向或反向阻塞模式下運(yùn)行。當(dāng)施加的電壓增加到等于擊穿電壓的值時(shí)，在反向偏置結(jié)處發(fā)生雪崩擊穿。
接下來(lái)，它開(kāi)始導(dǎo)通并表現(xiàn)出負(fù)電阻特性，即電流隨著施加電壓值的減小而增加。導(dǎo)通期間的電壓降非常小，等于雙向觸發(fā)二極管的導(dǎo)通狀態(tài)電壓降。當(dāng)它進(jìn)入導(dǎo)通模式時(shí)，電流會(huì)迅速增加。因此，為了使該傳導(dǎo)電流在任一方向上的安全操作水平，一個(gè)電阻與雙向觸發(fā)二極管串聯(lián)。
VI特性
下圖顯示了雙向觸發(fā)二極管的VI特性，該特性指示了流過(guò)雙向觸發(fā)二極管的電流相對(duì)于其兩端的電壓。只要其兩端的電壓在其從–VBO到+VBO的轉(zhuǎn)折限制范圍內(nèi)，雙向觸發(fā)二極管提供的電阻就非常高。
因此，小漏電流流過(guò)器件，用于施加小于+VBO的正電壓和小于-VBO的負(fù)電壓。該特性部分中的區(qū)域OA是阻擋區(qū)域。在這些條件下，DIAC作為開(kāi)路開(kāi)關(guān)工作。電壓+VBO和-VBO是擊穿電壓，通常在 30到50伏的范圍內(nèi)。
一旦施加的正電壓或負(fù)電壓大于相應(yīng)的擊穿電壓，這意味著在上圖中的點(diǎn)A，雙向觸發(fā)二極管開(kāi)始導(dǎo)通，器件兩端的電壓降變?yōu)閹追?。AB部分代表雙向觸發(fā)二極管的傳導(dǎo)。
這種傳導(dǎo)一直持續(xù)到器件電流低于其保持電流水平。從圖中可以看出，反向和正向操作區(qū)域的保持電流和轉(zhuǎn)折電壓值相同。第一和第三象限特性代表雙向觸發(fā)二極管的正向和反向偏置條件。
主要應(yīng)用
由于三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)需要正或負(fù)柵極脈沖才能進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。雖然它可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻觸發(fā)電路來(lái)觸發(fā)，但為了可靠和快速地開(kāi)啟，一個(gè)雙向觸發(fā)二極管與柵極串聯(lián)使用更為有效。
因此，雙向觸發(fā)二極管主要用作三端雙向可控硅的觸發(fā)裝置。在當(dāng)前市場(chǎng)上，有多種Diac-Triac匹配對(duì)可用于不同的控制電路。此外，DIAC還可以用作電機(jī)調(diào)速、調(diào)光、熱控等相位控制電路中的觸發(fā)裝置。
示例電路
1、調(diào)光器電路
下圖顯示了調(diào)光器電路。通過(guò)使用它，可以平滑地控制饋入燈的功率。可變柵極電壓由三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)柵極端的RC振蕩排列產(chǎn)生。當(dāng)設(shè)備關(guān)閉時(shí)，電壓的上升速率受到三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)串聯(lián)R4-C1網(wǎng)絡(luò)的限制。
當(dāng)輸入電壓施加到電路時(shí)，C1和C2開(kāi)始以由電阻R2確定的速率充電。每當(dāng)電容器C3兩端的電壓超過(guò)DIAC的導(dǎo)通電壓時(shí)，DIAC就會(huì)觸發(fā)并開(kāi)始導(dǎo)通。然后，電容器C3開(kāi)始通過(guò)導(dǎo)通的DIAC放電到雙向可控硅的柵極。
因此，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)打開(kāi)并將電流傳遞到燈。通過(guò)改變電阻R2，電容器中的充電速率會(huì)發(fā)生變化，因此在輸入的正半周期和負(fù)半周期中觸發(fā)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的電壓都會(huì)受到控制。
在上圖中，顯示了電源電壓和負(fù)載電壓。三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的觸發(fā)角可以變化到180度。因此負(fù)載電壓從零值控制到全RMS值。
2、加熱器控制電路
下圖顯示了使用DIAC作為觸發(fā)裝置，以提供對(duì)加熱器產(chǎn)生的熱量的平穩(wěn)控制。該電路操作也與上述電路類(lèi)似。三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)兩端的LC組合降低了三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間的電壓上升率。
加熱器輸入電壓的正負(fù)半周期通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2來(lái)控制。對(duì)于R2的所有可變位置，通過(guò)將電阻R4放置在DIAC上來(lái)進(jìn)行平滑控制。
總結(jié)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，雙向觸發(fā)二極管就是一個(gè)兩端雙向開(kāi)關(guān)器件，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，所以常用來(lái)觸發(fā)雙向晶閘管，還常用在過(guò)壓保護(hù)、定時(shí)、移相等電路等，其在電子電路中也扮演著重要的角色。