1.11 DIAC

在本教程中，我们将学习一种重要的半导体元件——DIAC。我们将了解它的符号、结构、工作原理、伏安特性、应用以及一些示例电路。

DIAC与晶体管非常相似，因此更严格地说，它被称为晶体管而不是晶闸管。然而，它在TRIAC触发和其他基于晶闸管的电路中发挥着重要作用。许多门极触发电路使用这种设备以实现更高的触发稳定性和抗噪声能力。

DIAC代表双向交流二极管开关。它是一个两终端的双向开关器件。与普通二极管不同，这些终端不被称为阳极和阴极。这表明该设备可以双向使用。

DIAC的符号如下图所示。它在两个方向上都有箭头，这意味着它可以在电源电压的任何极性下导电。与晶闸管设备不同，DIAC没有控制端子作为门极。

DIAC的结构看起来像一个晶体管，但这两者之间存在许多差异。其中一些差异如下：

DIAC可以制造成三层、四层或五层结构。三层结构比其他结构更常用。三层DIAC可以构建为PNP或NPN结构。在PNP形式中，两个终端连接到由N区域隔开的外层硅P区域。这种结构与没有基极连接的PNP晶体管相同。

考虑PNP晶体结构，其中终端1和2分别连接到P1和P2外层，它们由N层隔开。当终端T1相对于终端2为正时，P1-N结正向偏置，而P2-N结反向偏置。当P2-N的转折电压达到时，整个结构进入导通模式，因此DIAC从终端1向终端2导电。如果终端2相对于终端1为正，则情况相反。

当电源电压（无论是正还是负）施加到DIAC的端子上时，只有很小的漏电流通过设备。因此，该设备在正向或反向阻断模式下工作。当施加的电压增加到等于转折电压的值时，反向偏置的结发生雪崩击穿。

然后，它开始导电并表现出负电阻特性，即电流随着施加电压的降低而增加。导通时的电压降非常小，等于DIAC的导通状态电压降。当进入导通模式时，电流迅速增加。因此，为了在任一方向上安全地操作这种导通电流，与DIAC串联连接了一个电阻。

下图显示了DIAC的伏安特性，表明了通过DIAC的电流与其两端电压的关系。只要其两端的电压在其转折限制内，即从 $-V_{BO}$ 到 $+V_{BO}$ ，DIAC提供的电阻非常高。

因此，当施加的正电压小于 $+V_{BO}$ 且负电压小于 $-V_{BO}$ 时，设备中只流过很小的漏电流，如图所示。特性曲线中的OA区域是阻断区域。在此条件下，DIAC作为开关闭合。电压 $+V_{BO}$ 和 $-V_{BO}$ 是击穿电压，通常在30到50伏之间。

一旦施加的正向或负向电压超过相应的击穿电压，即在上图中的点A，DIAC开始导通，设备两端的电压降变为几伏。AB部分表示DIAC的导通。

这种导通持续到设备电流降至其维持电流水平以下为止。从图中可以看出，正向和反向工作区域的维持电流和转折电压值是相同的。第一和第三象限的特性分别代表DIAC的正向和反向偏置条件。

由于TRIAC需要正向或负向门极脉冲才能进入导通状态。尽管它可以由简单的电阻触发电路触发，但为了实现可靠且快速的导通，DIAC与门极串联使用。

因此，DIAC主要用作TRIAC的触发器件。如今市场上有许多DIAC-TRIAC匹配对，适用于不同的控制电路。DIAC用作电机速度控制、调光器、热控制等相控电路中的触发器件。

下图展示了调光电路。通过该电路可以平稳地控制灯泡的功率。通过TRIAC门极端子处的RC组合产生可变门极电压。当设备关闭时，通过TRIAC两端的串联R4-C1网络限制电压上升速率。

当输入电压施加到电路时，C1和C2以由电阻R2决定的速率开始充电。每当电容C3两端的电压超过DIAC的转折电压时，DIAC被触发并开始导电。然后，电容C3开始通过导电的DIAC向TRIAC的门极放电。

因此，TRIAC导通并向灯泡传递电流。通过改变电阻R2，改变电容的充电速率，从而控制TRIAC在输入的正负半周期内被触发的电压。

在上图中，显示了电源和负载电压。TRIAC的触发角可以变化到180度。因此，负载电压可以从零值控制到全均方根值。

下图展示了DIAC作为触发器件，用于平稳控制加热器产生的热量。该电路的工作原理也与上述电路类似。TRIAC两端的LC组合在TRIAC关断期间降低了电压上升速率。

通过调整电阻R2来控制输入到加热器的正负半周期电压。对于R2的所有可变位置，通过在DIAC两端放置电阻R4，实现了平稳控制。