觸發(fā)二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理

觸發(fā)二極管，也稱為雙向觸發(fā)二極管（DIAC）或雙向可控硅（SCR），是一種用于電力和電子控制的半導(dǎo)體器件。它以其獨(dú)特的控制方式和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域在電子工程中占據(jù)重要地位。

一、觸發(fā)二極管的定義與功能

觸發(fā)二極管是一種電導(dǎo)率受外部條件（如電壓、電流）控制的半導(dǎo)體器件。它能夠在特定條件下（如被觸發(fā)后）允許電流通過，并保持通態(tài)直至外部條件改變（如電源切斷或電流、電壓降至一定水平以下）。這種特性使得觸發(fā)二極管在交流電源調(diào)整、電機(jī)控制、照明、電子系統(tǒng)開關(guān)及定時器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

二、觸發(fā)二極管的結(jié)構(gòu)

觸發(fā)二極管的結(jié)構(gòu)相對特殊，主要由三層半導(dǎo)體材料構(gòu)成，具有對稱性的二端結(jié)構(gòu)。這三層半導(dǎo)體材料分別是兩側(cè)的N型半導(dǎo)體層（稱為主區(qū)）和夾在中間的P型半導(dǎo)體層（稱為觸發(fā)層或控制層）。這種三層結(jié)構(gòu)使得觸發(fā)二極管在電學(xué)性能上表現(xiàn)出獨(dú)特的雙向?qū)ㄌ匦浴?/p>

具體來說，觸發(fā)二極管的結(jié)構(gòu)可以看作是兩個反方向并聯(lián)的肖特基二極管（或稱為金屬-半導(dǎo)體結(jié)二極管）組成的五層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得觸發(fā)二極管無論外加電壓的極性如何，只要電壓超過其觸發(fā)電壓（VBO），就能實現(xiàn)導(dǎo)通。一旦導(dǎo)通，觸發(fā)二極管將保持通態(tài)，直到外加電壓或電流降至其保持電壓或保持電流以下才會恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)。

三、觸發(fā)二極管的工作原理

觸發(fā)二極管的工作原理基于其內(nèi)部PN結(jié)的電壓-電流特性。在未觸發(fā)狀態(tài)下，觸發(fā)二極管的兩端相當(dāng)于兩個反方向并聯(lián)的PN結(jié)，由于觸發(fā)層的摻雜濃度較低，其電阻較高，使得整個器件處于高阻態(tài)，即截止?fàn)顟B(tài)。此時，無論外加電壓的極性如何，觸發(fā)二極管都不會導(dǎo)通。

然而，當(dāng)外加電壓增加到一定程度（即觸發(fā)電壓VBO）時，觸發(fā)二極管內(nèi)部的PN結(jié)開始發(fā)生雪崩擊穿效應(yīng)，使得電流迅速增加并觸發(fā)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。此時，觸發(fā)二極管兩端的電壓將迅速下降并穩(wěn)定在一個較低的水平（即通態(tài)電壓），同時允許較大的電流通過。

四、觸發(fā)二極管的應(yīng)用

觸發(fā)二極管因其獨(dú)特的雙向?qū)ㄌ匦院透呖煽啃?，?a target="_blank">電力電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。以下是一些典型的應(yīng)用場景：

1. 觸發(fā)雙向可控硅 ：觸發(fā)二極管常用于觸發(fā)雙向可控硅（SCR），以實現(xiàn)交流電源的調(diào)整和控制。通過控制觸發(fā)二極管的導(dǎo)通時刻和持續(xù)時間，可以精確控制雙向可控硅的通斷狀態(tài)，進(jìn)而實現(xiàn)對交流電源的有效控制。
2. 過壓保護(hù) ：觸發(fā)二極管還可以用于電路中的過壓保護(hù)。當(dāng)電路中的電壓超過一定閾值時，觸發(fā)二極管會迅速導(dǎo)通并觸發(fā)其他保護(hù)元件（如熔斷器、繼電器等）動作，以切斷電路或降低電壓，從而保護(hù)電路中的其他元器件不受損壞。
3. 定時與移相 ：在需要精確控制時間或相位的電路中，觸發(fā)二極管也可以發(fā)揮重要作用。通過結(jié)合其他電子元件（如電容器、電感器等），可以構(gòu)成定時電路或移相電路，實現(xiàn)對電路中信號的時間延遲或相位調(diào)整。
4. 脈沖發(fā)生與逆變 ：觸發(fā)二極管還可以用于脈沖發(fā)生器和逆變器中。在這些應(yīng)用中，觸發(fā)二極管能夠快速響應(yīng)外部信號并產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號或逆變輸出，以滿足特定電路的需求。

五、總結(jié)

觸發(fā)二極管作為一種重要的電力電子器件，在電力控制、電機(jī)驅(qū)動、照明以及電子系統(tǒng)開關(guān)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其獨(dú)特的三層結(jié)構(gòu)和雙向?qū)ㄌ匦允沟盟軌蛟趶?fù)雜多變的電路環(huán)境中實現(xiàn)精確控制和保護(hù)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，觸發(fā)二極管的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓展和深化。