可控硅调光开关电路原理图
当两个电极间的电压“正常”并且门上几乎没有电压时,三端双向可控硅开关就会成为一个打开的开关——它不会导电。这是因为来自N型材料的电子沿着P型材料的边缘进入空穴,产生一个耗尽区,即一处几乎没有自由电子和空穴的区域。
如果您给门提供足够强劲的电压,它就会破坏耗尽区,使电子能够通过三端双向可控硅开关移动。确切的次序随着电流的方向(也就是处于交流电周期的那个部分)而改变。我们可以这样理解:因为电流在流动,所以上接头是阴极而下接头则为阳极。这样的电路安排使门上增加的电压将与上接头承载相同的电荷。因此我们可以得出类似于以下的结论:
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当门在“充电”时,门和下接头间的电压差变得足够大,使得电子在它们之间开始移动。从N型材料(e 区)移出的电子破坏了e区和d区之间的耗尽区。接着电压差把更多的自由电子带到d区,破坏了d区和c区之间的耗尽区。来自c 区的电子会朝着下接头移动,在d区的空穴之间跳动。这也给c区带来了更多的空穴,使电子可以从c区和b区之间的耗尽区移出来。这里的电压很强,足以把电子从a区带到b区的空穴中,破坏最后一个耗尽区。随着耗尽区的消失,电子可以在上接头和下接头间自由移动,三端双向可控硅开关此时开始导电!(注意:除了三端双向可控硅开关之外,一些调光开关还包含一个类似的半导体装置,称为两端交流开关。这些电路的工作原理都基本相同。)
为了让三端双向可控硅开关开始传导两个电极间的电流,门上需要有一个升压器。这个必需的电压水平不会改变,但是您可以调节从门开始“充电”到达到这一电压所需要的时间。此时就需要可变电阻器和触发电容发挥作用。
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电流通过可变电阻器给触发电容充电(电流在电容板上累积电荷——有关更多信息,请参见电容器工作原理)。当电容积聚一定的电量,它就有足够的电压把电流从门传导至下接头。当它开始放电,三端双向可控硅开关就开始导电。
以可变电阻器上的接触臂(或接触板)为中心旋转调光开关上的旋钮,可以增加或减少总的电阻。当旋钮设定在“变暗”时,可变电阻器会提供更多的电阻来“阻止”电流。因此,所需的增压电压就无法像在触发电容上那样迅速地累积。当电容充了足够的电量使三端双向可控硅开关开始导电时,交流电流的周期就开始正常进行。如果您把旋钮转向另一个方向,可变电阻器会减少阻力,电容就能在周期的伊始即得到所需的增压电压。
一个基本调光开关的可变电阻器 |
一旦电流波动回到零电压,三端双向可控硅开关中便没有电流通过,电子也会停止移动。耗尽区再次形成,三端双向可控硅开关停止导电,直到增压电压在门上重新累积。
这个系统运作得非常好,但也产生了一个奇怪的问题:它常常会在灯泡里产生一种明显的蜂鸣声。在接下来的部分,我们会寻找根源所在。
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