可控硅調光開關電路原理圖
當兩個電極間的電壓“正常”并且門上幾乎沒有電壓時,三端雙向可控硅開關就會成為一個打開的開關——它不會導電。這是因為來自N型材料的電子沿著P型材料的邊緣進入空穴,產生一個耗盡區,即一處幾乎沒有自由電子和空穴的區域。
如果您給門提供足夠強勁的電壓,它就會破壞耗盡區,使電子能夠通過三端雙向可控硅開關移動。確切的次序隨著電流的方向(也就是處于交流電周期的那個部分)而改變。我們可以這樣理解:因為電流在流動,所以上接頭是陰極而下接頭則為陽極。這樣的電路安排使門上增加的電壓將與上接頭承載相同的電荷。因此我們可以得出類似于以下的結論:
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當門在“充電”時,門和下接頭間的電壓差變得足夠大,使得電子在它們之間開始移動。從N型材料(e 區)移出的電子破壞了e區和d區之間的耗盡區。接著電壓差把更多的自由電子帶到d區,破壞了d區和c區之間的耗盡區。來自c 區的電子會朝著下接頭移動,在d區的空穴之間跳動。這也給c區帶來了更多的空穴,使電子可以從c區和b區之間的耗盡區移出來。這里的電壓很強,足以把電子從a區帶到b區的空穴中,破壞最后一個耗盡區。隨著耗盡區的消失,電子可以在上接頭和下接頭間自由移動,三端雙向可控硅開關此時開始導電!(注意:除了三端雙向可控硅開關之外,一些調光開關還包含一個類似的半導體裝置,稱為兩端交流開關。這些電路的工作原理都基本相同。)
為了讓三端雙向可控硅開關開始傳導兩個電極間的電流,門上需要有一個升壓器。這個必需的電壓水平不會改變,但是您可以調節從門開始“充電”到達到這一電壓所需要的時間。此時就需要可變電阻器和觸發電容發揮作用。
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電流通過可變電阻器給觸發電容充電(電流在電容板上累積電荷——有關更多信息,請參見電容器工作原理)。當電容積聚一定的電量,它就有足夠的電壓把電流從門傳導至下接頭。當它開始放電,三端雙向可控硅開關就開始導電。
以可變電阻器上的接觸臂(或接觸板)為中心旋轉調光開關上的旋鈕,可以增加或減少總的電阻。當旋鈕設定在“變暗”時,可變電阻器會提供更多的電阻來“阻止”電流。因此,所需的增壓電壓就無法像在觸發電容上那樣迅速地累積。當電容充了足夠的電量使三端雙向可控硅開關開始導電時,交流電流的周期就開始正常進行。如果您把旋鈕轉向另一個方向,可變電阻器會減少阻力,電容就能在周期的伊始即得到所需的增壓電壓。
一個基本調光開關的可變電阻器 |
一旦電流波動回到零電壓,三端雙向可控硅開關中便沒有電流通過,電子也會停止移動。耗盡區再次形成,三端雙向可控硅開關停止導電,直到增壓電壓在門上重新累積。
這個系統運作得非常好,但也產生了一個奇怪的問題:它常常會在燈泡里產生一種明顯的蜂鳴聲。在接下來的部分,我們會尋找根源所在。
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