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1、简述晶闸管的工作原理www.p-e- 2013-4-25 17:02:55 来源:佳工晶闸管又叫可控硅。自从 20 世纪 50 年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它主要有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极 G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。晶闸管是可以处理耐高压、大电流的大功率器件，随着设计技术和制造技术的进步，越来越大容量化 。常见晶闸管外形基本结构：晶闸管的外形如下图所示，分为螺栓形和平板形两种，螺栓形这种结构更换元件很方便，用于 100A 以下
2、的元件。平板形，这种结构散热效果比较好，用于 200A 以上的元件。 晶闸管是由四层半导体构成的。图右所示为螺栓形晶闸管的内部结构，它由单晶硅薄片 P1、N1、P2、N2 四层半导体材料叠成，形成三个 PN 结。图 (b)和(c)所示分别为其示意图和表示符号。晶闸管的工作原理：在晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时，有两个 PN 结处于反向偏置，在阳极与阴极之间加正向电压时，中间的那个 PN 结处于反向偏置，所以，晶闸管都不会到导通(称为阻断)。A接电源正极 K接电源负极(1)G 不加电压(UGK=0) 这时晶闸管相当由三个 PN 结串接,其中一只反接, 因而不导通。(2) G 加上适当电压(U
3、GK0)，则产生正反馈。晶闸管导通后，UAK(AK 之间的压降很小)。不管 UGK 存在与否,晶闸管仍将导通。外电路使晶闸管的阳极电流 IA 小于某一数值时，就不能维持正反馈过程,晶闸管就会自行关断。A接电源负极 K接电源正极这时电路 J1,T2 均承受反向电压，无论控制极是否加正向触发电压，晶闸管均不导通，呈关断状态。综上所述，在晶闸管的 A-K 之间加正向电压，还需在 G-K 之间加适当的触发电压，晶闸管就能导通。相似一个受控的二极管。伏安特性：晶闸管的阳极电压与阳极电流的关系，称为晶闸管的伏安特性，如图所示。晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压时，在晶闸管控制极开路(Ig=0)情况下，开始元
4、件中有很小的电流(称为正向漏电流)流过，晶闸管阳极与阴极间表现出很大的电阻，处于截止状态(称为正向阻断状态)，简称断态。当阳极电压上升到某一数值时，晶闸管突然由阻断状态转化为导通状态，简称通态。阳极这时的电压称为断态不重复峰值电压(UDSM)，或称正向转折电压(UBO)。导通后，元件中流过较大的电流，其值主要由限流电阻(使用时由负载)决定。在减小阳极电源电压或增加负载电阻时，阳极电流随之减小，当阳极电流小于维持电流 IH 时，晶闸管便从导通状态转化为阻断状态。由图可看出，当晶闸管控制极流过正向电流 Ig 时，晶闸管的正向转折电压降低， Ig 越大，转折电压越小，当 Ig 足够大时，晶闸管正向转
5、折电压很小，一加上正向阳极电压，晶闸管就导通。实际规定，当晶闸管元件阳极与阴极之间加上 6V 直流电压时，能使元件导通的控制极最小电流(电压)称为触发电流(电压)。在晶闸管阳极与阴极间加上反向电压时，开始晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流流过。当反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增大，这时，所对应的电压称为反向不重复峰值电压(URSM)，或称反向转折(击穿)电压(UBR)。可见，晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。晶闸管的主要参数：为了正确选用晶闸管元件，必须要了解它的主要参数，一般在产品的目录上都给出了参数的平均值或极限值，产品合格证上标有元件的实测数据。(1)断态重复
6、峰值电压 UDRM在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，其数值比正向转折电压小 100V。(2)反向重复峰值电压 URRM在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，此电压数值规定比反向击穿电压小 100V。通常把 UDRM 与 UDRM 中较小的一个数值标作器件型号上的额定电压。由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到破坏，因而在选用的时候，额定电压一个应该为正常工作峰值电压的 23 辈，作为安全系数。(3)额定通态平均电流(额定正向平均电流)IT在环境温度不大于 40oC 和标准散热即全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流(在一个周
7、期内)的平均值，称为额定通态平均电流 IT，简称额定电流。额定通态平均电流(额定正向平均电流)IT 在环境温度不大于 40oC 和标准散热即全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流(在一个周期内)的平均值，称为额定通态平均电流 IT，简称额定电流。其中，Ie 为有效值(4)维持电流 IH在规定的环境温度和控制极断路的条件下，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流 IH 。一般为几十毫安一百多毫安，其数值与元件的温度成反比，在 120 摄氏度时维持电流约为 25摄氏度时的一般。当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。晶闸管的型号及含义国产晶闸管的型号一般表示为元件的断
8、态重复峰值电压元件的额定通态平均电流可控整流元件N 型硅材料三个电极例如：3CT50/500 表示额定通态平均电流为 50A ，断态重复峰值电压为 500V 的晶闸管元件。有些部门颁布了晶闸管其他的命名方法(如 KP 系列的晶闸管)。选用时一定要注意清楚了。(6)判别晶闸管的好坏制造厂通常已提供了许多有关晶闸管特性的各种资料数据或图表，供使用者参考，但是，有时候仍然有自行测试的必要。下面仅介绍一种利用万用表的欧姆档来识别管脚和判别管子好坏的办法。其测试方法可按表示进行。一只良好的晶闸管，其阳极 A 与阴极 K 之间应为高阻值，所以，当万用表试 A -K 间的电阻时，亦不论电表如何接都应为高阻值
9、。而 G-K 间的逆向电阻比顺向电阻越大，表示晶闸管性能良好。1)单向可控硅的检测。万用表选电阻 R*1 挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极 G，红表笔的引脚为阴极 K，另一空脚为阳极 A。此时将黑表笔接已判断了的阳极 A，红表笔仍接阴极 K。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极 A 和控制极 G，此时万用表电阻挡指针应向右偏转，阻值读数为 10 欧姆左右。如阳极 A 接黑表笔，阴极 K 接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。2) 双向可控硅的检测。用万用表电阻 R*1 挡，用红、黑两表笔分别测任意
10、两引脚间正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红、黑表所接的两引脚为第一阳极 A1 和控制极 G，另一空脚即为第二阳极 A2。确定 A1、G 极后，再仔细测量 A1、G 极间正、反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极 A1，红表笔所接引脚为控制极 G。将黑表笔接已确定的第二阳极 A2，红表笔接第一阳极 A1，此时万用表指针不应发生偏转，阻值为无穷大。再用短接线将 A2、G 极瞬间短接，给 G 极加上正向触发电压，A2、A1 间阻值约 10 欧姆左右。随后断开A2、G 间短接线，万用表读数应保持 10 欧姆左右。互换红、黑表笔接线，红表笔接第二阳极
11、A2，黑表笔接第一阳极 A1。同样万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。用短接线将 A2、G 极间再次瞬间短接，给 G 极加上负的触发电压，A1、A2 间的阻值也是 10 欧姆左右。随后断开 A2、G 极间短接线，万用表读数应不变，保持在 10 欧姆左右。符合以上规律，说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确。检测较大功率可控硅时，需要在万用表黑笔中串接一节 1.5V 干电池，以提高触发电压。(7)晶闸管(可控硅)的管脚判别晶闸管管脚的判别可用下述方法： 先用万用表 R*1K 挡测量三脚之间的阻值，阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。再将万用表置于 R*10K 挡，用手指捏
12、住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极。(8)晶闸管的应用1)顺变装置(交流电变成直流电)可变电压电源、恒压、恒流源、直流电机电源2)逆变装置(直流变成交流电源)频率精度高，负荷变化时输岀稳定，恒频率电源、不间断电源、交流电机电源。3)变频装置(顺变和逆变的组合)用于同步机和异步机的调速。4)直流电动机的调速(可代替直流发电机)效率高、响应快、体积小、重量轻。晶闸管原理和应用晶闸管在自动控制控制，机电领域，工业电气及家电等方面都有广泛的应用。晶闸管是一种有源开关元件，平时它保持在非道通状态，直到由一个较少的控制信
13、号对其触发或称“点火”使其道通，一旦被点火就算撤离触发信号它也保持道通状态，要使其截止可在其阳极与阴极间加上反向电压或将流过晶闸管的电流减少到某一个值以下。晶闸管的工作原理分析：晶闸管可用两个不同极性（P-N-P 和 N-P-N）晶体管来模拟，如图 G1 所示。当晶闸管的栅极悬空时，BG1 和 BG2 都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻 RL，当栅极输入一个正脉冲电压时 BG2 道通，使 BG1 的基极电位下降，BG1 因此开始道通，BG1 的道通使得 BG2 的基极电位进一步升高，BG1 的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使 BG1和 BG2 进入饱和道通状态。电路很
14、快从截止状态进入道通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持道通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于 BG1 和BG2 均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻 RL 的阻值使电路电流减少BG1 和 BG2 的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从道通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而达到晶闸管的关断。晶闸管应用举例：晶闸管在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路，概括起来有直流触发电路，交流触发电路，相位触发电路等等。1. 直流触发电路：如图 G
15、2 是一个电视机常用的过压保护电路，当 E+电压过高时 A 点电压也变高，当它高于稳压管 DZ 的稳压值时 DZ 导通，晶闸管 D 受触发而道通将 E+短路，使保险丝 RJ 熔断，从而起到过压保护的作用。2. 相位触发电路：相位触发电路实际上是交流触发电路的一种，如图 G3，这个电路的方法是利用 RC 回路控制触发信号的相位。当 R 值较少时，RC 时间常数较少，触发信号的相移 A1 较少，因此负载获得较大的电功率；当 R 值较大时，RC 时间常数较大，触发信号的相移 A2 较大，因此负载获得较少的电功率。这个典型的电功率无级调整电路在日常生活中有很多电气产品中都应用它。欢迎转载，信息来自维库
16、电子市场网（）双向晶闸管的结构及工作原理双向晶闸管是由 N-P-N-P-N 五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的,都可以便双向晶闸管导通。 由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为 T1 电极和 T2 电极，将接在 P 型半导体材料上的主电极称为 T1 电极，将接在 N 型半导体材料上的电极称为 T2 电极。由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反同峰值电压之分，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管的其他参数则和单向晶
