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      淺談晶閘管
      時間:2017-12-14  來源:鞍山市久益電子有限公司   瀏覽次數:870次

      晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱,又可稱做可控硅整流器,簡稱可控硅。1957年美國通用電器公司開發出世界上第一特種晶閘管產品,并于1958年使其商業化;晶閘管是PNPN四層半導體結構,它有三個極:陽極,陰極和門極;晶閘管工作條件為:加正向電壓且門極有觸發電流。其派生器件有:快速晶閘管,雙向晶閘管,光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體器件,在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示(舊標準中用字母“SCR”表示)。

      晶閘管具有硅整流器件的特性,能在高電壓、大電流條件下工作,且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。

      晶閘管的種類

      晶閘管有多種分類方法。

      (一)按關斷、導通及控制方式分類

      晶閘管按其關斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極關斷晶閘管(GTO)、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。

      (二)按引腳和極性分類

      晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

      (三)按封裝形式分類

      晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中,金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種;塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

      (四)按電流容量分類

      晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常,大功率晶閘管多采用金屬殼封裝,而中、小功率晶閘管則多采用塑封或陶瓷封裝。

      (五)按關斷速度分類

      晶閘管按其關斷速度可分為普通晶閘管和高頻(快速)晶閘管。

      晶閘管的工作原理

      晶閘管T在工作過程中,它的陽極A和陰極K與電源和負載連接,組成晶閘管的主電路,晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接,組成晶閘管的控制電路。

      晶閘管的工作條件:

      1. 晶閘管承受反向陽極電壓時,不管門極承受何種電壓,晶閘管都處于關斷狀態。

      2. 晶閘管承受正向陽極電壓時,僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。

      3. 晶閘管在導通情況下,只要有一定的正向陽極電壓,不論門極電壓如何,晶閘管保持導通,即晶閘管導通后,門極失去作用。

      4. 晶閘管在導通情況下,當主回路電壓(或電流)減小到接近于零時,晶閘管關斷。

      從晶閘管的內部分析工作過程:

      晶閘管是四層三端器件,它有J1、J2、J3三個PN結圖1,可以把它中間的NP分成兩部分,構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復合管圖2

      當晶閘管承受正向陽極電壓時,為使晶閘管導通,必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此,兩個互相復合的晶體管電路,當有足夠的門機電流Ig流入時,就會形成強烈的正反饋,造成兩晶體管飽和導通,晶體管飽和導通。

      設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2;發射極電流相應為Ia和Ik;電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:

      Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

      若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig

      從而可以得出晶閘管陽極電流為:I=(Ic0+Iga2)/(1-(a1+a2))(1—1)式

      硅PNP管和硅NPN管相應的電流放大系數a1和a2隨其發射極電流的改變而急劇變化如圖3所示。

      當晶閘管承受正向陽極電壓,而門極未受電壓的情況下,式(1—1)中,Ig=0,(a1+a2)很小,故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關處于正向阻斷狀態。當晶閘管在正向陽極電壓下,從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發射結,從而提高起點流放大系數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發射結,并提高了PNP管的電流放大系數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3,當a1和a2隨發射極電流增加而(a1+a2)≈1時,式(1—1)中的分母1-(a1+a2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時,流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向導通狀態。

      式(1—1)中,在晶閘管導通后,1-(a1+a2)≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續導通。晶閘管在導通后,門極已失去作用。

      在晶閘管導通后,如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻,使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時,由于a1和a1迅速下降,當1-(a1+a2)≈0時,晶閘管恢復阻斷狀態。

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