單向晶閘管的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1、單向晶閘管的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 晶閘管有許多種類，下面以常用的普通晶閘管為例，介紹其基本結(jié)構(gòu)及工作原理 單向晶閘管內(nèi)有三個(gè) PN結(jié)，它們是由相互交疊的 4層P區(qū)和N區(qū)所構(gòu)成的.如圖17-1(a)所示。晶閘管的 三個(gè)電極是從 P1引出陽(yáng)極A，從N2引出陽(yáng)極K，從P2引出控制極G，因此可以說(shuō)它是一個(gè)四層三端 半導(dǎo)體器件。 為了便于說(shuō)明.可以把圖17-1 (a)所示晶閘管看成是由兩部分組成的見(jiàn)圖17-1(b)，這樣可以把晶閘管等效 為兩只三極管組成的一對(duì)互補(bǔ)管.左下部分為NPN型管，在上部分為 PNP型管見(jiàn)圖17-1 (c)。 當(dāng)接上電源Ea后，VT1及VT2都處于放大狀態(tài)，若在 G、K極間加入一個(gè)

2、正觸發(fā)信號(hào)，就相當(dāng)于在V T1基極與發(fā)射極回路中有一個(gè)控制電流IC，它就是VT1的基極電流IB1。經(jīng)放大后，VT1產(chǎn)生集電極 電流ICI。此電流流出VT2的基極，成為VT2的基極電流IB2。于是， VT2產(chǎn)生了集電極電流IC2。IC2再流入VT1的基極，再次得到放大。這樣依次循環(huán)下去，一瞬間便可使 VT1和VT2全部導(dǎo)通并達(dá)到飽和。所以，當(dāng)晶閘管加上正電壓后，一輸入觸發(fā)信號(hào)，它就會(huì)立即導(dǎo)通。晶 閘管一經(jīng)導(dǎo)通后，由于導(dǎo)致VT1基極上總是流過(guò)比控制極電流IG大得多的電流，所以即使觸發(fā)信號(hào)消失 后，晶閘管仍舊能保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有降低電源電壓Ea,使VT1、VT2集電極電流小于某一維持導(dǎo)通的 最小值，

3、晶閘管才能轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。 如果把電源Ea反接，VT1和VT2都不具備放大工作條件，即使有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管也無(wú)法工作而處于 關(guān)斷狀態(tài)。同樣，在沒(méi)有輸入觸發(fā)信號(hào)或觸發(fā)信號(hào)極性相反時(shí)，即使晶閘管加上正向電壓.它也無(wú)法導(dǎo)通。 上述的幾種情況可參見(jiàn)圖17-2。 總而言之，單向晶閘管具有可控開(kāi)關(guān)的特性，但是這種控制作用是觸發(fā)控制，它與一般半導(dǎo)體三極管構(gòu)成 的開(kāi)關(guān)電路的控制作用是不同的。 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 一、晶閘管簡(jiǎn)介 晶閘管（Thyristor ）:又稱晶體閘流管，可控硅整流器（Silico n Con trolled RectifierSCR） 1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab ）發(fā)明

4、了晶閘管 1957年美國(guó)通用電氣公司（GE）開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品 1958年商業(yè)化，開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代 20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被性能更好的全控型器件取代 能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位 晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型 一一普通晶閘管 廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件 （如：雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、 光控晶閘管等） 二、晶閘管的結(jié)構(gòu)與封裝 外形有螺栓型和平板型兩種封裝 引出陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端 對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便 平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其

5、夾在中間 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a）外形b）結(jié)構(gòu)c）電氣圖形符號(hào)三、晶閘管基本工作特性 、晶閘管基本工作特性當(dāng)SCK的陽(yáng)極和陰概電即 去下正上負(fù)（與圖示方向相反）時(shí),耳 論門(mén)極醍否有電汛白熾燈不亮，說(shuō) 明SCB始終處于關(guān)斷狀態(tài); 當(dāng)兀:時(shí).即垃上正下負(fù)（鳥(niǎo)圏示方 問(wèn)相同），只有JG0時(shí).白熾燈才 點(diǎn)乘 說(shuō)明SCR沒(méi)有門(mén)概電菽融發(fā)時(shí)， 具有正向阻斷能九 當(dāng)滿足Sk 0.）Zp0條件吋可以導(dǎo)通 號(hào)R旦導(dǎo)通，此時(shí)去掉氐（即再令比暑）-白熾燈劭保持點(diǎn)亮說(shuō)明SCR 仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通后SCR的管壓降為1達(dá)右.主電路電的電流心由白熾燈 內(nèi)阻、覘揪氐的大|沁。 在心逐漸降低（通過(guò)調(diào)整RQ至某一

6、個(gè)小數(shù)值吋，剛岡脂觴維持SCR導(dǎo)風(fēng)此 時(shí)如果悵續(xù)卩険心則咒R會(huì)關(guān)斷，該小電疣稱為SCR的維持電汛 晶閘管基本工作特性歸納： 承受反向電壓時(shí)（UAK 0， IGK 0才能開(kāi)通）； 晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用； 要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 從這個(gè)角度可以看出，SCR是一種電流控制型的電力電子器件。 四、晶閘管的工作機(jī)理 在分析SCR的工作原理時(shí)，常將其等效為兩個(gè)晶體管 V1和V2串級(jí)而成 其工作過(guò)程如下： UGK0 產(chǎn)生 IG V2 通產(chǎn)生 IC2 V1 通IC1 / IC2 / -出現(xiàn)強(qiáng)烈的正反饋，G極失去控制作用，V1和V2完全飽和，SCR飽和導(dǎo) 通

7、。 albl 晶閘管導(dǎo)通后，即使去掉門(mén)極電流，仍能維持導(dǎo)通。 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a）雙晶體管模型b）工作原理 雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)及工作原理 雙向晶閘管是由N-P-N-P-N 五層半導(dǎo)體材料制成的，對(duì)外也引出三個(gè)電極，其結(jié)構(gòu)如 圖所示。雙向晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管的反向并聯(lián)，但只有一個(gè)控制極。 雙向晶閘管與單向晶閘管一樣， 也具有觸發(fā)控制特性。 不過(guò)，它的觸發(fā)控制特性與單向 晶閘管有很大的不同， 這就是無(wú)論在陽(yáng)極和陰極間接人何種極性的電壓，只要在它的控制極 上加上一個(gè)觸發(fā)脈沖，也不管這個(gè)脈沖是什么極性的，都可以便雙向晶閘管導(dǎo)通。 由于雙向晶閘管在陽(yáng)、 陰極間接任何極性的工作電壓都

8、可以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，因此雙向晶 閘管的主電極也就沒(méi)有陽(yáng)極、陰極之分，通常把這兩個(gè)主電極稱為T(mén)1電極和T2電極，將 接在P型半導(dǎo)體材料上的主電極稱為T(mén)1電極，將接在N型半導(dǎo)體材料上的電極稱為 T2電 極。 由于雙向晶閘管的兩個(gè)主電極沒(méi)有正負(fù)之分，所以它的參數(shù)中也就沒(méi)有正向峰值電壓與 反同峰值電壓之分，而只用一個(gè)最大峰值電壓， 雙向晶閘管的其他參數(shù)則和單向晶閘管相同。 雙向晶閘管的伏安特性曲線具有對(duì)稱性，如圖所示。 雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)及電路 T2 S心 J JG f 一 ) (C) 單向晶閘管結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)接上電源Ea后，VT1及VT2郡處于放大狀態(tài)，若在 G、K極司加入一個(gè)正觸發(fā)信號(hào)，就相當(dāng)于在 V

9、T1基極與發(fā)射極回路中有一個(gè)控制電流IG，它就是VT1的基極電流IB1。經(jīng)放大后，VT1產(chǎn)生集電極 電流IC1。此電流流出VT2的基極，成為 VT2的基極電流電。于是，VT2產(chǎn)生了集電極電流IC2，IC2 再流入VT1的基極，再次得到放大。這樣依次循環(huán)下去， 一瞬間便可使VT,和V乃全部導(dǎo)通并達(dá)到飽和。 所以，當(dāng)晶閘管加上正電壓后，一輸入觸發(fā)信號(hào)，它就會(huì)立即導(dǎo)通。晶閘管一經(jīng)導(dǎo)通后，由于導(dǎo)致VT1基 極上總是流過(guò)比控制極電流IC大得多的電流，所以即使觸發(fā)信號(hào)消失后，晶閘管仍舊能保持導(dǎo)通狀態(tài)。只 有降低電源電壓Ea，使VT1、VT2集電極電流小于某一維持導(dǎo)通的最小值，晶閘管才能轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。 如果把電源Ea反接，VT1和VT2都不具備放大工作條件，即使有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管也無(wú)法工作而處 于關(guān)斷狀態(tài)。同樣，在沒(méi)有輸入觸發(fā)信號(hào)或觸發(fā)信號(hào)極性相反時(shí)，即使晶閘管加上正向電壓，它也無(wú)法導(dǎo) 通。上述的兒種情況可參見(jiàn)圖。 心)無(wú)越發(fā)依號(hào)，)儺發(fā)導(dǎo)通 不導(dǎo)通 (c)觸發(fā)點(diǎn)維