电子元器件知识晶闸管
晶闸管介绍
晶闸管介绍:晶闸管是一种大功率开关型半导体器件,具有硅整流器件的特性。1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品,并于1958年将其商业化。晶闸管是PNPN 四层半导体结构,有三个极:阳极、阴极和控制极。它能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制,被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管具有硅整流器件的特性,因此能够在高电压、大电流条件下工作。在实际应用中,晶闸管的导通和截止状态可以通过控制极触发电流来实现控制。在正向电压条件下,晶闸管内部两个等效三极管均处于截止状态,此时晶闸管是截止的。当控制极上施加触发电流时,晶闸管内部等效三极管导通,晶闸管进入导通状态。在导通状态下,控制极失去作用,即使控制极上施加反向电压,晶闸管仍然保持导通状态。要使晶闸管截止,需要使其阳压为零或为负,或将阳压减小到一定程度,使流过晶闸管的电流小于维持电流,晶闸管才自行关断。
此外,晶闸管具有正向和反向特性。在正向特性下,只有很小的正向漏电流;在反向特性下,需要施加反向电压才能使晶闸管导通。因此,在实际应用中需要根据具体电路要求选择合适的晶闸管类型和规格。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理
晶闸管是一种电子器件,常用于电力控制和电能变换领域。它是一种双向可控硅,具有开关功能,能够控制电流的流动。晶闸管的工作原理涉及到PN结、触发、导通和关断等过程。
1. PN结
晶闸管由P型半导体和N型半导体构成的PN结组成。在PN结上加上一个正
向偏置电压时,会形成一个导电通道,电流可以流过。而在反向偏置电压下,PN
结会处于截止状态,电流无法通过。
2. 触发
为了使晶闸管导通,需要对其进行触发。触发电压可以通过控制电路提供。当
触发电压达到一定阈值时,晶闸管将开始导通。
3. 导通
一旦晶闸管被触发,它将进入导通状态。在导通状态下,晶闸管的正向电压降低,内部电流开始流动。晶闸管的导通状态可以持续,直到电流降至零或者施加反向电压。
4. 关断
要使晶闸管关断,需要通过控制电路施加一个关断电压。当关断电压施加到晶
闸管上时,PN结会进入截止状态,电流无法通过,晶闸管将停止导通。
晶闸管的工作原理可以总结为:通过控制电路对晶闸管施加触发电压,使其进
入导通状态;通过施加关断电压,使其停止导通。晶闸管的导通和关断状态可以通过外部控制,实现对电流的控制和变换。
晶闸管具有许多优点,例如响应速度快、可靠性高、功率损耗小等。它在电力
控制领域广泛应用,如交流电调压、交流电调速、交流电变频等。同时,晶闸管还可以用于电力系统的保护和控制,如过电流保护、短路保护等。
总结起来,晶闸管是一种双向可控硅,通过控制电路对其施加触发和关断电压,实现对电流的控制和变换。它在电力控制和电能变换领域具有重要的应用价值。
第五节晶闸管简介
第五节 晶闸管简介
晶闸管是一种大功率半导体器件,又称可控硅,常用SCR 表示。其优点是体积小、耐压高、容量大、使用维护简单。晶闸管的种类很多,有单向型、双向型、可关断型以及快速型等。
一、晶闸管的结构外形、结构
常用的晶闸管有塑封式、螺栓式和平板式三种,它有三个引出极,即阳极A 、阴极K 和控制极(门极)G 。由于大功率晶闸管工作时发热量较大,因此正常工作时必须安装散热器。
晶闸管的符号及其内部结构如图1-5-1所示。由图可见,晶闸管的阳极和阴极之间为PNPN 四层结构,它们形成三个PN 结J1、J2和J3。
A 阳极
(c) 结构
(b) K
G
A
符号
(a) 外形
二、晶闸管的工作状态
如图1-5-2(a)所示电路中,当晶闸管阳极和阴极之间加反向电压时,无论控制极与阴极之间施加何种电压,灯泡均不亮,晶闸管不导通,即晶闸管处于反向阻断状态。当阳极和阴极之间加正向电压时,若控制极与阴极之间施加的电压为零或反向电压时,灯泡也不亮,说明晶闸管仍然不导通,处于正向阻断状态,如图1-5-2(b)所示。在晶闸管阳极加正向电压,控制极也加上适当正向电压后,灯泡点亮,晶闸管导通。此时,若去掉控制极电压,灯泡仍然发光,即晶闸管维持导通,控制极失去控制作用,如图1-5-2(c)(d)所示。
U
A U
U
A U
U
A
U
G
A
U
G
U
A
可见,要使晶闸管从导通状态变为阻断状态,可以通过两个途径:①在阳极和阴极之间加反向电压或将阳极与电源断开,这种阻断称为反向阻断;②使阳极电流减少到一定数值(约几十~几百毫安)后晶闸管将自行关断,称为正向阻断。
元器件知识:什么是晶闸管及其分类?
元器件知识:什么是晶闸管及其分类?
晶闸管是晶体闸流管(Thyristor)的简称,谷称可控硅,它是一种大功率开关型半导体器件,在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示(旧标准中用字母“SCR”表示)。
晶闸管具有硅整流器件的特性,能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
一、晶闸管的种类
晶闸管有多种分类方法。
(一)按关断、导通及控制方式分类
晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
(二)按引脚和极性分类
晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
(三)按封装形式分类
晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
其中,金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
(四)按电流容量分类
晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
晶闸管的工作原理与应用
晶闸管的工作原理与应用
晶闸管,又称为可控硅器件,是一种半导体器件,通过控制电流的输
入使其在导通和关断之间切换,从而实现电能的控制和调节。下面将详细
介绍晶闸管的工作原理和应用。
晶闸管是由PNP型晶体管和PNP型二极管组成的四层结构。它具有三
个电极,分别是阳极(A端)、阴极(K端)和控制极(G端)。晶闸管
的工作原理可概括为以下五个阶段:
1.断电状态:当外电源施加在晶闸管的阳极和阴极之间时,控制极无
电压,晶闸管处于关断状态。
2.触发状态:当控制极施加一个正向电压时,晶闸管开始被触发,进
入导通状态。在此状态下,晶闸管的阳极和阴极之间的电流(也称为主电流)开始流动。
3.工作状态:一旦晶闸管被触发,晶闸管将持续一直到主电流下降到零。即使控制极上施加的电压被移除或降低,晶闸管仍然保持导通。
4.关断状态:当主电流下降到零时,晶闸管将自动关断。在此状态下,晶闸管的阻断电压(也称为封闭电压)为控制极和阳极之间的电压。
5.关断恢复状态:一旦晶闸管被关断,即使在问题电压下晶闸管的条
件保持一段时间,它仍然不会被重新触发。要重新触发晶闸管,需要重新
施加电压来打开控制极。
晶闸管的应用:
晶闸管具有较高的电流和电压承受能力,以及快速的开关速度,因此
在各种电子和电力电路中得到广泛应用。以下是晶闸管的主要应用领域:
1.调光控制:晶闸管可以通过调整导通角来实现灯的亮度调节,用于
家庭照明、道路照明等领域。
2.功率控制:晶闸管可以用于电力系统中的负载控制,如电动机调速、电阻炉加热控制等。
3.电源开关:晶闸管可以用于交流电源的整流和开关过程,实现直流
晶闸管的作用及其工作原理分析
电动汽车
晶闸管在电动汽车控制电路中的 应用也将得到进一步扩展。
晶闸管的特性
1
导通电压低
只需很低的电压就可以使PN结导通。
导通电流大
2
晶闸管导通后,可以承受比其他半导体
元件大得多的电流和功率。
3
可控性强
控制电极可以通过信号控制导通时间和 电流大小,具有可控性强的特点。
晶闸管的应用领域
电子制造业
在电源、电机控制、工业自动 化等方面广泛应用。
建筑领域
电力控制板、空调、灯具等领 域中也有广泛应用。
晶闸管的作用及其工作原 理分析
晶闸管是一种电子元器件,广泛应用于各种电子电路中。它具有特殊的开关 功能,可以控制电流的方向和大小。本次演讲将深入探讨晶闸管的工作原理 和应用场景。
晶闸管的作用
电流控制
晶闸管可以控制电流的方向和大小,常用于交流 电路的控制。
电压控制
晶闸管可用于电源电路控制,防止电压过高或过 低。
晶闸管符号
晶闸管的符号是两个箭头,表示 PN结是可控的,可通过控制电极 控制导通。
晶闸管的组成部分
1 PN结
由P型半导体和N型半导体组成,用于产生电 流。
2 控制电极
用于控制PN结的电流,控制晶闸管的导通和 截止。
3 触发器
用于向控制电极施加信号,控制晶闸管的导 通时间。
晶闸管及其工作原理
晶闸管及其工作原理
晶闸管的结构由两部分组成,一部分是二极管的本体,另一部分是晶体或氧化物的衬底部分。由二极管本体和晶体或氧化物的衬底形成正负极对,当正向电压作用在晶体衬底和二极管本体的外表面之间时,在晶体衬底内的非晶层中形成一个正极和负极相隔的正向电势,由于此时晶体衬底中的非晶层受此电势的作用,所以使晶体衬底中的晶体结构改变,在此基础上,形成像晶体管的大量空穴和电子,然后这些空穴和电子会迅速地在正极和负极之间进行对流,从而创造出一个很高的正向导通电压。
当晶闸管中的正向电压达到一定值(通常大于30V)时,晶体衬底就会形成一个承受正压的导体。
晶闸管介绍
晶闸管
1.晶闸管概念 (2)
2.晶闸管工作原理 (2)
3.晶闸管特性 (3)
4.晶闸管参数 (4)
5.双向可控硅象限 (6)
6.双向可控硅应用 (7)
7.DIAC (9)
8.SIDAC (10)
1.晶闸管概念
可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR,是一种大功率电器元件,也称晶闸管。可实现用小功率控件控制大功率设备。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。双向可控硅也叫三端双向可控硅,简称TRIAC。双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接,这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。
晶闸管的开关时间较长,允许的电流上升率较小,因此工作频率受到限制。当在较高频率工作时,因开关损耗随频率升高而增加,导致器件发热。
它是由四层半导体材料组成的,有三个PN结,对外有三个电极:第一层P型半导体引出的电极叫阳极A,第三层P型半导体引出的电极叫控制极G,第四层N 型半导体引出的电极叫阴极K。
单向可控硅(SCR):
1)单向可控硅承受反向阳极电压时,不管门极承受何种电压,单向可控硅都处于反向阻断状态。
2)单向可控硅承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下单向可控硅才导通。这时单向可控硅处于正向导通状态。
3)单向可控硅在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,单向可控硅保持导通,即单向可控硅导通后,门极失去作用。门极只起触发
作用。
4)单向可控硅在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零(维持电流以下)时,单向可控硅自动关断。
晶闸管的作用
晶闸管的作用
晶闸管(thyristor)是一种半导体器件,具有正向导通和反向截止功能。它广泛应用于电力控制和电子电路中,其作用主要有以下几个方面:
1. 电能控制:晶闸管可以控制电能的通断。在电力系统中,晶闸管可作为电源的开关,通过控制其导通和截止,实现电能的控制和调节,如电压调节、功率控制等。另外,晶闸管还可用于实现直流电的交流变换,将直流电能转化为交流电能。
2. 电压逆变:晶闸管能够将直流电源的电压变换为交流电源的电压。其原理是通过交流电源对晶闸管进行周期性的触发,使其在正半周期内导通,而在负半周期内截止,从而实现电压的逆变。这种特性使晶闸管在逆变器(inverter)中得到广泛应用,如逆变焊机、太阳能逆变器等,能够将直流能源转换为交流能源。
3. 直流电源的变压:晶闸管可用于控制直流电源的变压。通过控制晶闸管的开通角度和关断角度,可以控制直流电源提供给负载的电压大小和稳定性,实现直流电源的稳压变压功能。这种应用常见于直流调速、直流电源调整等领域。
4. 电流控制:晶闸管可实现对电流的控制。通过触发晶闸管的管脚,控制其开通,从而实现对电流的控制。在电力系统中,晶闸管可以用于调整、控制电源对负载的电流,以实现对负载的保护和控制。
总之,晶闸管作为一种重要的半导体器件,在电力控制和电子电路中具有重要的作用。它可以用于电能的控制和调节,实现电压逆变和变压、电流控制等功能,广泛应用于电力系统中的电力控制、电力调节、变频调速等领域,同时也应用于电子电路中的开关、电流控制等方面。其独特的特性和广泛的应用领域,使得晶闸管在现代电力和电子领域中得到了广泛的应用和推广。
晶闸管知识点总结
晶闸管知识点总结
一、晶闸管的工作原理
晶闸管是一种半导体器件,也称为双极型开关管。它由四层P-N结构组成,具有三极管的放大和开关特性,可以控制大功率、高电压的直流和交流电路。晶闸管的工作原理主要包
括触发、导通和关断三个过程。
1. 触发过程:晶闸管的触发是由外部的信号电压或电流来完成的。当外部信号电压或电流
超过晶闸管的触发门电压时,会使得晶闸管的内部结构发生变化,从而使得晶闸管进入导
通状态。
2. 导通过程:一旦晶闸管被触发,它就会进入导通状态,电流将通过晶闸管流向负载电路,完成电路的通断操作。晶闸管的导通状态可以持续一段时间,直到外部信号电压或电流减小,或者达到关断条件。
3. 关断过程:当外部信号电压或电流减小,或者达到关断条件时,晶闸管会进入关断状态,电流不再通过晶闸管,从而完成电路的断开。
二、晶闸管的特性
晶闸管具有许多独特的特性,使得它在电路中得到广泛应用。
1. 高电压能力:晶闸管可以承受较高的电压,通常可达数千伏。
2. 大电流能力:晶闸管能够承受较大的电流,通常可达数百安。
3. 快速开关特性:晶闸管具有快速的响应速度,可以在微秒内完成导通和关断操作。
4. 可控性强:晶闸管可以通过外部的触发信号来实现导通和关断,并且触发信号可以通过
调节来实现晶闸管的控制。
5. 低损耗:晶闸管的导通和关断过程中损耗较小,效率较高。
6. 大功率应用:由于晶闸管具有较高的电压和电流能力,因此适用于大功率电路的控制。
三、晶闸管的类型和结构
晶闸管主要有PNPN型、NPNP型和COM型三种结构,其中PNPN型晶闸管是最常用的
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管(Thyristor),又称为双极型晶体管,是一种半导体器件,具有可控的开关特性。它广泛应用于电力电子设备、变流器、电机
驱动器等领域。本文将详细介绍晶闸管的结构和工作原理。
一、晶闸管的结构
晶闸管由四个半导体层组成,分别是P型半导体(阳极)、N
型半导体、P型半导体(门极)和N型半导体。整个结构组成了一
个PNPN的结构,类似于一个双极型晶体管,但晶闸管比双极型晶
体管多了一个所有电流都能通过的门极。
在晶闸管结构中,阳极和门极是两个主要的电极。阳极承受电流,而门极用于控制晶闸管的导通和关断。在正常工作状态下,阳
极上的电压高于门极,晶闸管处于关断状态。只有当门极施加一个
合适的触发脉冲时,晶闸管才能实现导通,形成通路,电流开始流动。
晶闸管还具有反并联二极管,它被连接在晶闸管的两个半导体
层之间。它的作用是提供反向偏置,以避免晶闸管在关断状态下被
击穿。同时,反并联二极管还能够保护晶闸管免受反向电压的损害。
二、晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理可以分为三个阶段:关断状态、触发状态和
导通状态。
1. 关断状态:
在关断状态时,门极的控制电压低于晶闸管的临界触发电压。
此时,PNPN结构的两个PN结正向偏置,形成一个高反向电压,
导致整个结构处于关断状态。晶闸管的主要特点是具有很高的绝缘
能力,能够承受很高的反向电压。
2. 触发状态:
当门极施加一个合适的触发脉冲时,晶闸管就会从关断状态切
换到触发状态。触发脉冲使得PN结发生反向电流扩散,导致PN
结正向偏置被打破。一旦PN结正向偏置被打破,PNPN结构中的
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理
晶闸管(Thyristor)是一种半导体器件,具有单向导通特性,可以控制高电压
和高电流。它是由四个半导体材料层交替堆叠而成的结构。晶闸管的工作原理是基于PN结的导通和截止特性。
晶闸管的结构由三个PN结组成,分别是控制极(G)和两个主极(A和K)。其中,控制极连接到PN结的中间,主极A连接到PN结的正极,主极K连接到
PN结的负极。当没有外部控制信号时,晶闸管处于关断状态。
晶闸管的工作分为四个阶段:关断状态、触发状态、导通状态和关断状态。
1. 关断状态:当没有外部控制信号时,晶闸管处于关断状态。此时,晶闸管的
控制极与主极之间的PN结处于反向偏置状态,无法导通电流。
2. 触发状态:当给控制极施加一个正向的触发脉冲信号时,PN结的反向偏置
被破坏,形成一个导通通道。这个过程称为触发,触发信号可以来自于外部电路或者其他晶闸管。
3. 导通状态:一旦晶闸管被触发,导通通道会形成,并且晶闸管开始导通电流。此时,晶闸管的控制极与主极之间的PN结处于正向偏置状态,导通通道的电阻非
常低,几乎可以忽稍不计。
4. 关断状态:当晶闸管导通电流后,惟独当电流降至零或者外部控制信号消失时,晶闸管才会自动关断。此时,晶闸管的控制极与主极之间的PN结恢复到反向
偏置状态,导通通道关闭,电流无法通过。
晶闸管的工作原理可以通过控制信号来实现对电路的开关控制。通过控制信号
的不同,可以实现不同的电路应用,如交流电的调节、电流的保护等。
需要注意的是,晶闸管在导通状态下会有一定的压降,因此在实际应用中需要
考虑电压和电流的额定值,以确保晶闸管能够正常工作并不受损坏。
晶闸管总结
晶闸管总结
简介
晶闸管(Thyristor),也被称为可控硅(SCR),是一种电子元件,广泛应用
于电力控制和电子开关电路中。晶闸管具有双向导通特性,可以实现电流的单向控制,是一种非常重要的功率电子器件。
工作原理
晶闸管是一种多层半导体结构,主要由P-N-P-N四层半导体材料构成。其基本
结构包括阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当控制极施加正向电压时,晶闸
管处于关断状态,不导通;当控制极施加负向电压时,晶闸管处于可控导通状态,可以通过施加正向电压的方式控制电流通过。
晶闸管具有开关特性,分为关态和导态。在关态时,晶闸管具有很高的阻抗,
电流几乎为零;在导态时,晶闸管的阻抗非常低,电流可以流过。
应用领域
晶闸管在电力控制和电子开关电路中具有广泛的应用,包括以下几个方面:
1.电力控制:晶闸管可以用于实现电源控制和电压调节。通过控制晶闸
管的导通时间和导通角,可以控制电源对负载的输出功率,实现对电力的调节。
2.交流电压调节:晶闸管在交流电源电路中可以用来实现电压和功率的
调节。通过控制晶闸管的导通时间,可以改变负载所受到的电压,实现调光和电压调节功能。
3.直流电机控制:晶闸管可以用于对直流电机进行调速控制。利用晶闸
管的开关特性,可以控制电机的启动、制动和调速过程,实现对电机的精确控制。
4.交流电机控制:晶闸管可以用于对交流电机进行调速控制。通过控制
晶闸管的导通时间,可以改变交流电机所受到的电压和频率,实现对电机转速的调节。
5.电流变换和矩阵转换:晶闸管可以用于实现电流的变换和矩阵转换。
通过控制晶闸管的导通时间和序列,可以实现电流的调节和改变电流的方向。
《电工电子技术》课件——晶闸管
A
IA
Ib1
T1
R
Ig Ic1 G
Ic2
Ib2 T2
S
UG
IK
UA
K
晶闸管导通和关断的条件
导通条件:
① 晶闸管的阳极、阴极间必须施加正向阳极电压; ② 晶闸管的门极、阴极间必须施加适当的正向门极电压和电流。
关断条件:
IA 减小到维持电流以下 。
A
IA
Ib1
T1
R
Ig Ic1 G
Ic2
Ib2 T2
S
iA
IH
UBR
0
反向 击穿
正向 导通
Ig2>Ig1>0
Ig2 Ig1
阻断 状态
Ig=0
uAK UBO
图3 晶闸管的伏安特性
晶闸管稳态特性——伏安特性
1
当晶闸管承受反向阳极电压时,不论门极是否加上触发信号,晶闸管
总是处于反向阻断状态,只流过很小的反向漏电流。
2
反向电压增加,反向漏电流也逐渐增大。
3
反向电压增加到反向转折电压UBR时,晶闸管反向击穿,反向漏电流
Ig2 Ig1
阻断 状态
Ig=0
uAK UBO
图3 晶闸管的伏安特性
晶闸管稳态特性——伏安特性
iA
➢ 当 Ig = 0 时,晶闸管只有很小漏电流, 处于正向阻断状态。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理
晶闸管(Thyristor)是一种常用的电子器件,广泛应用于电力控制和电子变换
领域。它具有双向导电性和开关特性,可以实现高电压和高电流的控制。本文将详细介绍晶闸管的工作原理及其相关特性。
一、晶闸管的结构
晶闸管由四个半导体材料层叠而成,主要由P型半导体(阳极),N型半导体(阴极),P型半导体(门极)和N型半导体(门极)组成。晶闸管的结构类似于二极管,但多了一个控制极(门极),因此也被称为四层结构。
二、晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理可以分为四个阶段:关断状态、触发状态、导通状态和关断
状态。
1. 关断状态:
在晶闸管未被触发时,处于关断状态。此时,晶闸管的正向电压(阳极对阴极)和反向电压(阴极对阳极)均无法导通。晶闸管的结构中存在一个PN结,阻挠了
电流的流动。
2. 触发状态:
当赋予晶闸管的门极一个正向电压脉冲时,晶闸管将进入触发状态。在触发状
态下,晶闸管的正向电压依然无法导通,但是反向电压下的电流开始流动。这个过程被称为触发。
3. 导通状态:
一旦晶闸管被触发,它将进入导通状态。在导通状态下,晶闸管的正向电压和
反向电压均能导通。当正向电压大于晶闸管的导通电压(通常为0.7V)时,晶闸
管会导通电流。此时,晶闸管相当于一个导电通道,允许电流从阳极流向阴极。
4. 关断状态:
当导通电流下降到一个很低的水平时,晶闸管将进入关断状态。在关断状态下,晶闸管的正向电压和反向电压均无法导通。晶闸管需要重新触发才干再次导通。三、晶闸管的特性
晶闸管具有以下几个特性:
1. 双向导电性:
晶闸管可以在正向和反向电压下导通电流。这使得晶闸管在交流电路中起到了
晶闸管的构造和工作原理
晶闸管的构造和工作原理
晶闸管(Thyristor)是一种功率电子器件,由晶体管和二极管组成。它具有三个引脚,分别是控制极(Gate),阳极(Anode)和阴极(Cathode)。晶闸管常用于高电流、高电压和高功率的控制电路中。本
文将详细介绍晶闸管的构造和工作原理。
1.构造:
晶闸管的基本结构是由PNPN四层结构的晶体管与二极管串联而成。
这四层结构分别是P型材料、N型材料、P型材料和N型材料。这个结构
可以用一个“门”、“阳”和一个“阴”桥线来形象地表示。
2.工作原理:
(1)正向偏压放电:
当正向电压施加在晶闸管上时,由于正偏压的存在,P1-N1结和P3-
N2结都形成了电反向势垒。只有阳极(A)与阴极(K)之间的N2芯片的
电势压降可以克服势垒电位,晶闸管处于开路状态。
(2)开关行为:
当一个触发脉冲施加到控制极(G)时,晶闸管的NPNP四层结的N1
区电流被注入,从而降低了N1-P2结区的耐压。晶闸管的二极管为N1结
和P2结,开关电压达到断开电压时,晶闸管会开始导电。
(3)负向偏压阻断:
当负偏电压施加在晶闸管上时,P3-N2结和P1-N1结都会产生电反向
势垒。这些势垒会使结区的电压无法降低到低电压状态的门极Vg,从而
保持了晶闸管的封闭状态。
(4)关断行为:
为了在晶闸管中实现关断行为,需要通过应用一个消除或减小持续导
电的电流的方法来降低控制脉冲的电流。一种常用的方式是直接短路晶闸
管间的阳极电流。
晶闸管是一个双向导电的器件,一个触发脉冲可以打开它,而只有当
阴极和阳极之间的电压掉落为零时,它才能关闭。这使得晶闸管适用于许
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电子元器件知识—晶闸管
晶闸管在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示(旧标准中用字母“SCR”表示)。
晶闸管是晶体闸流管的简称,又叫可控硅;晶闸管是PNPN四层半导体结构,它有三个极:阳极,阴极和门极;晶闸管具有硅整流器件的特性,能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管的分类
按关断、导通及控制方式分类类
晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
按引脚和极性分类
晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。按封装形式分类
晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中,金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
按电流容量分类
晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常,大功率晶闸管多采用金属壳封装,而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
按关断速度分类
晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频(快速)晶闸管。(备注:高频不能等同于快速晶闸管)
工作原理
晶闸管是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结,分析原理时,可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如下图,晶闸管T在工作过程中,它的阳极A和阴极K与电源和负载连接,组成晶闸管的主电路,晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接,组成晶闸管的控制电路。
晶闸管的工作条件:
1. 晶闸管承受反向阳极电压时,不管门极承受何种电压,晶闸管都处于反向阻断状态
2. 晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性.
3. 晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。门极只起触发作用
4. 晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管关断。
A P 1
A
G K
N 1P 2P 2
N 1
N 2
a)b)
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
a) 双晶体管模型 b) 等效电路
晶闸管的基本特性
1 静态特性
承受反向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通;
承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通;
晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用;
要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线,如图3所示。其中:第I象限的是正向特性;第III象限的是反向特性
图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I G
I G=0时,器件两端施加正向电压,正向阻断状态,只有很小的正向漏电流流过,正向电压超过临界极限即正向转折电压U bo,则漏电流急剧增大,器件开通。这种开通叫“硬开通”,一般不允许硬开通;
随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低;
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿;
晶闸管本身的压降很小,在1V左右;
导通期间,如果门极电流为零,并且阳极电流降至接近于零的某一数值I H 以下,则晶闸管又回到正向阻断状态。I H称为维持电流。
晶闸管上施加反向电压时,伏安特性类似二极管的反向特性;
阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端;
晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管,从阴极流出,门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的。
晶闸管的门极和阴极之间是PN 结J 3,其伏安特性称为门极伏安特性,如
图4所示。图中ABCGFED 所围成的区域为可靠触发区;图中阴影部分为不触发区;图中ABCJIH 所围成的区域为不可靠触发区。
为保证可靠、安全的触发,触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限
制在可靠触发区。
I FGM G
T FGM I GT
G T G D I GT
I
图4 晶闸管门极伏安特性
2 动态特性
晶闸管的动态特性主要是指晶闸管的开通与关断过程,动态特性如图5所
示。
u
图5 晶闸管的开通和关断过程波形
开通过程:
开通时间gt t 包括延迟时间d t 与上升时间r t ,即
r d gt t t t += (6)
延迟时间d t :门极电流阶跃时刻开始,到阳极电流上升到稳态值的10%的时间 上升时间r t :阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间
普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5m s ,上升时间为0.5~3m s
关断过程:
关断时间q t :包括 反向阻断恢复时间rr t 与正向阻断恢复时间gr t ,即
gr rr q t t t += (7)
普通晶闸管的关断时间约几百微秒。
反向阻断恢复时间rr t :正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间 正向阻断恢复时间gr t :晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间 注:
1)在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压,晶闸管会重新正向导通
2)实际应用中,应对晶闸管施加足够长时间的反向电压,使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力,电路才能可靠工作
晶闸管的主要参数
1 电压定额
1) 断态重复峰值电压DRM U ——在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件上的 正向峰值电压。
2) 反向重复峰值电压RRM U —— 在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件上的反向峰值电压。
3) 通态(峰值)电压TM U ——晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。