晶闸管的工作原理与应用
可控硅工作原理及作用
可控硅工作原理及作用
可控硅，也称为晶闸管，是一种半导体器件。
可控硅的主要作用是控制电流，是电子行业中最广泛应用的器件之一。
可控硅的工作原理可以简单概括为：通过控制晶体管的控制电流，从而控制晶体管的导电状态。
当控制电流为零时，晶体管无法导电。
当控制电流为正值时，晶体管处于导通状态，电流可以顺畅地通过晶体管。
当控制电流为负值时，晶体管处于截止状态，电流无法通过晶体管。
可控硅在电路中主要有以下两种作用：
1. 控制电压
可控硅通常用于控制电压达到特定的阈值。
通过控制可控硅的控制电流，可以使电路中的电压稳定在所需范围内。
2. 控制电流
可控硅还可以用于控制电流，特别是在高功率电子设备中，控制电流非常重要。
通过控制可控硅的导通和截止状态，调整电路中的电流值。
基于可控硅的电路有很多应用，包括变频器，逆变器和直流电源。
例如，
在变频器中，可控硅可以用来控制电机运行的速度，从而达到能耗节约的效果。
总之，可控硅是一种常见的半导体器件，可以用于控制电路中的电压和电流。
它在电子设备中的应用非常广泛，成为电子技术中不可或缺的一部分。
晶闸管的工作原理及应用
晶闸管的工作原理及应用晶闸管是一种半导体器件，它可以控制和放大电流。
晶闸管具有以下几个主要部分：PN结、栅极、阳极和触发极。
晶闸管的工作原理是由PN结的导通和截止状态之间的转换来完成的。
晶闸管的工作原理如下：1. PN结导通：当晶闸管的栅极电压为零时，PN结处于正向偏置状态，导通状态。
电流可以从阳极流向触发极，并且电流可以在晶闸管上形成一个低阻态。
2. PN结截止：当晶闸管的栅极电压大于阈值电压（通常为0.6V）时，PN结处于反向偏置状态，截止状态。
此时电流无法流过晶闸管，晶闸管上的电压为源电压（通常为几十伏）。
3. 触发控制：当需要导通晶闸管时，可以通过一个脉冲信号或电流输入到触发极，使晶闸管从截止状态转换为导通状态。
当晶闸管被触发后，它将保持导通状态直到重新施加反向电压或将栅极电压降至零。
晶闸管的应用非常广泛，主要有以下几个方面：1. 电力调节：晶闸管可以通过控制导通时间和截止时间来改变电流的大小，从而实现对电力的调节。
它广泛应用于变频调速、电机启动控制、磁控管发射脉冲控制等领域。
2. 电能控制：晶闸管可以用于电能的控制和转换。
例如，晶闸管可以实现电能的变换和分配，用于电力系统的能量调度和优化。
3. 交流电压调节：晶闸管可以用于控制交流电压的大小和频率。
通过控制晶闸管的导通角度，可以实现对交流电压的变压和调节。
4. 光、声、热控制：晶闸管可以用于控制光、声和热能的输出。
例如，晶闸管可用于控制光的强弱和频率，用于光通信和光电子设备。
5. 电源开关：晶闸管可以用作高压、高电流的开关，用于开关电源和电能传输系统。
总之，晶闸管是一种非常重要的半导体器件，具有广泛的应用领域。
通过控制晶闸管的导通和截止状态，可以实现对电流的控制和调节，从而满足不同领域的需求。
04第四章 晶闸管及其应用
第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。
优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。
缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。
（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。
1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。
晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。
晶闸管导通必须同时具备两个条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。
2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。
依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件：1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。
1.3晶闸管的伏安特性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 GI 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。
晶闸管的作用及其工作原理分析
变频调速
晶闸管可用于变频调速电路中，控制交流电动机 的转速。
保护电路
晶闸管可用于保护电路，如过流保护、过压保护。
晶闸管的工作原理
PN结
晶闸管由PN结组成，其中正向扫 描时，PN结将直接导通，产生一 个电流。
控制极
通过控制极控制PN结的电流，控 制晶闸管的导通和截止。
触发器
通过触发器向控制电极施加信号， 控制晶闸管的导通时间。
交通运输
发光二极管广泛应用于车灯、 交通信号灯等方面。
晶闸管的优缺点
优点
可控性强，导通电流大，占用空间小，有良好的 温度特性。
缺点
电磁干扰强，安全性能较差，半导体芯片易受静 电损伤。
发展趋势和展望
智能家居
晶闸管将在智能家居领域中继续 得到广泛应用。
可再生能源
随着可再生能源的广泛应用，晶 闸管在变频调速电路中将越来越 重要。
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
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，实现直流电源的输出。
4.频率变换：晶闸管可以用于交流调制，实现交流电的频率变换。
5.电压调节：晶闸管可以作为稳压器，控制输出电压来保护负载设备。
6.电力因数校正：晶闸管可以用于改善电力系统的功率因数，提高系统效率。
7.电流开关：晶闸管可以用于过电流保护，当电流超过预设值时，晶闸管将自动关断以保护电路和设备。
晶闸管工作的原理及应用
晶闸管工作的原理及应用1. 晶闸管的基本原理晶闸管是一种半导体器件，通过控制晶闸管的阀值电压和触发电流，可以实现对电流的控制。
它具有双向导电性和开关特性，广泛应用于电力控制、调速、变频等领域。
1.1 结构晶闸管由四个半导体材料P-N-P-N组成，形成三个P-N结。
其中，P-N结1和P-N结3称为大型P-N结，P-N结2称为小型P-N结。
晶闸管的主要结构包括P 型层、N型层、门极、触发极和阳极。
1.2 工作原理晶闸管的工作原理可以概括为以下几个过程：1.断态：当晶闸管的阳极电压低于阀值电压时，晶闸管处于断态，没有电流通过。
此时，晶闸管相当于两个二极管反向串联。
2.导通态：当晶闸管的阳极电压高于阀值电压，并且在控制极上施加了足够的正向触发电流时，晶闸管会进入导通态。
此时，晶闸管相当于一个低阻抗导通通道，允许电流从阳极流向阴极。
3.关断态：当晶闸管进入导通态，在没有外部触发信号的情况下，晶闸管会一直保持导通。
要将晶闸管从导通态转变为断态，需要在控制极上施加一个负向脉冲，称为关断触发。
1.3 特性晶闸管具有以下特点：•双向导电性：晶闸管可以实现正向和反向的导通，电流可以在两个方向上流动。
•可控性：通过调整控制极上的触发电流和门极电压，可以实现对晶闸管的导通和关断进行精确控制。
•耐压能力：晶闸管可以承受较高电压，适用于高压、大功率的电力控制系统。
2. 晶闸管的应用领域晶闸管由于其独特的工作原理和特性，在许多领域具有广泛的应用。
2.1 电力控制晶闸管被广泛应用于电力传输和分配系统中。
通过控制晶闸管的导通和关断，可以实现对电力的调控和分配，提高电网的稳定性和效率。
在电力系统中，晶闸管常用于交流调光、电炉控制、电力变换和电压调节等方面。
2.2 调速和变频晶闸管可以用于电机的调速和变频控制。
通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以实现对电机转速的调节。
这种调速方式简单可靠，可以满足不同负载下的转速要求。
2.3 电子制冷晶闸管在电子制冷领域也得到了广泛应用。
晶闸管原理及应用
图3 阳极加反向电压 图4 阳极加正向电压
(2) 正向特性
当门极G开路,阳极A加上正向电压时(见图4),J1、J3结正偏,但J2结反偏,这与普通PN结的反向特性相似,也只能流过很小电流,这叫正向阻断状态,当电压增加,如图2的特性曲线OA段开始弯曲,弯曲处的电压UBO称为“正向转折电压”。
设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2,发射极电流相应为Ia和Ik,电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:
Ia=IC1+IC2+ICO
(3) 触发导通
在门极G上加入正向电压时(如图5所示),因J3正偏,P2区的空穴进入N2区,N2区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。在晶闸管的内部正反馈作用(如图2)的基础上,加上IGT的作用,使晶闸管提前导通,导致图2中的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。
图5 阳极和门极均加正向电压
由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应,在结区产生大量的电子和空穴,电子进入N1区,空穴进入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合。同样,进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿后，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉。这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍有增加,电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图2中的虚线AB段。这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，晶闸管便进入正向导电状态——通态,此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，如图2的BC段。
晶闸管的工作原理与应用ppt课件
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
➢ 线性放大区： ➢ 准饱和区：
➢ 深饱和区：类似于开关的通态。
图1.5.3共发射极接法 时GTR的输出特性
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1.6 电力场效应晶体管
电力MOSFET
P沟道 N沟道
耗尽型： 增强型 耗尽型 增强型:
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
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1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压
降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开
关电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
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1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
•
在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力
• 1.8.1 静电感应晶体管 • 1.8.2 静电感应晶闸管 • 1.8.3 MOS控制晶闸管 • 1.8.4 集成门极换流晶闸管 • 1.8.5 功率模块与功率集成电路
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1.8.1 静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、
输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力 强等优点； ➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的 高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、 大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以 及空间技术等领域。
晶闸管的工作原理和应用
晶闸管的工作原理与应用时间：2009-09-21 14120次阅读【网友评论10条我要评论】收藏1 晶闸管(SCR)晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。
在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成本低等。
因此,特别是在大功率UPS供电系统中,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。
晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。
2 普通晶闸管的结构和工作原理晶闸管是PNPN四层三端器件,共有三个PN结。
分析原理时,可以把它看作是由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1(a)所示,图1(b)为晶闸管的电路符号。
图1 晶闸管等效图解图2.1 晶闸管的工作过程晶闸管是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。
当晶闸管承受正向阳极电压时,为使晶闸管导通,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此是两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2,发射极电流相应为Ia和Ik,电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:Ia=IC1+IC2+ICO=α1Ia+α2Ik+ICO(1)若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为:Ik=Ia+Ig。
晶闸管研究报告
晶闸管研究报告晶闸管是一种主要用于电力控制和调节的半导体器件。
本研究报告旨在探讨晶闸管的工作原理、性能特点、应用领域以及未来的发展趋势。
研究报告的第一部分将介绍晶闸管的工作原理。
晶闸管是一种双极性器件，可以通过控制信号来控制电流的流动。
它由四个层次的P-N掺杂材料组成，形成四个电极。
当控制端施加正向电压时，晶闸管闭合，电流可以流过。
当施加负向电压时，晶闸管断开，阻断电流的流动。
第二部分将介绍晶闸管的性能特点。
晶闸管具有很高的电压和电流承载能力，能够在高电压、高电流的条件下进行控制。
同时，晶闸管具有良好的可逆性，能够在不同的工作条件下反复开关。
此外，晶闸管还具有快速开关速度和低功率损耗的优点。
第三部分将讨论晶闸管的应用领域。
晶闸管广泛应用于电力控制、电机驱动、电压调节和变频器等领域。
在电力系统中，晶闸管可以用于电压调节和频率调节，实现对电网的稳定性控制。
在电机驱动领域，晶闸管可以用于启动和停止电机，实现对电机转速的控制。
在变频器领域，晶闸管可以用于改变交流电的频率和电压，实现对电力输出的精确控制。
最后一部分将探讨晶闸管的未来发展趋势。
随着科技的不断发展，晶闸管的性能将继续提升。
未来的晶闸管可能会具有更高的电压和电流承载能力，以应对更复杂的电力控制需求。
同时，晶闸管的开关速度和功率损耗也将进一步改善，使其更适合高速和高效的应用场景。
综上所述，晶闸管是一种重要的电力控制器件，具有广泛的应用前景。
通过对晶闸管的研究，可以更好地理解其工作原理和性能特点，并且为其在不同的应用领域中发挥作用提供指导和支持。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管是一种半导体器件，广泛应用于电力控制领域。
它具有可控性强、工作稳定等特点，成为现代电力控制系统中不可或缺的元件。
本文将介绍晶闸管的工作原理，帮助读者更好地理解晶闸管的工作原理和应用。
晶闸管的工作原理可以用一个简单的模型来解释，这个模型是由四个层构成的半导体结构。
这四个层分别是P型半导体、N型半导体、P型半导体和N型半导体。
在晶闸管中，两个外部连接的P 区称为阳极（A）和阳极（A），而两个外部连接的N区称为阴极（K）和阴极（K）。
晶闸管中间的PN结叫做控制极，它通常用一个电极来控制。
当晶闸管的控制极施加正向偏置电压，也就是控制极与阴极之间施加正电压时，P区的电子将开始扩散到N区，导致PN结的边界逐渐消失，晶闸管处于导通状态。
在这种情况下，即使外部的控制电压消失，晶闸管仍然处于导通状态。
然而，当控制极施加反向偏置电压，也就是控制极与阴极之间施加负电压时，PN结的边界会变宽，阻止P区的电子向N区扩散。
在这种情况下，晶闸管处于绝缘状态，不导电。
除了通过施加正负电压来控制晶闸管的导通状态，我们还可以使用触发脉冲来控制晶闸管的开关。
当触发脉冲施加到控制极时，控制极和阴极之间的电压会瞬间变为零，导致晶闸管并通过一个高电压脉冲，进而导通。
一旦脉冲结束，晶闸管将保持导通状态，直到电流降低到正常操作水平。
这种触发方式被称为正脉冲触发。
晶闸管的工作原理还可以通过阈值电压解释。
当外部电压施加到晶闸管时，只有当电压超过一定阈值时，晶闸管才能导通。
这是因为在没有达到阈值电压之前，PN结的边界将阻碍电子流动，晶闸管不能导通。
一旦电压超过阈值，晶闸管将迅速导通，并开始通过电流。
晶闸管的工作原理决定了它在电力控制领域的重要性。
它可以用于调节电力系统中的电流和电压，通过控制晶闸管的导通和断开来实现电力控制。
晶闸管的可调性和工作稳定性使其成为电力控制。
晶闸管工作原理.
晶闸管工作原理晶闸管是一种电子器件，它在电子学和电力控制领域有着广泛的应用。
晶闸管能够控制大电流和高电压，因此在电力传输和电动机控制等方面扮演着重要角色。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，以及它在不同应用领域中的工作方式。
晶闸管的基本结构由四个层组成：N型区域，P型区域，P型区域和N型区域。
晶闸管一般是通过控制一个电极上的电流来实现对另一个电极上电流的控制。
这个电极被称为“控制电极”或“闸极”，而另外两个电极分别是“阳极”和“阴极”。
当闸电流被施加在晶闸管的闸极上时，晶闸管处于关断状态，此时正向电压施加在阳极上，而阴极则是负电压。
在关断状态下，晶闸管会阻断正向电流，类似于电子开关。
当闸电流被去除或减小到一个可忽略的水平时，晶闸管的工作状态将发生变化。
当前向电流施加在阳极上时，P型的区域成为一个PN结，此时称为“在态”或“导通态”。
在导通状态下，晶闸管将允许正向电流流动。
晶闸管的转换过程是通过两种方式实现的：转流和转向。
转流是指将电流从晶闸管的阳极转移到阴极，而转向则是指将电流从阳极转移到阴极。
当闸电流被去除时，转流是通过重新注入电流来实现的。
当闸电流被减小到可忽略的水平时，转向是通过向晶闸管施加反向电压来实现的。
晶闸管通常在交流电路中被广泛应用。
在交流电路中，晶闸管可以控制电流的相位，以实现电压和电流的控制。
这使得晶闸管成为一种重要的电力控制器件。
晶闸管还可用于直流电路中，尤其是在工业自动化和电动机控制领域。
尽管晶闸管在许多应用领域中具有广泛的应用，但是在实际应用中仍然存在一些问题。
其中之一是晶闸管的损耗问题。
晶闸管在导通过程中会有一定的导通压降，从而产生额外的损耗。
此外，晶闸管还需要适当的散热措施，以确保其正常工作。
综上所述，晶闸管是一种重要的电力控制器件，它通过控制闸电流来实现电流的控制。
晶闸管的工作原理涉及其基本结构以及电流的转流和转向过程。
晶闸管在交流电路和直流电路中都有着广泛的应用，尤其在电力传输和电动机控制领域。
晶闸管的导通条件和关断条件
晶闸管的导通条件和关断条件晶闸管是一种广泛使用的半导体器件，可以实现高功率的电控制。
晶闸管的导通条件和关断条件是晶闸管工作的基本原理，也是晶闸管的设计和应用的关键。
本文将详细介绍晶闸管的导通条件和关断条件，包括物理原理、数学模型和实际应用。
一、晶闸管的物理原理晶闸管是一种四层PNPN结构的半导体器件，由一个P型区、一个N型区、一个P型区和一个N型区组成。
晶闸管的导通和关断是通过控制PNPN结中的正向和反向电压来实现的。
当晶闸管的控制端施加一个正向脉冲信号时，PNPN结中的P型区和N型区之间的正向电压将增加，当正向电压达到一定值时，PNPN 结中的P型区和N型区之间的空穴和电子会发生复合，形成一个电子流，晶闸管开始导通。
导通时晶闸管的电压降低至低电平，电流增加至高电平。
当晶闸管的控制端施加一个反向脉冲信号时，PNPN结中的N型区和P型区之间的反向电压将增加，当反向电压达到一定值时，PNPN 结中的N型区和P型区之间的电子和空穴会发生复合，形成一个电流，晶闸管开始关断。
关断时晶闸管的电压升高至高电平，电流降低至低电平。
晶闸管的导通和关断是通过控制PNPN结中的正向和反向电压来实现的，因此晶闸管的导通和关断条件与PNPN结的物理特性密切相关。
下面将介绍晶闸管的导通条件和关断条件的数学模型。
二、晶闸管的导通条件晶闸管的导通条件是指晶闸管开始导通的最小正向电压。
根据PNPN结的物理特性，晶闸管的导通条件可以用下式表示：Vgt = Vf + Vr + Vp其中，Vgt为晶闸管的触发电压，Vf为PNPN结的正向电压，Vr 为PNPN结的反向电压，Vp为PNPN结的电压降。
PNPN结的正向电压Vf取决于PNPN结的材料和掺杂浓度，通常在0.5V至0.7V之间。
PNPN结的反向电压Vr取决于PNPN结的击穿电压，通常在20V至200V之间。
PNPN结的电压降Vp取决于PNPN结中的电流和电阻，通常在0.1V至0.5V之间。
常见晶闸管的原理与运用
(一）普通晶闸管普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G、图8-4是其电路图形符号。
普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图8-5所示。
当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。
当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。
此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K 极之间压降约为1V。
普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K 之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。
只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。
普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。
普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。
（二）双向晶闸管双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。
图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路，图8-7是其电路图形符号。
双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。
图8-8是其触发状态。
当门极G和主电极T2相对于主电极T1的电压为正（V T2＞V T1、V G＞V T1）或门极G和主电极T1相对于主电极T2的电压为负（V T1＜V T2、V G＜V T2）时，晶闸管的导通方向为T2→T1此时T2为阳极，T1为阴极。
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重要的作用，可以实现电流的双向控制。
2. 开关特性：晶闸管具有开关特性，可以实现高电压和高电流的控制。
通过控制门极电压的变化，可以控制晶闸管的导通和关断状态。
3. 快速开关速度：晶闸管具有快速的开关速度，可以在微秒的时间内完成导通和关断状态的切换。
这使得晶闸管在高频电路和脉冲电路中得到广泛应用。
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理晶闸管是一种电子器件，用于控制直流或交流电流的流动，它有着广泛的使用场合，比如变频器、电子调压器、电子稳压器等。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理。
一、晶闸管的结构晶闸管是由四层P-N结构构成，其中包括一个PNPN四层结构，在四个结之间有一些控制引脚。
晶闸管之所以被称为"可控硅"，是因为它的PNPN四层结上一个控制电压可以改变结内的电阻，进而改变晶闸管的导通性能。
晶闸管的上下两个接口分别为阴极（C）和阳极（A），第三个引脚为控制态晶体（G），第四个引脚为触发极（T）。
当晶闸管的控制极接通一定的电压，晶体内的电子开始运动，此时晶闸管就可以导电。
二、晶闸管的工作原理1. 晶闸管的导通当晶体管的控制极施加一个正的触发脉冲时，会通过控制极、基极、阳极、阴极，形成一个电压引导，使得晶闸管进入导通状态，在导通状态下，晶闸管的电流可以高达几百安培。
2. 晶闸管的关断当通过晶闸管的电流小于其维持电流等级时，晶件处于关断状态，此时晶闸管会把所有的电流阻止在其耗散电阻中，即是晶闸管的电流变成向耗散电阻方向流动，并阻止向阴阳极流出。
当在晶体管的阳极有正向电压加到临门时，此时晶体管的硅晶在电场作用下可产生开孔，使得阳极所加电压的电流向晶体管的控制极G流入，使得晶能进入导通状态。
在晶闸管的导通状态下，从阳极到阴极的电流不断增大，但是从控制极G到阳极的电流却非常小，此时控制极G断电后，晶体管不会立即关断，它会维持一定的电流容量，直到晶体管的电流降低到维持电流以下，晶体管才会进入关断状态。
三、晶闸管的优势晶闸管相对于其他电子器件，有如下优势：1. 低功耗：晶闸管转换数据时会使无功损耗降至最低，从而达到更高效的传输速率。
2. 维护方便：晶闸管不需要额外的维护，因为它的包装结构只需要更换整个组件就可以在很长的时间内维持。
3. 节省成本：晶闸管组件的启动输入电流较于其他电子器件更低，所以在启动的时候只需要更小的电源，就可以完成同样的复杂任务。
晶闸管的构造和工作原理
晶闸管是一种半导体器件，常用于电能控制领域。它由多种组成部分构成， 通过导通和关断过程实现电流控制和电力转换。下面我们将深入了解晶闸管 的原理和应用。
什么是晶闸管？
晶闸管是一种功率半导体器件，能够在一个电压触发条件下控制电流流动。 它通过自我保持性质，只需要一次触发就可以持续导通电流。
晶闸管的结构
晶闸管由四层结构的PNPN型晶体管构成，包括一个P型层、一个N型层、一 个P型层和一个N型层。结构的四个区域称为阳极、阴极、控制极和触发极。
晶闸管的工作原理
当施加触发电压时，晶闸管进入导通状态。在导通状态下，阳极和阴极之间的电流可以流动。当电流降低到一 个非导通电流水平时，晶闸管自动关闭。
3
关断状态
晶闸管处于关断状态，电流无法通过。
晶闸管的分类
晶闸管可以根据不同的工作原理和结构特点进行分类，常见的包括雪崩晶闸 管、光控晶闸管和门极可控晶闸管等。
理想晶闸管的特性
低导通压降
理想的晶闸管具有低导通压降，能够减少功耗。
高导通能力
可以承受较大的电流，具有高导通能力。
快速响应
理想的晶闸管能够快速响应触发信号，实现快速导通。
导通过程分析
1
注入过程
当施加触发电压时，少数载流子被注入晶体结构中。
2
扩散过程
注入的载流子扩散到晶闸管内部，形成导电通道。
3
电流流动
在导电通道中，电流可以自由流动，晶闸管处于导通状态。
关断过程分析
1
断续过程
施加负向电压时，载流子重新组合，导电通道断开。
2
封堵过程
断开的导电通道被封堵住，电流无法流动。
3 可控性强
晶闸管的导通和关断过程可以通过控制信号进行精确控制。
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（2）晶闸管的额定通态平均电流─额定电流IT(AV)
➢1）定义：在环境温度为40℃和规定的冷却条件下, 晶 ➢闸管在电阻性负载导通角不小于170°的单相工频正弦 ➢半波电路中, 当结温稳定且不超过额定结温时所允许的 ➢最大通态平均电流。
（1.3.3）
正弦半波电流的峰值
（1.3.4）
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（3）门极触发电流IGT和门极触发电压 UGT
在室温下，晶闸管加6V正向阳极电压时，使 元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触发 电发流电I压GTU。G对T。应于门极触发电流的门极电压称为门极触
（4）通态平均电压UT(AV )
个门极有 G。两个主电极T1和T2，一
➢ 正反两方向均可触发 导通，所以双向晶闸管在 第Ｉ和第III象限有对称的 伏安特性。
图1.3.6 双向晶闸管的电气图 形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
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3. 逆导晶闸管 (RCT)
➢将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上 的功率集成器件。
➢ 在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算 后至少还要乘以1.5～2的安全系数，使其有一定的电流 裕量。
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2） IT(AV)计算方法：
根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指在通以单相工 频正弦波电流时的允许最大平均电流。
额定电流(平均电流)为： 额定电流有效值为：
晶闸管的工作原理与应 用
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2020年4月14日星期二
项目一 认识晶闸管和单结晶体管
• 1.1.1 晶闸管及其工作原理 • 1.1.2 晶闸管的特性与主要参数 • 1.1.3 晶闸管的派生器件
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1.1 、晶闸管
晶闸管(Thyristor)包括：普通晶闸管(SCR)、快速
晶闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT) 、
可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。
普通晶闸管：也称可控硅整流管(Silicon Rectifier), 简称SCR。
Controlled
由于它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性( 目前生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整流 、逆变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率低频 (200Hz以下)装置中的主要器件。
在规定环境温度、标准散热条件下， 元件通以 正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值 ，称通态平均电压(又称管压降)
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（5）维持电流ＩＨ 和掣住电流ＩL
• 1）维持电流ＩＨ： 在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好 能保持导通的最小阳极电流为维持电流ＩH 。 • 2）掣住电流ＩL ：
给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转 为导通状态就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要 的最小阳极电流称掣住电流ＩL。
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1.3.3 晶闸管的派生器件
1. 快速晶闸管(Fast Switching Thyristor—FST
➢ 可允许开关频率在400HZ以上工作的晶闸管称为快速晶
闸管(Fast Switching Thyristor，简称FST)，开关频率在 10KHZ 以上的称为高频晶闸管。 ➢ 快速晶闸管为了提高开关速度，其硅片厚度做得比普通 晶闸管薄，因此承受正反向阻断重复峰值电压较低，一般 在2000V以下。
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2. 双向晶闸管(TRIAC)
图1.1.3 晶闸管的内部结构和等效电路
(1)导通：阳极施加正向电压;
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门极G也加正向电压
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1.3.2 晶闸管的特性与主要参数
１. 晶闸管的伏安特性 ：
定义：晶闸管阳极与阴极之 间的电压Ua与阳极电流Ia的关 系曲线称为晶闸管的伏安特 性。
1.4 可关断晶闸管
➢ 可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。 ➢ 它具有普通晶闸管的全部优点，如耐 压高，电流大等。同时它又是全控型器件， 即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉冲 电流触发下关断。
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1、可关断晶闸管的结构 PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门 极
4. 光控晶闸管(LTT)
勇于开始，才能找到成 功的路
1)又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发
导通的晶闸管。
❖2）光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且 可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合
，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地 位。
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第一象限是正向特性、第 三象限是反向特性。
勇于开始，才能找到成 功的路
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• 图1.3.4 晶闸管阳极伏安特性
2. 晶闸管的开关特性
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1.3.5 晶闸管的开通和关断过程波形
3. 晶闸管的主要特性参数
（1）晶闸管的重复峰值电压─额定电压Ute 1）正向重复峰值电压UDRM : 2）反向重复峰值电压URRM : 3）晶闸管铭牌标注的额定电压通常取UDRM
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1.1.1 晶闸管及其工作原理
1、晶闸管的结构：
路漫漫其修远及符号
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
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平板型晶闸管外形及结构
2、晶闸管的工作原理
晶闸管(单向导电性),导通条件为阳极正偏和门极加正向触发电流。
图1.4.1 GTO的内部结构和电气图形符号 (a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 ( b) 并联单元结构断面示意图
(c) 电气图形符号
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• 2、可关断晶闸管的工作原理
1）GTO的导通机理与SCR是相同的。 2）在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉 冲即从门极抽出电流(即抽取饱和导通时储存的 大量载流子)，强烈正反馈使器件退出饱和而关 断。