模拟电子技术教材七

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，如图1-35所示。

由图可见，晶闸管有三
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1-36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。

第六节常用半导体器件技能训练
训练1 晶体二极管的识别与检测
通过训练，要求了解二极管的型号命名方法，认识常用晶体二极管的外形特征，学会使用
万用表判别晶体二极管的极性，熟悉用万用表判别二极管的质量。

1．命名根据国家标准GB249_74,半导体二极管的型号由五个部分组成：
第一部分用数字2表示二极管；
第二部分材料和极性，用字母表示，如表1.2；
第三部分类型用字母表示，如表1.3；
第四部分序号用数字表示；反映了各种型号的二极管在直流参数，交流参数和极限参数等的差别；
第五部分规格用字母表示；反映了承受反向击穿电压的程度，如规格号为：A，B，C，D，其中A承受的反向击穿电压最低。

2．主要技术参数二极管主要电气参数有最大整流，反向击穿电压，反向饱和电流和最高工作频率等。

稳压二极管还有稳定电压UZ。

稳定电流IZ和温度系数。

不同型号的二极管参数指标不同，选用以及判别二极管类型，质量可通过实测参数来实现。

3．二极管好坏的检测方法用万用表测二极管正，反向电阻，用万用表的红表笔接二极管的阴极，黑表笔接二极管的阳极，测得的是正向电阻，将红，黑表笔对调，测得的是反向电阻，若测得正向电阻在几KΩ以下，反向电阻在几百KΩ以上，则二极管性能良好；若正反
向电阻均为无穷大，则此二极管断路，二极管已坏；若正反向电阻均为0，则此二极管短路，二极管已坏；若测得正反向电阻相差不大，则此二极管性能不好，不能使用。

测量时，要根据二极管的功率大小，不同的种类，选择不同倍率的欧姆档。

小功率二极管一般用R*100或R*1K档，大功率二极管一般用R*1或R*10K档。

4．二极管极性的检测方法用万用表的电阻档R*100或R*1K档测二极管的电阻值。

如果阻值较小，表明为正向电阻值，此时黑表笔所接触的一端为二极管的阳极，红表笔所接触的一端为阴极。

如所测的阻值很大，则表明为反向电阻值，此时黑表笔所接触的一端为二极管的阴极，红表笔所接触的一端为阳极。

训练2 晶体三极管的识别与检测
通过训练，要求了解三极管的型号命名方法，认识常用晶体三极管的外形特征，学会使用万用表判别晶体三极管的好坏和管脚排列情况。

1．命名三极管型号由五部分组成：
第一部分用数字3表示三极管；
第二部分材料和极性，用字母表示，如表1.4；
第三部分类型用字母表示，如1.5；
第四部分序号用数字表示；反映了各种型号的二极管在直流参数，交流参数和极限参数等的差别；
第五部分规格用字母表示；反映了承受反向击穿电压的程度，如规格号为：A，B，C，D……其中A承受的反向击穿电压最低。

2．主要技术参数表征三极管的参数很多，可大致分为三类，即直流参数，交流参数和极限参数。

在实际应用中，我们就根据这三类参数对三极管的选用。

直流参数包括：共发射直流放大系数β，集电极-基极反向饱和电流ICBO，集电极-发射极反向截止电流ICEO。

交流参数包括：共发射极交流放大系数β，共基极交流放大系数，特征频率。

极限参数包括：集电极最大允许电流ICM，反向击穿电压，
U(BR)CEO,U(BR)CBO,U(BR)EBO，集电极最大允许功率损耗PCM。

为了能直观表明三极管的放大系数，常在三极管外壳上标以不同颜色的色点，为选用三极管带来了很大的方便；锗，硅开关管，高低频小功率管，硅低频大功率管D系列，DD系列，3CD系列的分档标记如下：
0 —15—25—40—55—80—120—180—270—400—600—
色标棕红橙黄绿蓝紫灰白黑
例如：色点为红色表明该管的β为15——25之间
3．识别方法要准确地了解一只三极管类型、性能与参数, 可用专门的测量仪器进行测试,
但一般粗略判别三极管的类型和管脚, 可直接通过三极管的型号简单判断, 也可利用万用表测量方法判断，下面具体介绍万用表的简单测量方法。

（1）根据三极管外壳上的型号,初判其类型，具体见型号命名方法。

（2）根据三极管的外形特点,初判其管脚。

见图1-40
（3）用万用表判别三极管的管型及管脚。

1）基极和管型的判断三极管内部有两个PN结，即集电结和发射结，实图1-41所示为NPN型三极管。

与二极管相似，三极管内的PN结同样具有单向导电性。

因此可用万用表电阻挡判别出基极b和管型。

例如,NPN型三极管，当用黑表棒接基极b，用红表棒分别搭试集电极c和发射极e，测的阻值均较小；反之，表棒位置交换后，测的阻值均较大。

但在测试时未知电极和管型，因此对三个电极脚要调换测试，直到符合上述测量结果为止。

然后，再根据在公共端电极上表棒所代表的电源极性，可判别出基极b和管型。

2）集电极和发射极的判别具体测试方法如图1-42所示，图（a）、（b）为PNP管的测试图，图（c）为NPN管的测试图。

型锗管，先将万用表拨至R*1K档，测量除基极以外的另两个电极，得到一个阻值，再将红，黑表笔对调测一次，又得到一个电阻值，在阻值较小的那一次中，红表笔所接电极为集电极，黑表笔接的那个电极为发射极，对于NPN型硅管，可在基极和黑表笔之间接一个100kΩ的电阻，用上述同样方法，测除基极以外的两个电极间的阻值，其中阻值较小的一次黑表笔所接电极为集电极，红表笔接的那个电极为发射极。

3）硅管和锗管的判断
具体测试方法如图1-43所示,根据硅管的发射结正向压降大于锗管的正向压降的特点,来
判断其材料。

一般常温下,锗管正向压降为0.2～0.3V,硅管的正向压降为0.6～0.7V。

由电压表的读数大小确定是硅管还是锗管。

4．性能参数测试
（1）三极管穿透电流的测量对于PNP管红表笔接集电极，黑表笔接发射极，用R*1K 档测得的阻值应50KΩ以上。

此值越大，证明管子的穿透电流越小，管子的性能优良，若阻值小于25KΩ。

说明管子的穿透电流大，工作不稳定并有很大噪声，不宜选用。

对于PNP 管，应将表笔对调测试其电阻值，阻值应比PNP管大很多，一般应在几百千欧。

（2）共发射极直流电流放大系数β的性能测试三极管的β值可以用万用表测量β值的档位测量
（3）三极管基间电阻的测量通过测量三极管基间电阻的大小，可判断管子质量的好坏，也可看出三极管内部是否有短路，断路等损坏情况，在三极管基间电阻的测试时，要注意量程的选择，否则将产生误判或损坏三极管。

测小功率管时，应当用R×100K(Ω)或R×1k(Ω)的电阻挡。

若放在R×10k(Ω)挡上，则因万用表内接有较高电压的电池，有可能将PN结击穿。

若用R×1(Ω)挡，则因万用表的等效电阻较小，会使过大的电流流过PN结，有可能会烧坏晶体管，但在测量大功率管时，则要用R×1或R×10档。

因它的正反向电阻较小，用其它档容易产生误判。

对于质量良好的中，小功率三极管，基极与集电极，基极与发射极正向电阻一般为几百欧姆到几千欧姆，其余的极间电阻都很高，约为几百千欧。

硅材料的三极管要比锗材料的三极管极间电阻高。

当测得的正向电阻近似于无穷大时，表明管子内部断路，若测得的反向电阻很小或为零时，说明管子已击穿或短路。

常用三极管的正反向电阻值可查手册，供测量时参考。

二、晶闸管的工作状态
如图1-37（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，如图1-37（b）所示。

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1-37（c）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1-37（d）所示。

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。

三、晶闸管的型号和主要参数
1．晶闸管的型号按照国家规定，普通晶闸管的型号及含义如下：
例如，KP200-8D表示普通晶闸管，额定电流为200A，额定电压为800V，管压降0.6~0.7V。

2．晶闸管的主要参数
（1）额定正向平均电流IF 指在规定环境温度及标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的最大工频正弦半波电流的平均值。

由于晶闸管的过载能力很小，所以常选晶闸管的IF大于正常工作平均电流的1.5~2倍。

（2）维持电流IH 控制极断开后，晶闸管维持导通的最小阳极电流称为维持电流IH。

当正向电流小于IH时，晶闸管自行关断。

（3）触发电压UG和触发电流IG 指在规定环境温度和在阳极和阴极之间加一定正向电压的条件下，使晶闸管从阻断到完全导通所需的最小控制极直流电压和电流。

一般UG为
1~5 V，IG为几十~几百毫安。

（ 4）正向重复峰值电压UDRM 在控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的正向峰值电压。

（5）反向重复峰值电压URRM 在控制极开路的条件下，允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。

除上述主要参数外，晶闸管还有正向平均电压、控制极反向电压以及一些动态指标等，使用时可查阅有关手册。

四、晶闸管的保护
晶闸管有很多优点，但是它对电压、电流的过载能力差，因此在实际运行中，必须设置保护装置。

1．过电流保护晶闸管仅允许短时间过流，否则将因过热而烧毁。

过电流保护的作用是一旦发生过电流时，能在允许的时间内快速切断电流，以防止器件损坏。

过电流保护方法中，最常用的是快速熔断器保护。

快速熔断器的采用银质熔丝，其熔断时间比普通熔丝短得多，
可以在晶闸管损坏之前先行熔断，起到保护作用。

使用中，快速熔断器接入电路的几种不同接法如图1-38所示。

由图可见，快速熔断器可以串联在交流侧，如FU1；也可以与晶闸管串联，如FU2；或者与直流负载串联，如FU3。

2．过电压保护晶闸管的过电压能力极差，当电路中的电压超过其反向击穿电压时，会在极短的时间内被反向击穿而损坏。

因此，必须采取措施来消除晶闸管上可能出现的过电压。

实际使用中常采用阻容吸收电路进行过电压保护，即利用电容吸收电压，再通过电阻放电，把能量消耗在电阻中。

如图1-39所示，阻容元件在电路中的接法有三种，即并联在交流侧或并联在晶闸管两端或并联在负载两端。

晶闸管的应用已经渗透到各个领域，例如汽车用可控硅分电点火装置中的分电控制器电路。

该电路由开关电源、储能电路、可控硅触发电路和输入输出电路构成，电源接通工作时，在储能电路中储能，当传感器输入某一路点火器正时信号时，通过输入电路触发相应的可控硅导通，储能电容对点火线圈产生高压，实现自动分缸点火。

该装置输出波形好，点火能量大，强度高，工作稳定，汽油燃烧速度快，提高了发动机功率，可减少有害气体的排放。