晶閘管工作原理

1、可控硅元件的工作原理及基本特性1、工作原理可控硅是p1n1p2n2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個pn結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個pnp管和一個npn管所組成，其等效圖解如圖1所示圖1 可控硅等效圖解圖當(dāng)陽極a加上正向電壓時，bg1和bg2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極g輸入一個正向觸發(fā)信號，bg2便有基流ib2流過，經(jīng)bg2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因為bg2的集電極直接與bg1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)bg1放大，于是bg1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個電流又流回到bg2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩

2、個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。由于bg1和bg2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導(dǎo)通后，即使控制極g的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表1表1 可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件狀態(tài)條件說明從關(guān)斷到導(dǎo)通1、陽極電位高于是陰極電位2、控制極有足夠的正向電壓和電流兩者缺一不可維持導(dǎo)通1、陽極電位高于陰極電位2、陽極電流大于維持電流兩者缺一不可從導(dǎo)通到關(guān)斷1、陽極電位低于陰極電位2、陽極電流小于維持電流任一條件即可2、基本伏安特性可控

3、硅的基本伏安特性見圖2圖2 可控硅基本伏安特性（1）反向特性當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖3），j2結(jié)正偏，但j1、j2結(jié)反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進一步提高到j(luò)1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差j3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性or段所示，彎曲處的電壓uro叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向擊穿。圖3 陽極加反向電壓（2）正向特性當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖4），j1、j3結(jié)正偏，但j2結(jié)反偏，這與普通pn結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性oa段所示，彎曲處的是ubo

4、叫：正向轉(zhuǎn)折電壓圖4 陽極加正向電壓由于電壓升高到j(luò)2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，j2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時入n1區(qū)，空穴時入p2區(qū)。進入n1區(qū)的電子與由p1區(qū)通過j1結(jié)注入n1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進入p2區(qū)的空穴與由n2區(qū)通過j3結(jié)注入p2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進入n1區(qū)的電子與進入p2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣，在n1區(qū)就有電子積累，在p2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使p2區(qū)的電位升高，n1區(qū)的電位下降，j2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負阻特性，見圖3的虛線ab段。這時j1、j2、j3三個結(jié)均處于正偏，可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)-通態(tài)，此時，它

5、的特性與普通的pn結(jié)正向特性相似，見圖2中的bc段3、觸發(fā)導(dǎo)通在控制極g上加入正向電壓時（見圖5）因j3正偏，p2區(qū)的空穴時入n2區(qū)，n2區(qū)的電子進入p2區(qū)，形成觸發(fā)電流igt。在可控硅的內(nèi)部正反饋作用（見圖2）的基礎(chǔ)上，加上igt的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖3的伏安特性oa段左移，igt越大，特性左移越快。圖5 陽極和控制極均加正向電壓 晶閘管的工作原理 -在中頻爐中整流側(cè)關(guān)斷時間采用kp-60微秒以內(nèi)，逆變側(cè)關(guān)短時間采用kk-30微秒以內(nèi)這也是kp管與kk管的主要區(qū)別晶閘管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

6、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，不管門極承受和種電壓，晶閘管都處于關(guān)短狀態(tài)。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(dǎo)通。3. 晶閘管在導(dǎo)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(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。4. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。從晶閘管的內(nèi)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(jié)圖1，可以把它中間的np分成兩部分，構(gòu)成一個pnp型三極管和一個npn型三極管的復(fù)合管圖2當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)銅

7、，必須使承受反向電壓的pn結(jié)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(fù)合的晶體管電路，當(dāng)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(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。設(shè)pnp管和npn管的集電極電流相應(yīng)為ic1和ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為ia和ik；電流放大系數(shù)相應(yīng)為a1=ic1/ia和a2=ic2/ik，設(shè)流過j2結(jié)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

8、：i=(ic0+iga2)/（1-（a1+a2）（11）式硅pnp管和硅npn管相應(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化如圖3所示。當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（11）中，ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流iaic0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)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(jīng)npn管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流ic2流過pnp管的發(fā)射結(jié)，并提高了pnp管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流ic1流經(jīng)npn管的發(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3，當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）1時，式（11）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?qū)顟B(tài)。式（11）中，在晶閘管導(dǎo)通后，1-（a1+a2）0,即