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)正

2、觸發(fā)信號(hào)，就相當(dāng)于在VT1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圖17-2 。總而言之，單向晶閘管具有可控開關(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（Silicon Controlled RectifierSCR）1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab）發(fā)明了晶閘管1957年

4、美國(guó)通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化，開辟了電力電子技術(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)散熱器將其夾在中間晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a) 外

5、形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)三、晶閘管基本工作特性三、晶閘管基本工作特性晶閘管基本工作特性歸納：承受反向電壓時(shí)(UAK <0)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通；承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通(即UAK >0， IGK >0才能開通)；晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用；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： 

6、60;  UGK>0 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。晶閘管導(dǎo)通后，即使去掉門極電流，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

7、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T1電極和T2電極，將接在P型半導(dǎo)體材料上的主電極稱為T1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)及電路注意：此圖的T1和T 2的標(biāo)注

8、不對(duì)，應(yīng)反過(guò)來(lái)，同時(shí)此兩極不再劃分陽(yáng)極和陰極雙向晶閘管的伏安特性曲線由于雙向晶閘管正、反特性具有對(duì)稱性，所以它可在任何一個(gè)方向?qū)ǎ且环N理想的交流開關(guān)器件。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(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(a)所示晶閘臂看成是由兩部分組成的見圖(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，右上部分為PNP型管見圖(c)。

9、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VT1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)