幾種特殊的晶閘管

1、特殊的晶閘管雙向晶閘管TRIAC：TRIode AC semiconductor switch雙向可控硅為什么稱為“TRIAC”?三端：TRIode(取前三個(gè)字母)交流半導(dǎo)體開關(guān)：ACsemiconductor switch(取前兩個(gè)字母)以上兩組名詞組合成“TRIAC”中文譯意“三端雙向可控硅開關(guān)”。由此可見“TRIAC”是雙向可控硅的統(tǒng)稱。雙向：Bi-directional(取第一個(gè)字母)控制：Controlled(取第一個(gè)字母)整流器：Rectifier(取第一個(gè)字母)再由這三組英文名詞的首個(gè)字母組合而成:“BCR”中文譯意:雙向可控硅。以“BCR”來(lái)命名雙向可控硅的典型廠家如日本三菱，

2、如:BCR1AM-12、BCR8KM、BCR08AM等等。雙向：Bi-directional(取第一個(gè)字母)三端：Triode(取第一個(gè)字母)由以上兩組單詞組合成“BT”，也是對(duì)雙向可控硅產(chǎn)品的型號(hào)命名，典型的生產(chǎn)商如：意法ST公司、荷蘭飛利浦-Philips公司，均以此來(lái)命名雙向可控硅。代表型號(hào)如：PHILIPS的BT131-600D、BT134-600E、BT136-600E、BT138-600E、BT139-600E、等等。這些都是四象限/非絕緣型/雙向可控硅；Philips公司的產(chǎn)品型號(hào)前綴為“BTA”字頭的，通常是指三象限的雙向可控硅。而意法ST公司，則以“BT”字母為前綴來(lái)命名元件

3、的型號(hào)并且在“BT”后加“A”或“B”來(lái)表示絕緣與非絕緣組合成：“BTA”、“BTB”系列的雙向可控硅型號(hào)，如：三象限/絕緣型/雙向可控硅:BTA06-600C、BTA12-600B、BTA16-600B、BTA41-600B等等；四象限/非絕緣/雙向可控硅:BTB06-600C、BTB12-600B、BTB16-600B、BTB41-600B等等；ST公司所有產(chǎn)品型號(hào)的后綴字母(型號(hào)最后一個(gè)字母)帶“W”的，均為“三象限雙向可控硅”。如“BW”、“CW”、“SW”、“TW”；代表型號(hào)如:BTB12-600BW、BTA26-700CW、BTA08-600SW、等等。至于型號(hào)后綴字母的觸發(fā)電流，

4、各個(gè)廠家的代表含義如下：PHILIPS公司：D=5mA，E=10mA，C=15mA，F(xiàn)=25mA，G=50mA，R=200uA或5mA，型號(hào)沒(méi)有后綴字母之觸發(fā)電流，通常為25-35mA；PHILIPS公司的觸發(fā)電流代表字母沒(méi)有統(tǒng)一的定義，以產(chǎn)品的封裝不同而不同。意法ST公司：TW=5mA，SW=10mA，CW=35mA，BW=50mA，C=25mA，B=50mA，H=15mA，T=15mA，注意：以上觸發(fā)電流均有一個(gè)上下起始誤差范圍，產(chǎn)品PDF文件中均有詳細(xì)說(shuō)明一般分為最小值/典型值/最大值，而非“=”一個(gè)參數(shù)值從外表上看，雙向晶閘管和普通晶閘管很相似，也有三個(gè)電極。但是，它除了其中一個(gè)電極G

5、仍叫做控制極外，另外兩個(gè)電極通常卻不再叫做陽(yáng)極和陰極，而統(tǒng)稱為主電極Tl和T2。它的符號(hào)也和普通晶閘管不同，是把兩個(gè)晶閘管反接在一起畫成的，如圖2所示。它的型號(hào)，在我國(guó)一般用“3CTS”或“KS”表示；國(guó)外的資料也有用“TRIAC”來(lái)表示的。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，雙向晶閘管是一種NPNPN型五層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，見圖3(a)。為了便于說(shuō)明問(wèn)題，我們不妨把圖3(a）看成是由左右兩部分組合而成的，如圖3(b)。這樣一來(lái)，原來(lái)的雙向晶閘管就被分解成兩個(gè)PNPN型結(jié)構(gòu)的單向晶閘管了。如果把左邊從下往上看的p1N1P2N2部分叫做正向的話，那么右邊從下往上看的N3P1N1P2部分就成為反向，它們之間正好是一正

6、一反地并聯(lián)在一起。我們把這種聯(lián)接叫做反向并聯(lián)。因此，從電路功能上可以把它等效成圖3(c)，也就是說(shuō)，一個(gè)雙向晶閘管在電路中的作用是和兩只普通晶閘管反向并聯(lián)起來(lái)等效的。這也正是雙向晶閘管為什么會(huì)有雙向控制導(dǎo)通特性的根本原因。雙向晶閘管不象普通晶閘管那樣，必須在陽(yáng)極和陰極之間加上正向電壓，管子才能導(dǎo)通。對(duì)雙向晶閘管來(lái)說(shuō)，無(wú)所謂陽(yáng)極和陰極。它的任何一個(gè)主電極，對(duì)圖3(b)中的兩個(gè)晶閘管管子來(lái)講，對(duì)一個(gè)管子是陽(yáng)極，對(duì)另一個(gè)管子就是陰極，反過(guò)來(lái)也一樣。因此，雙向晶閘管無(wú)論主電極加上的是正向或是反向電壓，它都能被觸發(fā)導(dǎo)通。不僅如此，雙向晶閘管還有一個(gè)重要的特點(diǎn)，這就是：不管觸發(fā)信號(hào)的極性如何，也就是不管所

7、加的觸發(fā)信號(hào)電壓UG對(duì)T1是正向還是反向，雙向晶閘管都能被觸發(fā)導(dǎo)通。雙向晶閘管的這個(gè)特點(diǎn)是普通晶閘管所沒(méi)有的?？焖倬чl管fast switching thyristor可以在 400Hz以上頻率工作的晶閘管。視電流容量大小，其開通時(shí)間為48微秒，關(guān)斷時(shí)間為1060微秒。主要用于較高頻率的整流、斬波、逆變和變頻電路?？焖倬чl管是一個(gè)PNPN四層三端器件，其符號(hào)與普通晶閘管（見逆阻晶閘管）一樣，它不僅要有良好的靜態(tài)特性，尤其要有良好的動(dòng)態(tài)特性?？焖倬чl管的動(dòng)態(tài)參數(shù)要求為開通速度和導(dǎo)通擴(kuò)展速度快，反向恢復(fù)電荷少,關(guān)斷時(shí)間短，通態(tài)電流臨界上升率(dI/dt)及斷態(tài)電壓臨界上升率 (dV/dt)高。通態(tài)

8、電流臨界上升率是在規(guī)定條件下，器件從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)時(shí)，對(duì)晶閘管不產(chǎn)生有害影響的最大通態(tài)電流上升率；斷態(tài)電壓臨界上升率是在規(guī)定條件下，器件從斷態(tài)不致轉(zhuǎn)向通態(tài)的最大斷態(tài)電壓上升率?？焖倬чl管在額定頻率內(nèi)其額定電流不隨頻率的增加而下降或下降很少。而普通晶閘管在 400Hz以上時(shí)，因開關(guān)損耗隨頻率的提高而增大，并且在總損耗中所占比重也增加，所以，其額定電流隨頻率增加而急速下降。工作原理 快速晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理與普通晶閘管相同，但在設(shè)計(jì)與制造中采取了特殊措施以減少開關(guān)耗散功率。通常采用增加門極陰極周界長(zhǎng)度、減薄基區(qū)厚度的辦法,增加初始導(dǎo)通面積，提高dI/dt耐量和提高擴(kuò)展速度；采用陰極短路點(diǎn)、非對(duì)稱結(jié)

9、構(gòu)、摻金、鉑或用電子、快中子輻照技術(shù)等辦法降低少子壽命，提高dV/dt耐量,降低關(guān)斷時(shí)間。80年代，快速晶閘管已做到通態(tài)平均電流1000A，耐壓2500V，關(guān)斷時(shí)間30微秒。一種對(duì)工作頻率有明確標(biāo)定的快速晶閘管則稱為高頻晶閘管（中國(guó)型號(hào)為KG）。例如KG50（20kHz）,表示該高頻管的標(biāo)稱工作頻率為20kHz，通態(tài)平均電流為50A（20kHz下正弦半波平均電流值）。80年代中期,中國(guó)已能生產(chǎn)KG100(20kHz)和KG200(10kHz)，耐壓為11.2kV的高頻晶閘管?？焖倬чl管采取的特殊措施，在一定程度上降低了靜態(tài)特性（如升高了通態(tài)壓降），故限制了它直接工作于更高頻率的大功率電子設(shè)備。

10、為滿足更高頻率下工作對(duì)晶閘管提出的特殊要求，開發(fā)了門極輔助關(guān)斷晶閘管、可關(guān)斷晶閘管等。晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極A和陰極K與電源和負(fù)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(yáng)極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)短狀態(tài)。2. 晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，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(yáng)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(shí)，晶閘管關(guān)斷。從晶閘

11、管的內(nèi)部分析工作過(guò)程：晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)圖1，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管圖2當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，為使晶閘管導(dǎo)通，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(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此，兩個(gè)互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門機(jī)電流Ig流入時(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)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(guò)J2結(jié)的反相漏電電流

12、為Ic0,晶閘管的陽(yáng)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(yáng)極電流為：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(yáng)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(yáng)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(yáng)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

13、點(diǎn)流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過(guò)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(qiáng)烈的正反饋過(guò)程迅速進(jìn)行。從圖3，當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）1時(shí)，式（11）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶閘管的陽(yáng)極電流Ia.這時(shí)，流過(guò)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,即使此時(shí)門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來(lái)的陽(yáng)極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻

14、，使陽(yáng)極電流Ia減小到維持電流IH以下時(shí)，由于a1和a1迅速下降，當(dāng)1-（a1+a2）0時(shí)，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。普通可控硅不能在較高的頻率下工作。因?yàn)槠骷膶?dǎo)通或關(guān)斷需要一定時(shí)間，同時(shí)陽(yáng)極電壓上升速度太快時(shí)，會(huì)使元件誤導(dǎo)通；陽(yáng)極電流上升速度太快時(shí)，會(huì)燒毀元件。人們?cè)谥圃旃に嚭徒Y(jié)構(gòu)上采取了一些改進(jìn)措施，做出了能適應(yīng)于高頻應(yīng)用的可控硅，我們將它稱為快速可控硅。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。一、關(guān)斷時(shí)間（toff）短導(dǎo)通的可控硅，當(dāng)切斷正向電流時(shí)。并不能馬上“關(guān)斷”，這時(shí)如立即加上正向電壓，它還會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通。從切斷正向電流直到控制極恢復(fù)控制能力需要的時(shí)間，叫做關(guān)斷時(shí)間。用t0仟表示?？煽毓璧年P(guān)斷過(guò)程，實(shí)際上是儲(chǔ)

15、存載流子的消失過(guò)程。為了加速這種消失過(guò)程，制造快速可控硅時(shí)采用了摻金工藝，把金摻到硅中減少基區(qū)少數(shù)載流子的壽命。硅中摻金量越多，t0仟越小，但摻金量過(guò)多會(huì)影響元件的其它性能。二、導(dǎo)通速度快能耐較高的電流上升率（dIdt）控制極觸發(fā)導(dǎo)通的可控硅。總是在靠近控制極的陰極區(qū)域首先導(dǎo)通，然后逐漸向外擴(kuò)展，直到整個(gè)面積導(dǎo)通。大面積的可控硅需要50100微秒以上才能全面積導(dǎo)通。初始導(dǎo)通面積小時(shí)，必須限制初始電流的上升速度，否則將發(fā)生局部過(guò)熱現(xiàn)象，影響元件的性能，甚至燒壞。高頻工作時(shí)這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為此，仿造了集成電路的方法，在可控硅同一硅片上做出一個(gè)放大觸發(fā)信號(hào)用的小可控硅?？刂茦O觸發(fā)小可控硅后，小可控

16、硅的初始導(dǎo)通電流將橫向經(jīng)過(guò)硅片流向主可控硅陰極，觸發(fā)主可控硅。從而實(shí)際強(qiáng)觸發(fā)，加速了元件的導(dǎo)通，提高了耐電流上升率的能力。三、能耐較高的電壓上升率（dvdt）可控硅是由三個(gè)PN結(jié)組成的。每個(gè)結(jié)相當(dāng)于一個(gè)電容器。結(jié)電壓急劇變化時(shí)，就有很大的位移電流流過(guò)元件，它等效于控制極觸發(fā)電流的作用?？赡苁箍煽毓枵`導(dǎo)通。這就是普通可控硅不能耐高電壓上升率的原因。為了有效防止上述誤導(dǎo)通現(xiàn)象發(fā)生，快速可控硅采取了短路發(fā)射結(jié)結(jié)構(gòu)。把陰極和控制極按一定幾何形狀短路。這樣一來(lái)，即使電壓上升率較高，可控硅的電流放大系數(shù)仍幾乎為零，不致使可控硅誤導(dǎo)通。只是在電壓上升率進(jìn)一步提高，結(jié)電容位移電流進(jìn)一步增大，在短路點(diǎn)上產(chǎn)生電壓

17、降足夠大時(shí)，可控硅才能導(dǎo)通。具有短路發(fā)射結(jié)結(jié)構(gòu)的可控硅，用控制極電流觸發(fā)時(shí)，控制極電流首先也是從短路點(diǎn)流向陰極。只是當(dāng)控制極電流足夠大，在短路點(diǎn)電阻上的電壓降足夠大，PN結(jié)正偏導(dǎo)通電流時(shí)，才同沒(méi)有短路發(fā)射結(jié)的元件一樣，可被觸發(fā)導(dǎo)通。因此，快速可控硅的抗干擾能力較好?？焖倏煽毓璧纳a(chǎn)和應(yīng)用都進(jìn)展很快。目前，已有了電流幾百安培、耐壓1千余伏，關(guān)斷時(shí)間僅為20微妙的大功率快速可控硅，同時(shí)還做出了最高工作頻率可達(dá)幾十千赫茲供高頻逆變用的元件。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于大功率直流開關(guān)、大功率中頻感應(yīng)加熱電源、超聲波電源、激光電源、雷達(dá)調(diào)制器及直流電動(dòng)車輛調(diào)速等領(lǐng)域。逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管RCT(Reverse-Co

18、nducting Thyristir)亦稱反向?qū)ňчl管。其特點(diǎn)是在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間反向并聯(lián)一只二極管，使陽(yáng)極與陰極的發(fā)射結(jié)均呈短路狀態(tài)。由于這種特殊電路結(jié)構(gòu)，使之具有耐高壓、耐高溫、關(guān)斷時(shí)間短、通態(tài)電壓低等優(yōu)良性能。例如，逆導(dǎo)晶閘管的關(guān)斷時(shí)間僅幾微秒，工作頻率達(dá)幾十千赫，優(yōu)于快速晶閘管（FSCR）。該器件適用于開關(guān)電源、UPS不間斷電源中，一只RCT即可代替晶閘管和續(xù)流二極管各一只，不僅使用方便，而且能簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。逆導(dǎo)晶閘管的符號(hào)、等效電路如圖1(a)、(b)所示。其伏安特性見圖2。由圖顯見，逆導(dǎo)晶閘管的伏安特性具有不對(duì)稱性，正向特性與普通晶閘管SCR相同，而反向特性與硅整流管的正向

19、特性相同（僅坐標(biāo)位置不同）。逆導(dǎo)晶閘管的典型產(chǎn)品有美國(guó)無(wú)線電公司（RCA）生產(chǎn)的S3900MF，其外形見圖1(c)。它采用TO-220封裝，三個(gè)引出端分別是門極G、陽(yáng)極A、陰極K。S3900MF的主要參數(shù)如下：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM：750V通態(tài)平均電流IT（AV）：5A最大通態(tài)電壓VT：3V（IT=30A）最大反向?qū)妷篤TR：0.8V最大門極觸發(fā)電壓VGT:4V最大門極觸發(fā)電流IGT:40mA關(guān)斷時(shí)間toff:2.4s通態(tài)電壓臨界上升率du/dt:120V/s通態(tài)浪涌電流ITSM:80A利用萬(wàn)用表和兆歐表可以檢查逆導(dǎo)晶閘管的好壞。測(cè)試內(nèi)容主要分三項(xiàng)：1檢查逆導(dǎo)性選擇萬(wàn)用表R×

20、1檔，黑表筆接K極，紅表筆接A極（參見圖3(a)），電阻值應(yīng)為510。若阻值為零，證明內(nèi)部二極管短路；電阻為無(wú)窮大，說(shuō)明二極管開路。2測(cè)量正向直流轉(zhuǎn)折電壓V（BO）按照（b）圖接好電路，再按額定轉(zhuǎn)速搖兆歐表，使RCT正向擊穿，由直流電壓表上讀出V（BO）值。3檢查觸發(fā)能力實(shí)例：使用500型萬(wàn)用表和ZC25-3型兆歐表測(cè)量一只S3900MF型逆導(dǎo)晶閘管。依次選擇R×1k、R×100、R×10和R×1檔測(cè)量A-K極間反向電阻，同時(shí)用讀取電壓法求出出內(nèi)部二極管的反向?qū)妷篤TR（實(shí)際是二極管正向電壓VF）。再用兆歐表和萬(wàn)用表500VDC檔測(cè)得V（BO）值。全

21、部數(shù)據(jù)整理成表1。由此證明被測(cè)RCT質(zhì)量良好。注意事項(xiàng)：（1）S3900MF的VTR0.8V，宜選R×1檔測(cè)量。（2）若再用讀取電流法求出ITR值，還可以繪制反向伏安特性。以往的城市電車和地鐵機(jī)車為了便于調(diào)速采用直流供電，用直流開關(guān)動(dòng)作增加或減小電路電阻，改變電路電流來(lái)控制車輛的速度。但它有不能平滑起動(dòng)和加速。開關(guān)體積大、壽命短，而且低速運(yùn)行時(shí)耗電大（減速時(shí)消耗在啟動(dòng)電阻上）等缺點(diǎn)。自有了逆導(dǎo)晶閘管，采用了逆導(dǎo)晶閘管控制、調(diào)節(jié)車速，不僅克服了上述缺點(diǎn)，而且還降低了功耗，提高了機(jī)車可靠性。逆導(dǎo)晶閘管是在普通晶閘管上反向并聯(lián)一只二極管而成（同做在一個(gè)硅片上。它的等效電路和符號(hào)如圖1所示。

22、它的特點(diǎn)是能反向?qū)ù箅娏?。由于它的?yáng)極和陰極接入反向并聯(lián)的二極管，可對(duì)電感負(fù)載關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的大電流、高電壓進(jìn)行快速釋放。目前已經(jīng)能生產(chǎn)出耐壓達(dá)到15002500V正向電流達(dá)400A。吸收電流達(dá)150A，關(guān)斷時(shí)間小于30微秒的逆導(dǎo)晶閘管?？申P(guān)斷晶閘管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦稱門控晶閘管。其主要特點(diǎn)為，當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)時(shí)晶閘管能自行關(guān)斷。前已述及，普通晶閘管（SCR）靠門極正信號(hào)觸發(fā)之后，撤掉信號(hào)亦能維持通態(tài)。欲使之關(guān)斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強(qiáng)迫關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不僅使設(shè)備的體積重量增大，而且會(huì)降低效率，產(chǎn)生波形失

23、真和噪聲?？申P(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過(guò)巨型晶體管（GTR），只是工作頻率比GTR低。目前，GTO已達(dá)到3000A、4500V的容量。大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力?？申P(guān)斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結(jié)構(gòu)及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1僅繪出GTO典型產(chǎn)品的外形及符號(hào)。大功率GTO大都制成模塊形式。盡管GTO與SCR的觸發(fā)導(dǎo)通原理相同，但二者的關(guān)斷原理及關(guān)斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導(dǎo)通之后即處于深

24、度飽和狀態(tài)，而GTO在導(dǎo)通后只能達(dá)到臨界飽和，所以GTO門極上加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)即可關(guān)斷。GTO的一個(gè)重要參數(shù)就是關(guān)斷增益off，它等于陽(yáng)極最大可關(guān)斷電流IATM與門極最大負(fù)向電流IGM之比，有公式off =IATM/IGMoff一般為幾倍至幾十倍。off值愈大，說(shuō)明門極電流對(duì)陽(yáng)極電流的控制能力愈強(qiáng)。很顯然，off與昌盛 的hFE參數(shù)頗有相似之處。下面分別介紹利用萬(wàn)用表判定GTO電極、檢查GTO的觸發(fā)能力和關(guān)斷能力、估測(cè)關(guān)斷增益off的方法。1判定GTO的電極將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1檔，測(cè)量任意兩腳間的電阻，僅當(dāng)黑表筆接G極，紅表筆接K極時(shí)，電阻呈低阻值，對(duì)其它情況電阻值均為無(wú)窮大。由此可迅速

25、判定G、K極，剩下的就是A極。2檢查觸發(fā)能力首先將表的黑表筆接A極，紅表筆接K極，電阻為無(wú)窮大；然后用黑表筆尖也同時(shí)接觸G極，加上正向觸發(fā)信號(hào)，表針向右偏轉(zhuǎn)到低阻值即表明GTO已經(jīng)導(dǎo)通；最后脫開G極，只要GTO維持通態(tài)，就說(shuō)明被測(cè)管具有觸發(fā)能力。3檢查關(guān)斷能力現(xiàn)采用雙表法檢查GTO的關(guān)斷能力，如圖2(b)所示，表的檔位及接法保持不變。將表?yè)苡赗×10檔，紅表筆接G極，黑表筆接K極，施以負(fù)向觸發(fā)信號(hào)，如果表的指針向左擺到無(wú)窮大位置，證明GTO具有關(guān)斷能力。4估測(cè)關(guān)斷增益off進(jìn)行到第3步時(shí)，先不接入表，記下在GTO導(dǎo)通時(shí)表的正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)n1；再接上表強(qiáng)迫GTO關(guān)斷，記下表的正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)

26、n2。最后根據(jù)讀取電流法按下式估算關(guān)斷增益：off=IATM/IGMIAT/IG=K1n1/ K2n2式中K1表在R×1檔的電流比例系數(shù)；K2表在R×10檔的電流比例系數(shù)。off10×n1/ n2此式的優(yōu)點(diǎn)是，不需要具體計(jì)算IAT、IG之值，只要讀出二者所對(duì)應(yīng)的表針正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)，即可迅速估測(cè)關(guān)斷增益值。光控晶閘管光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT），又稱光觸發(fā)晶閘管。國(guó)內(nèi)也稱GK型光開關(guān)管，是一種光敏器件。光控晶閘管也稱GK型光開關(guān)管，是一種光敏器件。1光控晶閘管的結(jié)構(gòu)通常晶閘管有三個(gè)電極：控制極G、陽(yáng)極A和陰極C。而光控晶閘管由

27、于其控制信號(hào)來(lái)自光的照射，沒(méi)有必要再引出控制極，所以只有兩個(gè)電極(陽(yáng)極A和陰極C)。但它的結(jié)構(gòu)與普通可控硅一樣，是由四層PNPN器件構(gòu)成。當(dāng)在光控晶閘管的陽(yáng)極加上正向電壓，陰極加上負(fù)向電壓時(shí)，圖2（a）的光控晶閘管可以等效成圖2(b)的電路。由圖1（b)可推算出下式：Ia = Il / 1-（a1+a2）式中， Il為光電二極管的光電流；Ia為光控晶閘管陽(yáng)極電流，即光控晶閘管的輸出電流；a1、a2分別為BGl、BG2的電流放大系數(shù)。由上式可知，Ia與Il成正比，即當(dāng)光電二極管的光電流增大時(shí)，光控晶閘管的輸出電流也相應(yīng)增大，同時(shí)Il的增大，使BGl、BG2的電流放大系數(shù)a1、a2也增大。當(dāng)al與

28、a2之和接近l時(shí)，光控晶閘管的Ia達(dá)到最大，即完全導(dǎo)通。能使光控晶閘管導(dǎo)通的最小光照度，稱其為導(dǎo)通光照度。 光控晶閘管與普通晶閘管一樣，一經(jīng)觸發(fā)，即成通導(dǎo)狀態(tài)。只要有足夠強(qiáng)度的光源照射一下管子的受光窗口，它就立即成為通導(dǎo)狀態(tài)，而后即使撤離光源也能維持導(dǎo)通，除非加在陽(yáng)極和陰極之間的電壓為零或反相，才能關(guān)閉。3光控晶閘管的特性為了使光控晶閘管能在微弱的光照下觸發(fā)導(dǎo)通，因此必須使光控晶閘管在極小的控制電流下能可靠地導(dǎo)通。這樣光控晶閘管受到了高溫和耐壓的限制，在目前的條件下，不可能與普通晶閘管一樣做成大功率的。光控晶閘管除了觸發(fā)信號(hào)不同以外，其它特性基本與普通晶閘管是相同的，因此在使用時(shí)可按照普通晶閘

29、管選擇，只要注意它是光控這個(gè)特點(diǎn)就行了。 光控晶閘管對(duì)光源的波長(zhǎng)有一定的要求，即有選擇性。波長(zhǎng)在0.80.9um的紅外線及波長(zhǎng)在1um左右的激光，都是光控晶閘管較為理想的光源。光控晶閘管運(yùn)行監(jiān)控電路圖幾種特殊的可控硅及應(yīng)用逆導(dǎo)可控硅以往的城市電車和地鐵機(jī)車為了便于調(diào)速采用直流供電，用直流開關(guān)動(dòng)作增加或減小電路電阻，改變電路電流來(lái)控制車輛的速度。但它有不能平滑起動(dòng)和加速。開關(guān)體積大、壽命短，而且低速運(yùn)行時(shí)耗電大（減速時(shí)消耗在啟動(dòng)電阻上）等缺點(diǎn)。自有了逆導(dǎo)可控硅，采用了逆導(dǎo)可控硅控制、調(diào)節(jié)車速，不僅克服了上述缺點(diǎn)，而且還降低了功耗，提高了機(jī)車可靠性。逆導(dǎo)可控硅是在普通可控硅上反向并聯(lián)一只二極管而成

30、（同做在一個(gè)硅片上。它的等效電路和符號(hào)如圖1所示。它的特點(diǎn)是能反向?qū)ù箅娏?。由于它的?yáng)極和陰極接入反向并聯(lián)的二極管，可對(duì)電感負(fù)載關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的大電流、高電壓進(jìn)行快速釋放。目前已經(jīng)能生產(chǎn)出耐壓達(dá)到15002500V正向電流達(dá)400A。吸收電流達(dá)150A，關(guān)斷時(shí)間小于30微秒的逆導(dǎo)可控硅。程控單結(jié)晶體管（PUT）    程控單結(jié)晶體管PUT（Programmable Uniguction Transistor），又稱可編程單結(jié)晶體管或可調(diào)單結(jié)晶體管，程控單結(jié)晶體管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)N極門控晶閘管的功能，但因它與單結(jié)晶體管的用途相近，故納入單結(jié)管之列。它與單結(jié)晶體管也有重工區(qū)

31、別。單結(jié)管一經(jīng)制成，從外部就無(wú)法改變r(jià)B1、rB2、RBB、V、IP、IV等參數(shù)值，加之工藝的離散性導(dǎo)致同類單結(jié)管的V值總會(huì)存在一定的偏差，這就給使用帶來(lái)不便。程控單結(jié)晶體管圓滿解決了上述問(wèn)題，它是用外部電阻R1、R2取代內(nèi)基極電阻rB1、rB2，只需改變二者的電阻比，即可從外部調(diào)整其參數(shù)值。正是由于PUT器件使用靈活，用途廣泛，因此頗受使用者歡迎。PUT器件的外形與小功率晶體管相同，也有金屬殼和塑料兩種封裝形式，見圖。國(guó)產(chǎn)型號(hào)為BT40、XG901D等，國(guó)外典型產(chǎn)品有2N6027、2N6028。國(guó)外還研制成外形尺寸為1.1×1.5×2.9(mm)的超小型程控單結(jié)晶體管。下

32、面介紹其工作原理及檢測(cè)方法。1.工作原理程控單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、等效電路及符號(hào)如下圖所示。它屬于PNPN四層、三端、具有負(fù)阻特性的半導(dǎo)體器件。三個(gè)引出端分別是陽(yáng)極A，陰極K，門極G。門極是從靠近陽(yáng)極的N型半導(dǎo)體上引出。PUT等效于由PNP硅管T1和NPN硅管T2構(gòu)成的互補(bǔ)晶體管。當(dāng)VAVG+0.7V(0.7V是T1的發(fā)射結(jié)正向壓降VEB)時(shí)，T1導(dǎo)通，IC1，使T2導(dǎo)通，IC2，這就進(jìn)一步促使T1導(dǎo)通，形成正反饋，導(dǎo)致A-K間電阻急劇下降，呈現(xiàn)負(fù)阻特性。程控單結(jié)晶體管與單結(jié)晶體管的性能比較見表1。BT40型主要參數(shù)見表2。 程控單結(jié)晶體管具有參數(shù)可調(diào)、觸發(fā)靈敏度高、漏電流小、脈沖上升時(shí)

33、間快（約60ns）、輸出功率較大等優(yōu)點(diǎn)，不僅能構(gòu)成可控制脈沖波或鋸齒波發(fā)生器、過(guò)壓保護(hù)器、長(zhǎng)延時(shí)器，還能觸發(fā)晶閘管及大功率晶體管。下圖給出兩種典型用法。程控單結(jié)晶體管稱為PUT，是以單結(jié)晶體管和互補(bǔ)單結(jié)晶體管為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種新器件。它具有晶閘管的功能，同時(shí)又可作為單結(jié)晶體管使用。它把傳統(tǒng)的P門極改為N門極，在極性使用方面和單結(jié)晶體管完全相同，并使觸發(fā)靈敏度增加，從而降低了漏電流和峰值電流的數(shù)值程控單結(jié)晶體管觸發(fā)電路和單結(jié)晶體管電路基本相似。2.檢測(cè)方法(1)識(shí)別程控單結(jié)晶體管的電極由圖2不難看出，僅在陽(yáng)極A與門極G之間有一個(gè)PN結(jié)，而在A-K、G-K之間都有多個(gè)正、反向串聯(lián)的PN結(jié)。據(jù)此可

34、首先確定A、G兩電極，剩下的電極肯定是陰極K。 將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔，兩支表筆各任意接一個(gè)電極。只要測(cè)得低電阻值，證明測(cè)的是PN結(jié)正向電阻，這時(shí)黑表筆接的是陽(yáng)極，紅表筆接門極。這是因?yàn)镚-A之間反向電阻趨于無(wú)窮大，A-K間電阻也總是無(wú)窮大，均不會(huì)出現(xiàn)低阻的情況。（2）檢查程控單結(jié)晶體管的觸發(fā)能力因?yàn)槌炭貑谓Y(jié)晶體管的觸發(fā)靈敏度很高，所以在開路時(shí)只要門極上有感應(yīng)電壓，也能使A、K導(dǎo)通。為此可參照上圖所示電路，預(yù)先給A、G之間加一根短路線，強(qiáng)迫器件關(guān)斷。這時(shí)將萬(wàn)用表置于R×1檔，黑表筆接A極，紅表筆接K極，讀數(shù)應(yīng)為無(wú)窮大。然后斷開短路線，用手指觸摸G極，利用人體感應(yīng)電

35、壓使管子導(dǎo)通，A、K之間的電阻值應(yīng)降成幾歐姆。由此證明管子已被觸發(fā)。否則說(shuō)明管子已損壞。 BTG晶閘管是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種半導(dǎo)體器件。由于它既可作為晶閘管使用，又可作為單結(jié)晶體管（雙基極二極管）使用，所以有的也稱其為程控單結(jié)晶體管( PUT)或可調(diào)式單結(jié)晶體管。BTG晶閘管的外形與其他晶閘管外形相似。     BTG晶閘管     BTG晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號(hào)如圖7-13所示。                &

36、#160;圖7-13  BTG晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路及圖形符號(hào)     從圖7-13可以看出，BTG晶閘管是一種四層三端晶閘管?？梢园阉腜NPN結(jié)構(gòu)看成是由PINIP2與NIP2N2兩個(gè)三極管構(gòu)成的復(fù)合管。其中PINIP2部分的Pl端對(duì)應(yīng)于BTG晶閘管的陽(yáng)極A; Ni對(duì)應(yīng)于BTG晶閘管的門極G，NIP2N2部分的N2端對(duì)應(yīng)于BTG晶閘管的陰極K。由圖中可知，UA= US+ UD，若UA剛好使BTG晶閘管處于負(fù)阻特性的臨界點(diǎn)，則UA =UP，UP= US+ UD。式中Us為門板G的電位，UD是陽(yáng)極A和門極G間的正向壓降，通常為0.60.7V。由于G慮的電位是由外接電阻Ri與R2的分壓來(lái)決定的，因此調(diào)節(jié)Ri與R2的分壓比即可設(shè)定Us值。通常要求魄值大于1.5V。硅控制開關(guān)硅控制開關(guān)SCS（Silicon Controlled Switch）亦稱四端小功率晶閘管。它屬于新穎、多功能半導(dǎo)體器件。只要改變其接線方式，就可構(gòu)成普通晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、逆導(dǎo)晶閘管（RCT）、互補(bǔ)型N