晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法
1.1 晶闸管
晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，也称为可控硅SCR（Semiconductor Control Rectifier）。晶闸管作为大功率的半导体器件，只要用几十至几百毫安的电流就可以控制几百至几千安的大电流，实现了弱电对强电的控制。
1.1.1 晶闸管的结构
晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（阳极A、阴极K、门极G）器件，其内部结构和等效电路如图1-1所示。
图1-1 晶闸管的内部结构和等效电路
晶闸管的符号及外形如图1-2所示，图1-2（a）为晶闸管的符号，图1-2（b）为晶闸管的外形。晶闸管的类型大致有4种：塑封型、螺栓型、平板型和模块型。塑封型晶闸管多用于额定电流5A以下；螺栓型晶闸管额定电流一般为5～200A；平板型晶闸管用于额定电流200A以上；模块型晶闸管额定电流可达数百安培。晶闸管由于体积小、安装方便，常用于紧凑型设备中。晶闸管工作时，由于器件损耗会产生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形是为便于安装散热器而设计的。
图1-2 晶闸管的符号及外形
晶闸管的散热器如图1-3所示。
图1-3 晶闸管的散热器
1.1.2 晶闸管的工作原理
以图1-4所示的晶闸管的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理。在该电路中，由电源EA、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路，由电源EG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。
图1-4 晶闸管的导通实验电路
实验步骤及结果说明如下。
（1）将晶闸管的阳极接电源EA的正极，阴极经白炽灯接电源的负极，此时晶闸
管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时，灯不亮，说明晶闸管不导通。（2）当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，灯亮说明晶闸管导通。
（3）当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。
（4）当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加正向电压，灯都不亮，说明晶闸管截止。如果控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。
通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备以下两个条件。
（1）晶闸管主电路加正向电压。
（2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。
晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。为了使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下（可以通过使阳极电压减小到零或反向的方法，也可以加大主回路电阻值来实现）。
为了进一步说明晶闸管的工作原理，下面通过晶闸管的等效电路来分析。
将内部是四层PNPN结构的晶闸管，看成是由一个PNP 型和一个NPN 型晶体管连接而成的等效电路，如图l-5所示。
晶闸管的阳极A相当于PNP型晶体管VT1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管VT2的发射极。当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，晶体管VT2处于正向偏置，EG产生的控制极电流IG就是VT2的基极电流IB2，VT2的集电极电流IC2=β2IG。而IC2又是晶体管VT1的基极电流IB1，VT1的集电极电流IC1=β1IC2=β1β2IG（β1和β2分别是VT1和VT2的电流放大系数）。电流Ic1又流入VT2的基极，再一次被放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。正反馈过程如下：
图1-5 晶闸管工作原理的等效电路
IG↑→IB2↑→IC2（IB1）↑→Ic1↑→IB2↑
在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠晶闸管本身的正反馈作用来维持，此时IB2=Ic1+IG，而Ic1>>IG，即使控制极电流消失（IG=0），IB2仍足够大，晶闸管仍将处于导通状态。控制极的作用只能触发晶闸管导通，晶闸管导通之后，控制极就失去作用了。
若要晶闸管关断，只有降低阳极电压到零或对晶闸管加上反向阳极电压，也可增大阳极回路的阻抗，使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流，晶闸管才可恢复关断状态。
1.1.3 晶闸管的特性
晶闸管的伏安特性是指晶闸管阳、阴极间电压UA和阳极电流IA，之间的关系特
性，如图1-6所示。图1-6中各量的物理意义：UDRM、URRM——正、反向断态重复峰值电压；UDSM、URSM——正、反向断态不重复峰值电压；UBO——正向转折电压；URO——反向击穿电压。
晶闸管的伏安特性包括正向特性（第Ⅰ象限）和反向特性（第Ⅲ象限）两部分。
1.正向特性
在门极电流IG=0的情况下，逐渐增大晶闸管的正向阳极电压，这时晶闸管处于关断状态，只有很小的正向漏电流。随着正向阳极电压的增加，当达达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，特性从正向关断状态突变为正向导通状态。导通时的晶闸管状态和二极管的正向特性相似，即流过较大的阳极电流，而晶闸管本身的压降却很小。正常工作时，不允许把正向阳极电压加到转折值UBO，而是从门极输入触发电流IG，使晶闸管导通。门极电流越大，阳极电压转折点越低（图1-6中IG2>IG1）。晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复关断，只有逐步减少阳极电流，当IA小到等于维持电流IH时，晶闸管由导通变为关断。维持电流IH是维持晶闸管导通所需的最小电流。
2.反向特性
晶闸管的反向特性是指晶闸管的反向阳极电压（阳极相对阴极为负电位）与阳极漏电流的伏安特性。晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。当晶闸管承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于关断状态。当反向电压增加到一定数值时，反向漏电流增加较快。再继续增大反向阳极电压，会导致晶闸管反向击穿，造成晶闸管的损坏。
图1-6 晶闸管的伏安特性曲线
1.1.4 晶闸管的主要参数
1.额定电压UTn
（1）正向重复峰值电压UDRM。在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM。一般规定此电压为正向不重复峰值电压UDSM的80%。
（2）反向重复峰值电压URRM。在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM。此电压取反向不重复峰值电压URSM的80%。
晶闸管的额定电压则取UDRM和URRM的较小值且靠近标准电压等级所对应的电压值。
由于瞬时过电压也会造成晶闸管损坏，因而选择晶闸管的额定电压UTn应为晶闸管在电路中可能承受的最大峰值电压的2～3倍。晶闸管额定电压的等级与说明如表1-1所示。
表1-1 晶闸管额定电压的等级与说明
2.额定电流IT（AV）
晶闸管的额定电流IT（AV）是指在环境温度为40℃和规定的散热条件下，晶闸管在电阻性负载的单相、工频（50Hz）、正弦半波（导通角不小于170°）的电路中，结温稳定在额定值125℃时所允许的通态平均电流。
值得注意的是，晶闸管是以平均电流而非有效值电流作为它的额定电流，这是因为晶闸管较多用于可控整流电路，而整流电路往往是按直流平均值来计算的。然而，在实际应用中，限制晶闸管最大电流的是晶闸管的工作温度。而晶闸管的工作温度主要由电流的有效值决定，因此要将额定电流IT（AV）换算成额定电流有效值ITn。
图1-7 流过晶闸管的工频正弦半波电流波形
根据晶闸管额定电流IT（AV）的定义，设流过晶闸管的正弦半波电流的最大值为Im。依据电流平均值、有效值的定义（导通角不小于170°），则
额定电流为
电流有效值为
正弦半波电流的有效值与通态平均值之比为
Kf=ITn/IT（AV）=π/2=1.57
Kf为波形系数，表明额定电流为IT（AV）的晶闸管可以流过1.57 IT（AV）的正弦半波电流有效值。在实际应用中，不论流过晶闸管的电流波形如何，导通角有多大，只要流过元件的实际电流最大有效值小于或等于晶闸管的额定有效值，且散热条件符合规定，管芯的发热就能限制在允许范围内。
不同的电流波形有不同的平均值与有效值，波形系数Kf也不同。在选用晶闸管的时候，首先要根据晶闸管的额定额定电流（通态平均电流）求出晶闸管允许流过的电流有效值；然后要求所选晶闸管允许流过的电流有效值大于或等于晶闸管在电路中实际可能通过的最大电流有效值ITn；考虑元件的过载能力，实际选择时应有1.5～2倍的安全裕量。
3.通态平均电压UT（AV）
通态平均电压UT（AV）是指在额定通态平均电流和稳定结温下，晶闸管阳、阴极间电压的平均值，一般称为管压降，其范围在0.4～1.2V之间。晶闸管正向通
态平均电压的组别如表1-2所示。
表1-2 晶闸管正向通态平均电压的组别
4.维持电流IH和擎住电流IL
在室温且控制极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流IH。维持电流大的晶闸管容易关断。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时就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为擎住电流IL。对同一晶闸管来说，擎住电流IL要比维持电流IH大2～4倍。
5.门极触发电流IG
门极触发电流IG是指在室温下，阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。
6.门极触发电压UG
门极触发电压UG是指对应于门极触发电流时的门极触发电压。对于晶闸管的使用者来说，为使触发器适用于所有同型号的晶闸管，触发器送给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UG和IG上限值，但不应超过其峰值UGM和IGM。门极平均功率PG，和峰值功率（允许的最大瞬时功率）PGM也不应超过规定值。
7.断态电压临界上升率du/dt
在额定结温和门极断路条件下，使器件从断态转入通态的最低电压上升率称为断态电压临界上升率du/dt。
断态电压临界上升率的级别如表1-3所示。
表1-3 断态电压临界上升率的级别
8.通态电流临界上升率di/dt
在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时，晶闸管能够承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率称为通态电流临界上升率di/dt。晶闸管所允许的最大电
流上升率应小于此值。通态电流临界上升率的级别如表1-4所示。
表1-4 通态电流临界上升率的级别
另外，还有晶闸管的开通与关断时间等参数。
1.1.5 晶闸管的型号和简单测试
1.普通晶闸管的型号
按国家JB 1144—1975规定，国产普通晶闸管型号中各部分的含义如下：
例如，KP100-10H表示额定电流为100A，额定电压为1000V，管压降为1.1V的普通晶闸管。2.用万用表进行晶闸管的简单测试
（1）晶闸管电极的判定。螺栓型、平板型晶闸管从外观上很容易判断，螺栓型的螺栓端为阳极，另一主接线端为阴极，控制极（门极）比阴极细细小；平板型晶闸管的金属圆环靠近阴极，另一端为阳极，控制极则用辫子形状的金属软线引出。
（2）晶闸管好坏的简单判别。根据PN结的单向导电原理，对于晶闸管的三个电极，用万用表欧姆挡测试元器件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。
① 由于晶闸管在其门极未加触发电压时是关断的，如用数字万用表二极管挡（带蜂鸣器）测量阳极A和阴极K之间的电阻，其正、反向电阻应该都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小。
② 其次，用万用表的红表棒（该端接内部电池的正端）接到阳极，黑表棒接到阴极，在这种情况下，将红表棒移动一点，使其刚好碰到控制极上（操作要点是红表棒固定接在阳极，同时触碰一下控制极）。这样，晶闸管将成为导通状态，
万用表的度数有变化。
③ 用同一挡测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。
如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。
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 G I 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。I H称为维持电流。 晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性； 阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端；
双向晶闸管原理及检测
双向晶闸管 ?双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制 极。 目录 ?如何检查双向晶闸管的好坏 ?浅谈双向晶闸管的结构及工作原理 ?双向晶闸管的发展现状 ?双向晶闸管组成的交流调压电路图 如何检查双向晶闸管的好坏 ?如何检查双向晶闸管的好坏：双向晶闸管作电子开关使用，能控制交流负载(例如白炽灯)的通断，根据白炽灯的亮灭情况，可判断双向晶闸管的好坏。 将220V交流电源的任意一端接T2，另一端经过220V、100W白炽灯接T1。触发电路由开关S和门极限流电阻R组成。S选用耐压220VAC的小型钮子开关或拉线开关。 R的阻值取100~330Ω，R值取得过大，会减小导通角。 下面个绍检查步骤： 第一步，先将S断开，此时双向晶闸管关断，灯泡应熄灭。若灯泡正常发光，则说明双向晶闸管T1-T2极间短路，管子报废；如果灯泡轻微发光，表明T1-T2漏电流太大，管子的性能很差。出现上述两种情况，应停止试验。 第二步：闭合S，因为门极上有触发信号，所以只需经过几微秒的时间，双向晶闸管即导通通，白炽灯上有交流电流通过而正常发光。具体工作过程分析如下：在交流电的正半周，设Ua>Ub，则T2为正，T1为负，G相对于T2也为负，双向晶闸管按照T2-T1的方向导通。在交流电的负半周，设Ua 晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法 1.1 晶闸管 晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，也称为可控硅SCR（Semiconductor Control Rectifier）。晶闸管作为大功率的半导体器件，只要用几十至几百毫安的电流就可以控制几百至几千安的大电流，实现了弱电对强电的控制。 1.1.1 晶闸管的结构 晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（阳极A、阴极K、门极G）器件，其内部结构和等效电路如图1-1所示。 图1-1 晶闸管的内部结构和等效电路 晶闸管的符号及外形如图1-2所示，图1-2（a）为晶闸管的符号，图1-2（b）为晶闸管的外形。晶闸管的类型大致有4种：塑封型、螺栓型、平板型和模块型。塑封型晶闸管多用于额定电流5A以下；螺栓型晶闸管额定电流一般为5～200A；平板型晶闸管用于额定电流200A以上；模块型晶闸管额定电流可达数百安培。晶闸管由于体积小、安装方便，常用于紧凑型设备中。晶闸管工作时，由于器件损耗会产生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形是为便于安装散热器而设计的。 图1-2 晶闸管的符号及外形 晶闸管的散热器如图1-3所示。 图1-3 晶闸管的散热器 1.1.2 晶闸管的工作原理 以图1-4所示的晶闸管的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理。在该电路中，由电源EA、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路，由电源EG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。 图1-4 晶闸管的导通实验电路 实验步骤及结果说明如下。 （1）将晶闸管的阳极接电源EA的正极，阴极经白炽灯接电源的负极，此时晶闸 管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时，灯不亮，说明晶闸管不导通。（2）当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，灯亮说明晶闸管导通。 （3）当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。 （4）当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加正向电压，灯都不亮，说明晶闸管截止。如果控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备以下两个条件。 （1）晶闸管主电路加正向电压。 （2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。为了使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下（可以通过使阳极电压减小到零或反向的方法，也可以加大主回路电阻值来实现）。 为了进一步说明晶闸管的工作原理，下面通过晶闸管的等效电路来分析。 将内部是四层PNPN结构的晶闸管，看成是由一个PNP 型和一个NPN 型晶体管连接而成的等效电路，如图l-5所示。 晶闸管的阳极A相当于PNP型晶体管VT1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管VT2的发射极。当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，晶体管VT2处于正向偏置，EG产生的控制极电流IG就是VT2的基极电流IB2，VT2的集电极电流IC2=β2IG。而IC2又是晶体管VT1的基极电流IB1，VT1的集电极电流IC1=β1IC2=β1β2IG（β1和β2分别是VT1和VT2的电流放大系数）。电流Ic1又流入VT2的基极，再一次被放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。正反馈过程如下： 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 第12章晶闸管及其电路 本章要点 ● 晶闸管结构、符号、工作原理与伏安特性 ● 单相桥式半控整流电路 ● 单结晶体管结构与工作原理 ● 双向晶体管结构与工作原理 本章难点 电阻性负载和电感性负载的单相桥式半控整流电路工作原理 晶体闸流管简称晶闸管(T)，曾经称做可控硅(SCR)，是一种功率半导体元件。它具有体积小、重量轻、效率高、使用维护方便等优点，在电机控制、电磁阀控制、灯光控制、稳压控制、逆变电源等方面有普遍的应用。 12.1 晶闸管概述 晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流电压，换句话说，它的功率放大倍数可以达到数十万倍以上。由于元件的功率增益可以做得很大，所以在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流—直流、直流—交流、交流—交流、直流—直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。 晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运用很敏感，实际运用时应该注意留有较大电压、电流余量，并应尽量解决好器件的散热问题。我国自己生产的晶闸管都是大型的，电流上千安培，甚至要通水冷却。国外厂家则推出许多小功率 的塑料封装晶闸管，外型像晶体三极管，使得晶闸管广泛应用于消费类电子产品中(如彩电电源保护、电子调光灯)。 根据结构及用途的不同，晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管等。 12.2 晶闸管 12.2.1 晶闸管结构、符号与外形 晶闸管的外形有螺栓形、平板形和金属外壳、塑料外壳等不同形式，如图 12-1所示。由于晶闸管一般用于高压大电流的场合，常常需要加散热片，所以其外形都制造得易于安装和散热。 晶闸管的内部结构示意图和图形符号如图12-2所示。它由PNPN四层半导体构成，其间形成三个PN结，引出三个电极，分别为阳极a、阴极k和控制极g。 (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。 晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。 一、结构与工作原理 晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。 晶闸管的定义及主要参数和使用详解 晶闸管的发明在当今高科技时代，电力控制技术的发展对于现代社会的可持续运行至关重要。而晶闸管作为一种重要的电力控制元件，正发挥着不可或缺的作用。本文将深入介绍晶闸管的基本原理、控制使用、重要参数以及其应用领域。 晶闸管的发明 随着电力系统的扩展和电气设备的广泛应用，对电力控制的需求日益增加。传统的机械式开关和控制方法存在效率低下、寿命短等问题。因此，寻找更高效、可靠的电力控制方法成为了一个迫切的需求。 1956年，苏联的科学家Oleg Losev首次提出了PNPN结构的概念。尽管他没有将其实际制造成可用器件，但这个概念为晶闸管的开发铺平了道路。他的想法激发了后来研究者们对PNPN结构的探索。 1957年，美国物理学家Robert Noyce和Gordon Moore在贝尔实验室工作时，设计并制造了第一个可实际使用的PNPN结构的器件，被称为“Silicon Controlled Switch”（SCS）。尽管在当时尚未广泛应用，但这是晶闸管发展的重要里程碑。 1958年，Gerald Pearson、Dawon Kahng和John Moll从贝尔实验室获得了专利，描述了一个在电流触发下能控制电流的器件。他们将这个器件命名为“晶闸管”，即Thyristor，这个名称在随后的发展中被广泛使用。 晶闸管的重要参数 触发电流门限（I_GT）：触发电流门限是指需要在栅极施加的最小电流，以使晶闸管从关断状态切换到导通状态。这个参数决定了触发晶闸管的最小控制电流。 保持电流（I_H）：保持电流是指在晶闸管导通状态下，需要流过晶闸管的最小电流，以保持其导通。如果电流降至保持电流以下，晶闸管将自动关断。 最大额定电压（V_RRM）：最大额定电压是晶闸管可以承受的最大反向重复电压。这个参数与晶闸管的电压耐受能力相关，决定了它适用的电路电压范围。 最大额定电流（I_TAV）：最大额定电流是指晶闸管可以承受的最大平均电流。这个参数与晶闸管的电流承受能力相关，决定了它适用的电路功率范围。 封装类型和散热：不同的晶闸管封装类型和散热设计影响着其热特性和耐用性。合适的封装和散热设计可以确保晶闸管在工作时不过热。 触发角（α）：触发角是晶闸管导通的相位角度，通常以交流电周期的度量。通过控制触发角，可以实现电流的延迟导通，从而调节电流的大小。 开关速度：开关速度是晶闸管从关断到导通的切换时间，以及从导通到关断的切换时间。较快的开关速度适用于高频率应用，如变频调速系统。 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，阻止了 电流的流动。 2. 触发状态： 当给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能再次导通。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。 4. 高温工作能力： 晶闸管具有较高的温度工作能力，可以在高温环境下正常工作。这使得晶闸管 在高功率电路和工业设备中得到广泛应用。 四、晶闸管的应用 晶闸管的基本工作原理 晶闸管是一种半导体器件，具有可控放电特性，被广泛应用于电力控制和电能调节等领域。本文将介绍晶闸管的基本工作原理。 晶闸管的基本工作原理可以通过以下几个方面来说明：结构、工作模式和特性。 一、结构： 晶闸管由四个半导体层组成，分别是P层、N层、P层和N层。其中，P层和N层之间形成PN结，PN结两侧各有一个电极，分别称为阳极和阴极。在PN结上还有一个控制电极，称为闸极。晶闸管的结构决定了它的特殊工作原理。 二、工作模式： 晶闸管有两种工作模式，分别是导通和关断。在导通状态下，晶闸管相当于一个开关，允许电流从阳极流向阴极；而在关断状态下，晶闸管相当于一个断路器，阻止电流流动。 三、特性： 晶闸管具有可控放电特性，即只有当控制电极施加一定的正向电压时，晶闸管才能导通。晶闸管导通时，需要施加一定的触发电流来激活晶闸管，而一旦晶闸管导通，即使控制电极上的电压降为零，晶闸管也会维持导通状态直到电流降为零或施加反向电压。 晶闸管的工作原理可以通过以下步骤来说明： 1. 施加触发电流：当控制电极施加一定的正向电压时，电流开始从控制电极流向阳极，称为触发电流。触发电流的大小取决于晶闸管的参数和工作条件。 2. 触发过程：当触发电流流过PN结时，PN结会逐渐变为导电状态，形成一个导通通道。此时，晶闸管处于导通状态，允许电流从阳极流向阴极。 3. 维持状态：一旦晶闸管导通，即使控制电极上的电压降为零，晶闸管也会维持导通状态。这是因为PN结上的导通通道仍然存在，能够维持电流的流动。 4. 关断过程：要使晶闸管关断，需要施加一个反向电压，或者使电流降为零。当反向电压施加到一定程度时，PN结会恢复到非导电状态，导通通道被切断，晶闸管进入关断状态。 总结： 晶闸管的基本工作原理是通过施加控制电极上的触发电流来激活PN结，形成导通通道，从而使晶闸管导通。一旦导通，晶闸管会维持导通状态，直到施加反向电压或电流降为零。晶闸管的可控放电特性使其成为电力控制和电能调节等领域的重要器件。 晶闸管的工作原理 晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。 晶闸管为半控型电力电子器件，它的工作条件如下： 1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态。 2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控特性。 3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用。 4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。 晶闸管是一种大功率的整流元件，它的整流电压可以控制，当供给整流电路的交流电压一定时，输出电压能够均匀调节，它是一个四层三端的半导体器件。 在整流电路中，晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压，因而控制了输出电压的大小。 晶闸管导通的条件是阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流IL以上。导通后的晶闸管管压降很小。 使导通了的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至一个小的数值，即维持电流IH 一下。 其方法有二： 1、减小正向阳极电压至一个数值一下，或加反向阳极电压。 2、增加负载回路中的电阻。 晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P 型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就 晶闸管工作原理. 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。 擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持 导通所需的最小电流。擎住电流是晶闸管在开通过程中，撤去门级触发电流时仍然能维持晶闸管导通的阳极电流，而维持电流指晶闸管在正常稳定运行时，阳极电流减小到一定值时晶闸管就关断了，此时的电流为维持电流，或者是在开通的瞬间，阳极最小电流。所以，在开通的过程中，当电流大于维持电流，而小于擎住电流时，撤去脉冲，此时晶闸管再次关断。因此擎住电流大于维持电流。对同一晶闸管来说，通常擎住电流约为维持电流的2--4倍。 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。 因此,可以得出晶闸管阳极电流为 : 晶闸管的工作原理及特性 晶闸管 晶闸管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-- SCR ），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz 以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。 一、晶闸管的基本结构 晶闸管是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A ）、阴极（K ）和门极（G ）。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。 图1 符号表示法和器件剖面图 普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散P 型杂质（铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极，在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。 二、晶闸管的工作原理 将内部是四层PNPN结构的晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的等效电路，连接形式如图2所示。 图2 晶闸管的内部结构和工作原理的等效电路晶闸管的阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极、阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，晶体管V2处于正向偏置，产生的控制极电流就是V2的基极电流，V2的集电极电流=β*。而又是晶体管V1的基极电流，V1的集电极电流=β*=ββ* （β和β分别是和的电流放大系数）。电流又流入V2的基极，再一次被放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后，晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。正反馈过程如下： ↑→↑→()↑→↑→↑ 在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，此时=+，而》，即使控制极电流消失=0，仍足够大，晶闸管仍将处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关断晶闸管，最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。可采用的办法有：将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压方向，即在阳极和阴极捡加反向电压。 晶闸管的工作特点就是：晶闸管电路由两部分组成，一是阳一阴极电路，二是门—阴极控制电路；阳—阴极之间具有可控的单向导电特性；门极仅起触发导通作用，不 简述晶闸管的工作原理 https://www.360docs.net/doc/8319144026.html, 2013-4-25 17:02:55 来源:佳工 晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它主要有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。晶闸管是可以处理耐高压、大电流的大功率器件，随着设计技术和制造技术的进步，越来越大容量化。 常见晶闸管外形 基本结构： 晶闸管的外形如下图所示，分为螺栓形和平板形两种，螺栓形这种结构更换元件很方便，用于100A以下的元件。平板形，这种结构散热效果比较好，用于200A以上的元件。晶闸管是由四层半导体构成的。图右所示为螺栓形晶闸管的内部结构，它由单晶硅薄片P1、N1、P2、N2四层半导体材料叠成，形成三个PN结。图 (b)和(c)所示分别为其示意图和表示符号。 晶闸管的工作原理： 在晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时，有两个PN结处于反向偏置，在阳极与阴极之间加正向电压时，中间的那个PN结处于反向偏置，所以，晶闸管都不会到导通(称为阻断)。 A—接电源正极K—接电源负极 (1)G不加电压(UGK=0) 这时晶闸管相当由三个PN结串接,其中一只反接, 因而不导通。 (2) G加上适当电压(UGK>0)，则产生正反馈。 晶闸管导通后，UAK(AK之间的压降很小)。不管UGK存在与否,晶闸管仍将导通。外电路使晶闸管的阳极电流IA小于某一数值时，就不能维持正反馈过程,晶闸管就会自行关断。 A—接电源负极 K—接电源正极 这时电路J1,T2均承受反向电压，无论控制极是否加正向触发电压，晶闸管均不导通，呈关断状态。 综上所述，在晶闸管的A-K之间加正向电压，还需在G-K之间加适当的触发电压，晶闸管就能导通。相似一个受控的二极管。 伏安特性： 晶闸管的阳极电压与阳极电流的关系，称为晶闸管的伏安特性，如图所示。晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压时，在晶闸管控制极开路(Ig=0)情况下，开始元件中有很小的电流(称为正向漏电流)流过，晶闸管阳极与阴极间表现出很大的电阻，处于截止状态(称为正向阻断状态)，简称断态。 当阳极电压上升到某一数值时，晶闸管突然由阻断状态转化为导通状态，简称通态。阳极这时的电压称为断态不重复峰值电压(UDSM)，或称正向转折电压(UBO)。 1.3 半控器件—晶闸管 全称晶体闸流管，又称可控硅整流器（SCR ）。 1、晶闸管的结构与工作原理 晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图如图1所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN 结J1、J2和J3。可等效为PNP 和NPN 两个三极管。 图1 晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图 晶闸管的工作原理是：门极电流I G ↑→I b2↑→I c2(I b1)↑→Ic 1↑→I K ↑，阳极A 、阴极K 饱和导通。 2、晶闸管工作特点是： （1）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。 （2）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。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 （4）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 。 3、晶闸管电流关系 根据晶体管的工作原理和结点电流定律，得： I I I CBO A C 111+=α I I I CBO K C 222+=α I I I G A K += I I I C C A 21+= ) (121CBO2 CBO1G 2A ααα+-++= I I I I （2-1） 阻断状态：I G=0，a1+a2很小。流过晶闸管阳极的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。 开通状态：若注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致a1+a2趋近于1，则流过晶闸管的电流I A将趋近于无穷大，实现饱和导通，I A实际由外电路决定。 4、闸管静态特性 晶闸管静态V-I特性曲线图如图2所示。 图2 晶闸管静态V-I特性曲线图 （1）正向特性：I G=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 （2）反向特性：反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 5、动态特性 晶闸管的开通和关断过程波形如图7所示。 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它主要有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。晶闸管是可以处理耐高压、大电流的大功率器件，随着设计技术和制造技术的进步，越来越大容量化。常见晶闸管外形图如下所示： ⒈基本结构： 晶闸管的外形如上图所示，其中电流较大的有螺栓形和平板形两种，螺栓形这种结构更换元件很方便，用于100A以下的元件。平板形，这种结构散热效果比较好，用于200A以上的元件。晶闸管是由四层半导体构成的。下图所示为螺栓形晶闸管的内部结构，它由单晶硅薄片P1、N1、P2、N2四层半导体材料叠成，形成三个PN结。图(b)和(c)所示分别为其示意图和表示符号。 ⒉晶闸管的工作原理： 在晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时，有两个PN结处于反向偏置，在阳极与阴极之间加正向电压时，中间的那个PN结处于反向偏置，所以，晶闸管都不会到导通(称为阻断)。 A—接电源正极K—接电源负极 (1)G不加电压(U GK=0) 这时晶闸管相当由三个PN结串接,其中一只反接, 因而不导通。 (2) G加上适当电压(U GK>0)，则产生正反馈 晶闸管导通后，U AK(AK之间的压降很小)。不管U GK存在与否,晶闸管仍将导通。外电路使晶闸管的阳极电流I A小于某一数值时，就不能维持正反馈过程,晶闸管就会自行关断。 A—接电源负极K—接电源正极 这时电路J1,T2均承受反向电压，无论控制极是否加正向触发电压，晶闸管均不导通，呈关断状态。 综上所述，在晶闸管的A-K之间加正向电压，还需在G-K之间加适当的触发电压，晶闸管就能导通。相似一个受控的二极管。 ⒊伏安特性： 晶闸管的阳极电压与阳极电流的关系，称为晶闸管的伏安特性，如图所示。晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压时，在晶闸管控制极开路(Ig=0)情况下，开始元件中有很小的电流(称为正向漏电流)流过，晶闸管阳极与阴极间表现出很大的电阻，处于截止状态(称为正向阻断状态)，简称断态。 当阳极电压上升到某一数值时，晶闸管突然由阻断状态转化为导通状态，简称通态。阳极这时的电压称为断态不重复峰值电压(UDSM)，或称正向转折电压(UBO)。 晶闸管的工作原理 在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内，逆变侧关短时间采用 KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别 晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。 晶闸管的工作条件： 1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。 2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。 3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。 4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。 从晶闸管的内部分析工作过程： 晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，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型三极管的复合管图2 当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中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，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设PNP 管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,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+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN 管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP 管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管恢复阻断状态。 如何鉴别可控硅的三个极 鉴别可控硅三个极的方法很简单，根据P-N结的原理，只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。 阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上，阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上（它们之间有两个P-N结，而且方向相反，因此阳极和控制极正反向都不通）。 控制极与阴极之间是一个P-N结，因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围，反向电阻比正向电阻要大。可是控制极二极管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻断状态的，可以有比较大的电流通过，因此，有时测得控制极反向电阻比较小，并不能说明控制极特性不好。另外，在测量控制极正反向电阻时，万用表应放在R*10或R*1挡，防止电压过高控制极反向击穿。 若测得元件阴阳极正反向已短路，或阳极与控制极短路，或控制极与阴极反向短路，或控制极与阴极断路，说明元件已损坏。 可控硅元件的工作原理及基本特性 1、工作原理 可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 一、实验目的 （1）熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 （2）掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二、实验原理 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机—发动机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g 作为触发 器的移相控制电压U ct ，改变U g 的大小即可改变控制角α，从而获得可调直流电压，以满足实验 要求。实验系统的组成原理如图1所示。 图1 晶闸管直流调速试验系统原理图 三、实验内容 （1） 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R 。 （2） 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L. （3） 测定直流电动机—直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2 。 （4） 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d 。 （5） 测定直流电动机电势常数C e 和转矩常数C M 。 （6） 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M . （7） 测定晶闸管触发及整流装置特性()ct d U f U =. （8） 测定测速发电机特性()n f U TG =。 四、实验仿真 晶体管直流调速实验系统原理图如图1所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图2是采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各部分的建模与参数设置过程. 4.1 系统的建模和模型参数设置 系统的建模包括主电路的建模与控制电路的建模两部分. （1)主电路的建模与参数设置 由图2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路进行建模。 ①三相对称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块组中选取一个交流电压源模块,再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并用模块标题名称修改方法将模块标签分 一、晶闸管的基本结构 晶闸管（SemiconductorControlled Rectifier 简称SCR ）是一种四层结构（PNPN ）的年夜功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A ）、阴极（K ）和门极（G ）。其符号暗示法和器件剖面图如图1所示。 图1 符号暗示法和器件剖面图 普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散P 型杂质（铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的年夜部分区域扩散N 型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极，在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。 图2、晶闸管载流子散布 二、晶闸管的伏安特性 晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。通经常使用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图3所示。 图3 晶闸管的伏安特性曲线 当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏，2J 反偏，外加电压几乎全部降落在2J 结上，2J 结起到阻断电流的作用。随着AK V 的增年夜，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当AK V 增年夜超出BO V 以后，阳极电流突然增年夜，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、年夜电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为1V 左右，特性曲线CD 段对应的状态称为导通状态。通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不必门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才干被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对阴极为正，给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数，G I 越年夜，BO V 越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。 当晶闸管的阳极相对阴极为负，只要RO AK V V <，A I 很小，且与G I 基本无关。但反向电压很年夜时（RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增年夜，暗示出晶闸管击穿，因此称RO V 为反向转折电压和转折电流。 三、晶闸管的静态特性 晶闸管共有3个PN 结，特性曲线可划分为（0~1）阻断区、（1~2）转折区、（2~3）负阻区及（3~4）导通区。如图5所示。晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法
晶闸管工作原理.
晶闸管及其电路
常见晶闸管的原理与运用
晶闸管(SCR)原理
晶闸管的定义及主要参数和使用详解
晶闸管工作原理
晶闸管的基本工作原理
晶闸管的工作原理
晶闸管工作原理.
晶闸管的工作原理及特性
简述晶闸管的工作原理
电力电子技术第二讲晶闸管
电机控制技术 晶闸管的结构与工作原理
(整理)晶闸管的工作原理
(完整版)晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
晶闸管的结构以及工作原理