晶闸管及其工作原理
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种常用的电子器件，广泛应用于电力控制和调节领域。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括晶闸管的基本结构、工作原理和应用。
一、晶闸管的基本结构1.1 PN结的构成晶闸管由四层半导体材料构成，其中包含两个PN结。
PN结是由P型半导体和N型半导体材料的结合形成的。
P型半导体富含正电荷，N型半导体富含负电荷。
1.2 门极结构晶闸管的门极结构由控制电极和发射极组成。
控制电极通常是一个金属接触，用于控制晶闸管的导通和截止。
1.3 结构特点晶闸管的结构特点是具有双向导电性，即可以在正向和反向电压下导电。
此外，晶闸管还具有高压、大电流、高频等特点。
二、晶闸管的工作原理2.1 导通状态当晶闸管的控制电极施加正向电压时，PN结会形成一个导通通道，电流可以通过晶闸管流动。
此时，晶闸管处于导通状态。
2.2 截止状态当晶闸管的控制电极施加反向电压时，PN结会被反向偏置，导通通道被阻断，电流无法通过晶闸管。
此时，晶闸管处于截止状态。
2.3 触发条件晶闸管的导通需要满足一定的触发条件。
当控制电极施加正向电压时，需要在控制电极和发射极之间加入一个触发脉冲，以激活晶闸管的导通。
三、晶闸管的应用3.1 电力控制晶闸管可以用于电力控制领域，如交流电压调节、交流电流控制、交流电压变换等。
通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现对电力的精确控制。
3.2 频率变换晶闸管的高频特性使其非常适合用于频率变换。
通过控制晶闸管的导通时间和截止时间，可以实现对输入信号频率的变换。
3.3 电动机控制晶闸管可以用于电动机控制，通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现对电动机的启动、停止和调速。
四、晶闸管的优势4.1 快速开关速度晶闸管的导通和截止速度非常快，可以实现高频率的开关操作。
4.2 大电流承载能力晶闸管具有较高的电流承载能力，可以应对大功率电路的需求。
4.3 高温工作能力晶闸管具有较好的高温工作能力，能够在高温环境下稳定工作。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，常用于电力控制和电子调速领域。
它具有双向导电性，可以在正向和反向电压下工作，并且可以控制电流的通断。
晶闸管的工作原理可以简单地描述为：通过控制晶闸管的门极电压来控制晶闸管的导通和关断。
晶闸管由四个半导体层组成，分别是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）。
当晶闸管的门极电压为零时，晶闸管处于关断状态，没有电流通过。
当施加一个正向电压到阳极，同时将门极与阴极短接，晶闸管的结会逆偏，形成一个PNPN结构。
此时，只要阳极电压大于晶闸管的维持电压，晶闸管就会开始导通。
一旦晶闸管导通，它将保持导通状态，直到阳极电流降到零或者通过晶闸管的电流被外部电路断开。
晶闸管的导通状态可以通过施加一个负向电压到门极来关闭。
当门极电压为负值时，PNPN结会正向偏置，导致晶闸管关断。
晶闸管的导通和关断可以通过施加一个脉冲信号到门极来实现。
这个脉冲信号的幅值和宽度可以控制晶闸管的导通时间和通断周期。
通过改变脉冲信号的参数，可以实现对电流的精确控制。
晶闸管的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设我们有一个交流电源，通过晶闸管控制电流流向负载。
当晶闸管导通时，电流可以流过晶闸管并经过负载。
当晶闸管关断时，电流无法通过晶闸管，负载上没有电流。
晶闸管的工作原理使其具有许多应用。
例如，它可以用于交流电压的控制，用于电机的调速，用于电力系统的保护等。
晶闸管还可以与其他电子元件结合使用，如二极管、电容器和电感器，以实现更复杂的电路功能。
总结起来，晶闸管是一种半导体器件，通过控制门极电压来控制电流的通断。
它具有双向导电性，可以在正向和反向电压下工作。
晶闸管的导通和关断可以通过施加脉冲信号到门极实现，从而实现对电流的精确控制。
晶闸管的工作原理使其在电力控制和电子调速领域得到广泛应用。
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的结构与工作原理一、晶闸管简介晶闸管（Thyristor）：又称晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品1958年商业化，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，在大容量的场合具有重要地位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（如：双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等）二、晶闸管的结构与封装外形有螺栓型和平板型两种封装引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形b) 结构c) 电气图形符号三、晶闸管基本工作特性三、晶闸管基本工作特性晶闸管基本工作特性归纳：承受反向电压时(UAK <0)，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(即UAK >0，IGK >0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。
从这个角度可以看出，SCR是一种电流控制型的电力电子器件。
四、晶闸管的工作机理在分析SCR的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。
其工作过程如下：UGK>0 →产生IG → V2通→产生IC2 → V1通→ IC1↗→ IC2 ↗→出现强烈的正反馈，G 极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR饱和导通。
晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型b) 工作原理。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有可控的整流功能，是电力电子领域中使用最广泛的元件之一。
它由四个层组成，包括两个P型半导体层和两个N型半导体层。
晶闸管的工作原理基于PN结的导通和截止。
当晶闸管的控制端施加一个触发脉冲时，晶闸管的PN结会被击穿，形成一个低阻态，导通电流。
这个过程称为触发。
触发脉冲可以通过外部电路、光敏电阻、磁敏电阻等方式提供。
晶闸管的导通状态会一直保持，直到电流降至零或者外部的关断信号出现。
当电流降至零时，晶闸管会自动截止，不再导通。
如果需要提前截止晶闸管，可以通过施加一个反向电压或者一个负的触发脉冲来实现。
晶闸管的工作过程可以用以下几个阶段来描述：1. 关断状态：当晶闸管处于关断状态时，PN结之间的电压是反向的，晶闸管的导通电阻非常高，几乎没有电流通过。
这个状态下，晶闸管相当于一个开关断开的状态。
2. 触发状态：当一个合适的触发脉冲施加在晶闸管的控制端时，PN结之间的电压会被击穿，晶闸管进入导通状态。
此时，晶闸管的导通电阻非常低，电流可以通过。
3. 导通状态：一旦晶闸管进入导通状态，它会保持导通，直到电流降至零或者外部的关断信号出现。
在导通状态下，晶闸管的导通电阻非常低，可以承受较大的电流。
4. 关断状态：当电流降至零或者外部的关断信号出现时，晶闸管会自动截止，不再导通。
在关断状态下，PN结之间的电压是反向的，晶闸管的导通电阻非常高。
晶闸管的工作原理使其在电力控制和电能转换中具有广泛的应用。
它可以用于交流电的整流、电动机的启动和控制、电力调节等方面。
晶闸管具有可控性和稳定性的特点，可以根据需求来控制电流的大小和导通时间，从而实现对电力的精确控制。
总结起来，晶闸管的工作原理是基于PN结的导通和截止。
通过施加一个触发脉冲，晶闸管可以从关断状态进入导通状态。
在导通状态下，晶闸管的导通电阻非常低，可以承受较大的电流。
当电流降至零或者外部的关断信号出现时，晶闸管会自动截止，不再导通。
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理
晶闸管又称为双向可控硅，是一种电力电子器件，具有双向触发和单
向导电的特点。
它广泛应用于电力电子控制、调节、转换和变换等领域。
首先是关断状态，当晶闸管两个控制极（即阳极和门极）之间的电压
低于它的阻断电压时，晶闸管将处于关断状态。
此时通过门极的控制电流
较小，晶闸管内部的p-n结处于正向偏置状态。
关断状态下，晶闸管不导电，内部不存在主电流。
当通过门极的电流超过晶闸管的触发电流，电压上升到一定程度时，
晶闸管将进入触发和导通状态。
在这个状态下，晶闸管内部的p-n结开始
在阳极和门极之间形成通道，这个过程称为触发。
一旦触发完成，晶闸管
将开始导电，内部主电流开始流动。
接下来是持续导通状态，晶闸管在触发完成之后将一直导通，直到主
电流降到零或改变触发方式。
在持续导通状态下，晶闸管有较低的电压降，表现出较小的功耗。
最后是关断状态，当主电流降到或小于零时，晶闸管将进入关断状态。
此时，电压在晶闸管的结上再次达到阻断电压，因此电流无法继续流动，
晶闸管停止导电。
需要注意的是，即使通过门极的电流消失，晶闸管仍会
处于导通状态，只有当主电流从阳极流过p-n结到达门极时，晶闸管才能
进入关断状态。
综上所述，晶闸管的工作原理是通过门极的控制电流和电压的变化来
控制晶闸管的导通和关断状态。
通过调节门极电流和触发方式，可以实现
晶闸管的灵活控制和应用于各种电力电子系统。
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的结构与工作原理在现代电子技术领域，晶闸管作为一种重要的半导体器件，发挥着不可或缺的作用。
它具有独特的结构和工作原理，使得其在电力控制、电子电路等方面得到了广泛的应用。
要理解晶闸管的工作原理，首先得从它的结构说起。
晶闸管通常由四层半导体材料组成，分别是 P 型半导体、N 型半导体、P 型半导体和N 型半导体，形成了三个 PN 结，分别为 J1、J2 和 J3。
从外部来看，它有三个电极，分别是阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。
晶闸管的结构就像是一个具有特殊功能的“开关”。
阳极和阴极分别连接在电路的两端，而门极则像是这个开关的“控制按钮”。
接下来，咱们详细说说晶闸管的工作原理。
晶闸管的导通需要一定的条件。
在正常情况下，即没有门极电流注入时，晶闸管处于阻断状态。
这时候，J1 和 J3 是正向偏置，而 J2 是反向偏置，所以只有很小的漏电流通过，就好像开关处于断开状态。
但是，当给门极加上一个适当的正向触发电流时，情况就发生了巨大的变化。
这个触发电流就像一把钥匙，打开了晶闸管导通的大门。
它使得 J2 结的电位下降，从而打破了原来的平衡状态，导致晶闸管迅速导通，电流可以从阳极顺畅地流向阴极，就如同开关被闭合了一样。
一旦晶闸管导通，即使去掉门极触发电流，它也能依靠自身的正反馈机制保持导通状态。
这是因为导通后，阳极电流会在器件内部产生强烈的正反馈作用，使得晶闸管能够持续导通，直到阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才会重新回到阻断状态。
晶闸管的这种特性使得它在很多电路中都能大显身手。
比如说在交流调压电路中，通过控制晶闸管的导通角，可以调节输出电压的有效值。
在直流调速系统中，利用晶闸管可以实现对直流电机的调速控制。
在实际应用中，晶闸管的性能参数也非常重要。
例如，正向转折电压、反向转折电压、通态平均电流、维持电流等。
这些参数决定了晶闸管在不同电路中的适用范围和工作可靠性。
另外，晶闸管也有一些局限性。
它的开关速度相对较慢，不能像一些新型的半导体器件那样实现高频开关操作。
晶闸管工作原理及故障
晶闸管工作原理及故障
晶闸管是一种可以控制大功率电流的半导体器件，其主要工作原理如下：
1. 开通状态：当晶闸管的阳极电压大于保持电压（也称为触发电压）时，正向电流开始流动，晶闸管进入导通状态。
此时，晶闸管的两个控制端（即门极和阳极）之间的电压正常情况下为零。
2. 关断状态：当晶闸管通过的电流达到某种电流阈值时（也称为保持电流），甚至在控制端的触发脉冲结束之后，晶闸管仍然保持导通状态。
只有当导通电流降至零或逆向电压大于封堵电压时，晶闸管才会进入关断状态。
晶闸管的故障主要包括以下几种情况：
1. 正常开通但无法关断：可能是由于晶闸管内部结构损坏或控制电路故障导致的。
此时，晶闸管无法在导通状态下正常地关闭，会导致电路无法正常工作或出现过流现象。
2. 无法正常开通：可能是由于晶闸管的控制电路故障、触发电压不足或晶闸管本身损坏导致的。
此时，晶闸管无法在正常电压下进入导通状态，会导致电路无法正常工作或出现无法启动的情况。
3. 温度过高：晶闸管在工作过程中会产生一定的热量，如果散热不良或负载过大导致温度过高，可能会引发晶闸管的故障。
此时，晶闸管可能会损坏或失效，甚至导致永久性损坏。
为了避免晶闸管的故障，需要注意选择合适的控制电路和正常的工作电压。
同时，还需要适当设计散热系统，确保晶闸管的温度不会超过安全范围。
此外，定期检查和维护晶闸管也是预防故障的重要措施之一。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种重要的电子器件，广泛应用于电力控制和电子调节领域。
了解晶闸管的工作原理对于理解其应用和故障排除至关重要。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括晶闸管的结构、特性和工作方式。
一、晶闸管的结构1.1 硅基材料：晶闸管的主要材料是硅，因其具有较好的电特性和热特性而被广泛应用。
1.2 PN结：晶闸管由两个PN结组成，其中一个PN结被称为控制结，另一个PN结被称为终端结。
1.3 门极结：晶闸管的控制结上有一个附加的门极结，通过控制门极上的电压来控制晶闸管的导通和截止。
二、晶闸管的特性2.1 可控性：晶闸管的导通和截止状态可以通过控制门极上的电压来实现，具有可控性。
2.2 双向导通性：晶闸管可以在正向和反向电压下导通，具有双向导通性。
2.3 高电压和高电流承受能力：晶闸管能够承受较高的电压和电流，适用于高功率电子设备的控制。
三、晶闸管的工作方式3.1 导通状态：当门极结施加正向电压时，晶闸管处于导通状态，电流可以从终端结流过。
3.2 截止状态：当门极结施加反向电压时，晶闸管处于截止状态，电流无法通过终端结。
3.3 触发方式：晶闸管可以通过正向或负向的脉冲电压来触发，使其从截止状态转变为导通状态。
四、晶闸管的应用4.1 电力控制：晶闸管可以用于电力调节、电压变换和电流控制等领域，实现对电力的精确控制。
4.2 电子调节：晶闸管可以用于调节电子设备的亮度、速度和功率等，提高设备的性能和效率。
4.3 高频电子设备：晶闸管具有快速开关速度和较低的开关损耗，适用于高频电子设备的控制和调节。
五、晶闸管的故障排除5.1 过电流保护：晶闸管在工作过程中可能会受到过电流的影响，需要采取相应的保护措施。
5.2 过电压保护：晶闸管在工作过程中可能会受到过电压的影响，需要采取相应的保护措施。
5.3 温度控制：晶闸管在工作时会产生较高的温度，需要采取散热措施来控制温度，以避免故障发生。
结论：晶闸管作为一种重要的电子器件，具有可控性、双向导通性和高电压、高电流承受能力等特点。
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VV11、 、VV44关 关断断
uuLL==00
uL
o
t
2
3
θ
θ
单相桥式可控整流电路的移相范围为： 0～π
（2）主要参数计算
输出电压的平均值
UL
0.9U 2
1cos 2
负载电流平均值 通过晶闸管的平均电流
IL
UL RL
IT
1 2
IL
晶闸管承受的最大电压 U RM 2U 2
（3）电路特点 优点：输出电压脉动小，设备利用率高 缺点：元件多
t
单单相相整可流控电整路流电路
正负半半周周 ωωtt<<αα时时 ωωtt==αα时时
ωωtt==ππ时时
VV12、 、VV43正 反向向阻阻断断，， VV12、 、VV43反 正向向阻阻断断
uuLL==00
VV12、 、VV43导 反通向，阻V断2，、 uuLL==uu22 VV13反 、V向4阻导断通
u1
uu222
RL uL
-+
-
单单相相半半波波可整控流整电流路电路
t1
t2
ug
0
t1
t2
uL 0
t1 π
2π t2
控制角α——从晶闸管开始承受正向 电压到被触发导通所对应的电角度。 导通角θ——晶闸管实际导通的角度。
α+θ=π
改变α的大小，即可改变输出电压uL的 波形。 α 越大，θ越小。
把控制角α的变化范围称为移相范围。 单相半波可控整流电路的移相范围为： 0～π
第六章 晶闸管及其应用电路
§6-1 晶闸管
§6-2 晶闸管整流电路 §6-3 负载对晶闸管整流的影响 §6-4 晶闸管的选择和保护
§6-5 晶闸管的触发电路
§6-1 晶闸管
一、晶闸管的结构、符号
A阳极
A
P
N
P
G门极
G
N
K阴极
晶闸管的结构
K
晶闸管的符号
二、晶闸管的工作特性
晶闸管的导电特点：
（1）晶闸管具有单向导电特性 （2）晶闸管的导通是通过门极控制的
ug
θ =120°
0
ωt
输出波形连续
Θ=1200 Θ=1200 Θ=1200
uL
UVW
α=60°时,
ug
工作波形
0 600
60
例6-1 单相半波可控整流电路中，变压器二次侧电压U2=120V，当控制角
分别为0o、90o、120o、180o时，负载上的平均电压分别是多少？
解：
α=0o时 α=90o时 α=120o时 α=180o时
1 cos 0 U L 0.45120 2 54V
UL
0.45120 1 cos 90 2
晶闸管由通到断的临界电流
四、晶闸管的型号 五、晶闸管的简单测试
§6-2 晶闸管整流电路
晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况 下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。
一、单相可控整流电路
二、三相可控整流电路
一、单相可控整流电路
1、单相半波可控整流电路
（1）电路组成及工作原理
Ｖ
+-
iL +
晶闸管导通的条件：
（1）阳极与阴极间加正向电压 （2）门极与阴极间加正向电压，这个电压称为触发电压。
（以上两个条件，必须同时满足，晶闸管才能导通）
导通后的晶闸管关断的条件：
（1）降低阳极与阴极间的电压，使通过晶闸管的电流小于维持电流IH （2）阳极与阴极间的电压减小为零
（3）将阳极与阴极间加反向电压
t1 ug 0
tα1
θ
uL 0
t1 π
t2
tα2
θ
2π
t2
（2）主要参数计算
输出电压的平均值
UL
0.45U 2
1cos 2
负载电流平均值
IL
UL RL
通过晶闸管的平均电流 IT IL
晶闸管承受的最大电压 U RM 2U 2
（3）电路特点 优点：电路简单，调整方便 缺点：输出电压脉动大，设备利用率低
结温为额定值，门极断开，允许重复加在 晶闸管A与K间的反向峰值电压
通态平均电流IT（AV）
在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值， 允许通过的工频正弦半波电流的平均值
通态平均电压UT（AV） 维持电流IH
结温稳定，通过的工频正弦半波额定的平均电 流，晶闸管导通时，A与K间的电压平均值，习 惯上称为导通时的管压降 在规定的环境温度下，门极断路时，维持晶闸 管导通所必须的最小电流
2、晶闸管应选维持电流较大的管子
二、三相可控整流电路
1、三相半波可控整流电路
（1）电路组成及工作原理
T
U V1
L1
V V2
ug
L2
iL +
L3
W V3
RL
uL -
0α
αα
ωt
θ
θθ
三相三半相波半整波流可电控路整流电路
uL
UVW
各晶闸管控制角的起点均为各自 的自然换相点
当控制角为α时
α=0°时, 工作波形
（只要具备其中一个条件就可使导通的晶闸管关断）
小结：
“可控”有两层含义：一是晶闸管的导通
（1）晶闸管一是旦受触门发极控导制通的，；就二能是维导持通导的通晶闸状管态关，断门极失去控制作用。 要使导通的晶是闸受管阳关极断与阴，极必间须电减压小控阳制极的电。流到维持电流IH以下。
（2）晶阐管具有“可控”的单向导电特性，所以晶闸管又称单 向可控硅。
由于门极所需的电压、电流比较低（电路只有几十至几百毫安）， 而阳极A与阴极K可承受很大的电压，通过很大的电流（电流可大 到几百安培以上），因此，晶阐管可实现弱电对强电的控制。
三、晶闸管的主要参数
断态重复峰值电压UDRM 反向重复峰值电压URRM
结温为额定值，门极断开，允许重复加在 晶闸管A与K间的正向峰值电压
例6-2 一单相桥式可控整流电路，输入电压U2=220V，RL=5Ω，要求输出
电压的范围为0～150V，试求输出的最大电流ILM和晶闸管的导通角范围？
解：
输出最大平均电流 I LM
U LM RL
150 30 5
当输出电压为150V时 cos 2U L 1 2150 1 0.51
0.9U 2
27V
UL
0.45120 1 cos120 2
13.5V
UL
0.45120 1 cos180 2
0V
改变控制角α的大小可改变输出电压的高低，移相范围为：0o～180o
2、单相半控桥式整流电路
（1）电路组成及工作原理
V1
V2
iL +
+-
u-+2
RL
uL
u2
o
ug
t
2
3
V3
V4
-
o α
α
2α 3
0.9 220
查表得α≈60o
180 60 120
晶闸管的导通角的范围为 0 ~ 120
V5
V1
V2
特点：
V5在电路中不承受反向电压，只要给晶
u2
RL
闸管加上触发信号，晶闸管即能导通，
V3
V4
作用相当于接在负载电路中的一只开关。
用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路
注意：
1、整流电路之后不能接滤波电容