平板型普通晶闸管内部结构图
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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。
按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
其中,金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种;塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
通常,大功率晶闸管多采用金属壳封装,而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
按关断速度分类快速晶闸管晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频(快速)晶闸管。
工作原理晶闸管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,不管门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态。
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。
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。
1.5v主要参数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,为使晶闸管导通,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。
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 AKV 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 AKV 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。