晶闸管及其工作原理

可控硅(晶闸管)原理图及可控硅工作原理分析

可控硅T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，

组成可控硅的主电路，可控硅的门极G和阴极K与控制可控硅的装置连接，

组成可控硅的控制电路。 

从可控硅的内部分析工作过程：

可控硅是四层三端器件，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 

当可控硅承受正向阳极电压时，为使可控硅导铜，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。

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 =α1Ia+α2Ik+ICO (1)

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。

晶闸管调光电路

晶闸管调光电路

一、概述

晶闸管调光电路是一种常用的家庭照明调光方式，其原理是通过改变晶闸管的导通角度来控制电流大小，从而达到调节灯光亮度的效果。本文将详细介绍晶闸管调光电路的工作原理、电路结构、设计方法和应用场景。

二、工作原理

1. 晶闸管基本原理

晶闸管是一种半导体器件，具有单向导通性和双向控制性。当晶闸管的控制极（G极）接收到一个正脉冲信号时，会使得晶闸管中的PN结发生反向击穿，形成一个低阻态通道，使得电流能够流过。当控制极上没有信号时，PN结处于正向偏置状态，此时晶闸管处于高阻态。

2. 晶闸管调光原理

在晶闸管调光电路中，将交流电源接入到负载（如灯泡）上，并通过一个变压器将交流电源降压。然后将一个触发器产生的正脉冲信号输入到晶闸管控制极上。由于触发器输出的脉冲宽度和频率可以控制，因此可以通过改变脉冲信号的宽度和频率来控制晶闸管的导通角度，从而调节负载电流大小，实现灯光亮度的调节。

三、电路结构

晶闸管调光电路主要由以下几部分组成：

1. 降压变压器

降压变压器是将交流电源降压到适合负载使用的电压水平。在晶闸管调光电路中，通常采用单相降压变压器或双相中心点降压变压器。

2. 晶闸管控制电路

晶闸管控制电路包括触发器、计时器、比较器等模块。触发器产生正脉冲信号，计时器控制脉冲宽度和频率，比较器将计时器输出的信号与一个参考信号进行比较，并将结果反馈给触发器。

3. 晶闸管驱动电路

晶闸管驱动电路是将控制信号转换为适合晶闸管导通的信号。通常采用放大、隔离、整形等技术来实现。

4. 负载

负载是晶闸管调光电路中需要调节的对象，通常为灯泡、荧光灯等。

四、设计方法

1. 计算变压器参数

在设计晶闸管调光电路时，首先需要计算变压器的参数。变压器的输入电压为220V，输出电压根据负载需求进行选择。例如，如果负载为50W的灯泡，输出电压可以选择为12V。此时变比为220:12=18.3:1。