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可控硅晶閘管的工作原理

眾所周知，電阻在生活中可以說(shuō)是無(wú)處不在，我們可以用電阻來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉微小的電流，并且將小電流轉(zhuǎn)換為更大的電流。但是在處理更大的電流的時(shí)候，就不怎么管用了，并且還有一個(gè)缺點(diǎn)，就是一旦移除開(kāi)關(guān)電流，它們就無(wú)法工作，這意味著它們?cè)谥T如警報(bào)器之類(lèi)的設(shè)備中并沒(méi)有那么有用。對(duì)于這些情況，晶閘管就派上用場(chǎng)了。晶閘管又叫可控硅。晶閘管是可以處理耐高壓、大電流的大功率器件，隨著設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越大容量化。到現(xiàn)在為止，，已經(jīng)衍生出了單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等主要幾個(gè)類(lèi)型。

晶閘管分為螺栓形和平板形兩種，螺栓形這種結(jié)構(gòu)更換元件很方便，用于100A以下的元件。平板形，這種結(jié)構(gòu)散熱效果比較好，用于200A以上的元件。晶閘管是由四層半導(dǎo)體構(gòu)成的。圖右所示為螺栓形晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由單晶硅薄片P1、N1、P2、N2四層半導(dǎo)體材料疊成，形成三個(gè)PN結(jié)。圖 (b)和(c)所示分別為其示意圖和表示符號(hào)。

晶閘管為半控型電力電子器件，它的工作條件如下：

  1. 晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不管門(mén)極承受何種電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。

  2. 晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門(mén)極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。這時(shí)晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)，這就是晶閘管的閘流特性，即可控特性。

  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(mén)極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門(mén)極失去作用。門(mén)極只起觸發(fā)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。

晶閘管的工作原理：

  晶閘管在工作過(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(mén)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。

  （1）單向晶閘管工作原理

  單向晶閘管是PNPN閃層結(jié)構(gòu)，形成三個(gè)PN結(jié)，具有陽(yáng)極人、陰極K和控制極G三個(gè)外電極。單向品閘管可等效為PNP， NPN兩個(gè)晶體管組成的復(fù)合管

  在陽(yáng)極A之間加上正電壓后，晶閘管并不導(dǎo)通。只有在控制極G加上觸發(fā)電壓時(shí)，VT1、VT2相繼迅速導(dǎo)通，并且互相提供基極電流維持晶閘管導(dǎo)通。此時(shí)即使去掉控制極上的觸發(fā)電壓，晶閘管仍維持導(dǎo)通狀態(tài)，直至所通過(guò)的電流小于晶閘管的維持電流時(shí)，晶閘管才關(guān)斷。

  （2）雙向晶閘管工作原理

  雙向晶閘管可以等效為兩個(gè)單向晶閘管反向并聯(lián)，如圖4-47所示。雙向晶閘管可以控制雙向?qū)ǎ虼顺刂茦OG外的另兩個(gè)電極不再分陽(yáng)極、陰極，而稱(chēng)之為主電極T1、T2。

  當(dāng)有觸發(fā)電壓加至控制極G時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通，井在觸發(fā)電壓消失后仍維持導(dǎo)通狀態(tài)，電流既可從T1經(jīng)過(guò)VS2流向T2，又可從T2經(jīng)過(guò)VS1流向T1。當(dāng)電流小于晶閘管的維持電流時(shí)晶閘管關(guān)斷。

  （3）可關(guān)斷晶閘管工作原理

  普通單向或雙向晶閘管導(dǎo)通后控制極即不起作用，要關(guān)斷晶閘管必須切斷電源，使流過(guò)晶閘管的正向電流小于維持電流I可關(guān)斷品閘管的特點(diǎn)是可以通過(guò)控制極關(guān)斷，克服了上述缺陷。當(dāng)可關(guān)斷晶閘管控制極G加上正脈沖電壓時(shí)晶閘管導(dǎo)通，當(dāng)控制極G加上負(fù)脈沖電壓時(shí)晶閘管關(guān)斷