晶闸管的结构以及工作原理
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。
图2、晶闸管载流子分布
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。通常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 的增大，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 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。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，通常是不用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，器件才能被关断。
当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，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 越大，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于阴极为负，只要RO AK V V <，A I 很小，且与G I 基本无关。但反向电压很大时（RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，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。
（一）正向工作区
1、正向阻断区（0~1）区域
当AK 之间加正向电压时，1J 和3J 结承受正向电压，而2J 结承受反向电压，外加电压几乎全部落在2J 结身上。反偏2J 结起到阻断电流的作用，这时晶闸管是不导通。
2、雪崩区（1~2也称转折区）
当外加电压上升接近2J 结的雪崩击穿电压2BJ V 时，反偏2J 结空间电荷区宽度扩展的同时，内电场也大大增强，从而引起倍增效应加强。于是，通过2J 结的电流突然增大，并使得流过器件的电流也增大。此时，通过2J 结的电流，由原来的反向电流转变为主要由1J 和3J 结注入的载流子经过基区衰减而在2J 结空间电荷区倍增了的电流，这就是电压增加，电流急剧增加的雪崩区。因此区域发生特性曲线转折，故称转折区。
3、负载区（2~3）
当外加电压大于转折电压时候，2J 结空间电荷区雪崩倍增所产生大量的电子—空穴对，受到反向电场的抽取作用，电子进入1N 区，空穴进入2P 区，由于不能很快的复合，所以造成2J 结两侧附近发生载流子积累：空穴在2P 区、电子在1N 区，补偿离化杂质电荷，使得空间电荷区变窄。由此使得2P 区电位升高、1N 区电位下降，起了抵消外电场作用。随着2J 结上外加电压下降，雪崩倍增效效
应也随之减弱。另一方面1J 和3J 结的正向电压却有所增强，注入增加，造成通过2J 结的电流增大，于是出现了电流增加电压减小的负阻现象。
4、低阻通态区（3~4）
如上所述，倍增效应使得2J 结两侧形成电子和空穴的积累，造成2J 结反偏电压减小；同时又使得1J 和3J 结注入增强，电路增大，因而2J 结两侧继续有电荷积累，结电压不断下降。当电压下降到雪崩倍增停止以后，结电压全部被抵销后，2J 结两侧仍有空穴和电子积累，2J 结变为正偏。此时1J 、2J 和3J 结全部正偏，器件可以通过大电流，因为处于低阻通态区。完全导通时，其伏安特性曲线与整流元件相似。
（二）反向工作区（0~5）
器件工作在反向时候，1J 和3J 结反偏，由于重掺杂的3J 结击穿电压很低，1
J 结承受了几乎全部的外加电压。器件伏安特性就为反偏二极管的伏安特性曲线。因此，PNPN 晶闸管存在反向阻断区，而当电压增大到1J 结击穿电压以上，由于雪崩倍增效应，电流急剧增大，此时晶闸管被击穿。
图4 晶闸管的门极电流对电流—电压特性曲线的影响
四、晶闸管的特性方程
一个PNPN 四层结构的两端器件，可以看成电流放大系数分别为1α和2α的
211P N P 和221N P N 晶体管，其中2J 结为共用集电结，如图6所示。当器件加正向
电压时。正偏1J 结注入空穴经过1N 区的输运，到达集电极结（2J ）空穴电流为
A I 1α；而正偏的3J 结注入电子，经过2P 区的输运到达2J 结的电流为K I 2α。由于
2J 结处于反向，通过2J 结的电流还包括自身的反向饱和电流CO I 。
由图6可知，通过2J 结的电流为上述三者之和，即
CO
K A J I I I I ++=212αα （1）
假定发射效率121==γγ，根据电流连续性原理K A J I I I ==2，所以公式（1）变成：
)
(121αα+-=
CO
A I I （2）
公式说明，当正向电压小于2J 结的雪崩击穿电压B V ，倍增效应很小，注入电流也很小，所以1α和2α也很小，故有
121<+αα （3）
此时的CO I 也很小。所以1J 和3J 结正偏，所以增加AK V 只能使2J 结反偏压增大，并不能使CO I 及A I 增加很多，因而器件始终处于阻断状态，流过器件的电流与CO I 同一数量级。因此将公式（3）称为阻断条件。
当AK V 增加使得2J 结反偏压增大而发生雪崩倍增时候，假定倍增因子
M
M
M
p
n
==，则CO I 、1α和2α都将增大M 倍，故（2）变成
)
(121αα+-=
M MI
I CO
A （4）
此时分母变小，A I 将随AK V 的增长而迅速增加，所以当
1)(21=+ααM （5）
便达到雪崩稳定状态极限（BO AK V V =），电流将趋于无穷大，因此（5）式称为正向转折条件。
准确的转折点条件，是根据特性曲线下降段的起点来标志转折点。在这点
0=A
AK dI
dV ，
022
AK dI V d 现在利用这个特点，由特性曲线方程式（4）推导转折点条件。因为1α和2 α是电流的函数，M 是2J V 的函数，可近似用)()(2AK J V M V M =，CO I 为常数，对（4）求导 AK A dV dI ，计算结果是 AK CO A A A A A A AK A A AK dV dM I I I dI d I M dI d I M dV dI dI dV ) () ()(11212211+++-+-= = αααααα （6） 由于转折电压低于击穿电压，故 AK dV dM 为一恒定值。分母也为恒定值，由于 0=A AK dI dV ，分子也必须为零，可得到 1)()(2211=+++A A A A dI d I M dI d I M αααα （7） 根据晶体管直流电压放大系数的定义， CBO E C I I I +=α （8） 即可得到小信号电流放大系数 E E E C dI d I dI dI ααα+== ~ （9） 利用公式（9）可把公式（7）变为 1)(2~ ~ 1=+ααM （10） 即在转折点，倍增因子与小信号~ α之和的乘积刚好为1。PNPN 结构只要满足上式，便具有开关特性，即可以从断态转变成通态。 由于α是随着电流E I 变化的，当A I 增大，1α和2α都随之增大。由此可知， 在电流较大时，满足（6）的M 值反而可以减小。这说明A I 增大，AK V 相应减小，这正是图5中曲线（2~3）所示的负阻段。 α既是电流的函数名同时也是集电结电压的函数， 当α一定时电流增大则相应的集电结反偏压减小。当电流很大，会出现 121>+αα （6） 根据方程（2），2J 结提供一个通态电流（0 1J 、2J 和3J 结全部正偏，器件处于导通。这便是图5中的低压大电流段。 器件有断态变为通态，关键在于2J 结必须由反偏转为正偏。2J 结反向专为正向的条件是2P 区、1N 区分别应有空穴和电子积累。从图（6）可以看出，2P 区有空穴积累的条件是，1J 结注入并且被2J 收集到2P 区的空穴量A I 1α要大于同 K I )1(2α-通过复合而消失的空穴量，即 K A I I )1(21αα-> （7） 因为K A I I =，所以得到121>+αα。只要条件成立，2P 区的空穴积累同样，1N 区电子积累条件为 K A I I )1(12αα-> （8） 故 121>+αα （9） 可见当121>+αα条件满足时候，2P 区电位为正，1N 区电位为负。2J 结变为正偏，器件处于导通状态，所以121>+αα称为导通条件。 五、门极触发原理 如图5-7所示，断态时，晶闸管的1J 和3J 结处于轻微的正偏，2J 结处于反偏，承受几乎全部断态电压。由于受反向2J 结所限，器件只能流过很小的漏电流。若在门极相对于阴极加正向电压G V ，便会有一股与阳极电流同方向的门极电流G I 通过3J 结，于是通过3J 结的电流便不再受反偏2J 结限制。只要改变加在 3J 结上的电压，便可以控制3J 结的电流大小。G I 增大时，通过3J 结的电流的电 流也随着增大，由此引起2N 区向2P 区注入大量的电子。注入2P 区的电子，一部分与空穴复合，形成门极电流的一部分，另一部分电子在2P 区通过扩散到达2J 结被收集到1N 区，由此引起通过2J 结电子电流增加，2α随之增大。电子被收集到 1N 区使得该地区电位下降，从而使得1J 结更加正偏，注入空穴电流增大，于是 通过2211N P N P 结构的电流A I 也增大。而1α和2α都是电流的函数，它将随着电流 A I 增大而变大。这样，当门极电流G I 足够大时候，就会使得通过器件的电流增 大，使得121>+αα条件成立。所以，当加门极信号时候，器件可以在较小的电压下触发导通。G I 越大，导通时候的转折电压就越低，如图4所示。 对于三端晶闸管，如图所示7，通过2J 结的各电流分量之和仍然等于总电流 A I ，即 A C I I 11α= （1） A C I I 22α= （2） A G K I I I += （3） CO c c A I I I I ++=21 （4） 将（1）和（3）分别代入（4）有 CO K A A I I I I ++=21αα （5） 当考虑倍增效应情况下，各电流分量经过2J 结空间电荷区后都要增大M 倍， 因此 CO K A A MI I M I M I ++=21αα （8） )(1)(212ααα+-+= M I I M I G CO A （9） ) (1212ααα+-+= G CO A I I I （当M=1） （10） 这就是晶闸管的特性方程，它表明晶闸管加正向电压时，阳极电流与1α和2 α以及G I 和CO I 的关系。 （一）当0=G I 时 特性曲线就变成PNPN 两端器件的特性方程 ) (121αα+-= CO A I I 在没有结作用（021==αα）情况下 CO A I I = 当1α、2α0≠，而121<+αα情况下，0=G I 条件下，电流A I 只比CO I 稍微大一些，因此同样说明阻断特性。故将121<+αα称为阻断条件。 （二）当121=+αα时 当121=+αα时，CO I 必须为零，它是电流连续性的必要条件，意味着2J 结电压02=V ，因为只有此时2J 结本身对电流没有作用，电流特性曲线发生转折。 （三）当0≠G I 时 2α是)(G A I I +的函数，1α是A I 的函数。对于同样的外加电压（即M ）相同， 0≠G I 时的漏电流比0 =G I 时的漏电流大。表现在阻断特性上就是G I 越大，曲线 越向大电流方向移动。 另一方面，当1)(21→+ααM 时，∞→A I ，器件发生转折。如果电压保持不变（即M 相同），那么可以通过加大门极电流G I 使得)(2G A I I +α变大，直到 1)(21→+ααM 发生转折。只要所加的G I 足够大，在电压A V 很低的情况下，同 样可以达到转折条件，甚至可以使得阻断曲线完全消失（见图4中的3G I 那条曲线）。 1)(21→+ααM ，∞→A I ，这点标志正向阻断状态的结束，同时又是导通 的开始。所以 0=A A dI dV 处为转折点。 （四）当1)(21>+αα时，根据(19)，2J 结提供了一个通态电流（0 五、晶闸管的特点 从图5我们可以看出晶闸管具有以下特点： ● 晶闸管的基本结构是PNPN 结构，四层结构的物理模型是晶闸管工作原理的物理基础。主要特征是，在伏安特性曲线的第一象限内，都具有负阻特性。 ● 晶闸管在正向（第一象限内）工作时，具有稳定的断态和通态，而且可以在断态与通态之间互相转换，它是晶闸管族系的共同特点。处于断态的晶闸管，当加上足够大的触发电流 G I 时（几号安~几百毫安），器件便会提前转折而导 通。器件可以通过（1~1000A ）以上的大电流，正向压降很小，晶闸管导通后，撤去门极电流 G I ，器件仍能维持导通状态，直到阳极电流A I 下降到低于 H I ，器件才会重新回到阻断状态。所以晶闸管和一般的整流管不同，它具有 “可控”整流的特点。 ● 晶闸管由断态转变为通态的触发方式，即可以采用电压转折，也可以用电信号、光信号以及温度变化等方式来实现。因而可利用不同的触发方式制造出使用各种用途的派生器件。 ● 在反向工作区（第三象限），除了具有阻断能力外们也可以通过适当的结构设计，使之也能从断态转化通态或反向导通，实现反方向也能导电，如双向、逆导管。 ● 与功率开关晶体管相比，晶闸管具有特殊的优点。晶闸管工作时，主电流流通的全过程，控制信号（基极电流）必须维持，使得控制回路消耗较多的功率。而且晶闸管则不同，一旦导通，撤去控制信号，使得控制回路大为简化。由于晶闸管只能工作在大电流、低电压的通态或者高电压、小电流的正向或反向阻断状态。在这两种情况下，器件本身消耗的功率与器件以开关方式进行转换的功率相比是微不足道的。 六、晶闸管的主要参数及意义 1、门极触发电流（I GT ） 使晶闸管从阻断到完全导通所必须的最小门极电流。 2、极触发电压（V GT） 对应于门极触发电流的门极电压。 3、维持电流（I H） 门极断路，在室温条件下，晶闸管被触发导通后，为维持导通所必需的最小电流。 4、断态重复峰值电压（V DRM） 门极断路、并在一定结温下，允许重复加在器件上的正向峰值电压。（重复频率为每秒50次，每次持续时间小于10ms） 5、反向重复峰值电压 门极断路、并在一定结温下，允许重复加在器件上的反向峰值电压。（重复频率为每秒50次，每次持续时间小于10ms） 6、断态电压临界上升率 在额定结温下， 实验题目：晶闸管综合参数测试 实验目的：理解晶闸管的基本理论，了解晶闸管参数的物理意义（晶闸管触发电压V GT、触发电流I GT和维持电流I H三项参数 1 概述 本仪器是晶闸管触发电压V GT、触发电流I GT和维持电流I H三项参数的专用测试设备。适用于各种反向阻断晶闸管，逆导晶闸管及双向晶闸管的参数测试。本测试仪设计先进，结构合理，操作简便。并具有数字显示，自动测试等功能。其技术指标符合GB4024-83标准的规定，是电力半导体器件生产厂和使用单位最为理想的检测设备。 2 技术参数 2.1 A(T2)、K(T1)间的断态电压：DC 12V(内部限流电阻6.8Ω)。 2.2 触发电流、维持电流测量范围：1-450mA 2.3 触发电压测量范围：0-7V 2.4 测量时间：小于2S 2.5 工作条件 电源:AC 220V±10% 50HZ 温度：0-40℃ 2.6 整机功耗：小于75VA 2.7 整机重量：约10Kg 2.8 整机尺寸：440×440×150mm 3 结构特征 本仪器为箱式结构，数字显示，读数直观方便。前部是面板，装有控制键、数字显示表和接线端子等。后盖板上装有三芯电源插座和保险丝盒(保险丝为0.5A/250V)。三线电源插头的地端要可靠接地，以确保测试人员的安全和测试精度。 4 使用方法 4.1 面板说明(参见面板图) 4.1.1 “电源”开关 此开关掷向开时，内藏指示灯亮，电源接通。 图4.1 面板图 4.1.2 “A(T2)、K(T1)、G”接线端子 被测器件接线端子 4.1.3 “mA”电流显示表 显示被测器件的触发(维持)电流，单位毫安。 4.1.4 “V”电压显示表 显示被测器件的触发电压，单位伏特。 4.1.5“I GⅠ+”触发象限选择键 按动此键，内藏指示灯亮，主回路A(T2)接正、K(T1)接负、G接正，仪器处于触发电流待测状态。 4.1.6 “I GⅠ-”触发象限选择键 按动此键，内藏指示灯亮，主回路A(T2)接正、K(T1)接负、G接负，仪器处于触发电流待测状态。 4.1.7 “I GⅢ-”触发象限选择键 按动此键，内藏指示灯亮，主回路A(T2)接负、K(T1)接正、G接负，仪器处于触发电流待测状态。 4.1.8 “I H”功能选择键 按动此键，内藏指示灯亮，“mA”电流显示表显示大于“450”的某一数值，仪器处于维持电流待测状态。 4.1.9 “复位”键 按动此键，在触发参数待测状态下，“mA”电流和“V”电压显示表显示零。在维持电流待测状态下，“mA”电流表显示大于“450”的某一数值，“V”电压表显示的数值无意义。 4.1.10 “测试”键 按动此键，仪器开始根据功能选择键所处的状态，自动进行相应的测试。测试过程中，测试键内藏指示灯亮，测完后，指示灯自动熄灭。 4.2 电源线连接 三线电源插头的地端要可靠接地，以确保测试人员的安全和测试精度。 4.3 测试步骤 4.3.1 打开“电源”开关。 4.3.2 将被测器件接在“A、K、G”接线端子上。 4.3.3 选择“I GⅠ+”、“I GⅠ-”、“I GⅢ-”触发象限功能键或“I H”维持电流功能键。 测试普通、快速晶闸管选择“I GⅠ+”，测试KS双向晶闸管分别选择“I GⅠ+”、“I GⅠ-”、“I G Ⅲ-”，测试维持电流选择“I H”。 4.3.4 按动“复位”键 如仪器处于触发参数待测状态，电流、电压显示表回零。如仪器处于维持电流待测状态，电流显示表显示“450”mA左右的某一数值。 4.3.5 按动“测试”键 测触发参数时，电流表和电压表显示的数字由小到大变化，测完自动停止变化；测维持电流时，电流表显示数字由大到小变化，测完自动停止。测试过程中“测试”键内藏指示灯亮，测完后指示灯自动熄灭。此时稳定的显示值即为测量读数。(注：测维持电流时，电压表显示的数值无意义。整个测试过程在2秒内完成)。 4.3.6 更换被测器件后，按4.3.3-4.3.5条操作即可。 注：对同一器件进行多次重复测试，测试过程由于被测器件发热，参数会有所变化，测试中应注意。 双向晶闸管的检测方法 (1)电极的判断与触发特性测试 将万用表置Rx1挡，测量双向晶闸管任意两脚之司的阻值，如果测出某脚和其他两脚之间的电阻均为无穷大，则该脚为T2极。 确定T2极后，可假定其余两脚中某一脚为T1电极，而另一脚为G极，然后采用触发导通测试方法确定假定极性的正确性。试验方法如图所示。首先将负表笔接T1极，正表笔接乃极，所测电阻应为无穷大。然后用导线将T2极与G极短接，相当于给G极加上负触发信号，此时所测T1-T2极间电阻应为10Ω左右，证明双向晶闸管已触发导通，如图(a)所示。将巧极与G极间的短接导线断开，电阻值若保持不变，说明管子在T1→T2方向上能维持导通状态。 再将正表笔接T1极，负表笔接T2极，所测电阻也应为无穷大，然后用导线将T2极与G 极短接，相当于给G极加上正触发信号，此时所测T1-T2极间电阻应为10Ω左右，如图(b)所示。若断开T2极与G极间的短接导线阻值不变，则说明管子经触发后，在T2→T1方向上也能维持导通状态，且具有双向触发性能。上述试验也证明极性的假定是正确的，否则是假定与实际不符，需重新作出假定，重复上述测量过程。 双向晶闸管测试方法 (2)大功率双向晶闸管触发能力的检测 小功率双向晶闸管的触发电流较小，采用万用表Rx1挡可以检查出管子的触发性能。大功率双向晶闸管的触发电流较大，再采用万用表Rx1挡测量巳无法使管子触发导通。为此可采用图所示的方法进行测量，但测量中需要采用不同极性的电源，以确定管子的双向触发能力。 晶闸管模块 晶闸管模块内由多个晶闸管或晶闸管与整流管混合组成，电流容量一般为25~100A，电压范围为400~1600V。它具有体积小、重量轻、散热板与电路高度电气绝缘、安装方便、耐冲击等特点，主要用于电力变换与电力控制，如各种整流设备、交一直流电机驱动电路、无触点开关以及调光装置等。 表给出了一组晶闸管模块的主要特性参数，它们的外形如图所示。 一些晶闸管模块主要特性参数型 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。 图2、晶闸管载流子分布 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。通常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 的增大，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 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。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，通常是不用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，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，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 越大，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于阴极为负，只要RO AK V V <，A I 很小，且与G I 基本无关。但反向电压很大时（RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，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。 双向可控硅得工作原理及原理图 双向可控硅得工作原理1、可控硅就是P1N1Ｐ2N2四层三端结构元件,共有三个ＰＮ结,分析原理时，可以把它瞧作由一个ＰNＰ管与一个ＮPＮ管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1与BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BＧ2便有基流ib2流过,经BG2放大,其集电极电流ic２=β２ｉｂ２。因为ＢG２得集电极直接与ＢG１得基极相连,所以ib1＝ic2。此时，电流ｉc2再经BG1放大,于就是BG1得集电极电流iｃ1=β1iｂ1=β1β2ｉｂ2。这个电流又流回到BG２得基极,表成正反馈,使ｉｂ２不断增大，如此正向馈循环得结果，两个管子得电流剧增,可控硅使饱与导通.由于BG1与BG２所构成得正反馈作用，所以一旦可控硅导通后,即使控制极G得电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用,没有关断功能，所以这种可控硅就是不可关断得。 由于可控硅只有导通与关断两种工作状态，所以它具有开关特性,这种特性需要一定得条件才能转化2,触发导通在控制极Ｇ上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区得空穴时入Ｎ2区,N2区得电子进入Ｐ2区,形成触发电流IGT。在可控硅得内部正反馈作用（见图2）得基础上,加上IGT得作用，使可控硅提前导通,导致图3得伏安特性OA 段左移,ＩＧＴ越大,特性左移越快。 TＲIAC得特性?什么就是双向可控硅：ＩAＣ(TRI—ELＥCTROＤＥAＣSWIＴCH）为三极交流开关,亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIＡC为三端元件,其三端分别为T1（第二端子或第二阳极），T 2(第一端子或第一阳极）与G(控制极）亦为一闸极控制开关，与ＳCR最大得不同点在于ＴRIＡC无论于正向或反向电压时皆可导通,其符号构造及外型,如图1所示。因为它就是双向元件，所以不管T1 ,Ｔ2得电压极性如何，若闸极有信号加入时,则T1,T２间呈导通状态；反之,加闸极触发信号，则T１,T2间有极高得阻抗。 ?(ａ）符号（b）构造 图１TRＩAC 二、ＴRIAC得触发特性: ?由于TRIAC为控制极控制得双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT１T2四种组合分别如下：?（1）、VT1T2为正，ＶG为正。?(2）、VT１T2为正,VＧ为负。?（3）、VT1T2为负, VG 为正。?（４)、VT1T2为负，VG为负。 一般最好使用在对称情况下（1与４或２与3），以使正负半周能得到对称得结果,最方便得控制方法则为1与4之控制状态，因为控制极信号与VT１T2同极性。 晶闸管的结构以及工 作原理 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。 图2、晶闸管载流子分布 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。通常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 的增大，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 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。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，通常是不用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，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，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 越大，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。 一、晶闸管的基本结构 晶闸管(Semi ｃo ｎdu ｃｔo ｒC ｏnt ｒoll ｅｄ Ｒe ｃｔifier 简称SCR)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。 图2、晶闸管载流子分布 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。通常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 的增大，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 增大超过BO V 以后,阳极电流突然增大,特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。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，通常是不用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，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时,如果使得门极相对于阴极为正,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 越大，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于阴极为负，只要RO AK V V <， A I 很小,且与G I 基本无关。但反向电压很大时(RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大,表现出晶闸管击穿，因此称RO V 为反向转折电压和转折电流。 双向可控硅MAC97A6的电路应用 家电维修2010-08-22 00:08:15 阅读2916 评论2 字号：大中小订阅 MAC97A6为小功率双向可控硅（双向晶闸管），最多应用于电风扇速度控制或电灯的亮度控制，市场上流行的“电脑风扇”或“电子程控风扇”，不外乎是用集成电路控制器与老式风扇相结合的新一代产品。这里介绍的电路就是利用一块市售的专用集成电路RY901及MAC97A6，将普通电扇改装为具有多功能的高档电扇，很适宜无线电爱好者制作与改 装。 这种新型IC的主要特点是：（1）集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，外围元件少、电路简单、易于制作；（2）省掉了体积较大的机械定时器和调速器，采用轻触式开关和电脑控制脉冲触发，因而无机械磨损，使用寿命长；（3）各种动作电脑程序具备相应的发光管指示，耗电量少，体积小，重量轻，显示直观，便于操作；（4）适合开发或改造成多路家电的定时控制等。RY901采用双列直插式16脚塑封结构，为低功耗CMOS集成电路。其外形、引出脚排列及各脚功能如图1所示。工作原理 典型应用电路如图2所示（[url=https://www.wendangku.net/doc/5913427125.html,/ad/ykkz/fsdlkz.rar]点击下载原理图[/url] ）。市电220V由C1、R1降压VD9稳压，经VD10、C2整流滤波后, 提供5V－6V左右的直流电源作为RY901IC组成的控制器电压。在刚接通电源时，电脑控制器暂处于复位（静止）状态，面板上所有发光二极管VD1－VD8均不亮，电风扇不转。若这时每按动一次风速选择键SB3，可依次从IC的11－13脚输出控制电平（脉冲信号），经发光管VDl－VD3和限流电阻R2－R4，分别触发双向晶闸管VS1－VS3的G极，用以控制它的导通与截止，再经电抗器L进行阻抗变换，即可按强风、中风、弱风、强风……的顺序来改变其工作状态，并且风速指示管VD1－VD3（红色）对应点亮或熄灭；当按风型选择键SB4，电风扇即按连续风（常风）、阵风（模拟自然风）、连续风……的方式循环改变其工作状态，在连续风状态下，风型指示管VD4（黄色）熄灭，在阵风状态下，VD4闪光；当按动定时时间选择键SB2，定时指示管VD5－VD8依次对应点亮或熄灭，即每按动一次SB2，可选择其中一种定时时间，共有0.5、l、2、4小时和不定时5种工作方式供选择。当定时时间一到，IC内部的定时电路停止工作，相应的定时指示管熄灭同时IC的11－13脚也无控制信号输出，双向晶闸管VS1－VS3截止，从而导致风扇自动停止运转；在风扇不定时工作时，欲停止风扇转动，只要按动一下复位开关SB1，所有指示灯熄灭，电源被切断，风扇停转；如欲启动风扇，照上述方法操作即可。元器件选择与制作图中除降压电容C1用优质的CBB-400V聚苯电容；泄放保护电阻R1用1W金属膜电阻或线绕电阻外，其余元器件均为普通型。电阻为1/8W；电解电容的耐压值取10V－16V，C1取值范围为0.47u－lu之间；稳压管VD9为5V－6V/1W,可选用ZCW104（旧型号为ZCW21B）硅稳压管；VS1－VS3为1A/400V小型塑封双向晶闸管，可选用MAC94A4型或MAC97A6型；L为电抗器，可以自制，亦可采用原调速器中的电抗器；SB1－SB4为轻触型按键开关（也叫微动或点动开关），有条件的可采用导电橡胶组合按键开关。电路焊接无误，一般不用调试就能工作。改装方法该电路对所有普通风扇都能进行改装。将焊接好的电路板装进合适的塑料肥皂盒或原调速器盒中，将原分线器开关拆除不用，留出空余位置便于安装印制板电路。一般风扇用电抗器均采取5挡。不妨利用其中①、③、⑤挡，将强风（第1挡）、中风（第2挡）弱风（第3挡）分别接到电抗器的各挡中。若有的调速器中无电抗器，风扇电机则是采取抽头方式改变风速的，同样将三种风速分别接至分线器的三极引线中。在改装中特别要注意安全，印制板上220V交流电源接线端及所有导电部位应与调整器盒的金属件严格隔离。改装完毕，可用测电笔碰触调速器有否漏电。否则应进一步采取绝缘措施。通电试验时，用万用表DC10V档测C2两端电压应为5V－6V之间，若不正常，应重点检查整流稳压电路，然后再分别按动SB1－SB4开关，观察各路指示管VD1－VD8应按对应的选择功能发光或熄灭，风扇也应同步工作于不同状态。 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 图1 可控硅等效图解图 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1 状态条件说明 从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可 2 可控硅的基本伏安特性见图2 图2 可控硅基本伏安特性 （1）反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。 双向晶闸管交流调压电路分析 双向晶闸管交流调压电路分析 同学：老师，双向晶闸管看起来与单向晶闸管的外形差不多，也有三个电极（图2 ），它的主要工作特性是什么呢？ 教师：双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联（图3 ），但只有一个控制极。这样，双向晶闸管在正、反两个方向上都能够控制导电，而单向晶闸管却是一种可控的单方向导电器件。给双向晶闸管的控制极加正的或负的触发脉冲，都能使管子触发导通。这样，触发电路的设计就具有很大的灵活性，可以采用多种不同的触发方式。此外，双向晶闸管的两个主电极不再分为阳极和阴极，而是称为第一电极T1 和第二电极T2 。双向晶闸管在电路中不能用作可控整流元件，主要用来进行交流调压、交流开关、可逆直流调速等等。 同学：双向晶闸管触发电路（图 1 ）中，使用了双向触发二极管，我们过去没有听说过这种管子，这是一种什么样的器件呢？ 老师：双向触发二极管（图 4 ）从结构上来说，是一 种没有控制极的晶闸管，我们可以把它看成是两个二极管的反向并联。这样，无论在双向触发二极管的两极之间外加什么极性的电压，只要电压的数值达到管子的转折电压值，就能使它导通。值得注意的是，双向触发二极管的转折电压较高，一般在20 ～40V 范围。 同学：老师，您给我们讲讲双向触发二极管组成的双向晶闸管触发电路的工作原理吧。 老师：调压器电路主要由阻容移相电路和双向晶闸管两部分组成。我们单独画出这两部分电路（图 5 ），R5 、RP 和C5 构成阻容移相电路。合上电源开关S ，交流电源电压通过R5 、RP 向电容器C5 充电，当电容器C5 两端的电压上升到略高于双向触发二极管ST 的转折电压时，ST 和双向晶闸管VS 相继导通，负载RL 得电工作。当交流电源电压过零瞬间，双向晶闸管自行关断，接着C5 又被电源反向充电，重复上述过程。分析电路时，大家应该意识到，触发电路是工作在交流电路中的，交流电压的正、负半周分别会发出正、负触发脉冲送到双向晶闸管的控制极，使管子在正、负半周内对称地导通一次。改变R P 的阻值，就改变了C5 的充电速度，也就改变了双向晶闸管的导通角，相应地改变了负载RL 上的交流电压，实现了交流调压。 Philips Semiconductors Application Note 三象限双向可控硅 - 给初始产品生产厂带来利益 AN10119 Author Nick Ham Number of pages : 6 Date: 2002 Jan 11 ? 2002 Koninklijke Philips Electronics N.V. All rights are reserved. Reproduction in whole or in part is prohibited without the prior written consent of the copyright owner. The information presented in this document does not form part of any quotation or contract, is believed to be accurate and reliable and may be changed without notice. No liability will be accepted by the publisher for any consequence of its use. Publication thereof does not convey nor imply any license under patent- or other industrial or intellectual property rights. 在日常生活中我们已习惯于使用各种电器和电动工具。我们期待这些电器能可靠运行，使我们的生活更方便，或者更舒适。至于是什么使得这些电器能可靠工作，并且使用方便呢，正是电器的电子功率控制装置。作为很多现代电器的核心，精选的控制器件是简单、可靠，但价格不高的双向可控硅。对于带有电动机或其它电感性、电容性负载的电器，采用三象限（3Q）双向可控硅给生产厂和最终用户都带来好处，因为能节约成本，并改善性能。本文的内容就是说明，三象限（3Q）双向可控硅为什么优于传统的四象限（4Q）双向可控硅。 触发象限说明 一个3Q 双向可控硅（亦可称之为Hi-Com 双向可控硅）能在三种方式下触发，而4Q 双向可控硅则能在四种方式下触发。其原理及命名说 明如下。 触发象限有时写作，例如，（T2+，G -），有时用象限1至4表示。后面这种表示法容易和特性曲线的象限相混淆。表1中汇总了各种命名法。 表1: 双向可控硅触发象限 — 通用命名法 普通写法T2+，G + T2+，G- T2-，G-T2-，G + 简化写法1+ 1- 3- 3+ 通用写法 1 Ⅰ 2 Ⅱ 3 Ⅲ 4 Ⅳ 为什么采用三象限双向可控硅？ 为了防止假脉冲触发双向可控硅，造成失控导通，引起电机运行不稳定，噪声增大，4Q 双向可控硅的电路中总是包括外加的保护元件。典型电路中，RC 缓冲电路并联在双向可控硅的主端子之间，用来限止电压变化率(dV/dt),有些情况下还需要大容量的电感，以限制切换时的电流变化率(dI com /dt)。这些元件增加电路的成本和尺寸。 甚至，还可能降低长期可靠性。选择不佳的缓冲元件能导致破坏性的峰值电流和电流上升率。假如双向可控硅阻断高电压时被触发，或者缓冲电容通过双向可控硅放电过快，这时就可能发生前述问题。 缓冲电路由串联的电容和碳质电阻构成，两元件都按电源电压选用。元件的典型数值是0.1μF 及≧100Ω。所用碳质电阻应能承受反复的浪涌电流而不烧毁。缓冲电路元件的选择是为了限制dV COM /dt 或dV D /dt 在一定水平下，确保不触发双向可控硅。在这 单向晶闸管的基本结构及工作原理 晶闸管有许多种类，下面以常用的普通晶闸管为例，介绍其基本结构及工作原理。 单向晶闸管内有三个PN 结，它们是由相互交叠的4 层P区和N区所构成的.如图17-1(a) 所示。晶闸管的三个电极是从P1引出阳极A，从N2引出阳极K ，从P2引出控制极G ，因此可以说它是一个四层三端 半导体器件。 为了便于说明.可以把图17-1 (a) 所示晶闸管看成是由两部分组成的[见图17-1(b)]，这样可以把晶闸管等效为两只三极管组成的一对互补管.左下部分为NPN型管，在上部分为PNP 型管[见图17-1 (c)]。 当接上电源Ea后，VT1及VT2都处于放大状态，若在G 、K 极间加入一个正触发信号，就相当于在V T1基极与发射极回路中有一个控制电流IC，它就是VT1的基极电流IB1。经放大后，VT1产生集电极电流ICI。此电流流出VT2 的基极，成为VT2 的基极电流IB2。于是， VT2 产生了集电极电流IC2。IC2再流入VT1 的基极，再次得到放大。这样依次循环下去，一瞬间便可使VT1和VT2全部导通并达到饱和。所以，当晶闸管加上正电压后，一输入触发信号，它就会立即导通。晶闸管一经导通后，由于导致VT1基极上总是流过比控制极电流IG大得多的电流，所以即使触发信号消失后，晶闸管仍旧能保持导通状态。只有降低电源电压Ea，使VT1、VT2 集电极电流小于某一维持导通的 最小值，晶闸管才能转为关断状态。 如果把电源Ea反接，VT1 和VT2 都不具备放大工作条件，即使有触发信号，晶闸管也无法工作而处于关断状态。同样，在没有输入触发信号或触发信号极性相反时，即使晶闸管加上正向电压.它也无法导通。 上述的几种情况可参见图17-2 。 双向可控硅的工作原理 双向可控硅的工作原理双向可控硅的工作原理1.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管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以 双向可控硅的工作原理 双向可控硅的工作原理1.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管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流 ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化2,触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 TRIAC的特性 什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。 TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 (第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR 最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。 双向可控硅的工作原理 1.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 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化 2,触发导通 在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 一、可控硅的概念和结构？ 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〔图2(a)〕：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〔图2(b)〕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。 双向可控硅的工作原理及原理图 双向可控硅的工作原理1.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管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2i b2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化2,触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IG T。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA 段左移，IGT越大，特性左移越快。 TRIAC的特性 什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIA C为三端元件，其三端分别为T1(第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。 (a)符号(b)构造 图1 TRIAC 二.TRIAC的触发特性: 由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下： (1). VT1T2为正, VG为正。 (2). VT1T2为正,VG为负。 (3). VT1T2为负, VG为正。 (4). VT1T2为负, VG为负。 可控硅的工作原理(带图) 可控硅的工作原理（带图） 一．可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。 可控硅的重要特点是：只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件导通，器件中就可以通过较大的电流。利用这种特性可用于整流、开关、变频、交直流变换、电机调速、调温、调光及其它自动控制电路中。 同学：老师，双向晶闸管看起来与单向晶闸管的外形差不多，也有三个电极（图 2 ），它的主要工作特性是什么呢？ 教师：双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联（图3 ），但只有一个控制极。这样，双向晶闸管在正、反两个方向上都能够控制导电，而单向晶闸管却是一种可控的单方向导电器件。给双向晶闸管的控制极加正的或负的触发脉冲，都能使管子触发导通。这样，触发电路的设计就具有很大的灵活性，可以采用多种不同的触发方式。此外，双向晶闸管的两个主电极不再分为阳极和阴极，而是称为第一电极T1 和第二电极T2 。双向晶闸管在电路中不能用作可控整流元件，主要用来进行交流调压、交流开关、可逆直流调速等等。 同学：双向晶闸管触发电路（图1 ）中，使用了双向触发二极管，我们过去没有听说过这种管子，这是一种什么样的器件呢？ 老师：双向触发二极管（图4 ）从结构上来说，是一种没有控制极的晶闸管，我们可以把它看成是两个二极管的反向并联。这样，无论在双向触发二极管的两极之间外加什么极性的电压，只要电压的数值达到管子的转折电压值，就能使它导通。值得注意的是，双向触发二极管的转折电压较高，一般在20 ～40V 范围。 同学：老师，您给我们讲讲双向触发二极管组成的双向晶闸管触发电路的工作原理吧。 老师：调压器电路主要由阻容移相电路和双向晶闸管两部分组成。我们单独画出这两部分电路（图5 ），R5 、RP 和C5 构成阻容移相电路。合上电源开关S ，交流电源电压通过R5 、RP 向电容器C5 充电，当电容器C5 两端的电压上升到略高于双向触发二极管ST 的转折电压时，ST 和双向晶闸管VS 相继导通，负载RL 得电工作。当交流电源电压过零瞬间，双向晶闸管自行关断，接着C5 又被电源反向充电，重复上述过程。分析电路时，大家应该意识到，触发电路是工作在交流电路中的，交流电压的正、负半周分别会发出正、负触发脉冲送到双向晶闸管的控制极，使管子在正、负半周内对称地导通一次。改变R P 的阻值，就改变了C5 的充电速度，也就改变了双向晶闸管的导通角，相应地改变了负载RL 上的交流电压，实现了交流调压。 同学：您刚刚画出的电路图（图5 ）是不是可以直接作交流调压器使用呢？ 老师：可以。这就是一个简易型调压器，在要求不高的场合（如灯具调光）完全可以使用。这种调压器的缺点有两个：一是负载RL 上的电压不能从零伏起调，最低只能调到20V 。当RP 调到最大值时，C5 充电速度变得很慢，以致在交流电压的半个周期时间内，C5 上的电压还来不及上升到双向触发二极管的转折电压，双向晶闸管就不能导通。为了克服这一缺陷，增加了由R4 、C4 和R6 组成的另一条阻容移相电路（图 1 ）。当RP 调到极限值以上时，C4 上的电压可经R6 向C5 充电，使C5 上的电压达到双向触发二极管的转折电压，以保证在低输出电压下双向晶闸管仍能导通。适当调节R4 ，就可以得到较低的起调电压。另一个缺点是双向晶闸管导通瞬间的突变电流形成的脉冲干扰，会影响调幅收音机和一些通信设备的正常工作，简易型调压器不能抑制这种脉冲干扰。 同学：怎么抑制晶闸管导通瞬间产生的电磁干扰呢？ 老师：可以利用滤波电路。大家再看电路图（图1 ）。电感L 串联在主电路上，对突变电流呈现很大的阻抗，起到了平滑滤波作用；R1 、C1 支路并联在电源线上，将高频干扰电流旁路。此外，与负载R L 并联的R2 、C3 支路进一步滤除了负载电流突变产生的脉冲干扰。这样，由于采用了双重滤波电路，起到了较强的抑制干扰的作用。 1．晶闸管的结构 晶闸管是一种4层功率半导体器件，具有3个PN结，其内部的构造、外形和电路符号如图6 -1所示。其中，最外层的P区和N区分别引出两个电极，称为阳极A和阴极K，中间的P区引出控制极（或称门极）。 2．晶闸管的工作原理 晶闸管组成的实际电路如图6-2所示。 为了说明晶闸管的工作原理，可将其看成NPN和PNP两个三极管相连，用三极管的符号来表示晶闸管的等效电路，如图6-3所示。 其工作过程如图6-4所示。 当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UZ而控制极K不加电压时，中间的PN结处于反向偏置，管子不导通，处于关断状态。 当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UA，M28F101-200 K6且控制极G和阴极K之间也加正向电压UG时，外层靠下的PN 结处于导通状态。若V2管的基极电流为IB2，则集电极电流Ic2为β2IB2，V1管的基极电流IB1等于Vz管的集电极电流，因而V2的集电极电流Icl为βlβ2如，该电流又作为V2管的基极电流，再一次进行上述的放大过程，形成正反馈。在很短的时间（一般几微秒）两只二极管均进入饱和状态，使晶闸管完全导通。当晶闸管完全导通后，控制极就失去了控制作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状 态。此对管子压降很小，一般为0. 6～1.2 V，电源电压几乎全部加在负载电阻R上，晶闸管中有电流流过，可达几十至几千安。要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到不能维持正反馈过程，当然也可以将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极之间加一反向电压。 综上所述，可得如下结论： ①晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压（实际工作中，控制极加正触发脉冲信号）。 ②晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流I H；二是将阳极电压减小到零或使之反向。 教案编号：LNJD-PR08-RE08 课程名称：电力电子技术 适用专业：电气自动化专业、2014级 授课班级：G14111 课程性质：必修 授课章节：1.2晶闸管的工作原理 授课学时：2学时 授课时间：2015年09月09日 教学目标： 知识目标：掌握晶闸管的特性、导通条件和关断条件； 能力目标：能正确使用晶闸管； 素质目标：培养学生分析问题、解决问题的能力 教学重难点： 重点：晶闸管的特性 难点：导通条件和关断条件 授课方式：理论教学（多媒体教室） 教学方法：讲授法、多媒体教学、讨论法、演示教学、问题教学、动画仿真教学 教学设计： 【一、导入】（板书）（15分钟） 复习提问1：晶闸管的内部结构？ 2：晶闸管的2种等效电路图？ 启发导入：一个PN结能使二极管具有单向导电性；两个PN结能使三极管具有3种状态；那么三个PN结的晶闸管呢？（小组讨论） 【二、讲授新课】（板书+动画模拟+实物演示）（65分钟）一、导通条件（板书+动画模拟+实物演示）（30分钟） 电路图（见板书） 步骤一（见板书） 分析：（结合晶闸管的等效电路图） 启发导入：UA<0，KP截止，UA>0？ 步骤二（见板书） 分析：（结合晶闸管的等效电路图） 启发导入：UA>0，KP截止，UG>0？ 步骤三（见板书） 分析：（结合晶闸管的等效电路图） 实操：（让学生操作步骤五，观察现象，教师指导） 晶闸管的导通条件：（小组讨论，学生总结） 二、截止条件（板书+动画模拟+实物演示）（35分钟） 启发导入：如何关断晶闸管，控制回路OR主回路? 步骤四（见板书） 启发导入：主回路？ 步骤五（见板书） 实操：（让学生操作步骤五，观察现象，教师指导） 晶闸管的截止条件：（小组讨论，学生总结） 总结：晶闸管特性（板书+动画模拟）（15分钟） 启发：综合实验，与二极管进行比较分析，引导学生总结。晶闸管的特性：（类比长江三峡水坝） 【三、小结】（5分钟） 学生总结，教师补充 【四、作业及自主学习】（5分钟） 课本32页，第二题，第十二题； 微课学习KP导通和关断， 教学后记：内容设计饱满，能体现教学重难点，实操部分学生兴趣较浓，可以增加实操内容。 步骤一：UA<0，UG>0/UG<0 灯不亮，i=0，KP截止 {PS}： 主要参考书目： 马宏骞编著，电力电子技术及应用项目教程，北京： 电子工业出版社，2011 *为本章重点，#为本章难点 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双向晶闸管的结构及工作原理
晶闸管的结构以及工作原理
双向可控硅的工作原理及原理图
晶闸管的结构以及工作原理教学内容
晶闸管(可控硅)的结构与工作原理
双向可控硅原理与应用整理
可控硅元件的工作原理及基本特性
双向晶闸管交流调压电路分析
三象限双向可控硅原理
单向晶闸管的基本结构及工作原理
双向可控硅的工作原理(全)
双向可控硅的控制原理
双向可控硅的工作原理及原理图
可控硅的工作原理(带图)
关于双向晶闸管常见问题
精析晶闸管的内部结构及工作原理
晶闸管的工作原理教案
双向晶闸管原理及检测