晶闸管（可控硅）

晶闸管

晶闸管又称为可控硅，是一种功率开关管，能在高电压、大电流（数安培到几千安培）的条件下工作，晶闸管的主要类型分为单向晶闸管SCR、双向晶闸管Traic和可关断晶闸管等；晶闸管的出现，使得半导体从弱点领域进入到强电领域。

（1）单向晶闸管SCR

单向晶闸管的基本机构如下图所示，单向晶闸管有两个三极管（NPN和PNP）

工作原理：在单向晶闸管未导通的状态下，阳极（A）和门极（G）同时接正向电压时，才会变成导通状态，而只要阳极（A）接反向电压，则不会导通；又或者阳极（A） 接正向电压但门极（G）不加电压时，也不会导通。

（详细版本的工作原理可看可不看：阳极（A）和门极（G）同时接正向电压时，下方的NPN导通，产生集电流，上方的PNP导通，从而整个单向晶闸管SCR导通。）

晶闸管一旦导通，门极（G）就不会起到控制作用。

好比打开和关闭门，我把门上的锁打开，门就打开了，之后锁无论再开还是关，都不影响门是开着的，除非我把门重新关上，才需要重新把锁给打开。这里的门就相当于阳极（A）电压，锁就相当于门极（G）电压。

①SCR控制负载为纯电阻的电路

假如阳极（A）接高电平，阴极（K）接低电平，门极（G）输入一个脉冲信号，整个单向晶闸管导通，当这个脉冲信号消失后，整个单向晶闸管仍保持导通。

要想关断单向晶闸管的导通状态，只有把阳极（A）电压降低到某一临界值或者将阳极（A）电压反向。

由上述可知，当在晶闸管的阳极加上交流电压时，在电压的正半周，若给门极（G）加一个正触发脉冲，则晶闸管导通，而电压过零时，晶闸管将关断;在下一个正半周，若想使晶闸管导通，必须重新给门极（G）加触发脉冲。

SCR的控制信号及输出波形

交流电压Vac经过桥式整流电路接入到SCR的阳极（A），定期给门极（G）加脉冲信号，得到流过电阻R的电流波形和电阻R两端的电压波形。

这里我们引入两个概念：

1）控制角        指从零电压到被触发导通的瞬间的这段时间对应的电度角。

2）导通角        指从被触发导通的瞬间开始到电压为零这段时间对应的电度角。

对于纯电阻负载有                                         

通过改变触发信号的相位，即可改变平均输出电压Vs的大小。也就是说，通过弱电去控制强电的电压输出

②SCR控制带电阻电感负载的单相半波整流电路

电阻电感负载的单相半波整流电路

     带电感电阻负载的单相半波整流电路的工作电压和电流波形如下图所示。

:  输入的交流电压

:    门极控制信号

：  输出电压

：   负载电流

 在0~区间，门极没有触发信号，SCR不导通，=0；

时，门极的触发信号出现，SCR导通，但由于负载中含有电感L，则负载电流不会突变，只会从零开始逐渐上升。输出电压可以用下列公式表示：

                                        ​​​​​​​        

由上式可得，当电度角为π时，=0，于是有

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​   

负载上的电流不为零，表明晶闸管SCR没有关断。

当电度角为为~时，电源电压虽然变为负值，但由于电感L存储的能量没有完全释放完，会强迫SCR继续导通。直到能量释放完，才使得SCR关断。