晶闸管的基础知识

一、晶闸管的结构

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1.一般地,具有PNPN四层三结结构的器件是晶闸管。严格来说,根据国际电工委员会(IEC)的标准定义,具有3个或者3个以上PN结,其伏安特性至少在一个象限内具有导通和阻断两个稳定状态,并可以在两个状态之间进行切换的电力半导体器件为晶闸管。又称为(可控硅)。晶闸管可以分为很多类型,比如内部存在反并联二极管的逆导型晶闸管(RC-Thyristor),电流可双向控制导通的双向晶闸管(TRI-AC),门极关断晶闸管(GTO)和门极换流晶闸管(GCT)等。在实际应用,一般将普通的具有双向阻断能力、只能控制正向导通的半控型晶闸管,直接称为晶闸管,或者SCR(硅控整流器),而其他类型晶闸管根据它们的功能和特性命名。 

2.晶闸管在通态时可以承受非常大的浪涌电流,而在阻态能承受非常高的电压,这两点的极限值在目前的所有器件中都是最高的,如果没有无法自关断这个严重的缺陷,那么晶闸管就是完美的电力半导体器件。这跟晶闸管的结构有密切关系。

3.晶闸管也是一个三端器件,按照现有的应用习惯,其三个端子定义为阳极A,anode)、阴极K,cathode)和门极G,gate)。晶闸管的符号以及对应三个端子的定义如图所示:

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  4.实际上一个典型的晶闸管的结构如图所示,一般从阳极到阴极的杂质半导体的性质为PNPN,因此存在3个PN结,从阳极到阴极依次为J1、J2和J3。此时,这3个结不再像晶体管那样有具体的名称。这3个PN结可以通过合金—扩散法或全扩散法形成,阳极、阴极和门极电极分别通过金属连接与对应的半导体层相连接。

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5. 为了分析方便,这里把上图所示的晶体管简化成如图所示的简化结构图,并认为各杂质半导体的掺杂浓度是均匀的,按照晶闸管在实际电路中的使用情况,图中还给出了用于晶闸管运行原理分析的外围电路,则流入晶闸管阳极的电流为IA,流出晶闸管阴极的电流为IK,流入晶闸管门极的电流为IG,晶闸管阳极到阴极之间的电压为UAK

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6.其内部结构和电气图形符号如图所示:

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二、晶闸管的伏安特性 

晶闸管的伏安特性如图所示:

 1.控制极不加电压即IG=0,正向电压小于UBO(转折电压)时,晶闸管处于正向阻断状态(断态)

2.正向阳极电压达到正向转折电UBO时,晶闸管突然从正向阻断状态转为导通状态(通态)。

3.门极电流IG越大,晶闸管导通所需要的阳极电压越小。

4.晶闸管导通之后,特性和二极管的特性相仿,管压降在1V左右。 

5.当阳极电流减小到IH(维持电流)时,晶闸管由导通变为正向阻断状态。 

6.晶闸管加反向电压时,只有很小的反向漏电流。当反向电压升高到UBR(反向击穿电压)时,晶闸管反向击穿损坏。 

注意: 晶闸管只能稳定工作在阻断与导通两个状态。 

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三、晶闸管的工作特点 

 1.晶闸管导通的条件是阳极和门极均加正极性电压。

2.晶闸管导通之后,门极便失去控制作用。

3.晶闸管关断的条件是:阳极加负极性电压或将阳极电压降低到一定程度,使晶闸管中的电流IA小于维持电流IH。

注意:

①晶闸管的导通是由于晶闸管内部存在强烈的正反馈过程。

②通过门极只能控制晶闸管的导通,而不能控制其关断,因此晶闸管被称为半控型器件。

四、单向晶闸管的管脚判别

用万用表检测的方法:

用万用表的R×100挡,红黑表笔分别接触晶闸管的任意两个管脚的正反向电阻,测量其电阻值,阻值较小的那一次,黑表笔所接的是晶闸管的门极红表笔接的是晶闸管的阴极剩余一个就是晶闸管的阳极。 

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