单向晶闸管的基本结构及工作原理

1、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

2、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，

3、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。 总而言之，单向晶闸管具有可控开关的特性，但是这种控制作用是触发控制，它与一般半导体三极管构成 的开关电路的控制作用是不同的。 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（Silico n Con trolled RectifierSCR） 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab ）发明

4、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 一一普通晶闸管 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

5、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 、晶闸管基本工作特性当SCK的阳极和阴概电即 去下正上负（与图示方向相反）时,耳 论门极醍否有电汛白炽灯不亮，说 明SCB始终处于关断状态; 当兀:时.即垃上正下负（鸟圏示方 问相同），只有JG0时.白炽灯才 点乘 说明SCR没有门概电菽融发时， 具有正向阻断能九 当满足Sk 0.）Zp0条件吋可以导通 號R旦导通，此时去掉氐（即再令比暑）-白炽灯劭保持点亮说明SCR 仍保持导通状态。导通后SCR的管压降为1达右.主电路电的电流心由白炽灯 内阻、覘揪氐的大|沁。 在心逐渐降低（通过调整RQ至某一

6、个小数值吋，刚冈脂觴维持SCR导風此 时如果怅续卩険心则咒R会关断，该小电疣称为SCR的维持电汛 晶闸管基本工作特性归纳： 承受反向电压时（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： UGK0 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

7、。 albl 晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a）双晶体管模型b）工作原理 双向晶闸管的结构及工作原理 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。 双向晶闸管与单向晶闸管一样， 也具有触发控制特性。 不过，它的触发控制特性与单向 晶闸管有很大的不同， 这就是无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极 上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的，都可以便双向晶闸管导通。 由于双向晶闸管在阳、 阴极间接任何极性的工作电压都

8、可以实现触发控制，因此双向晶 闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极，将 接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为 T2电 极。 由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与 反同峰值电压之分，而只用一个最大峰值电压， 双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。 双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性，如图所示。 双向晶闸管的结构及电路 T2 S心 J JG f 一 ) (C) 单向晶闸管结构原理图 当接上电源Ea后，VT1及VT2郡处于放大状态，若在 G、K极司加入一个正触发信号，就相当于在 V

9、T1基极与发射极回路中有一个控制电流IG，它就是VT1的基极电流IB1。经放大后，VT1产生集电极 电流IC1。此电流流出VT2的基极，成为 VT2的基极电流电。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VT,和V乃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IC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。上述的儿种情况可参见图。 心)无越发依号，)傩发导通 不导通 (c)触发点维