可控硅工作原理

1、可控硅工作原理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=2ib2。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=1ib1=12ib2。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

2、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表1 可控硅导通和关断条件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都可2、基本伏安特性可控硅的基本伏安特

3、性见图2（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图3 阳极加反向电压（2）正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），j1、j3结正偏，但j2结反偏，这与普通pn结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性oa段所示，弯曲处的是ubo叫：正向转折电压图4 阳极加正向电压由于电压

4、升高到j2结的雪崩击穿电压后，j2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入n1区，空穴时入p2区。进入n1区的电子与由p1区通过j1结注入n1区的空穴复合，同样，进入p2区的空穴与由n2区通过j3结注入p2区的电子复合，雪崩击穿，进入n1区的电子与进入p2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在n1区就有电子积累，在p2区就有空穴积累，结果使p2区的电位升高，n1区的电位下降，j2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线ab段。这时j1、j2、j3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的pn结正向特性相似，见图2中的

5、bc段3、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。图5 阳极和控制极均加正向电压可控硅元件可控硅整流电路一、单相半波可控整流电路1、工作原理电路和波形如图1所示，设u2=u2sin。正半周：0tt1,ug=0,t正向阻断，id=0,ut=u2,ud=0t=t时,加入ug脉冲，t导通，忽略其正向压降，ut=0,ud=u2,id=ud/rd。负半周：t2当u2自然过零时，t自行关断

6、而处于反向阻断状态，ut=0,ud=0,id=0。从0到t1的电度角为，叫控制角。从t1到的电度角为，叫导通角，显然+=。当=0，=180度时，可控硅全导通，与不控整流一样，当=180度，=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。2、各电量关系ud波形为非正弦波，其平均值（直流电压）：由上式可见，负载电阻rd上的直流电压是控制角的函数，所以改变的大小就可以控制直流电压ud的数值，这就是可控整流意义之所在。流过rd的直流电流id：ud的有效值（均方根值）：流过rd的电流有效值：由于电源提供的有功功率p=ui，电源视在功率s=u2i（u2是电源电压有效值），所以功率因数：由上式可见，功率因数cos也是

7、的函数，当=0时，cos=0.707。显然，对于电阻性负载，单相半波可控整流的功率因数也不会是1。比值ud/u、i/id和cos随的变化数值，见表1，它们相应的关系曲线，如图2所示表1 ud/u、i/id和cos的关系0306090120150180ud/ui/idcos0.451.570.7070.421.660.6980.3381.880.6350.2252.220.5080.1132.870.3020.033.990.120-0由于可控硅t与rd是串联的，所以，流过rd的有效值电流i与平均值电流id的比值，也就是流过可控硅t的有效值电流it与平均值电流idt的比值，即i/id=it/id

8、t。二、单相桥式半控整流电路1、工作原理电路与波形如图3所示正半周：t1时刻加入ug1，t1导通，电流通路如图实线所示。ut1=0,ud=u2,ut2=-u2。u2过零时，t1自行关断。负半周：t2时刻加入ug2，t2导通，电流通路如图虚线所示，ut2=0，ud=-u2,ut1=u2。u2过零时t2自行关断。2、各电量关系由图3可见，ud波形为非正弦波，其幅值为半波整流的两倍，所以rd上的直流电压ud：直流电流id：电压有效值u：电流有效值i：功率因数cos：比值ud/u,i/id和cos随的变化数值见表2，相应关系曲线见图4表2 ud/u、i/id、cos与的关系表0306090120150

9、180ud/ui/idcos0.91.11210.841.1790.9850.6761.3350.8960.451.5750.7170.2261.970.4260.062.8350.1690-0把单相全波整流单相半波整流进行比较可知：（1）当相同时，全波的输出直流电压比半波的大一倍。（2）在和id相同时，全波的电流有效值比半波的减小倍。（3）相同时，全波的功率因数比半波的提高了倍。三、整流电路波形分析1、单相半波可控整流（1）电阻性负载（见图1） 电阻性负载，id波形与ud波形相似，因为可控硅t与负载电阻rd串联，所以id=id。 可控硅t承受的正向电压随控制角而变化，但它承受的反向电压总是负

10、半波电压，负半波电压的最大值为u2。 线路简单，多用在要求不高的电阻负载的场合。（2）感性负载（不带续流二极管，见图5）： 电机电器的电磁线圈、带电感滤波的电阻负载等均属于电感性负载。 电感具有障碍电流变化的作用可控硅t导通时，其压降ut=0，但电流id只能从零开始上升。id增加和减少时线圈ld两端的感应电动势el的极性变化如图示。 当电源电压u2下降及u20时，只要释放磁场能量可以维持id继续流通，可控硅t仍然牌导通状态，此时ud=u2。当u20时，虽然ud出现负值，但电流id的方向不变。 当电流id减小到小于维持电流ih时，可控硅t自行关断，id=0,ut=u2，可控硅承受反压。 负载电压

11、平均值：其中电感ld两端电压的平均值为零。 电感ld的存在使负载电压ud出现负值，ld越大，ud负值越大，负载上直流电压ud就越小，id=ud/rd也越小，所以如果不采取措施，可控硅的输出就达不到应有的电压和电流。（3）感性负载（带续流二极管，见图6）： 在负载上并联一只续流二极管d，可使ud提高到和电阻性负载时一样， 在电源电压u20时，d的作用有点：把电源负电压u2引到可控硅t两端，使t关断，ut=u2；给电感电流续流，形成id；把负载短路，ud=0,避免ud出现负值，使负载上直流输出电压ud提高。 负载电流为何控硅电流it和二极管的续流id之和，即id=it+id。当ldr时，id下降很慢使id近似为一条水平线，所以流过t和d的电注平均值与有效值分别为：平均值：idt=（/360）id；i