单向可控硅和双向可控硅原理及应用大全

目录可控硅元件的工作原理及基本特性可控硅元件一可控硅元件的结构可控硅知识的问与答可控硅元件一可控硅整流电路如何鉴别可控硅的三个极晶闸管的工作原理可关断晶闸管（GTO）硅控制开关（SCS）逆导晶闸管（RCT）硅双向开关（SBS）硅单向开关SUS（单向触发晶体管）双向触发二极管（DIAC）固态继电器简介S/HS固态继电器原理与应用向强电冲击的先锋——可控硅双向触发二极管固体继电器SSR双向触发二极管单结晶体管（双基极二极管）原理单结晶体管原理电动机、变压器的控制电力电子技术向高频领域发展应重新认识的几个概念认识变压器、电抗器光控晶闸管可控硅整流电路中的波形系数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口J•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便有基流让2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=P2ib2o因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ibl=ic2o此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流icl=Blibl=B1B2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使让2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。由于可控硅只育导通和关断两种工作状态，所以它具育开关特性，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即可2、基本伏安特性口J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JI、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UROiiq“反向转折电压”o此时，可控硅会发生永久性反向击穿。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）,JKJ3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0A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JI、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-一通态，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0A段左移，IGT越大，特性左移越快。plfnl^2~JIJ2J3图5阳极和控制极均加正向电压可控硅元件一可控硅元件的结构一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称晶闸管T。又由于晶闸管最初应用于可控整流方而所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCRo在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断：无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。可控硅元件的结构不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结(JI、J2、J3),从J1结构的P1层引岀阳极A,从N2层引岀阴级K,从P2层引岀控制极G,所以它是一种四层三端的半导体器件。J3卫JI0J3卫JI0A图1、可控硅结构示意图和符号图可控硅知识的问与答一、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，它的主要成员有上向晶闸管、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》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，育三个PN纠对外有三个电极(图2(a)):第一层P型半导体引出的电极叫阳极A,第三层P型半导体引岀的t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))可以看至I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彳不同的工作特性。£P图2£P图2二、晶闸管的主要工作特性为了能够直观地认识晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板（图3）。晶闸管VS与小灯泡EL串耳起来，通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极，阴极K接电源的负极，控制极通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极（这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.E直流电源的正极）。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制7所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S,小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下扌钮开关SB,给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我勺什么启发呢？这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它（控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，1然维持导通状态。晶闸管的特点：是"一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导遊控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能彳导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源（图3中的开关S）或使阳极电流小:维持导通的最小值（称为维持电流）。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。三、用万用表可以区分晶闸管的三个电极吗?怎样测试晶闸管的好坏呢？普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆挡RX100挡位来测。大家知道，晶闸管G、K之间是一,PN结（图2（a））,相当于一个二极管，G为正极、K为负极，所以，按照测试二极管的方法，找t三个极中的两个极，测它的正、反向电阻，电阻小时，万用表黑表笔接的是控制极G,红表笔接白是阴极K,剩下的一个就是阳极A了。测试晶闸管的好坏，可以用刚才演示用的示教板电路（图3）接通电源开关S,按一下按钮开关SB,灯泡发光就是好的，不发光就是坏的四、晶闸管在电路中的主要用途是什么？普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果扌二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路（I：4（a））o在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug,VS仍然不能」通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。现在，画出它的2形图（图4（c）及（d））,可以看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出（波于图上阴影部分）。Ug到来得早，晶闸管导通的时间就早；Ug到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。i过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL（阴影部分的而,大小）。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°,称为电角度。这样，在U2的每个正仝周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角a；在每个正半周内晶闸管导通［电角度叫导通角9o很明显，a和0都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或f断范围的。通过改变控制角a或导通角0,改变负载上脉冲直流电压的平均值UL,实现了可控2流。五、在桥式整流电路中，把二极管都换成晶闸管是不是就成了可控整流电路了呢？

在桥式整流电路中，只需要把两个二极管换成晶闸管就能构成全波可控整流电路了。现在画岀电£

图和波形图（图5）,就能看明白了。六、晶闸管控制极所需的触发脉冲是怎么产生的呢？晶闸管触发电路的形式很多，常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管$发电路、利用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路，等等。今天大家制作的调压器，采用的是单结?体管触发电路。七、什么是单结晶体管?它有什么特殊性能呢？单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件（图6）。我们先画出,的结构示意图（图7（a））。在一块N型硅片两端，制作两个电极，分别叫做第一基极B1和第二£极B2；硅片的另一侧靠近B2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出的电极叫发射7E。为了分析方便，可以把Bl、B2之间的N型区域等效为一个纯电阻RBB,称为基区电阻，并可鬼作是两个电阻RB2、RB1的串联（图7（b））o值得注意的是RB1的阻值会随发射极电流IE的变化j改变，具有可变电阻的特性。如果在两个基极B2、B1之间加上一个直流电压UBB,则A点的电压I为：若发射极电压UE<UA,二极管VD截止：当UE大于单结晶体管的峰点电压UP（UP二UD+UA）时，:极管VD导通，发射极电流IE注入RB1,使RB1的阻值急剧变小，E点电位UE随之下降，出现了：增大UE反而降低的现象，称为负阻效应。发射极电流IE继续增加，发射极电压UE不断下降，兰UE下降到谷点电压UV以下时，单结晶体管就进入截止状态。八、怎样利用单结晶体管组成晶闸管触发电路呢？单结晶体管组成的触发脉冲产生电路在今天大家制作的调压器中己经具体应用了。为了说明它的1作原理，我们单独画出单结晶体管张弛振荡器的电路（图8）。它是由单结晶体管和RC充放电电路纟成的。合上电源开关S后，电源UBB经电位器RP向电容器C充电，电容器上的电压UC按指数规彳上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管突然导通，基区电阻RB1急剧减小,电容器C通过PN结向电阻R1迅速放电，使R1两端电压Ug发生一个正跳变，形成陡11哨的脉冲前》（图8（b））。随着电容器C的放电，UE按指数规律下降，直到低于谷点电压UV时单结晶体管截卄这样，在R1两端输岀的是尖顶触发脉冲。此时，电源UBB又开始给电容器C充电，进入第二个充丿电过程。这样周而复始，电路中进行着周期性的振荡。调节RP可以改变振荡周期。九、在可控整流电路的波形图中，发现晶闸管承受正向电压的每半个周期内，发出第一个触发脉7的时刻都相同，也就是控制角□和导通角0都相等，那么，单结晶体管张弛振荡器怎样才能与］流电源准确地配合以实现有效的控制呢？为了实现整流电路输岀电压'‘可控”，必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内，触发电路发t第一个触发脉冲的时刻都相同，这种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。怎样才能做到同步呢?大家再看调压器的电路图（图1）。请注意，在这里单结晶体管张弛振荡器的I源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在晶闸管没有导通时，张弛振荡器的电容器C?电源充电，UC按指数规律上升到峰点电压UP时，单结晶体管VT导通，在VS导通期间，负载RL_育交流电压和电流，与此同时，导通的VS两端电压降很小，迫使张弛振荡器停止工作。当交流电丿过零瞬间，晶闸管VS被迫关断，张弛振荡器得电，又开始给电容器C充电，重复以上过程。这样每次交流电压过零后，张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这个时刻取决于RP的阻值;C的电容量。调节RP的阻值，就可以改变电容器C的充电时间，也就改变了第一个Cg发出的时亥I相应地改变了晶闸管的控制角，使负载RL上输岀电压的平均值发生变化，达到调压的目的。双向晶闸管的T1和T2不能互换。否则会损坏管子和相关的控制电路。可控硅元件一可控硅整流电路一、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u2二U2sin3。图1单相半波可控整流正半周：0<t<tl,ug=O,T正向阻断，id二0,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二ud/Rd。负半周：当u2自然过零时，T自行关断而处于反向阻断状态，ut二0,ud二0,id二0。从0到tl的电度角为a,叫控制角。从tl到Ji的电度角为0，叫导通角，显然a+0=no当a=0,9=180度时，可控硅全导通，与不控整流一样，当a=180度，0二0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)：ud=(l/2jE)/^-/5'u2sinaitd(cot)=(0.45u2)[l+cosa.)/2]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：Id=(Ud/W=0.45(u2/Rd)X[(H-COSCCV2]Ud的有效值(均方根值)：11二“齐an)二如皿+疇流过Rd的电流有效值：I=V/Ri=(U2/Rd)忌*in2卄雯誥由于电源提供的有功功率P二UI,电源视在功率S二U2I(U2是电源电压有效值)，所以功率因数:cosv=P/S=轴+ii伽+由上式可见，功率因数cose也是0的函数，当a二0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cosW随a的变化数值，见表1,它们相应的关系曲线，如图2所示表1Ud/L\I/Id和cos®的关系a0。30°60°90°120°150°180°Ud/U0.450.420.3380.2250.1130.030I/Id1.571.661.882.222.873.99—cos巾0.7070.6980.6350.5080.3020.120图2单相半波可控整流的电压、电流及功率因数与控制角的关系由于可控硅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/IdTo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idil7图3、单相桥式半控整流正半周：tl时刻加入ugl,T1导通，电流通路如图实线所示。uTl二O,ud二u2,uT2二-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,utl=u2ou2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：Ud=0.9U2[Cl+cos«V2]直流电流Id:I4=Ud/Kd=0.9血/Rd）X[（1十“熨）/2]电压有效值U：sifi2a-+-■忑；电流有效值I:

功率因数cose:比值Ud/U,I/Id和cos®随a的变化数值见表2,相应关系曲线见图4表2Ud/L\I/Id、cos"与Q的关系表a0°30°60°90°120°150°180°Ud/U0.90.840.6760.450.2260.060I/Id1.1121.1791.3351.5751.972.835—cos310.9850.8960.7170.4260.1690图4、单相全波和桥式电路电压、电流及功率因数与控制角的关系把单相全波整流单相半波整流进行比较可知:（1）当a相同时，全波的输出直流电压比半波的大一倍。（2）在a和Id相同时，全波的电流有效值比半波的减小倍。（3）a相同时，全波的功率因数比半波的提高了倍。（2）感性负载（不带续流二极管，见图5）:

图5电感性负载无续流二极管•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二0,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u2$0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=u2o当u2<0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二u2,可控硅承受反压。•负载电压平均值：吩春丿二^几叫耐仙）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二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）:图6电感性负载有续流二极管•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u2W0时，D的作用有点：①把电源负电压u2引到可控硅T两端，使T关断，uT=u2；②给电感电流续流，形成iD；③把负载短路，ud二0,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辽和二极管的续流iD之和，即id二辽+iD。当sLdMR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二(0/360°)Id；IdD二［(360°-0)/360°lid：有效值:IT二根号下(0/360°)Id；ID=根号下［(360°-0)/360°］Id•可控硅T开始导通后，如果电感Ld很大，iT的上升很慢，这就有可能导致触发脉冲消失时可控硅的电流还上升不到维持导通状态的维持电流，就是说，可控硅触发不了，为了使可控硅可靠触发，触发脉冲应该足够宽，或者在负载两端并联一只电阻，以利于加快iT的上升。如何鉴别可控硅的三个极鉴别可控硅三个极的方法很简单，根据P-N结的原理，只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上，阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上（它们之间有两个P-N结，而且方向相反，因此阳极和控制极正反向都不通）。控制极与阴极之间是一个P-N结，因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围，反向电阻比正向电阻要大。可是控制极二极管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻断状态的，可以有比较大的电流通过，因此，有时测得控制极反向电阻比较小,并不能说明控制极特性不好。另外，在测量控制极正反向电阻时，万用表应放在R*10或R*1挡，防止电压过高控制极反向击穿。若测得元件阴阳极正反向己短路，或阳极与控制极短路,或控制极与阴极反向短路,或控制极与阴极断路，说明元件已损坏。晶闸管的工作原理rrllpl-罟耳kehAGG¥//01003a00〒0.492】o‘ioid卅在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内，逆变侧关短时间采用KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶闸管的工作条件:晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。晶闸管在导通情况下，当主回路电压(或电流)减小到接近于零时，晶闸管关断。从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有JI、J2、J3三个PN结图1,可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Icl和Ic2；发射极电流相应为la和Ik；电流放大系数相应为al=Icl/Ia和a2=Ic2/Ik,设流过J2结的反相漏电电流为IcO,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Icl+Ic2+IcO或Ia=alIa+a2Ik+IcO若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik二Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(IcO+Iga2)/(1-(al+a2))(1-1)式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数al和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式(1-1)中，Ig二0,(al+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia^IcO晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的I名流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数al,产生更大的极电极电流Icl流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3,当al和a2随发射极电流增加而（al+a2）时，式（1-1）中的分母1-（al+a2）~0,因此提高了晶闸管的阳极电流la.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。式（1-1）中，在晶闸管导通后，1-（al+a2）~0，即使此时门极电流I萨0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流la而继续导通。晶闸管在导通后，门极己失去作用。在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流la减小到维持电流IH以下时，由于al和al迅速下降,当l-（al+a2）~0时,晶闸管恢复阻断状态。可关断晶闸管（GTO）口J关断晶闸管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。前己述及，普通晶闸管（SCR）傑门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断,必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH,或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR）,只是工作频纺比GTR低。目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，因此图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块形式。尽管GTO与SCR的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态，而GTO在导通后只能达到临界饱和，所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。GTO的一个重要参数就是关断增益，Boff,它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比，有公式Boff二IATM/IGM13off-般为几倍至几十倍。Boff值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然，Boff与昌盛的hFE参数颇育相似之处。下而分别介绍利用万用表判定GT0电极、检查GT0的触发能力和关断能力、估测关断增益Boff的方法。判定GT0的电极将万用表拨至RX1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极，剩下的就是A极。检查触发能力如图2(a)所示，首先将表I的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大；然后用黑表笔尖也同时接触G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低阻值即表明GT0己经导通；最后脱开G极，只要GT0维持通态，就说明被测管具有触发能力。检查关断能力现采用双表法检查GT0的关断能力，如图2(b)所示，表I的档位及接法保持不变。将表II拨于RX10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发信号，如果表I的指针向左摆到无穷大位置，证明GT0具有关断能力。估测关断增益Poff进行到第3步时，先不接入表1【，记下在GT0导通时表I的正向偏转格数nl：再接上表I［强迫GTO关断，记下表II的正向偏转格数n2。最后根据读取电流法按下式估算关断增益：Boff二IATM/IGM〜IAT/IG=Klnl/K2n2式中K1—表I在RX1档的电流比例系数；K2—表II在RX10档的电流比例系数。Poff^lOXnl/n2此式的优点是，不需要具体计算IAT、IG之值,只要读出二者所对应的表针正向偏转格数，即可迅速估测关断增益值。注意事项：在检查大功率GT0器件时，建议在RX1档外边串联一节1.5V电池E',以提高测试电压和测试电流，使GTO可靠地导通。要准确测量GTO的关断增益Poff,必须育专用测试设备。但在业余条件下可用上述方法进行估测。由于测试条件不同，测量结果仅供参考，或作为相对比较的依据。硅控制开关(SCS)A<a)3)内部结构(b)《A<a)3)内部结构(b)《b)等效电路(c)(c)符号序号接线方式电路功能对应管脚・•主要待点1Ga开路普通晶闸管(SCR)Gk，A,K(G,A,K)高灵敏度晶闸管极融发电流仪几2可关斷晶闸管(GTO)Ga、Gk,A,k(c,a,k)用Ga、Gk端均冃GTO的导通与弓8Ga与A短接逆导晶闸管(RCT)Gk,A,K(G,A,K)其正向待性与普瞽相同，反向特流二极管的正向4Gk开路程控单结晶体管(PUD)GA,A,K(G,A,K)外接可调式分压Pi.Ri,分压比5Gk开路单结晶体管(UJT)Ga,A,K外接固定式分压分压固定6Ga与A短接NPN型硅晶体tT(TjA,Gk*K(C,B,E)利用万用表可测流放大系数Ape7Gk与k短接PNP型硅晶体管(TJA/GatK(E,B,C)利用万用衰可濟放大系数AFat8Ga、Gk开珞肖克莱二极管(SKD)A,K(+,~)可控半导体整流9Gk、K开路稳压二极管(DzJA,Ga(+,-)稳定电压:・•rzi=9ov(典西10A、K开路稳压二极管(Dn)Gk,Ga(+,—)稳定电压：rx:=8ov(典11AG开路稳压二极管(D2j)Gk,K(+,-)稳定电压：rz,=4V(典型•括弧内是所对应器件的管脚符号。”器件在反向击穿状态下的稳压值。QA@）方法之一（b）方法之二硅控制开关SCS（SiliconControlledSwitch）亦称四端小功率晶闸管。它属于新颖、多功能半导体器件。只要改变其接线方式，就可构成普通晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、逆导晶闸管（RCT）、互补型N门极晶闸管（NGT）、程控单结晶体管（PUT）、单结晶体管（UJT）,此外还能构成NPN型晶体管、PNP型晶体管、肖克莱二极管（SKD）、3种稳压二极管、N型或P型负阻器件，分别实现十多种半导体器件的电路功能。迄今为止，还不曾有哪种器件象它具有如此众多的功能。因此它被誉为新颖“万能”器件亦当之无愧。硅控制开关属于PNPN四层四端器件，其内部结构、等效电路及符号如图1所示。等效电路是由NPN晶体管(T1)和PNP晶体管(T2)组成的。四个引出端分别是阳极A、阴极K、阳极门极GA、阴极门极GK。由于其门极触发电流极小(几微安)，开关时间(tON.toFF)极短，所以它相当于一只高灵敏度的小功率晶闸管。容量一般为60V、0.5A,大多采用金属壳封装，管径为8mm,管脚排列顺序见图2。国外典型产品有3N58、3781、MAS32、3SF11等。硅控制开关的最大特点是在PNPN的每一层都

有一个引岀端，所以使用极灵活。在不同接线

方式下，硅控制开关的电路功能详见表1。其

中，肖克莱二极管SKD(ShockleyDiode)属

于四层、高速、可控半导体整流二极管，可作

开关二极管或触发器，用于激光脉冲发生器中。

除表中所列用途之外，硅控制开关还可用作继

电器驱动器、延时电路、脉冲发生器、双稳态

触发器、高灵敏度电平检测器。硅控制开关伯GTO使用时，需注意以下几点(参

见图3):第一：A极接电源正极，K极接电源负极：

第二：GA极加负脉冲时器件导通。加正脉冲时

器件关断；第三：GK极加正脉冲时器件导通，加负脉冲时

器件关断。下而介绍利用万用表检查硅控制开关的方法检查三个PN结的单向导电性

将万用表拨到RXlk档，分别测量A-GA、GA-GK、

GK-K之间的正、反向电阻。正向电阻应为几

千欧至十几千欧，反向电阻为无穷大，说明PN

结具有单向导电性。检查逆导性只将GA与A短接，即可观察到逆导性。但为使效果更明显，现将GK与K也短接，此时A、«）«）符号（b）尊效嘶G）外形«）«）符号（b）尊效嘶G）外形K之间只有两个同极性并联着的硅PN结，而且K极是接PN结正极，A极接PN结的负极。因此,用黑表笔接K极，红表笔接A极，测岀的是正向电阻，约为几千欧。该特性就称为“逆导”（反向导通之意）。若交换表笔位置，就无逆导性，电阻变成无穷

大。检查触发能力首先用黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大，证明器件关断。再按下述步骤操作：（1）用红表笔尖搭一下GA极，然后脱开（但红表笔始终接着A极），为相当于给GA极加负脉冲，若电阻迅速减小，则说明器件具有触发能力。（2）拿黑表笔搭一下GK极，旋即脱开，这相当于给GK极输入正脉冲，电阻值迅速降低，表明有触发能力。检查关断能力首先利用上而介绍的方法使器件导通，再进行

以下操作：（1）用黑表笔尖搭一下GA极，随即脱开，如果电阻变成无穷大，证明器件被关断，参见图4（a）。（2）用红表笔尖搭一下GK极，迅速脱开，电阻呈无穷大，说明SCS关断，参见图4（b）。逆导晶闸管（RCT）AOSS900MF

ffl

GA1(O(c>(a)检査逆导性(b)«*rf8o)万用覆兆欧表电阻值(Q)*(tt)f(V)K<»(»(V)i?xik—2.4k10o.s—FxlOO—36013e.39—7?X1O—62170.51—i?xi—S220.66—600VZC25-31QM——820•rTi-o.osti1<r)逆导晶闸管RCT(Reverse-ConductingThyristir）亦称反向导通晶闸管。其特点是在晶闸管的阳极与阴极之间反向并联一只二极管，使阳极与阴极的发射结均呈短路状态。由于这种特殊电路结构，使之具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。例如，逆导晶闸管的关断时间仅几微秒，工作频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FSCR）o该器件适用于开关电源、UPS不间断电源中，一只RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一只，不仅使用方便，而且能简化电路设计。逆导晶闸管的符号、等效电路如图1（a）、（b）所示。其伏安特性见图2。由图显见，逆导晶闸管的伏安特性具有不对称性，正向特性与普通晶闸管SCR相同，而反向特性与硅整流管的正向特性相同（仅坐标位置不同）。逆导晶闸管的典型产品有美国无线电公司（RCA）生产的S3900MF,其外形见图1（c）o它采用T0-220封装，三个引出端分别是门极G、阳极A、阴极K。S3900MF的主要参数如下：断态重复峰值电压VDRM：>750V通态平均电流IT（AV）:5A最大通态电压VT：3V（IT=30A）最大反向导通电压VTR：<0.8V最大门极触发电压VGT:4V最大门极触发电流IGT:40mA关断时间toff:2.4us通态电压临界上升率du/dt:120V/us通态浪涌电流ITSM:80A利用万用表和兆欧表可以检查逆导晶闸管的好坏。测试内容主要分三项：检查逆导性

选择万用表RX1档，黑表笔接K极，红表笔接A极(参见图3(a)),电阻值应为5〜10Q。若阻值为零，证明内部二极管短路；电阻为无穷大，说明二极管开路。测量正向直流转折电压V(B0)按照(b)图接好电路，再按额定转速摇兆欧表，使RCT正向击穿，由直流电压表上读出V(B0)值。检查触发能力实例：使用500型万用表和ZC25-3型兆欧表测量一只S3900MF型逆导晶闸管。依次选择RXlk、RX100、RX10和RX1档测量A-K极间反向电阻，同时用读取电压法求岀出内部二极管的反向导通电压VTR(实际是二极管正向电压VF)。再用兆欧表和万用表500VDC档测得V(B0)值。全部数据整理成表lo由此证明被测RCT质量良好。注意事项：(1)S3900MF的VTR<0.8V,宜选RX1档测量。(2)若再用读取电流法求岀ITR值，还可以绘制反向伏安特性。1212楼大中21:27TOPt发表于2009-12-10只看该作者硅双向开关(SBS)<a)@）等效电路A：(b)（b〉持号GO伏安将性（b）外形(a>(a)Mftr<Bo)硅双向开关SBS(Siliconbidirectional

Switch）也叫双向触发晶体管。它相当于把两只硅单向开关反极性并联，等效电路及符号如图1所示，伏安特性及典型产品的外形见图2。硅双向开关的正向特性及用途与硅单向开关相同，而正、反向转折电压的对称性又与双向触发二极管相近，区别只是对称性更好（偏差小于0.2V）o使用万用表判定门极G的方法与硅单向开关相同，不再赘述。另外由于Al、A2极在结构上完全对称，可不再区分，允许互换使用。检查正、反向转折电压对称性的电路见图3。仍由兆欧表和万用表相配合，分别测出V（BO）、V（BR）,最后比较二者之差。实例：被测硅双向开关为BSOSAo选500型万用表RX100档测得③-②、①-②的电阻分别为820Q和830Q，并具有对称性,由此判定②（中间脚）为门极。按图5.9.25所示电路分别测出V（BO）=8.35V,V（BR）=8.2V,二者仅相差0.15V,证明对称性很好。硅单向开关SUS（单向触发晶体管）A(b)(c)（■）结枸（b）尊效电路（c）符号（d）外形(a)厲〉测正向导通电压Cb)(b)测反向击穿电压硅单向开关SUS(SiliconUnidirectionalSwitch)亦称单向触发晶体管,上继双向触发二极管(DIAC)之后发展起来的新型触发器件。三个引出端分别是阳极A,阴极K,门极G,比DIAC增加了门极。硅单向开关实质上是由稳压管控制的N门极晶闸管构成集成电路。其结构、等效电路、符号及典型产品的外形如图1所示。典型产品有US08A等，外形同塑封晶体管。伏安特性示于图2中。硅单向开关具有以下特点：第一：稳压二极管并联在门极与阴极之间，稳压值为6〜10V。导通过程首先将稳压管反向击穿，然后晶闸管才导通，A-K间正向压降迅速降到V(ON)o第二：正反向转折电压不对称，有关系式V(BR)>V(BO)》V(ON)。导通压

降只有零点几伏，通态电阻仅2Q左右。第三：开关特性好，导通时间仅0.2us左右。利用集成电阻R可以提高开关速

度。硅单向开关主要用于晶闸管移相电路。此外，它能代替单结品体管构成振荡器，

还可组成温度越限报警器、直流电机调速器管。卞而介绍用万用表和兆欧表检查硅单向开关的方法。1.判定门极G由图1(a)可见，在A-G、K-G之间分别有一个PN结，根据对称性很容易识别门

极。具体方法上选择万用表的RX100档，拿红表接某一脚，用黑表笔依次碰触

其它两脚，如困两次测出的电阻值都是几百欧姆，并在交换表笔之后电阻值均变

成无穷大，就说明红表笔接的是门极G。2.识别阳极A和阴极K首先假定剩下一个脚为A极，另一脚是K极，然后按图3(a)的电路测出正向导

通电压V(ON),再按照(b)图电路测出反向转折电压V(BR)o般后比较两次

测量结果。若V(ON)《V(BR),证明假定成立，否则必须重新假定，继续测

量。实例：被测硅单向开关为USOSAo为叙述方便，从左至右为三个管脚编上序号①、②、③。将500型万用表拨于RX100档，红表笔接②，黑表笔接①时测得电阻值为820Q,此时表针倒数偏转格数nr=22.5格，对应于U1二K'nl'二0.03V/格X22.5格二0.675V。红表笔不动，再反黑表笔接③，阻值为840□,同时读出n2‘=22.8格，对应于U2=Kzn2‘二0.684V。由于两次电阻值都很小，且U1、U2分别与两个硅PN结的正向压降值相符合，故判定②为G极。下面假定①为K极,③为A极,按照图3分别测岀V(ON)=0.8V,V(BR)=8.6V,满足V(ON)《V(BR)之条件，证明原先的假定正确。为进一步验证A、K极，另用兆欧表和万用表10VDC档测得G-K间PN结的反向击穿电压为8.3V:而G-A间PN结的反向击穿电压为16.5V,大于10V。证明稳压管位于G-K之间，即①为阴极，③自然是阳极了。注意事项：冈U摇兆欧表测A-K间正向电压时，电压表指针会从10V左右(对应于V(B0))突然降成IV以下(对应于V(0N)),然后才达到稳定。在商量A-K

间反向转折电压时，指针则始终稳定。14楼大中小发表于2009-12-1021:28只看该作者

双向触发二极管(DIAC)O)结枸(b)柠号(c)峥效电路管子I怯子］I备注Kcbo)(V)3029典型值为30VV<BB)(V)29.528.6典型值为30V(V)0.50.4<1>s=bK<B0J—^(Bt)双向触发二极管亦称二端交流器件(DIAC),与双向晶闸管同时问世。由于它结

构简单、价格低廉，所以常用来触发双向晶闸管，构成过压保护电路、定时器等。

双向晶闸管的结构、符号及等效电路如图1所示。它属于三层构造、具右对称性

的二端半导体器件，可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN晶体管。正、

反向伏安特性完全对称，见图2。当器件两端的电压V小于正向转折电压V(B0)

时，呈高阻态；当V>V(BO)时进入负阻区。同样，当V超过反向转折电压V

(BR)时，管子也能进入负阻区。转折电压的对称性用/V(B)表示，JV(B)

=V(BO)-V(BR),一般要求ZV(B)<2Vo双向触发二极管的耐压值(V(B0))

大致分三个等级：20〜60V,100〜150V,200〜250V。图3是由双向触发•.极管和平共处双向晶闸管组成的过压保护电路。当瞬态电压

超过DIAC的V(B0)时，DIAC导通并触发双向晶闸管也导通，使后而的负载免

受过压损害。下而介绍用兆欧表和万用表检查双向触发二极管的方法。将万用表拨于RXlk(或RX10档)，因为DIAC的V(B0)值都20V以上,所以测量正、反向电阻值均为无穷大。按图4接好电路。由兆欧表提供击穿电压，并用直流电压表测量DIAC的正向转折电压V(BO)o然后调换DIAC的电极，测出反向转折电压V(BR)。最后检查转折电压的对称性。实例之一：选择ZC25-3型兆欧表，将500型万用表拨至50VDC档。被测触发二极管为DB3型，其外形与检波二极管相似，管壳呈天蓝色。主要参数是：V(B0)=35V(典型值)，峰值脉冲电流Ipk=5mAo首先用RXlk档测量正、反向电阻均为无穷大。然后按图5.9.19所示方法分两

次测得：V(B0)=28.5V,V(BR)二28.0V。由此算出NV(B)二0.5V<2V。该管

子的正、反向转折电压较典型值稍低些，但转折电压的对称性很好。实例之二：测量两只耐压30V的玻封双向触发二极管(具体型号未标出)，测量

数据整理成表1。说明两只被测管性能良好。注意事项：因双向触发二极管具有对称性，故可从两次测量值中任选一个定义为V(BO)。现取数值较大的作为V(BO),数值较小的作为V(BR)oTOPt巨牛！一套仪器实现全部I-V测试功能？！15楼大中小发表于2009-12-1021:29只看该作者固态继电器简介一、概述固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电

器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组

成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可

靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开

关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。二、固态继电器的组成固态继电器有•三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输岀电路。安输入电压的不同

类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。育些

输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器

的输入与输出电路的隔离和耦合•方式有光电耦合和变压器耦合•两种。固态继电器的

输出电路也可分为直流输出电路，交流输岀电路和交直流输出电路等形式。交流输

出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输岀时可使用双极性器件或功率场效应管。三、固态继电器的优缺点1、固态继电器的优点（1）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。（2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。（3）快速转换:固态继电器因为采用固体其间，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。（4）电磁干扰笑：固态继电器没有输入〃线圈〃，没有触点燃弧和回跳，因而减少了

电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。2、固态继电器的缺点（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达「2V,大功率晶体管的饱和压浆液灾1〜2V之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进

行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。S/HS固态继电器原理与应用交流固态继电器SSR（Solidstatereleys）是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端，中间采用光电隔离,作为输入输出之间电气隔离（浮空）o在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态（无信号时呈阻断状态），从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件,所以与电磁继电器相比具有

工作可靠、寿命长，对外界干扰小,能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快

和使用方便等一系列优点，因而具有很宽的应用领域，有逐步取代传统电磁继电器

之势，并可进一步扩展到传统电磁继电器无法应用的计算机等领域。目前，国内己有

北京先锋公司电子厂、上海超诚电子技术研究所、上海中沪电子仪器厂、无锡康裕

电器元件厂、无锡天豪电子仪器设备厂、苏州无线电元件一厂等单位生产此类产品。固态继电器的工作SSR固态继电器以触发形式,可分为零压型（Z）和调相型（P）两种。在输入端施加合

适的控制信号VIN时,P型SSR立即导通。当VI"撤销后，负载电流低于双向可控硅

维持电流时（交流换向），SSR关断。Z型SSR内部包括过零检测电路，在施加输入信号VIN时，只有当负载电源电压达到过零区时,SSR才能导通,并育可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型，但由于负载工作电流近似正弦波，高次谐波干扰小，所以应用广泛。先锋公司电子厂SSR由于采用输岀器件不同，有普通型（S,采用双向可控硅元件）和增强型（HS,采用单向可控硅元件）之分。当加有感性负载时，在输入信号截止tl之前，双向可控硅导通，电流滞后电源电压900（纯感时）。tl时刻,输入控制信号撤销,双向可控硅在小于维持电流时关断C2）,可控硅将承受电压上升率dv/dt很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容，正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向dv/dt指标（典型值10V/s,将引起换向恢复时间长其至失败。单向可控硅（增强型SSR）由于处在单极性工作状态，此时只受静态电压上升率所限

制（典型值200V/s）,因此增强型固态继电器HS系列比普通型SSR的换向dv/dt指标提高了520倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联，改变了电流分配和

导热条件,提高了SSR输出功率。增强型SSR在大功率应用场合，无论是感性负载还是阻性负载,耐电压、耐电流冲击

及产品的可靠性，均超过普通固态继电器，并达到了进口产品的基本指标，是替代普

通固态继电器的更新产品。固态继电器的应用S系列固态继电器,HS系列增强型固态继电器、可以广泛用于:计算机外围接口装置，恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动化装置等。在应用中需要考虑下述问题。器件的发热SSR在导通时，元件将承受P耗二V有向强电冲击的先锋——可控硅可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件。实际上，可控硅的功用不仅是整流，它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路,实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域,成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。一、可控硅的结构和特性■可控硅从外形上分主要有.螺旋式、平板式和平底式三种（见图表-25）。螺旋式的应用较多。■可控硅有三个电极一一阳极（A）阴极（C）和控制极（G）。它有管芯是尸型导体和N型导体交迭组成的四层结构，共有三个/W结。其结构示意图和符号见图表-26。■从图表-26中可以看到，可控硅和只有一个/W结的硅整流二极度管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引用，为其发挥“以小控大”的优界控制特性奠定了基础。在应用口J控硅时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。目前己能制造出电流容量达几百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的口J控硅叫大功率可控硅。■可控硅为什么其有“以小控大”的可控性呢？下而我们用图表-27来简单分析可控硅的工作原理。■首先，我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只AXV型号晶体管,而二、三四层组成另一只EVP型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。这样就可画出图表-27（C）的等效电路图来分析。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压庄，又在控制极G和阴极C之间（相当的基一射间）输入一个正的触发信号，Bgi将产生基极电流I刃，经放大，Bgi将有一个放大了BI倍的集电极电流Id。因为集电极与处基极相连，Iu又是处的基极电流I殆oBg2又把比I眩（Ibl）放大了B2的集电极电流Id送回B67的基极放大。如此循环放大，直到Bgz、滋完全导通。实际这一过程是“一触即发”的过程，对可控硅来说，触发信号加入控制极，可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。■可控硅一经触发导通后，由于循环反馈的原因，流入Bg』基极的电流己不只是初始的I刃，而是经过、滋放大后的电流（B1冰B2込bi）这一电流远大于I加，足以保持Bgz的持续导通。此时触发信号即使消失，可控硅仍保持导通状态只育断开电源庄或降低庄，使、Bg2中的集电极电流小于维持导通的最小值时，可控硅方可关断。当然，如果伐极性反接，Bd、Bg2由于受到反向电压作用将处于截止状态。这时，即使输入触发信号，可控硅也不能工作。反过来，Ea接成正向，而触动发信号是负的，可控硅也不能导通。另外，如果不加触发信号，而正向阳极电压大到超过一定值时，可控硅也会导通，但已属于非正常工作情况了。■口J控硅这种通过触发信号（小的触发电流）来控制导通（可控硅中通过大电流）

的可控特性，正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。二、可控硅的主要参数可控硅的主要参数有：1、额定通态平均电流IT在一定条件下，阳极-一阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。2、正向阻断峰值电压"Y7在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在口J控硅两端的正向峰值电压。口J控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。3、反向阴断峰值电压VPR当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。

4、控制极触发电流I刃、触发电压VGT在规定的环境温度下，阳极一-阴极间加

有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。5、维持电流IH在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。■近年来，许多新型可控硅元件相继问世，如适于高频应用的快速可控硅，叮以用正或负的触发信号控制两个方向导通的双向可控硅，可以用正触发信号使其导通,用负触发信号使其关断的可控硅等等。双向触发二极管双向触发二极管是与双向晶闸管同时问世的，常用来触发双向晶闸管。此主题相关图片如下：NNV7VQ⑹等效（d）伏吳栉NNV7VQ⑹等效（d）伏吳栉（町结构双向触发二极管的结构、符号、等效电路及伏安特性如图1所示。它是三层、对称

性质的二端半导体器件，等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN晶体管。其

正、反向伏安特性完全对称。当器件两端的电压小于正向转折电Ubo时，呈高阻态：当U>Ubo时进入负阻区。同样，当|U|超过反向转折电压|Ubr|时，管子也能进入负阻区。转折电压的对称性用△Ub表示AUb=Ubo-1Ubr|一般要求△Ub<2U。双向触发二极管的耐压值Ubo大致分三个等级：20——60V,100——150V,200——250V。在实际应用中，除根据电路的要求选取适当的转折电压Ubo夕卜，还应选择转折电

流Ibo小、转折电压偏差AUb小的双向触发二极管。此主题相关图片如下:双向触发二极管除用来触发双向晶闸管外，还常用在过压保护、定时、移相等电路,

图2就是由双向触发二极管和双向晶闸管组成的过压保护电路。当瞬态电压超过

DIAC和Ubo时，DIAC迅速导通并触发双向晶闸管也导通，使后而的负载免受过压

损害TOPt巨牛！一套仪器实现全部I-V测试功能？！19楼大中小发表于2009-12-1021:32只看该作者好资料。。。///TOPt巨牛！一套仪器实现全部17测试功能？！20楼大中小发表于2009-12-1021:33只看该作者固体继电器SSR固体继电器(SolidStateRelaySSR)是利用现代微电子技术

与电力电子技术相结合而发展起来的一种新型无触点电子开

关器件。它可以实现用微弱的控制信导(几毫安到几十毫安)

控制0.1A直至几百A电流负载，进行无触点接通或分断。固

体继电器是一种四端器件，两个输入端，两个输出端。输入端

接控制信号，输岀端与负载、电源串联，SSR实际是一个受控

的电力电子开关，其等效电路如图。此主题相关图片如下：输入负教辅出电踝O输入负教辅出电踝O图1固体继电器等效电路由于固体继电器具有高稳定、高可猱、无触点及寿命长等优点,

广泛应用在电动机调速、正反转控制、调光、家用电器、烘箱

烘道加温控温、送变电电网的建设与改造、电力拖动、卬染、

塑科加工、煤矿、钢铁、化工和军用等方面。固体继电路工作原理固体继电器与通常的电磁继电器不同：无触点、输入电路与输出电路之间光（电）隔离、由分立元件.半导体微电子电路芯片和电力电子器件组装而成，以阻燃型环氧树脂为原料，采用灌封技术持其封闭在外壳中、使与外界隔离，具育良好的耐压、防腐、防潮抗震动性能。固体继电器由输入电路、驱动电路和输出电路三部分组成。

这里仅以应用较多的交流过零型固体继电器为例，介绍其工作

原理。该电路采用了过零触发技术，具有电压过零时开启，负

裁电流过零时关断的特性,在负载上可以得到一个完整的正弦

波形，因此电路的射频干扰很小。此主题相关图片如下:图2固悴继电器原理图该电路由信号输人电路、零电压检测控制电路、工作指示电路、双向晶闸管控制电路和吸收电路几部分组成。采用了光电耦合器GD作为输入电路和输出电路之间的隔离元件,VD是防止Vin正负接反烧坏GDo电路工作过程：当无输入信号时，GD中的光敏三极管裁止，VT1是交流电压零点检测器，通过R3获得基极电流而饱和导通，将VTH的门极箝在低电位而处于关断状态。当有输人信号时，光敏三极管导通，此时VTH的状态由VT1决定，如此电源电压大于过零电压时，分压器R3、R2的分压点P电压大于VBE1,VT1饱和导通,SCRfl极因箝位在低电位而截止,TR的门极因没有触发脉冲而处于关断状态。只有当电源电压小于过零电压，P点电压小于VBE1时G1截止，SCR门极获得触发信号而导通。在TR的门极获得触发脉冲，TR就导通.从而接通负载电源。当输入信号关断后GD中的光敏三极管截止，G1饱和导通使SCR门极箝位在低电位而关断，但是此时TR仍保持导通状态,负载上仍有电流流过，直到负载电流随VAC减小到小于双向晶闸管TR的维持电流后才会自行关断，切断负载电源。此主题相关图片如卞:图3过零型工柞渡形图由于触发信号方式不同，AC-SSR还分为过零型触发（Z型）和非过零型或随机型（P型）触发两种，如图为其工作波形图。可见过零型和非过零型之间的区别主要在于负载交流电流导通的条件。过零型在输入信号Vin施加的tl时刻，由于此时电源电压处在非过零区，其输岀端不导通，只有当电源电压到达过零区t2时，输岀端负载中才育电流流过。而非过零型在输入信号Vin施加的tl时刻，不管电源电压处在什么状态，负载立刻导通。这两种类型的固体继电器关断条件则相同双向触发二极管此主题相关图片如卞：〒双向触发二极管(DIAC)属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。常用来触发双向口J控硅，在电路中作过压保护等用途。图1是它的构造示意图。图2、图3分别是它的符号及等效电路，可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN型晶体管。因此完全可用二只NPN晶体管如图4连接来替代。双向触发二极管正、反向伏安特性几乎完全对称(见图5)o当器件两端所加电压U低于正向转折电压V(B0)时，器件呈高阻态。当U>V(BO)时，管子击穿导通进入负阻区。同样当U大于反向转折电压V(BR)时，管子同样能进入负阻区。转折电压的对称性用AV(B)表示。Z\V(B)=V(BO)-V(BR)。一般(B)应小于2伏。双向触发二极管的正向转折电压值一般有三个等级：20-60V、100-150V.200-250Vo由于转折电压都大于20V,可以用万用表电阻挡正反向测双向二极管，表针均应不动(RXIOk)，但还不能完全确定它就是好的。检测它的好坏，并能提供大于250V的直流电压的电源，检测时通过管子的电流不要大于是5mA。用晶体管耐压测

试器检测十分方便。如没有，可用兆欧表按图6所示进行测量(正、反各一次)，电压大的一次V(BR)。例如：测一只DB3型二极管，第一次为27.5V,反向后再测为28V,RljAV(B)=V(BO)-V(BR)二28V-27.5V=0.5V<2V,表明该管对称性很好。图7是双向触发二极管与双向可控硅等元件构成的台灯调光电路。通过调节电位器R2,可以改变双向可控硅的导通角，从而改变通过灯泡的电流(平均值)实现连续调光。如果将灯泡换电熨斗、电热褥还可实现连续调温。该电路在双向可控硅加散热器的情况下，可控负载功率可达500W,各元件参数见图所标注。TOPt22楼大中小发表于2009-12-1021:34只看该作者单结晶体管(双基极二极管)原理单结晶体管又叫双基极二极管，它的符号和外形见附E--发射极B1E--发射极B1--第—基极奚一笫二基极判断单结晶体管发射极E的方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当岀现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。单结晶体管B1和B2的判断方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。应当说明的是，上述判别Bl、B2的方法，不一定对所有的单结晶体管都适用，育个别管子的E--B1间的正向电阻值较小。不过准确地判断哪极是B1,哪极是B2在实际使用中并不特别重要。即使Bl、B2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲的幅度（单结晶体管多作脉冲发生器使用），当发现输岀的脉冲幅度偏小时，只要将原来假定的Bl、B2对调过来就可以了。单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只育一个PN结和两个电阻接

触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出

两个基极bl和b2o在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极eo

其结构、符号和等效电呼如图1所示。图1、单结晶体管一、单结晶体管的特性从图1可以看出，两基极bl与b2之间的电阻称为基极电阻:rbb=rbl+rb2式中：rbl一一第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化，rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。若在两而三刀基极b2、bl间加上正电压Vbb,则A点电压为：VA=[rbl/（rbl+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=nVbb式中：n一一称为分压比，其值一般在0.3—0.85之间，如果发射极电压VE由零

逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图2图2、单结晶体管的伏安特性（1）当Ve<nVbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceoo（2）当Ve^nVbb+VDVD为二极管正向压降（约为0.7伏），PN结正向导通，

Ie显著增加，rbl阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的

特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对就的发

射极电压和电流，分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip和峰点电流IpoIp是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Vp=nVbb（3）随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压，Vv和谷点电流Iv。（4）过了V点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve<Vv,管子重新截止。二、单结晶体管的主要参数（1）基极间电阻Rbb发射极开路时，基极bl、b2之间的电阻，一般为2--10千欧，其数值随温度上升而增大。（2）分压比n由管子内部结构决定的常数，一般为0.3-0.85o（3）ebl间反向电压Vcblb2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极bl与发射极e之间的反向耐压。

（4）反向电流Ieobl开路，在额定反向电压Vcb2下，eb2间的反向电流。（5）发射极饱和压降Veo在最大发射极额定电流时，ebl间的压降。（6）峰点电流Ip单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极

电流电动机、变压器的控制曾经说过：电动机、变压器等非线性负载的工作需要一个完整的正弦波电压。否则会出现电动机或变压器发热或嗡嗡响的情况。许多读者就此问题发来email,询问更多有关这方而的知识。接卜•来，我就此问题为大家做一个分析。在智能家居控制中有一个非常有趣的而且是非常容易被混淆的问题是〃速度〃控制。而且我也发现我们很容易把〃调光〃与〃速度〃控制联系在一起。那么就让我们从调光与速度控制的区别开始谈起吧!我们都知道，白炽灯是电阻性负载（虽然它也含有很小的电感性，但与它的电阻性相比，电感性显得微不足道，因此我们把它看为纯电阻性负载）。就此而言，电学知识告诉我们，纯电阻性负载是不含有电感性和电容性的负载。那我们就把白炽灯比作一个大电阻。许多X10调光开关的设计就是把白炽灯作为一个既没有电感性又没有电容性的负载来看的。可以驱动纯电阻负载的器件是口J控硅，但是可控硅并不能改变正弦波的幅度。100%t80%♦60%我们可以用一个很大的可变电阻或可调压变压器来改变一个完整的正弦波的幅度（如图一所示）。可变电阻式调光法曾经被用于舞台调光，但那己经是二十世纪上半世纪的事了。用那种方法调光，不但工作效率低而且花费昂贵。如今，我们有固态器件可控硅。它控制灯的亮度不是改变正弦波的幅度，而是非常快的〃打开-关闭输出给灯的正弦波。举个例子吧，如果你育一个开和关的速度都足够快的开关，在

正弦波的每个半波里，你开关一次，就可以使正弦波的一部分流过电灯。作为替代可变电阻的可控硅，它是通过改变切割正弦波的位置来改变输岀给负载的功率的。如图二所示，图中的两个周期的正弦波，就是X10调光开关的输岀波形。你一定会注意到每个半波的前而一小部分都被切去了。其实，当把X10调光开关开到〃最亮〃时，灯的亮度并不是100%,而是96%o如果你很细心，那么你就会发现当你装上X10调光开关后，灯的最大亮度比原来暗了一点点。那4%的正弦波去那里了呢？这也是机械式开关所无法做到的。下面我就谈谈这4%正弦波的去向问题。通常情况下，特别是一些老房子，一般墙上开关盒里只有两根线，但那并不是零线和火线。零线一般会直接布到灯上，再从灯上引一根线到墙上开关盒。火线一般会直接布到墙上开关盒，这样开关盒里的两根线就是火线和来自于灯的一根线。为了适应这种场合，许多型号的X10调光开关都被设计为两线式，并且通过灯丝来为它提供能量（如图三所示）。既然白炽灯属于〃线性〃负载，那么它就会为X10调光开关提供一个很好的工作电

流。当白炽灯不亮时，从灯丝可以流过足够的电流来维持X10调光开关的正常操作。

当灯〃全亮〃时，X10调光开关会为自己保留4%的电能。如果给灯100%的电能，X10

调光开关就会因为失去电能而失效。这就是图二中那4%被切去的正弦波的去向。

同时这也是两线式X10调光开关为什么要有最小负载功率限制的原因。如果电灯功

率为400W或500W那么它会为X10调光开关提供足够多的电能。当然，用40W或60W的电灯也一样会为它提供足够的电流。可是如果用功率很小的电灯（5W或10W）,X10调光开关就会因为维持电流过小而走向〃死亡〃！图四这4%还有另外一个非常有用的地方。X10电力载波信号正是在这片非常干净的区域里传播（如图四所示）。在图四中每个周期内都会有两个非常陡峭的边沿，这个边沿也正是〃开关（可控硅）〃打开的时候，负载从没电到突然有电的速度是非常快的。这个非常陡峭的边沿会产生许多电器〃噪音〃。因此，X10产品设计工程是会在设计X10调光开关时，留出开始的那一小端正弦波给X10载波信号提供干净的空间。对于三线式X10调光开关（有零线输入）来说，理论上讲不需要为它保留那4%的

能量（见图五）。因为有零线和火线同时为它供电，维持它的工作电流就不再需要

通过灯丝了。尽管如此，X10T程师还是为X10信号的传播留出了l.lmS干净的空

间。电感性负载的代表是电动机和变压器，用X10调光开关控制电感性负载到底会怎么样呢？由于X10调光开关输岀的是非正弦波，这会引起电动机和变压器很大的〃意见〃。电感性负载设计时的输入电源是按一个干净、平滑的正弦波设计的。他们不希望自己的电源被〃砍碎〃。如果你用X10调光开关去控制电感性负载（像电动机或变压器），它们就会变热