可控硅(SCR)又稱晶閘管,是一種大功率電器元件。由電源、晶閘管的陽極和陰極、白熾燈組成晶閘管主電路;由電源、開關S、晶閘管的門極和陰極組成控制電路(觸發(fā)電路)。晶閘管一旦導通,門極即失去控制作用,故晶閘管為半控型器件。
它具有體積小、效率高、壽命長等優(yōu)點。在自動控制系統(tǒng)中,可作為大功率驅(qū)動器件,實現(xiàn)用小功率控件控制大功率設備。它在交直流電機調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
晶閘管的工作原理在不同場合不同,比如當在晶閘管的陽極與陰極之間加反向電壓時,這時不管控制極的信號情況如何,晶閘管都不會導通。
當在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓時,若在控制極與陰極之間沒有電壓或加反向電壓,晶閘管還是不會導通。
只有當在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓時,在控制極與陰極之間加正向電壓,晶閘管才會導通。但晶閘管一旦導通,不管控制極有沒有電壓,只要陽極與陰極之間維持正向電壓,則晶閘管就維持導通。
晶閘管是可以處理耐高壓、大電流的大功率器件,隨著設計技術和制造技術的進步,越來越大容量化。到現(xiàn)在為止,已經(jīng)衍生出了單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管,等等主要幾個類型。
晶閘管的結(jié)構(gòu)
單向晶閘管,也就是人們常說的普通晶閘管,它是由四層半導體材料組成的,有三個PN結(jié),對外有三個電極:第一層P型半導體引出的電極叫陽極A,第三層P型半導體引出的電極叫控制極G,第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號可以看到,它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷P鍵是多了一個控制極G,這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始于1957年,因為它的特性類似于真空閘流管,所以國際上通稱為硅晶體閘流管,簡稱晶閘管T,又因為晶閘管最初的在靜止整流方面,所以又被稱之為硅可控整流元件,簡稱為可控硅SCR。
不管可控硅的外形如何,它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)。如圖,有三個PN結(jié)(J1、J2、J3),從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A,從N2層引出陰級K,從P2層引出控制極G,所以它是一種四層三端的半導體器件。
晶閘管的工作原理
晶閘管在工作過程中,它的陽極(A)和陰極(K)與電源和負載連接,組成晶閘管的主電路,晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接,組成晶閘管的控制電路。
單向晶閘管工作原理
單向晶閘管是PNPN閃層結(jié)構(gòu),形成三個PN結(jié),具有陽極人、陰極K和控制極G三個外電極。單向品閘管可等效為PNP, NPN兩個晶體管組成的復合管,如圖所示。
在陽極A之間加上正電壓后,晶閘管并不導通。只有在控制極G加上觸發(fā)電壓時,VT1、VT2相繼迅速導通,并且互相提供基極電流維持晶閘管導通。此時即使去掉控制極上的觸發(fā)電壓,晶閘管仍維持導通狀態(tài),直至所通過的電流小于晶閘管的維持電流時,晶閘管才關斷。
雙向晶閘管工作原理
雙向晶閘管可以等效為兩個單向晶閘管反向并聯(lián),如圖所示。雙向晶閘管可以控制雙向?qū)?,因此除控制極G外的另兩個電極不再分陽極、陰極,而稱之為主電極T1、T2。
當有觸發(fā)電壓加至控制極G時,雙向晶閘管導通,井在觸發(fā)電壓消失后仍維持導通狀態(tài),電流既可從T1經(jīng)過VS2流向T2,又可從T2經(jīng)過VS1流向T1。當電流小于晶閘管的維持電流時晶閘管關斷。
晶閘管的特點
“一觸即發(fā)”。但是,如果陽極或控制極外加的是反向電壓,晶閘管就不能導通??刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導通,卻不能使它關斷。用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷,可以斷開陽極電源或使陽極電流小于維持導通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓,那么,在電壓過零時,晶閘管會自行關斷。
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