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可控硅的工作過程及原理

發布時間:2018-06-12 21:00:19    瀏覽:2331

  可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN結的四層結構的大功率半導體器件,一般由兩可控硅反向連接而成。它的功用不僅是整流,還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路,實現將直流電變成交流電的逆變,將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。可控硅和其它半導體器件一樣,其有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現,使半導體技術從弱電領域進入了強電領域,成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方面爭相采用的元件。

  可控硅(又叫晶閘管)T在工作過程中,它的陽極A和陰極K與電源和負載連接,組成可控硅的主電路,可控硅的門極G和陰極K與控制可控硅的裝置連接,組成可控硅的控制電路。

  雙向可控硅屬于NPNPN五層器件,三個電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙向導通,故除門極G以外的兩個電極統稱為主端子,用T1、T2。表示,不再劃分成陽極或陰極。其特點是,當G極和T2極相對于T1,的電壓均為正時,T2是陽極,T1是陰極。反之,當G極和T2極相對于T1的電壓均為負時,T1變成陽極,T2為陰極。雙向晶閘管的伏安特性由于正、反向特性曲線具有對稱性,所以它可在任何一個方向導通。

  從可控硅的內部分析工作過程:

  可控硅是四層三端器件,它有J1、J2、J3三個PN結,可以把它中間的NP分成兩部分,構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復合管。

  當可控硅承受正向陽極電壓時,為使晶閘管導通,必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此,兩個互相復合的晶體管電路,當有足夠的門極電流Ig流入時,就會形成強烈的正反饋,造成兩晶體管飽和導通,晶體管飽和導通。

  設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2;發射極電流相應為Ia和Ik;電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,

  可控硅的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:

  Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

  若門極電流為Ig,則可控硅陰極電流為Ik=Ia+Ig

  從而可以得出可控硅陽極電流為:I=(Ic0+Iga2)/(1-(a1+a2)) (1-1)

  硅PNP管和硅NPN管相應的電流放大系數a1和a2隨其發射極電流的改變而急劇變化如圖三所示。

竞技竞猜下注   當可控硅承受正向陽極電壓,而門極未受電壓的情況下,式(1-1)中,Ig=0,(a1+a2)很小,故可控硅的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關處于正向阻斷狀態。當晶閘管在正向陽極電壓下,從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發射結,從而提高起點流放大系數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發射結,并提高了PNP管的電流放大系數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3,當a1和a2隨發射極電流增加而(a1+a2)≈1時,式(1-1)中的分母1-(a1+a2)≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時,流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。可控硅已處于正向導通狀態。

  式(1-1)中,在可控硅導通后,1-(a1+a2)≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續導通。可控硅在導通后,門極已失去作用。

  在可控硅導通后,如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻,使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時,由于a1和a1迅速下降,當1-(a1+a2)≈0時,可控硅恢復阻斷狀態。

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