晶闸管的工作原理及特性.docx

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1、晶闸管晶闸管又称为晶体闸流管，可控硅整流（SiliconControlledRectifier--SCR），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，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--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。一、晶闸管的基本结构晶闸管是一种四层结构（PNPN）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A）、阴极（K）

2、和门极（G）。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。图1符号表示法和器件剖面图普通晶闸管是在N型硅片中双向扩散P型杂质（铝或硼），形成结构，然后在的大部分区域扩散N型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在上引出门极，在区域形成欧姆接触作为阳极。二、晶闸管的工作原理将内部是四层PNPN结构的晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的等效电路，连接形式如图2所示。图2晶闸管的内部结构和工作原理的等效电路晶闸管的阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极、阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，晶体管V2处于正向偏置，EG产生的控制极电流IG就是V2

3、的基极电流IB2，V2的集电极电流IC2=β2*IG。而IC2又是晶体管V1的基极电流IB1，V1的集电极电流IC1=β1*Ic2=β1*β2*IG（β1和β2分别是V1和V2的电流放大系数）。电流IC1又流入V2的基极，再一次被放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后，晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。正反馈过程如下：IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，此时IB2=IC1+IG，而IC1》IG，即使控制

4、极电流消失IG=0，IB2仍足够大，晶闸管仍将处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关断晶闸管，最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。可采用的办法有：将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压方向，即在阳极和阴极捡加反向电压。晶闸管的工作特点就是：晶闸管电路由两部分组成，一是阳一阴极电路，二是门—阴极控制电路；阳—阴极之间具有可控的单向导电特性；门极仅起触发导通作用，不能控制关断；晶闸管的导通与关断两个状态相当于开关的作用，这样的开关又称为无触点开关。晶闸管的基本特性晶闸管的

5、伏安特性晶闸管的伏安特性是指晶闸管阳、阴极间电压UA和阳极电流IA之间的关系特性，如图3所示。图3晶闸管的伏安特性曲线图中各物理量的含义如下：UDRM、URRM——正、反向断态重复峰值电压；UDSM、URSM——正、反向断态不重复峰值电压；UBO——正向转折电压；URO——反向击穿电压。晶闸管的伏安特性包括正向特性和反向特性两部分。⑴正向特性。晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分。在门极电流Igl=0情况下，逐渐增大晶闸管的正向阳极电压，这时晶闸管处于断态，只有很小的正向漏电流；随着正向阳极电压的增加，当达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，特性从正向阻断状态变为正向导通状态。导通

6、状态时的晶闸管状态和二极管的正向特性相似，即流过较大的阳极电流，而晶闸管本身的压降很小。正常工作时，不允许把正向阳极电压加到转折值UBO，而是从门极输入触发电流Ig，使晶闸管导通。门极电流愈大阳极电压转折点愈低。晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复阻断，只有逐步减少阳极电流。当IA小到等于维持电流IH时，晶闸管由导通变为阻断。维持电流IH是维持晶闸管导通所需的最小电流。⑵反向特性晶闸管的反向特性是指晶闸管的反向阳极电压与阳极漏电流的伏安特性。晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。当晶闸管承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于阻断状态。当反向电压增加到一定数值时，反向漏电流增加较快。再继续增大反

7、向阳极电压，会导致晶闸管反向击穿，造成晶闸管的损坏。2晶闸管的开关特性晶闸管的开关特性曲线如图4所示。晶闸管的开通不是瞬间完成的，开通时阳极与阴极两端的电压有一个下降过程，而阳极电流的上升也需要有一个过程，这个过程可分为三段。第一段延迟时间td，对应阳极电流上升到10%IA所需时间，此时J2结仍为反偏，晶闸管的电流不大。第二段为上升时间tr，对应着阳极电流由10%IA上升到90%IA所需时间，这时靠近门极的局