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晶闸管的结构和工作原理

发布时间:

2022-02-24 16:15

  晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又称作可控硅整流管(SCR),以前被简称为可控硅。晶闸管能够通过信号控制其导通,但不能控制其关断,所以称为半控型器件。晶闸管这个名称往往专指晶闸管的一种基本类型一普通晶闸管。但从广义上讲,晶闸管还包括许多派生器件,如双向晶闸管(TRIAC)、快速晶闸管(FST)、逆导型晶闸管(RCT)和光控晶闸管(LTT)等。
  一、晶闸管的结构
  目前大功率晶闸管常用的外形结构有螺栓式和平板式,它具有三个PN结的四层结构,其外形、结构和图形符号如图所示。
  晶闸管内部是PNPN四层半导体结构,分别命名为P1、N1、P2、N2四个区。由最外的P层和N层引出的两个电极,分别为阳极A和阴极K,由中间的P2层引出的电极是门极G(也称控制极)。四个区形成J1、J2、J3三个PN结。因此,晶闸管可以用三个PN结串联来等效,如图8-2所示晶闸管的国际通用名称为Thyristor,简写为VT。
  晶闸管是电力电子器件,在工作过程中会因损耗而发热,因此必须安装散热器。对于螺栓型封装,通常螺栓是其阳极,做成螺栓状是为了能与散热器紧密连接且安装方便,通过阳极(螺栓)拧紧在铝制散热器上,为自然冷却;平板式晶闸管则由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管,靠冷风冷却。
  平板式两面散热效果好,额定电流大于200 A的晶闸管都采用平板式结构。此外还可以通过水冷、油冷等冷却方式进行冷却。
  二、晶闸管的工作原理
  通过如图所示电路做一个简单的实验,来说明晶闸管的工作原理。由电源Us、白炽灯、晶闸管的阳极、阴极组成晶闸管主电路。电源Uc、开关S、晶闸管门极和阴极组成控制电路也称触发电路。
  当晶闸管的阳极A接电源Us的正端。阴极K经白炽灯接电源的负端,此时晶闸管承受正向电压。当控制电路中开关S断开时,白炽灯不亮,说明晶闸管不导通。
  当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压,控制电路中开关S闭合,使控制极也加正向电压,(控制极相对阴极间的电压)。这时白炽灯亮,说明晶闸管导通。
  当品闸管导通后,将控制极上的电压去掉(即将开美S断开),白炽灯依然亮。说明一旦晶闸管导通后,控制极就失去控制作用。
  当品闸管的阳极和阴极间加反向电压,不管控制极加不加电压,灯都不亮,此时晶闸管截止。如果控制极加反向电压,无论品闸管主电路加正向电压还是反向电压,晶闸管都不导通。
  通过上述实验结果得出如下结论。
  (1)欲使晶闸管导通必须同时具备两个条件:
  ①晶闸管的阳极A和阴极K之间加上正向电压,②品闸管的门极G与阴极K之间也加上合适的正向电压和电流。
  (2)晶闸管一旦导通后,门极就失去控制作用,故晶闸管为半控型器件。
  (3)为使晶闸管关断,必须使其阳极A电流降低到零或某一数值以下,这可以采用将阳极A电压减少到零或者给阳极施加反向电压。

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