可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)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(guān)以快速接通或切斷電路,實現(xiàn)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??煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣,其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn),使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強電領(lǐng)域,成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、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(fù)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?qū)ǎ食T極G以外的兩個電極統(tǒng)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(dāng)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(dāng)G極和T2極相對于T1的電壓均為負(fù)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?qū)ā?
從可控硅的內(nèi)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(jié),可以把它中間的NP分成兩部分,構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管。
當(dāng)可控硅承受正向陽極電壓時,為使晶閘管導(dǎo)通,必須使承受反向電壓的PN結(jié)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(fù)合的晶體管電路,當(dāng)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(dǎo)通,晶體管飽和導(dǎo)通。
設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Ic1和Ic2;發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik;電流放大系數(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,設(shè)流過J2結(jié)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(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化如圖三所示。
當(dāng)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(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)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(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié),從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結(jié),并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反饋過程迅速進(jìn)行。從圖3,當(dāng)a1和a2隨發(fā)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??煽毓枰烟幱谡?qū)顟B(tài)。
式(1-1)中,在可控硅導(dǎo)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(xù)導(dǎo)通??煽毓柙趯?dǎo)通后,門極已失去作用。
在可控硅導(dǎo)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(dāng)1-(a1+a2)≈0時,可控硅恢復(fù)阻斷狀態(tài)。
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