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可控硅整流器原理及结构

  晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又称作(Silicon Controlled Rectifier——SCR),以前被简称为。由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的,而且工作可靠,因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。

  可控硅整流器的特点:是“一触即发”。但是,如果阳极或控制极外加的是反向电压,晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通,却不能使它关断。那么,用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断,可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压,那么,在电压过零时,晶闸管会自行关断。

  自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族,它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管,等等。今天大家使用的是单向晶闸管,也就是人们常说的普通晶闸管,它是由四层半导体材料组成的,有三个PN结,对外有三个电极〔图2(a)〕:第一层P型半导体引出的电极叫阳极A,第三层P型半导体引出的电极叫控制极G,第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到,它和二极管一样是一种单方向导电的器件,关键是多了一个控制极G,这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。

  可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结,分析原理时,可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图所示

  当阳极A加上正向电压时,BG1和BG2管均处于放大状态。此时,如果从控制极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过,经BG2放大,其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连,所以ib1=ic2。此时,电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。

  由于BG1和BG2所构成的正反馈作用,所以一旦可控硅导通后,即使控制极G的电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态,由于触发信号只起触发作用,没有关断功能,所以这种可控硅是不可关断的。

  可控硅整流器VS与小灯泡EL串联起来,通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极,阴极K接电源的负极,控制极G通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管,若采用KP1型,应接在1.5V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接,也就是说,给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S,小灯泡不亮,说明晶闸管没有导通;再按一下按钮开关SB,给控制极输入一个触发电压,小灯泡亮了,说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢?

  这个实验告诉我们,要使可控硅整流器导通,一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压,二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后,松开按钮开关,去掉触发电压,仍然维持导通状态。

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关键词:硅整流装置

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