晶闸管的结构及性能特点

发布 2019-05-23 18:38:00 阅读 7377

(一)普通晶闸管

普通晶闸管(scr)是由pnpn四层半导体材料构成的三端半导体器件,三个引出端分另为阳极a、阴极k和门极g、图8-4是其电路图形符号。

普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能,其内部可以等效为由一只pnp晶闸管和一只npn晶闸管组成的组合管,如图8-5所示。

当晶闸管反向连接(即a极接电源负端,k极接电源正端)时,无论门极g所加电压是什么极性,晶闸管均处于阻断状态。当晶闸管正向连接(即a极接电源正端,k极接电源负端)时,若门极g所加触发电压为负时,则晶闸管也不导通,只有其门极g加上适当的正向触发电压时,晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。此时,晶闸管阳极a极与阴极k极之间呈低阻导通状态,a、k极之间压降约为1v。

普通晶闸管受触发导通后,其门极g即使失去触发电压,只要阳极a和阴极k之间仍保持正向电压,晶闸管将维持低阻导通状态。只有把阳极a电压撤除或阳极a、阴极k之间电压极性发生改变(如交流过零)时,普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。普通晶闸管一旦阻断,即使其阳极a与阴极k之间又重新加上正向电压,仍需在门极g和阴极k之间重新加上正向触发电压后方可导通。

普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态,用它可以制成无触点电子开关,去控制直流电源电路。

二)双向晶闸管。

双向晶闸管(triac)是由npnpn五层半导体材料构成的,相当于两只普通晶闸管反相并联,它也有三个电极,分别是主电极t1、主电极t2和门极g。图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路,图8-7是其电路图形符号。

双向晶闸管可以双向导通,即门极加上正或负的触发电压,均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。图8-8是其触发状态。

当门极g和主电极t2相对于主电极t1的电压为正(vt2>vt1、vg>vt1)或门极g和主电极t1相对于主电极t2的电压为负(vt1<vt2、vg<vt2)时,晶闸管的导通方向为t2→t1此时t2为阳极,t1为阴极。

当门极g和主电极t1相对于主电极t2为正(vt1>vt2、vg>vt2)或门极g和主电极t2相对于主电极t1为负(vt2<vt1、vg<vt1)时,则晶闸管的导通方向为t1→t2,此时t1为阳极,t2为阴极。

双向晶闸管的主电极t1与主电极t2间,无论所加电压极性是正向还是反向,只要门极g和主电极t1(或t2)间加有正、负极性不同的触发电压,满足其必须的触发电流,晶闸管即可触发导通呈低阻状态。此时,主电极t1、t2间压降约为1v左右。

双向晶闸管一旦导通,即使失去触发电压,也能继续维持导通状态。当主电极t1、t2电流减小至维持电流以下或t1、t2间电压改变极性,且无触发电压时,双向晶闸管阻断,只有重新施加触发电压,才能再次导通。

三)门极关断晶闸管。

门极关断晶闸管(gto)(以p型门极为例)是由pnpn四层半导体材料构成,其三个电极分别为阳极a、阴极k和门极g,图8-9是其结构及电路图形符号。

门极关断晶闸管也具有单向导电特性,即当其阳极a、阴极k两端为正向电压,在门极g上加正的触发电压时,晶闸管将导通,导通方向a→k。

在门极关断晶闸管导通状态,若在其门极g上加一个适当有负电压,则能使导通的晶闸管关断(普通晶闸管在靠门极正电压触发之后,撤掉触发电压也能维持导通,只有切断电源使正向电流低于维持电流或加上反向电压,才能使其关断)。

(四)光控晶闸管。

光控晶闸管(lat)俗称光控硅,内部由pnpn四层半导体材料构成,可等效为由两只晶体管和一只电容、一只光敏二极管组成的电路。如图8-10所示。

由于光控晶闸管的控制信号来自光的照射,故其只有阳极a和阴极k两个引出电级,门极为受光窗口(小功率晶闸管)或光导纤维、光缆等。

当在光控晶闸管的阳极a加上正向电压、阴极k上加负电压时,再用足够强的光照射一下其受光窗口,晶闸管即可导通。晶闸管受光触发导通后,即使光源消失也能维持导通,除百加在阳极a和阴极k之间的电压消失或极性改变,晶闸管才能关断。

光控晶闸管的触发光源有激光器、激光二极管和发光二极管等。

(五)逆导晶闸管。

逆导晶闸管(rct)俗称逆导可控硅,它在普通晶闸管的阳极a与阴极k间反向并联了一只二极管(制作于同一管芯中)如图8-11所示。

逆导晶闸管较普通晶闸管的工作频率高,关断时间短、误动作小,可广泛应用于超声波电路、电磁灶、开关电源、电子镇流器、超导磁能储存系统等领域。

六)btg晶闸管。

btg晶闸管也称程控单结晶体管put,是由pnpn四层半导体材料构成的三端逆阻型晶闸管,其电路图形符号,内部结构和等效电路见图8-12。

btg晶闸管的参数可调,改变其外部偏置电阻的阻值,即可改变btg晶闸管门极电压和工作电流。它还具有触发灵敏度高、脉冲上升时间短、漏电流小、输出功率大等优点,被广泛应用于可编程脉冲电路、锯齿波发生器、过电压保护器、延时器及大功率晶体管的触发电路中,既可作为小功率晶闸管使用,还可作为单结晶体管〔双基极二极管(ujt)〕使用。

(七)温控晶闸管。

温控晶闸管是一种新型温度敏感开关器件,它将温度传感器与控制电路结合为一体,输出驱动电流大,可直接驱动继电器等执行部件或直接带动小功率负荷。

温控晶闸管的结构与普通晶闸管的结构相似(电路图形符号也与普通晶闸管相同),也是由pnpn半导体材料制成的三端器件,但在制作时,温控晶闸管中间的pn结中注入了对温度极为敏感的成分(如氩离子),因此改变环境温度,即可改变其特性曲线。

在温控晶闸管的阳极a接上正电压,在阴极k接上负电压,在门极g和阳极a之间接入分流电阻,就可以使它在一定温度范围内(通常为–40~+130℃)起开关作用。温控晶闸管由断态到通态的转折电压随温度变化而改变,温度越高,转折电压值就越低。

(八)四极晶闸管。

四极晶闸管也称硅控制开关管(scs),是一种由pnpn四层半导体材料构成的多功能半导体器件,图8-13是其电路图形符号内部结构和等效电路。

四极晶闸管的四个电极分别为阳极a、阴极k、阳极控制极ga和阴极控制极gk。若将四极晶闸管的阳极控制极ga空着不用,则四极晶闸管可以代替普通晶闸管或门极关断晶闸管使用;若将其阴极控制极gk空着不用,则可以代替btg晶闸管或门极关断晶闸管、单结晶体管使用;若将其阳极门极ga与阳极a短接,则可以代替逆导晶闸管或npn型硅晶体管使用。

(九)晶闸管模块。

晶闸管模块,它是将两只参数一致的普通晶闸管串联在一起构成的,如图8-14所示。

晶闸管模块具有体积小、重量轻、散热好、安装方便等优点,被广泛应用于电动机调速、无触点开关、交流调压、低压逆变、高压控制、整流、稳压等电子电路中。

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