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圖解雙向可控矽工作原理
- 2018-12-17-

雙向可控矽的工作原理 

1.可控矽是P1N1P2N2四層三端結構元件,共有三個PN結,分析原理時,可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成   當陽極A加上正向電壓時,BG1和BG2管均處於放大狀態。此時,如果從控製極G輸入一個正向觸發信號,BG2便有基流ib2流過,經BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic2。此時,電流ic2再經BG1放大,於是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極,表成正反饋,使ib2不斷增大,如此正向饋循環的結果,兩個管子的電流劇增,可控矽使飽和導通。 

 由於BG1和BG2所構成的正反饋作用,所以一旦可控矽導通後,即使控製極G的電流消失了,可控矽仍然能夠維持導通狀態,由於觸發信號隻起觸發作用,沒有關斷功能,所以這種可控矽是不可關斷的。 

  由於可控矽隻有導通和關斷兩種工作狀態,所以它具有開關特性,這種特性需要一定的條件才能轉化 

 2,觸發導通 

  在控製極G上加入正向電壓時(見圖5)因J3正偏,P2區的空穴時入N2區,N2區的電子進入P2區,形成觸發電流IGT。在可控矽的內部正反饋作用(見圖2)的基礎上,加上IGT的作用,使可控矽提前導通,導致圖3的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。 

一、可控矽的概念和結構? 

晶閘管又叫可控矽。自從20世紀50年代問世以來已經發展成了一個大的家族,它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管,等等。今天大家使用的是單向晶閘管,也就是人們常說的普通晶閘管,它是由四層半導體材料組成的,有三個PN結,對外有三個電極〔圖2(a)〕:第一層P型半導體引出的電極叫陽極A,第三層P型半導體引出的電極叫控製極G,第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號〔圖2(b)〕可以看到,它和二極管一樣是一種單方向導電的器件,關鍵是多了一個控製極G,這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。 

 

圖2 

二、晶閘管的主要工作特性 

為了能夠直觀地認識晶閘管的工作特性,大家先看這塊示教板(圖3)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯起來,通過開關S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極,陰極K接電源的負極,控製極G通過按鈕開關SB接在3V直流電源的正極(這裏使用的是KP5型晶閘管,若采用KP1型,應接在1.5V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接,也就是說,給晶閘管陽極和控製極所加的都是正向電壓。現在秋葵视频黄合上電源開關S,小燈泡不亮,說明晶閘管沒有導通;再按一下按鈕開關SB,給控製極輸入一個觸發電壓,小燈泡亮了,說明晶閘管導通了。這個演示實驗給了秋葵视频官网下载最新版什麽啟發呢? 

 

圖3 

這個實驗告訴秋葵视频官网下载最新版,要使晶閘管導通,一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓,二是在它的控製極G與陰極K之間輸入一個正向觸發電壓。晶閘管導通後,鬆開按鈕開關,去掉觸發電壓,仍然維持導通狀態。 

晶閘管的特點: 是“一觸即發”。但是,如果陽極或控製極外加的是反向電壓,晶閘管就不能導通。控製極的作用是通過外加正向觸發脈衝使晶閘管導通,卻不能使它關斷。那麽,用什麽方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷,可以斷開陽極電源(圖3中的開關S)或使陽極電流小於維持導通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓,那麽,在電壓過零時,晶閘管會自行關斷。 

三、用萬用表可以區分晶閘管的三個電極嗎?怎樣測試晶閘管的好壞呢? 

普通晶閘管的三個電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測。大家知道,晶閘管G、K之間是一個PN結〔圖2(a)〕,相當於一個二極管,G為正極、K為負極,所以,按照測試二極管的方法,找出三個極中的兩個極,測它的正、反向電阻,電阻小時,萬用表黑表筆接的是控製極G,紅表筆接的是陰極K,剩下的一個就是陽極A了。測試晶閘管的好壞,可以用剛才演示用的示教板電路(圖3)。接通電源開關S,按一下按鈕開關SB,燈泡發光就是好的,不發光就是壞的 

四、晶閘管在電路中的主要用途是什麽? 

普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬於不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管,就可以構成可控整流電路。現在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間,如果VS的控製極沒有輸入觸發脈衝Ug,VS仍然不能導通,隻有在U2處於正半周,在控製極外加觸發脈衝Ug時,晶閘管被觸發導通。現在,畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕,可以看到,隻有在觸發脈衝Ug到來時,負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早,晶閘管導通的時間就早;Ug到來得晚,晶閘管導通的時間就晚。通過改變控製極上觸發脈衝Ug到來的時間,就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的麵積大小)。在電工技術中,常把交流電的半個周期定為180°,稱為電角度。這樣,在U2的每個正半周,從零值開始到觸發脈衝到來瞬間所經曆的電角度稱為控製角α;在每個正半周內晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯,α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷範圍的。通過改變控製角α或導通角θ,改變負載上脈衝直流電壓的平均值UL,實現了可控整流。 

五、在橋式整流電路中,把二極管都換成晶閘管是不是就成了可控整流電路了呢? 

在橋式整流電路中,隻需要把兩個二極管換成晶閘管就能構成全波可控整流電路了。現在畫出電路圖和波形圖(圖5),就能看明白了。 

六、晶閘管控製極所需的觸發脈衝是怎麽產生的呢? 

晶閘管觸發電路的形式很多,常用的有阻容移相橋觸發電路、單結晶體管觸發電路、晶體三極管觸發電路、利用小晶閘管觸發大晶閘管的觸發電路,等等。今天大家製作的調壓器,采用的是單結晶體管觸發電路。


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