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晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理
發(fā)布時(shí)間：
2022-02-24 16:15
晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又稱作可控硅整流管(SCR),以前被簡(jiǎn)稱為可控硅。晶閘管能夠通過信號(hào)控制其導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷，所以稱為半控型器件。晶閘管這個(gè)名稱往往專指晶閘管的一種基本類型一普通晶閘管。但從廣義上講，晶閘管還包括許多派生器件，如雙向晶閘管(TRIAC)、快速晶閘管(FST)、逆導(dǎo)型晶閘管(RCT)和光控晶閘管(LTT)等。
一、晶閘管的結(jié)構(gòu)
目前大功率晶閘管常用的外形結(jié)構(gòu)有螺栓式和平板式，它具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)，其外形、結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖所示。
晶閘管內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別命名為P1、N1、P2、N2四個(gè)區(qū)。由最外的P層和N層引出的兩個(gè)電極，分別為陽極A和陰極K,由中間的P2層引出的電極是門極G(也稱控制極)。四個(gè)區(qū)形成J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)。因此，晶閘管可以用三個(gè)PN結(jié)串聯(lián)來等效，如圖8-2所示晶閘管的國(guó)際通用名稱為Thyristor,簡(jiǎn)寫為VT。
晶閘管是電力電子器件，在工作過程中會(huì)因損耗而發(fā)熱，因此必須安裝散熱器。對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，做成螺栓狀是為了能與散熱器緊密連接且安裝方便，通過陽極(螺栓)擰緊在鋁制散熱器上，為自然冷卻；平板式晶閘管則由兩個(gè)相互絕緣的散熱器夾緊晶閘管，靠冷風(fēng)冷卻。
平板式兩面散熱效果好，額定電流大于200 A的晶閘管都采用平板式結(jié)構(gòu)。此外還可以通過水冷、油冷等冷卻方式進(jìn)行冷卻。
二、晶閘管的工作原理
通過如圖所示電路做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，來說明晶閘管的工作原理。由電源Us、白熾燈、晶閘管的陽極、陰極組成晶閘管主電路。電源Uc、開關(guān)S、晶閘管門極和陰極組成控制電路也稱觸發(fā)電路。
當(dāng)晶閘管的陽極A接電源Us的正端。陰極K經(jīng)白熾燈接電源的負(fù)端，此時(shí)晶閘管承受正向電壓。當(dāng)控制電路中開關(guān)S斷開時(shí)，白熾燈不亮，說明晶閘管不導(dǎo)通。
當(dāng)晶閘管的陽極和陰極承受正向電壓，控制電路中開關(guān)S閉合，使控制極也加正向電壓，(控制極相對(duì)陰極間的電壓)。這時(shí)白熾燈亮，說明晶閘管導(dǎo)通。
當(dāng)品閘管導(dǎo)通后，將控制極上的電壓去掉(即將開美S斷開)，白熾燈依然亮。說明一旦晶閘管導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用。
當(dāng)品閘管的陽極和陰極間加反向電壓，不管控制極加不加電壓，燈都不亮，此時(shí)晶閘管截止。如果控制極加反向電壓，無論品閘管主電路加正向電壓還是反向電壓，晶閘管都不導(dǎo)通。
通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論。
(1)欲使晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：
①晶閘管的陽極A和陰極K之間加上正向電壓，②品閘管的門極G與陰極K之間也加上合適的正向電壓和電流。
(2)晶閘管一旦導(dǎo)通后，門極就失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。
(3)為使晶閘管關(guān)斷，必須使其陽極A電流降低到零或某一數(shù)值以下，這可以采用將陽極A電壓減少到零或者給陽極施加反向電壓。
2022-02-24
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