晶闸管(SCR)原理..doc

晶闸管(SCR)原理 作者： 时间：2007-12-17 来源:电子元器件网 浏览评论 推荐给好友 我有问题 个性化定制 关键词： 晶闸管 半导体材料 　　晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。 一、结构与工作原理 　　晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。 　　如果晶闸管接入图1(d)所示外电路，外电源US正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A，电源US的负端接晶闸管阴极K，一个正值触发控制电压UG经电阻RG后接至晶闸管的门极G，如果T1（P1N1P2）的共基极电流放大系数为α1，T2（N1P2N2）的共基极电流放大系数为α2，那么对T1而言，T1的发射极电流IA的一部分α1IA将穿过集电结J2，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO1，因此图1(d)中的IC1可表示为 　　IC1=α1IA+i CBO1。 （1） 　　同理对T2而言，T2的发射极电流IC的一部分α2IC将穿过集电结J2，此外，J2受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流i CBO2，因此，图1(d)中的I C2可表示为 　　IC2=α2IC+i CBO2。 （2） 　　由图1(d)中可以看出 　　IA=IC1+IC2=α1IA+α2IC+ i CBO1+ i CBO2=α1IA+α2IC+IO， （3） 　　式中，IO= i CBO1+ i CBO2为J2结的反向饱和电流之和，或称为漏电流。 　　再从整个晶闸管外部电路来看，应有 　　IA+IG=IC。 （4） 　　由式（3）和式（4），可得到阳极电流为 　　IA=（IO+α2IG）/［1-（α1+α2）］ （5） 　　晶闸管外加正向电压UAK；但门极断开，IG=0时，中间结J2承受反偏电压，阻断阳极电流，这时IA=IC很小，由式（5）得 　　IA=IC=IO/［1-（α1+α2）］≈0 （6）{{分页}} 　　在IA、IC很小时晶闸管中共基极电流放大系数α1、α2也很小，α1、α2都随电流IA、IC的增大而增大。如果门极电流IG=0，在正常情况下，由于IO很小，IA=IC仅为很小的漏电流，α1+α2不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流IG，将使IA增大，IC增大，这将使共基极电流放在系数α1、α2变大，α1、α2变大后，IA、IC进一步变大，又使α1、α2变得更大。在这种正反馈作用下使用α1+α2接近于1，晶闸管立即从断态转为通态。内部的两个等效三极管都进入饱和导电状态，晶闸管的等效电阻变得很小，其通态压降仅为1~2V，这时的电流IA≈IC；则由外电路电源电压US和负载电阻R限定，即IA≈IC≈US/R。一旦晶闸管从断态转为通态后，因IA、IC已经很大，即使撤除门极电流IG，由于α1+α2≈1，由式（5）可知IA=IC仍然会很大，晶闸管仍然继续处于通态，并保持由外部电路所决定的阳极电流IA=IC=US/R。 二、晶闸管的基本特性 　　晶闸管阳极与阴极间的电压和阳极电流的关第，称晶闸管的伏安特性。晶闸管的伏安特性位于第一象限的是正向伏安特性，位于第三象限的是反向伏安特性