《电工电子技术》课件_第8章.ppt

8.5可控硅可控硅(SiliconControlledRectifier，SCR)又叫晶闸管，它是一种大功率半导体器件，具有工作过程可以控制的特点，并能以小功率信号控制大功率系统。因此，它的出现使半导体技术由弱电领域进入强电领域。可控硅还具有体积小、重量轻、容量大、效率高、动作迅速、维护方便等优点；但过载能力差，抗干扰能力弱，控制复杂。可控硅自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。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。它和二极管一样是一种单方向导电器件，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。它主要用于可控整流、逆变与变频、交直流开关及调压等方面。8.5.1可控硅的结构和工作原理可控硅由四层半导体PNPN、三个PN结构成，具有三个电极。图8-53是其结构示意图及符号，P1和N2分别引出阳极a和阴极k，由P2引出控制极g。为了说明可控硅的工作原理，可以把可控硅等效成PNP和NPN两个三极管，如图8-54所示。其中每个三极管的基极与另一三极管的集电极相连，阳极为V1的发射极，阴极为V2的发射极。若a、k两极间加正向电压，而g极无电压时，IB1=0，V1不导通，只有当a、g极均加正向电压时，在g极正向电压作用下，产生控制极电流IG经V2放大，形成IC2=β2IG，IC2又是V1基极电流，经V1放大为IC1=β1β2IG。该电流又流入V2基极，再一次被放大，如此循环，形成强烈的正反馈，使两个三极管很快进入饱和状态，这就是可控硅导通过程。可控硅导通后，即使去掉g极与k极间的电压，V1管始终有V2管的IC2流过而维持导通。所以，g极电压UG的作用仅仅是触发晶闸管的导通。由此可知，可控硅的工作过程如下：必须同时具备一定的正向阳极电压和正向控制极电压，而且可控硅在导通后，即使去掉控制极的控制电压，甚至加上反向电压，也不会影响导通状态及阳极电流大小，此时g极失去作用。只有在其阴、阳极之间加反向电压或减小阳极电流，使之不能维持正反馈过程，才能使其从导通状态恢复为阻断状态。图8-53可控硅结构与符号图8-54可控硅的工作原理8.5.2应用举例将可控硅器件应用于整流电路，可以把交流电变为电压可调的直流电。目前，对于需要直流电源的场合，广泛采用可控整流电路。另外，它还可以作为交、直流开关电路。直流开关主要是利用它的可控单向导电性；而交流开关则是利用它在正半周承受正向电压导通、负半周承受反向电压关断来实现的。可控硅开关具有无触点、动作迅速、几乎不用维护等优点，而且它还没有通常电源开关的拉弧、噪音和机械疲劳等缺点，从而得到了广泛应用。下面举一个简单的由可控硅组成的直流开关电路的例子，说明其应用。图8-55为一种能使连接在直流电源上的直流负载接通或断开的电路。开关S合在A端，使V1导通，V2断开，电容C按图示极性充电。当S倒向B端时，V2接通，电容C通过V2放电，使V1反向偏置变成断路。图8-55直流开关本章小结(1)半导体器件是构成电子线路的基本部分，掌握好它们的工作原理和特性，是很重要的。(2)半导体的基本知识是研究半导体器件的基础，要着重弄清载流子、载流子的扩散和漂移、PN结的形成、耗尽层宽度与外加电压的关系等基本概念。(3)二极管的基本特性是单向导电性，在正向偏置下电流与电压基本上是指数关系，反向偏置时只有很小的反向饱和电流，一般情况下可以忽略。但反向电流对温度特别敏感，高温下使用时不可忽视。(4)击穿有两种机理：齐纳击穿和雪崩击穿。PN结击穿后，电流不加限制会造成永久性破坏。如果加以控制，则可制成稳压管。稳压管只有在规定的电流范围内才可安全使用，并有良好的稳压作用。(5)电路模型是用集中参数元件和受控源来模拟器件的电特性，是分析电路的有力工具。理想二极管大电流导通时，管压降为恒值，硅管为0.7V，锗管为0.3V。二极管小信号模型就是PN结的交流电阻，rd≈UT/ID。(6)三极管的发射结是一个控制结，而集电极电流则是受控电流。从本质上说，IC是由UBE控制的压控电流，由于IB和IE都是UBE的单值函数，所以IC也可看做是IB或IE控制的流控电流。在基本原理部分应掌握IC、IB和IE与UBE的关系以及三个电流间的关系,掌握α、β的基本含义。要知道三极管的三种连接方式及其放大作用,掌握输出特性，了解其主要参数。场效应管是一种电压控制器件，利用改变UGS的大小来改变