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可控硅作业原理

本站为您提供的可控硅工作原理,可控硅工作原理TAG标签: 可控硅   一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件,创制于1957年,由于它特性类似于真空闸流管,所以国际上通称为硅晶体闸流

可控硅作业原理

TAG标签: 可控硅
  一种以硅单晶为根本资料的P1N1P2N2四层三端器材,创制于1957年,因为它特性类似于真空闸流管,所以国际上通称为硅晶体闸流管,简称可控硅T。又因为可控硅开端应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件,简称为可控硅SCR。
  在功能上,可控硅不只具有单向导电性,并且还具有比硅整流元件(俗称“死硅”)更为可贵的可控性。它只需导通和关断两种状况。
  可控硅能以毫安级电流操控大功率的机电设备,假如超越此频率,因元件开关损耗明显添加,答应经过的均匀电流相下降,此刻,标称电流应降级运用。
  可控硅的长处许多,例如:以小功率操控大功率,功率扩大倍数高达几十万倍;反响极快,在微秒级内注册、关断;无触点运转,无火花、无噪音;效率高,成本低等等。
  可控硅的缺点:静态及动态的过载才干较差;简略受搅扰而误导通。
  可控硅从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。


1、可控硅元件的结构
  不论可控硅的外形怎样,它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结(J1、J2、J3),从J1结构的P1层引出阳极A,从N2层引出阴级K,从P2层引出操控极G,所以它是一种四层三端的半导体器材。
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2、作业原理
  可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结,剖析原理时,能够把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1所示
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  当阳极A加上正向电压时,BG1和BG2管均处于扩大状况。此刻,假如从操控极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过,经BG2扩大,其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连,所以ib1=ic2。此刻,电流ic2再经BG1扩大,所以BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的成果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱满导通。
  因为BG1和BG2所构成的正反馈效果,所以一旦可控硅导通后,即便操控极G的电流消失了,可控硅依然能够保持导通状况,因为触发信号只起触发效果,没有关断功用,所以这种可控硅是不行关断的。
  因为可控硅只需导通和关断两种作业状况,所以它具有开关特性,这种特性需求必定的条件才干转化,此条件见表1
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可控硅的根本伏安特性见图2
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图2 可控硅根本伏安特性
(1)反向特性
  当操控极开路,阳极加上反向电压时(见图3),J2结正偏,但J1、J2结反偏。此刻只能流过很小的反向饱满电流,当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后,接差J3结也击穿,电流敏捷添加,图3的特性开端曲折,如特性OR段所示,曲折处的电压URO叫“反向转机电压”。此刻,可控硅会发作永久性反向
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(2)正向特性
  当操控极开路,阳极上加上正向电压时(见图4),J1、J3结正偏,但J2结反偏,这与一般PN结的反向特性类似,也只能流过很小电流,这叫正向阻断状况,当电压添加,图3的特性发作了曲折,如特性OA段所示,曲折处的是UBO叫:正向转机电压
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图4 阳极加正向电压
  因为电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发作雪崩倍增效应,在结区发作许多的电子和空穴,电子时入N1区,空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区经过J1结注入N1区的空穴复合,相同,进入P2区的空穴与由N2区经过J3结注入P2区的电子复合,雪崩击穿,进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能悉数复合掉,这样,在N1区就有电子堆集,在P2区就有空穴堆集,成果使P2区的电位升高,N1区的电位下降,J2结变成正偏,只需电流稍添加,电压便敏捷下降,呈现所谓负阻特性,见图3的虚线AB段。
这时J1、J2、J3三个结均处于正偏,可控硅便进入正向导电状况—通态,此刻,它的特性与一般的PN结正向特性类似,见图2中的BC段
2、触发导通
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图5 阳极和操控极均加正向电压
图1、可控硅结构示意图和符号图
3、可控硅在电路中的主要用处是什么?
  一般可控硅最根本的用处便是可控整流。咱们了解的二极管整流电路归于不行控整流电路。假如把二极管换成可控硅,就能够构成可控整流电路。现在我画一个最简略的单相半波可控整流电路〔图4(a)〕。在正弦沟通电压U2的正半周期间,假如VS的操控极没有输入触发脉冲Ug,VS依然不能导通,只需在U2处于正半周,在操控极外加触发脉冲Ug时,可控硅被触发导通。现在,画出它的波形图〔图4(c)及(d)〕,能够看到,只需在触发脉冲Ug到来时,负载RL上才有电压UL输出(波形图上暗影部分)。Ug到来得早,可控硅导通的时间就早;Ug到来得晚,可控硅导通的时间就晚。经过改动操控极上触发脉冲Ug到来的时间,就能够调理负载上输出电压的均匀值UL(暗影部分的面积巨细)。在电工技能中,常把沟通电的半个周期定为180°,称为电视点。这样,在U2的每个正半周,从零值开端到触发脉冲到来瞬间所阅历的电视点称为操控角α;在每个正半周内可控硅导通的电视点叫导通角θ。很明显,α和θ都是用来表明可控硅在接受正向电压的半个周期的导通或阻断规模的。经过改动操控角α或导通角θ,改动负载上脉冲直流电压的均匀值UL,完成了可控整流。
4、在桥式整流电路中,把二极管都换成可控硅是不是就成了可控整流电路了呢?
  在桥式整流电路中,只需求把两个二极管换成可控硅就能构满足波可控整流电路了。现在画出电路图和波形图(图5),就能看理解了

5、可控硅操控极所需的触发脉冲是怎样发作的呢?
可控硅触发电路的方式许多,常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、使用小可控硅触发大可控硅的触发电路,等等。
6、什么是单结晶体管?它有什么特别功能呢?
  单结晶体管又名双基极二极管,是由一个PN结和三个电极构成的半导体器材(图6)。咱们先画出它的结构示意图〔图7(a)〕。在一块N型硅片两头,制造两个电极,别离叫做榜首基极B1和第二基极B2;硅片的另一侧接近B2处制造了一个PN结,相当于一只二极管,在P区引出的电极叫发射极E。为了剖析便利,能够把B1、B2之间的N型区域等效为一个纯电阻RBB,称为基区电阻,并可看作是两个电阻RB2、RB1的串联〔图7(b)〕。值得注意的是RB1的阻值会随发射极电流IE的改动而改动,具有可变电阻的特性。假如在两个基极B2、B1之间加上一个直流电压UBB,则A点的电压UA为:若发射极电压UE<UABR>
7、怎样使用单结晶体管组成可控硅触发电路呢?
  咱们独自画出单结晶体管张弛振动器的电路(图8)。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成的。合上电源开关S后,电源UBB经电位器RP向电容器C充电,电容器上的电压UC按指数规则上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时,单结晶体管忽然导通,基区电阻RB1急剧减小,电容器C经过PN结向电阻R1敏捷放电,使R1两头电压Ug发作一个正跳变,构成峻峭的脉冲前沿〔图8(b)〕。跟着电容器C的放电,UE按指数规则下降,直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这样,在R1两头输出的是尖顶触发脉冲。此刻,电源UBB又开端给电容器C充电,进入第二个充放电进程。这样循环往复,电路中进行着周期性的振动。调理RP能够改动振动周期
8、在可控整流电路的波形图中,发现可控硅接受正向电压的每半个周期内,宣布榜首个触发脉冲的时间都相同,也便是操控角α和导通角θ都持平,那么,单结晶体管张弛振动器怎样才干与沟通电源精确地合作以完成有用的操控呢?
  为了完成整流电路输出电压“可控”,有必要使可控硅接受正向电压的每半个周期内,触发电路宣布榜首个触发脉冲的时间都相同,这种相互合作的作业方式,称为触发脉冲与电源同步。 怎样才干做到同步呢?咱们再看调压器的电路图(图1)。请注意,在这里单结晶体管张弛振动器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在可控硅没有导通时,张弛振动器的电容器C被电源充电,UC按指数规则上升到峰点电压UP时,单结晶体管VT导通,在VS导通期间,负载RL上有沟通电压和电流,与此同时,导通的VS两头电压降很小,迫使张弛振动器停止作业。当沟通电压过零瞬间,可控硅VS被逼关断,张弛振动器得电,又开端给电容器C充电,重复以上进程。这样,每次沟通电压过零后,张弛振动器宣布榜首个触发脉冲的时间都相同,这个时间取决于RP的阻值和C的电容量。调理RP的阻值,就能够改动电容器C的充电时间,也就改动了榜首个Ug宣布的时间,相应地改动了可控硅的操控角,使负载RL上输出电压的均匀值发作改动,到达调压的意图。
双向可控硅的T1和T2不能交换。否则会损坏管子和相关的操控电路。
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