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可控硅电路原理

文章来源:澳门永利娱乐人气:发表时间:2019-06-30 17:01

  可选中1个或众个下面的症结词,寻找合连原料。也可直接点“寻找原料”寻找全部题目。

  晶闸管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自从20世纪50年代问世往后一经发扬成了一个大的家族,它的首要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可合断晶闸管、急迅晶闸管,等等。此日民众运用的是单向晶闸管,也便是人们常说的平常晶闸管,它是由四层半导体资料构成的,有三个PN结,对外有三个电极〔图2(a)〕:第一层P型半导体引出的电极叫阳极A,第三层P型半导体引出的电极叫把握极G,第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电途符号〔图2(b)〕能够看到,它和二极管相似是一种单方导游电的器件,症结是众了一个把握极G,这就使它具有与二极管所有区其它作事性子。

  为了可以直观地知道晶闸管的作事性子,民众先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯胆EL串联起来,通过开合S接正在直流电源上。谨慎阳极A是接电源的正极,阴极K接电源的负极,把握极G通过按钮开合SB接正在3V直流电源的正极(这里运用的是KP5型晶闸管,若采用KP1型,应接正在1.5V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种维系格式叫做正向维系,也便是说,给晶闸管阳极和把握极所加的都是正向电压。现正在咱们合上电源开合S,小灯胆不亮,分析晶闸管没有导通;再按一下按钮开合SB,给把握极输入一个触发电压,小灯胆亮了,分析晶闸管导通了。这个演示测验给了咱们什么开导呢?可控硅

  这个测验告诉咱们,要使晶闸管导通,一是正在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压,二是正在它的把握极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后,松开按钮开合,去掉触发电压,已经坚持导通状况。

  晶闸管的特性: 是“剑拔弩张”。不过,假设阳极或把握极外加的是反向电压,晶闸管就不行导通。把握极的效率是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通,却不行使它合断。那么,用什么措施才略使导通的晶闸管合断呢?使导通的晶闸管合断,能够断开阳极电源(图3中的开合S)或使阳极电流小于坚持导通的最小值(称为坚持电流)。假设晶闸管阳极和阴极之间外加的是相易电压或脉动直流电压,那么,正在电压过零时,晶闸管会自行合断。

  平常晶闸管的三个电极能够用万用外欧姆挡R×100挡位来测。民众懂得,晶闸管G、K之间是一个PN结〔图2(a)〕,相当于一个二极管,G为正极、K为负极,是以,依据测试二极管的措施,寻找三个极中的两个极,测它的正、反向电阻,电阻小时,万用外黑外笔接的是把握极G,红外笔接的是阴极K,剩下的一个便是阳极A了。测试晶闸管的利害,能够用方才演示用的示教板电途(图3)。接通电源开合S,按一下按钮开合SB,灯胆发光便是好的,不发光便是坏的。

  平常晶闸管最根基的用处便是可控整流。民众熟谙的二极管整流电途属于不成控整流电途。假设把二极管换成晶闸管,就能够组成可控整流电途、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开合及自愿把握等方面。现正在我画一个最简陋的单相半波可控整流电途〔图4(a)〕。正在正弦相易电压U2的正半周功夫,假设VS的把握极没有输入触发脉冲Ug,VS已经不行导通,惟有正在U2处于正半周,正在把握极外加触发脉冲Ug时,晶闸管被触发导通。现正在,画出它的波形图〔图4(c)及(d)〕,能够看到,惟有正在触发脉冲Ug到来时,负载RL上才有电压UL输出(波形图上暗影一面)。Ug到来得早,晶闸管导通的期间就早;Ug到来得晚,晶闸管导通的期间就晚。通过改良把握极上触发脉冲Ug到来的期间,就能够医治负载上输出电压的均匀值UL(暗影一面的面积巨细)。正在电工技巧中,常把相易电的半个周期定为180°,称为电角度。如此,正在U2的每个正半周,从零值起先到触发脉冲到来刹时所资历的电角度称为把握角α;正在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。很显著,α和θ都是用来透露晶闸管正在经受正向电压的半个周期的导通或阻断限度的。通过改良把握角α或导通角θ,改良负载上脉冲直流电压的均匀值UL,竣工了可控整流。

  五、正在桥式整流电途中,把二极管都换成晶闸管是不是就成了可控整流电途了呢?

  正在桥式整流电途中,只必要把两个二极管换成晶闸管就能组玉成波可控整流电途了。现正在画出电途图和波形图(图5),就能看解析了。

  晶闸管触发电途的大局良众,常用的有阻容移相桥触发电途、单结晶体管触发电途、晶体三极管触发电途、欺骗小晶闸管触发大晶闸管的触发电途,等等。此日民众筑制的调压器,采用的是单结晶体管触发电途。

  单结晶体管又叫双基极二极管,是由一个PN结和三个电极组成的半导体器件(图6)。咱们先画出它的组织示贪图〔图7(a)〕。正在一块N型硅片两头,筑制两个电极,阔别叫做第一基极B1和第二基极B2;硅片的另一侧挨近B2处筑制了一个PN结,相当于一只二极管,正在P区引出的电极叫发射极E。为了领悟便当,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)〕。值得谨慎的是RB1的阻值会随发射极电流IE的变动而改良,具有可变电阻的性子。假设正在两个基极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UEUA,二极管VD截止;当UE大于单结晶体管的峰点电压UP(UP=UD+UA)时,二极管VD导通,发射极电流IE注入RB1,使RB1的阻值快速变小,E点电位UE随之降低,产生了IE增大UE反而消浸的局面,称为负阻效应。发射极电流IE不断增补,发射极电压UE一直降低,当UE降低到谷点电压UV以下时,单结晶体管就进入截止状况。

  单结晶体管构成的触发脉冲形成电途正在此日民众筑制的调压器中一经的确使用了。为了分析它的作事道理,咱们寡少画出单结晶体管张弛振荡器的电途(图8)。它是由单结晶体管和RC充放电电途构成的。合上电源开合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按指数次序上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时,单结晶体管忽地导通,基区电阻RB1快速减小,电容器C通过PN结向电阻R1赶速放电,使R1两头电压Ug爆发一个正跳变,酿成高峻的脉冲前沿〔图8(b)〕。跟着电容器C的放电,UE按指数次序降低,直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。如此,正在R1两头输出的是尖顶触发脉冲。此时,电源UBB又起先给电容器C充电,进入第二个充放电流程。如此循环不息,电途中实行着周期性的振荡。医治RP能够改良振荡周期。

  九、正在可控整流电途的波形图中,挖掘晶闸管经受正向电压的每半个周期内,发出第一个触发脉冲的岁月都相通,也便是把握角α和导通角θ都相当,那么,单结晶体管张弛振荡器何如才略与相易电源确实地配合以竣工有用的把握呢?

  为了竣工致流电途输出电压“可控”,必需使晶闸管经受正向电压的每半个周期内,触发电途发出第一个触发脉冲的岁月都相通,这种彼此配合的作事格式,称为触发脉冲与电源同步。

  何如才略做到同步呢?民众再看调压器的电途图(图1)。请谨慎,正在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电途输出的全波脉冲直流电压。正在晶闸管没有导通时,张弛振荡器的电容器C被电源充电,UC按指数次序上升到峰点电压UP时,单结晶体管VT导通,正在VS导通功夫,负载RL上有相易电压和电流,与此同时,导通的VS两头电压降很小,迫使张弛振荡器遏制作事。当相易电压过零刹时,晶闸管VS被迫合断,张弛振荡器得电,又起先给电容器C充电,反复以上流程。如此,每次相易电压过零后,张弛振荡器发出第一个触发脉冲的岁月都相通,这个岁月取决于RP的阻值和C的电容量。医治RP的阻值,就能够改良电容器C的充电期间,也就改良了第一个Ug发出的岁月,相应地改良了晶闸管的把握角,使负载RL上输出电压的均匀值爆发变动,到达调压的目标。

  可控硅是P1N1P2N2四层三端组织元件,共有三个PN结,领悟道理时,能够把它看作由一个PNP管和一个NPN管所构成,其等效图解如图1所示

  当阳极A加上正向电压时,BG1和BG2管均处于放大状况。此时,假设从把握极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过,经BG2放大,其集电极电流ic2=β2ib2。由于BG2的集电极直接与BG1的基极相连,是以ib1=ic2。此时,电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极,外成正反应,使ib2一直增大,这样正向馈轮回的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。

  因为BG1和BG2所组成的正反应效率, 可控硅导通后,假使把握极G的电流隐没了,可控硅已经可以坚持导通状况,因为触发信号只起触发效率,没相合断功效,是以这种可控硅是不成合断c 是以一朝的。

  因为可控硅惟有导通和合断两种作事状况,是以它具有开合性子,这种性子必要必定的要求才略转化,此要求睹外1

  当把握极开途,阳极加上反向电压时(睹图3),J2结正偏,但J1、J2结反偏。此时只可流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提升到J1结的雪崩击穿电压后,接差J3结也击穿,电流赶速增补,图3的性子起先弯曲,如性子OR段所示,弯曲处的电压URO叫“反向变化电压”。此时,可控硅会爆发悠久性反向击穿。

  当把握极开途,阳极上加上正向电压时(睹图4),J1、J3结正偏,但J2结反偏,这与平常PN结的反向性子相仿,也只可流过很小电流,这叫正向阻断状况,当电压增补,图3的性子爆发了弯曲,如性子OA段所示,弯曲处的是UBO叫:正向变化电压

  因为电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结爆发雪崩倍增效应,正在结区形成巨额的电子和空穴,电子时入N1区,空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合,同样,进入P2区的空穴与由N2区通过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区的空穴各自不行完全复合掉,如此,正在N1区就有电子蕴蓄聚积,正在P2区就有空穴蕴蓄聚积,结果使P2区的电位升高,N1区的电位降低,J2结形成正偏,只须电流稍增补,电压便赶速降低,产生所谓负阻性子,睹图3的虚线三个结均处于正偏,可控硅便进入正导游电状况---通态,此时,它的性子与平常的PN结正向性子相仿,睹图2中的BC段

  正在把握极G上插足正向电压时(睹图5)因J3正偏,P2区的空穴时入N2区,N2区的电子进入P2区,酿成触发电流IGT。正在可控硅的内部正反应效率(睹图2)的根柢上,加上IGT的效率,使可控硅提前导通,导致图3的伏安性子OA段左移,IGT越大,性子左移越速。

  识别可控硅三个极的措施很简陋,遵循P-N结的道理,只须用万用外衡量一下三个极之间的电阻值就能够。

  阳极与阴极之间的正向和反向电阻正在几百千欧以上,阳极和把握极之间的正向和反向电阻正在几百千欧以上(它们之间有两个P-N结,并且倾向相反,于是阳极和把握极正反向都欠亨)。

  把握极与阴极之间是一个P-N结,于是它的正向电阻大约正在几欧-几百欧的限度,反向电阻比正向电阻要大。然而把握极二极管性子是不太理念的,反向不是所有呈阻断状况的,能够有斗劲大的电贯通过,于是,有时测得把握极反向电阻斗劲小,并不行分析把握极性子欠好。其余,正在衡量把握极正反向电阻时,万用外应放正在R*10或R*1挡,避免电压过高把握极反向击穿。

  若测得元件阴阳极正反向已短途,或阳极与把握极短途,或把握极与阴极反向短途,或把握极与阴极断途,分析元件已损坏。

  可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN 结的四层组织的大功率半导体器件。实质上,可控硅的功用不但是整流,它还能够用作无触点开合以急迅接通或割断电途,竣工将直流电形成相易电的逆变,将一种频率的相易电形成另一种频率的相易电,等等。可控硅和其它半导体器件相似,其有体积小、出力高、褂讪性好、作事牢靠等便宜。它的产生,使半导体技巧从弱电范畴进入了强电范畴,成为工业、农业、交通运输、军事科研以致贸易、民用电器等方面争相采用的元件。

  ■可控硅从外形上分首要有螺旋式、平板式安宁底式三种(睹图外-25)。螺旋式的使用较众。

  ■可控硅有三个电极----阳极(A)阴极(C)和把握极(G)。它有管芯是P 型导体和N 型导体交迭构成的四层组织,共有三个PN 结。其组织示贪图和符号睹图外-26。

  ■从图外-26中能够看到,可控硅和惟有一个PN 结的硅整流二特别管正在组织上迥然区别。可控硅的四层组织和把握极的援用,为其阐明“以小控大”的优异把握性子奠定了根柢。正在使用可控硅时,只须正在把握极加上很小的电流或电压,就能把握很大的阳极电流或电压。目前已能创筑出电流容量达几百安培以致上千安培的可控硅元件。普通把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅,50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。

  ■可控硅为什么其有“以小控大”的可控性呢?下面咱们用图外-27来简陋领悟可控硅的作事道理。

  ■起初,咱们能够把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN 型号晶体管,而二、三四层构成另一只PNP 型晶体管。个中第二、第三层为两管交迭共用。如此就可画出图外-27(C)的等效电途图来领悟。当正在阳极和阴极之间加上一个正向电压Ea ,又正在把握极G和阴极C之间(相当BG1 的基一射间)输入一个正的触发信号,BG1 将形成基极电流Ib1 ,经放大,BG1 将有一个放大了β1 倍的集电极电流IC1 。由于BG1 集电极与BG2 基极相连,IC1 又是BG2 的基极电流Ib2 。BG2 又把比Ib2 (Ib1 )放大了β2 的集电极电流IC2 送回BG1 的基极放大。这样轮回放大,直到BG1 、BG2 所有导通。实质这一流程是“剑拔弩张”的流程,对可控硅来说,触发信号插足把握极,可控硅立时导通。导通的期间首要决策于可控硅的功能。

  ■可控硅曾经触发导通后,因为轮回反应的缘故,流入BG1 基极的电流已不但是初始的Ib1 ,而是经由BG1 、BG2 放大后的电流(β1 *β2 *Ib1 )这一电流宏壮于Ib1 ,足以维系BG1 的延续导通。此时触发信号假使隐没,可控硅仍维系导通状况惟有断开电源Ea 或消浸Ea ,使BG1 、BG2 中的集电极电流小于坚持导通的最小值时,可控硅方可合断。当然,假设Ea 极性反接,BG1 、BG2 因为受到反向电压效率将处于截止状况。这时,假使输入触发信号,可控硅也不行作事。反过来,Ea 接成正向,而触动发信号是负的,可控硅也不行导通。其余,假设不加触发信号,而正朝阳极电压大到抢先必定值时,可控硅也会导通,但已属于非平常作事情形了。

  ■可控硅这种通过触发信号(小的触发电流)来把握导通(可控硅中通过大电流)的可控性子,恰是它区别于平常硅整流二极管的苛重特质。

  1、 额定通态均匀电流IT正在必定要求下,阳极---阴极间能够络续通过的50赫兹正弦半波电流的均匀值。

  2、 正向阻断峰值电压VPF 正在把握极开途未加触发信号,阳极正向电压还未抢先导能电压时,能够反复加正在可控硅两头的正向峰值电压。可控硅经受的正向电压峰值,不行抢先手册给出的这个参数值。

  3、 反向阴断峰值电压VPR当可控硅加反向电压,处于反向合断状况时,能够反复加正在可控硅两头的反向峰值电压。运用时,不行抢先手册给出的这个参数值。

  4、 把握极触发电流Ig1 、触发电压VGT正在规矩的处境温度下,阳极---阴极间加有必定电压时,可控硅从合断状况转为导通状况所必要的最小把握极电流和电压。

  5、 坚持电流IH正在规矩温度下,把握极断途,坚持可控硅导通所必要的最小阳极正向电流。

  ■近年来,很众新型可控硅元件接踵问世,如适于高频使用的急迅可控硅,能够用正或负的触发信号把握两个方导游通的双向可控硅,能够用正触发信号使其导通,用负触发信号使其合断的可控硅等等。

  可控硅是硅可控整流元件的简称,亦称为晶闸管。具有体积小、组织相对简陋、功效强等特性,是斗劲常用的半导体器件之一。该器件被平凡使用于种种电子筑立和电子产物中,众用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开合等。家用电器中的调光灯、调速电扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、影相机、组合声音、声光电途、依时把握器、玩具装备、无线电遥控、摄像机及工业把握等都巨额运用了可控硅器件。

  按其作事性子,可控硅(THYRISTOR)可分为平常可控硅(SCR)即单向可控硅、双向可控硅(TRIAC)和其它迥殊可控硅。

  过零触发-普通是调功,即当正弦相易电相易电电压相位过零点触发,必需是过零点才触发,导通可控硅。

  非过零触发-无论相易电电压正在什么相位的工夫都可触发导通可控硅,常睹的是移相触发,即通过改良正弦相易电的导通角(角相位),来改良输出百分比。

  1. 额定通态电流(IT)即最大褂讪作事电流,俗称电流。常用可控硅的IT普通为一安到几十安。

  2. 反向反复峰值电压(VRRM)或断态反复峰值电压(VDRM),俗称耐压。常用可控硅的VRRM/VDRM普通为几百伏到一千伏。

  3. 把握极触发电流(IGT),俗称触发电流。常用可控硅的IGT普通为几微安到几十毫安。

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