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晶閘管或硅控整流器的基本知識(shí)與特點(diǎn)

發(fā)布時(shí)間：2021-01-22 18:32:01
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晶閘管或硅控整流器的基本知識(shí)與特點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)電子工程和一般電路時(shí)，我們使用許多電氣和電子元件。這些基本組件包括電阻器，晶體管，電容器，二極管，電感器，LED，晶閘管或可控硅整流器，集成電路等。整流器分為兩類(lèi)：不可控整流器（二極管）和可控整流器（晶閘管）。實(shí)際上，許多工程學(xué)生和電子愛(ài)好者都希望了解電子電氣元件的基本知識(shí)。但是，在這篇文章中我們來(lái)詳細(xì)討論一下晶閘管或者可控硅整流器的基礎(chǔ)知識(shí)和特性。

硅控整流器

晶閘管或可控硅是一種多層半導(dǎo)體器件，與晶體管相似。可控硅整流器由三個(gè)端子（陽(yáng)極，陰極和柵極）組成，不像兩端二極管（陽(yáng)極和陰極）整流器。當(dāng)二極管的陽(yáng)極電壓大于陰極電壓時(shí)，二極管被稱(chēng)為不受控制的整流器（在正向偏置條件下沒(méi)有任何控制）。

但是，即使陽(yáng)極電壓大于陰極電壓，可控硅整流器也不會(huì)導(dǎo)通，除非（第三端）柵極端子被觸發(fā)。因此，通過(guò)向柵極端子提供觸發(fā)脈沖，我們可以控制晶閘管的操作（ON或OFF）。因此，晶閘管也稱(chēng)為可控整流器或可控硅。

硅控整流器基礎(chǔ)

與二極管中的兩層（PN）和晶體管中的三層（PNP或NPN）不同，可控硅由四層（PNPN）和三個(gè)PN結(jié)串聯(lián)而成?？煽毓杌蚩煽毓栌蓤D中所示的符號(hào)表示。

可控硅整流器也是一種單向器件，因?yàn)樗荒茉谝粋€(gè)方向上傳導(dǎo)。通過(guò)適當(dāng)觸發(fā)，晶閘管可以用作開(kāi)路開(kāi)關(guān)，也可以用作整流二極管。但晶閘管不能作為放大器使用，只能用于門(mén)極觸發(fā)脈沖控制的開(kāi)關(guān)操作。

晶閘管可以用多種材料制造，如硅，碳化硅，砷化鎵，氮化鎵等。但是，由于硅的良好的導(dǎo)熱性，高電流能力，高電壓能力和經(jīng)濟(jì)的加工性使其比其他用于制造晶閘管的材料更受青睞，因此它們也被稱(chēng)為可控硅整流器。

硅控整流器工作原理

晶閘管的工作可以從可控硅的三態(tài)工作模式來(lái)理解。晶閘管的三種工作模式如下：

一、反向阻塞模式

二、轉(zhuǎn)發(fā)阻止模式

三、正向?qū)Ｊ?/div>

反向阻止模式

如果我們反轉(zhuǎn)晶閘管的陽(yáng)極和陰極連接，則下部和上部二極管反向偏置。因此，沒(méi)有傳導(dǎo)路徑，所以沒(méi)有電流流動(dòng)。因此，被稱(chēng)為反向阻止模式。

轉(zhuǎn)發(fā)阻止模式

一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有任何觸發(fā)脈沖到柵極端，硅控整流器保持關(guān)斷，指示沒(méi)有電流在正向（從陽(yáng)極到陰極）流動(dòng)。這是因?yàn)槲覀冞B接了兩個(gè)二極管（上，下二極管都是正向偏置的），形成一個(gè)晶閘管。但是，這兩個(gè)二極管之間的連接是反向偏置的，這消除了從上到下的電流流動(dòng)。因此，這個(gè)狀態(tài)被稱(chēng)為前向阻塞模式。在這種模式下，即使晶閘管像傳統(tǒng)的正向偏置二極管那樣具有條件，但由于柵極端不被觸發(fā)，所以它不會(huì)導(dǎo)通。

正向?qū)Ｊ?/div>

在正向?qū)Ｊ较?，?yáng)極電壓必須大于陰極電壓，第三端子?xùn)艠O必須適當(dāng)?shù)赜|發(fā)晶閘管的導(dǎo)通。這是因?yàn)?，無(wú)論何時(shí)觸發(fā)柵極端子，下部晶體管將導(dǎo)通上部晶體管上的哪個(gè)開(kāi)關(guān)，然后上部晶體管導(dǎo)通下部晶體管，從而晶體管彼此激活。這兩個(gè)晶體管的內(nèi)部正反饋過(guò)程重復(fù)，直到兩個(gè)都完全激活，然后電流將從陽(yáng)極到陰極。所以，這種可控硅的工作模式被稱(chēng)為正向?qū)Ｊ健?/div>

硅控整流器特性

該圖顯示了可控硅整流器的特性，也代表了三種不同模式下的晶閘管操作，例如反向阻斷模式，正向阻斷模式和正向?qū)Ｊ?。晶閘管的VI特性也代表了反向阻斷電壓，正向阻斷電壓，反向擊穿電壓，保持電流，擊穿電壓等，如圖所示。

硅控整流器應(yīng)用

可控硅整流器應(yīng)用于大電流，大電流的電路中，如電流大于1kV或大于100A的電力系統(tǒng)電路。

晶閘管專(zhuān)門(mén)用于減少電路中的內(nèi)部功率損耗?？煽毓枵髌骺捎糜诳刂齐娐分械墓β?，而無(wú)需使用晶閘管的開(kāi)關(guān)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)任何損耗。

可控硅整流器也用于整流目的，即從交流電到直流電。通常，可控硅用于交流 - 交流轉(zhuǎn)換器（cycloconverters），這是可控硅最常見(jiàn)的應(yīng)用。
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