可控硅内部结构分析工作过程
eeskill 2021-12-07

可控硅(晶闸管)原理图

可控硅T在工作过程中,它的阳极A和阴极K与电源和负载连接,组成可控硅的主电路,可控硅的门极G和阴极K与控制可控硅的装置连接,组成可控硅的控制电路。

从可控硅的内部分析工作过程:

可控硅是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN结图1,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2

当可控硅承受正向阳极电压时,为使可控硅导铜,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此,两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门机电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通,晶体管饱和导通。

设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2;发射极电流相应为Ia和Ik;电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,

可控硅的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:

Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

若门极电流为Ig,则可控硅阴极电流为Ik=Ia+Ig

从而可以得出可控硅阳极电流为:I=(Ic0+Iga2)/(1-(a1+a2))(1—1)式

硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。

当可控硅承受正向阳极电压,而门极未受电压的情况下,式(1—1)中,Ig=0,(a1+a2)很小,故可控硅的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。当可控硅在正向阳极电压下,从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结,从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结,并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3,当a1和a2随发射极电流增加而(a1+a2)≈1时,式(1—1)中的分母1-(a1+a2)≈0,因此提高了可控硅的阳极电流Ia.这时,流过可控硅的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。可控硅已处于正向导通状态。

式(1—1)中,在可控硅导通后,1-(a1+a2)≈0,即使此时门极电流Ig=0,可控硅仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。可控硅在导通后,门极已失去作用。

在可控硅导通后,如果不断的减小电源电压或增大回路电阻,使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时,由于a1和a1迅速下降,当1-(a1+a2)≈0时,可控硅恢复阻断状态。

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