可控硅知识的问与答模板

可控硅知识问和答

一、可控硅概念和结构？

晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大家族，它关键组员有单向晶闸管、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，等等。今天大家使用是单向晶闸管，也就是大家常说一般晶闸管，它是由四层半导体材料组成，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出电极叫阳极A，第三层P型半导体引出电极叫控制极G，第四层N型半导体引出电极叫阴极K。从晶闸管电路符号〔图2(b)〕能够看到，它和二极管一样是一个单方向导电器件，关键是多了一个控制极G，这就使它含有和二极管完全不一样工作特征。

图2

二、晶闸管关键工作特征

为了能够直观地认识晶闸管工作特征，大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS和小灯泡EL串联起来，经过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源正极，阴极K接电源负极，控制极G经过按钮开关SB接在3V直流电源正极(这里使用是KP5型晶闸管，若采取KP1型，应接在1.5V直流电源正极)。晶闸管和电源这种连接方法叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加全部是正向电压。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按

钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。这个演示试验给了我们什么启发呢?

图3

这个试验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它阳极A和阴极K之间外加正向电压，二是在它控制极G和阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。

晶闸管特点：是“一触即发”。不过，假如阳极或控制极外加是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极作用是经过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通晶闸管关断呢?使导通晶闸管关断，能够断开阳极电源(图3中开关S)或使阳极电流小于维持导通最小值(称为维持电流)。假如晶闸管阳极和阴极之间外加是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

三、用万用表能够区分晶闸管三个电极吗?怎样测试晶闸管好坏呢?

一般晶闸管三个电极能够用万用表欧姆挡R×100挡位来测。大家知道，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，所以，根据测试二极管方法，找出三个极中两个极，测它正、反向电阻，电阻小时，万用表黑表笔接是控制极G，红表笔接是阴极K，剩下一个就是阳极A了。测试晶闸管好坏，能够用刚才演示用示教板电路(图3)。接通电源开关S，按一下按钮开关SB，灯泡发光就是好，不发光就是坏

四、晶闸管在电路中关键用途是什么?

一般晶闸管最基础用途就是可控整流。大家熟悉二极管整流电路属于不可控整流电路。假如把二极管换成晶闸管，就能够组成可控整流电路。现在我画一个最简单单相半波可控整流电路〔图4(a)〕。在正弦交流电压U2正半周期间，假如VS控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。现在，画出它波形图〔图4(c)及(d)〕，能够看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早，晶闸管导通时间就早；Ug到来得晚，晶闸管导通时间就晚。经过改变控制极上触发脉冲Ug到来时间，就能够调整负载上输出电压平均值UL(阴影部分面积大小)。在电工技术中，常把交流电半个周期定为180°，称为电角度。这么，在U2每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历电角度称为控制角α；在每个正半周内晶闸管导通电角度叫导通角θ。很显著，α和θ全部是用来表示晶闸管在承受正向电压半个周期导通或阻断范围。经过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压平均值UL，实现了可控整流。

五、在桥式整流电路中，把二极管全部换成晶闸管是不是就成了可控整流电路了呢?

在桥式整流电路中，只需要把两个二极管换成晶闸管就能组成全波可控整流电路了。现在画出电路图和波形图(图5)，就能看明白了。

六、晶闸管控制极所需触发脉冲是怎么产生呢?

晶闸管触发电路形式很多，常见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、利用小晶闸管触发大晶闸管触发电路，等等。今天大家制作调压器，采取是单结晶体管触发电路。

七、什么是单结晶体管?它有什么特殊性能呢?

单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个PN结和三个电极组成半导体器件(图6)。我们先画出它结构示意图〔图7(a)〕。在一块N型硅片两端，制作两个电极，分别叫做第一基极B1和第二基极B2；硅片另一侧靠近B2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出电极叫发射极E。为了分析方便，能够把B1、B2之间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串联〔图7(b)〕。值得注意是RB1阻值会随发射极电流IE改变而改变，含有可变电阻特征。假如在两个基极B2、B1之间加上一个直流电压UBB，则A点电压UA为：若发射极电压UE<UA，二极管VD截止；当UE大于单结晶体管峰点电压UP(UP=UD＋UA)时，二极管VD导通，发射极电流IE注入RB1，使RB1阻值急剧变小，E点电位UE随之下降，出现了IE增大UE反而降低现象，称为负阻效应。发射极电流IE继续增加，发射极电压UE不停下降，当UE下降到谷点电压UV以下时，单结晶体管就进入截止状态。

八、怎样利用单结晶体管组成晶闸管触发电路呢?

单结晶体管组成触发脉冲产生电路在今天大家制作调压器中已经具体应用了。为了说明它工作原理，我们单独画出单结晶体管张弛振荡器电路(图8)。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成。合上电源开关S后，电源UBB经电位器RP向电容器C充电，电容器上电压UC按指数规律上升。当UC上升到单结晶体管峰点电压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快速放电，使R1两端电压Ug发生一个正跳变，形成陡峭脉冲前沿〔图8(b)〕。伴随电容器C放电，UE按指数规律下降，直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这么，在R1两端输出是尖顶触发脉冲。此时，电源UBB又开始给电容器C充电，进入第二个充放电过程。这么周而复始，电路中进行着周期性振荡。调整RP能够改变振荡周期。

九、在可控整流电路波形图中，发觉晶闸管承受正向电压每半个周期内，发出第一个触发脉冲时刻全部相同，也就是控制角α和导通角θ全部相等，那么，单结晶体管张弛振荡器怎样才能和交流电源正确地配合以实现有效控制呢?

为了实现整流电路输出电压“可控”，必需使晶闸管承受正向电压每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲时刻全部相同，这种相互配合工作方法，称为触发脉冲和电源同时。

怎样才能做到同时呢?大家再看调压器电路图(图1)。请注意，在这里单结晶体管张弛振荡器电源是取自桥式整流电路输出全波脉冲直流电压。在晶闸管没有导通时，张弛振荡器电容器C被电源充电，UC按指数规律上升到峰点电压UP时，单结晶体管VT导通，在VS导通期间，负载RL上有交流电压和电流，和此同时，导通VS两端电压降很小，迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零瞬间，晶闸管VS被迫关断，张弛振荡器得电，又开始给电容器C充电，反复以上过程。这么，每次交流电压过零后，张弛振荡器发出第一个触发脉冲时刻全部相同，这个时刻取决于RP阻值和C电容量。调整RP阻值，就能够改变电容器C充电时间，也就改变了第一个Ug发出时刻，对应地改变了晶闸管控制角，使负载RL上输出电压平均值发生改变，达成调压目标。

双向晶闸管T1和T2不能交换。不然会损坏管子和相关控制电路。