双向晶闸管的工作原理

1.可控硅是P1N1P2N2的四层三端结构元件，有三个PN结。在分析原理时，可将其视为PNP晶体管和NPN晶体管。

当直流电压加到阳极A时，BG1和BG2管都处于放大状态。此时，如果从栅极G输入正触发信号，基极电流ib2流过被BG2放大的BG2，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接连接到BG1的基极，所以ib1=ic2。此时，电流ic2被BG1放大，因此BG1的集电极电流IC1 = 1 IB 1 = 12 IB 2。该电流流回BG2基极，表现为正反馈，使ib2不断增大。由于这个正反馈周期，两个管的电流急剧增加，晶闸管饱和导通。

由于BG1和BG2形成的正反馈功能，一旦晶闸管导通，即使控制电极G的电流消失，晶闸管仍然可以导通。因为触发信号只起触发器的作用，没有关断功能，所以这个晶闸管不能关断。

因为可控硅只能通断，所以具有开关特性，需要一定的条件才能变换。

2.触发

当直流电压加到控制电极G时(见图5)，由于JBOY3乐队的正向偏压，P2区的空空穴进入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。基于晶闸管的内部正反馈效应(见图2)和IGT效应，晶闸管提前导通，导致图3伏安特性OA段左移。IGT越大，特征的左移越快。

一、SCR的概念和结构？

晶闸管也叫晶闸管。自20世纪50年代问世以来，已发展成为一个大家族，主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、反向晶闸管、关断晶闸管、快速晶闸管等。今天我们用的是单向晶闸管，俗称普通晶闸管。它们由四层半导体材料组成，具有三个PN结和三个电极(图2 (a)):来自第一层P型半导体的电极称为阳极A，来自第三层P型半导体的电极称为控制电极G，来自第四层N型半导体的电极称为阴极k .从晶闸管的电路符号(图2 (b))， 我们可以看到它是一个像二极管一样的单向导电器件，关键是它有一个控制电极G，这使得它具有与二极管完全不同的工作特性。

图2

二、晶闸管的主要工作特性

为了直观地了解晶闸管的工作特性，我们应该先看一下这个示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联，通过开关S与DC电源相连..注意阳极A是连接电源的正极，阴极K连接电源的负极，控制电极G通过按钮开关SB连接3V DC电源的正极(这里用的是KP5晶闸管，如果用KP1晶闸管，应该是连接1.5V DC电源的正极)。晶闸管与电源之间的这种连接称为正向连接，也就是说，晶闸管的阳极和控制电极上加直流电压。现在我们打开电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管不亮；再次按下按钮开关SB，向控制电极输入触发电压，小灯泡亮起，表示晶闸管导通。这个演示实验给了我们什么启发？

图3

这个实验告诉我们，为了导通晶闸管，首先在其阳极A和阴极K之间施加一个直流电压，其次在其控制电极G和阴极K之间输入一个正向触点电压，晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然保持导通。

晶闸管的特点:它是“爆炸性”的。然而，如果反向电压施加到阳极或控制电极，晶闸管不能导通。控制电极的功能是通过施加正触发脉冲来接通晶闸管，而不是将其关断。那么，可以用什么方法关断导通的晶闸管呢？关闭导通的晶闸管可以关闭阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于最小值(称为保持电流)以保持导通。如果在晶闸管的阳极和阴极之间施加交流电压或脉动DC电压，当电压过零时，晶闸管将自动关断。

3.用万用表能区分晶闸管的三个电极吗？晶闸管质量如何检测？

普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆档R100测量。我们都知道，晶闸管G和K之间有一个PN结(图2 (a))，相当于一个二极管，G为正极，K为负极。因此，根据测试二极管的方法，找出三个极中的两个，并测量它们的正负电阻。电阻小的时候，万用表的黑色手写笔接控制极G，红色手写笔接阴极K，剩下的一个是阳极a，要测试晶闸管的质量，可以用刚才演示的示教板电路(图3)。打开电源开关S，按下按钮开关SB，灯泡好，不亮就坏。

4.晶闸管在电路中的主要用途是什么？

普通晶闸管最基本的用途是可控整流。常见的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果用晶闸管代替二极管，就可以形成可控整流电路。现在我来画最简单的单相半波可控整流电路[图4 (a)]。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果触发脉冲Ug没有输入到VS的栅极，VS仍然不能导通。只有当U2处于正半周并且触发脉冲Ug施加到栅极时，晶闸管才被触发导通。现在，绘制其波形图(图4(c)和(d))，我们可以看到，只有当触发脉冲Ug到达时，电压UL才会输出到负载RL上(波形图中阴影部分)。Ug来得早，晶闸管开得早；当Ug来晚了，晶闸管会晚一点导通。通过改变触发脉冲Ug到达栅极的时间，可以调整负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的区域)。在电气技术中，交流电的半周经常被设定为180°，这被称为电角度。这样，在U2的每一个正半周，从零值到触发脉冲到达时刻所经历的电角度称为控制角度；晶闸管在每个正半周导通的电角度称为导通角。显然，和都用于指示直流电压半周期间晶闸管的导通或阻塞范围。通过改变控制角或导通角，改变负载上脉冲DC电压的平均值UL，实现可控整流。

5.在桥式整流电路中，用晶闸管代替所有二极管是可控整流电路吗？

在桥式整流电路中，只需要用晶闸管代替两个二极管，就构成了全波可控整流电路。现在画出电路图和波形图(图5)，就可以理解了。

6.晶闸管控制极所需的触发脉冲是如何产生的？

晶闸管触发电路有多种形式，如阻容移相桥式触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路等等。今天每个人制造的电压调节器都使用单结晶体管触发电路。

7.什么是单结晶体管？它有什么特殊性质？

单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件(图6)。我们先画出它的结构示意图〔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；硅片的另一侧靠近B2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出的电极叫发射极E。为了分析方便，可以把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的变化而改变，具有可变电阻的特性。如果在两个基极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