双向可控硅工作原理及电路图

双向可控硅的工作原理

1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构器件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所构成

当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均进入放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电压ic2=β2ib2。因为BG2的三极管直接与BG1的栅极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的占空比电压ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电压又流回到BG2的栅极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电压下降，可控硅使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以如若可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然无法保持导通状态，由于触发信号只起触发作用双向可控硅开关电路图，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。

由于可控硅只有导通和关断两种工作状况，所以它具备开关特性，这种特点应该一定的条件能够转换

2,触发导通

在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子处于P2区，形成触发电压IGT。在可控硅的外部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

一、可控硅的概念和结构？

晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来将要发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向二极管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断继电器、快速熔断器，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料构成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出的负极叫阳极A，第三层P型半导体引出的正极叫控制极G，第四层N型半导体引出的负极叫阴极K。从三极管的电路符号〔图2(b)〕可以看见，它和二极管一样是一种单方向导电的元件，关键是多了一个控制极G双向可控硅开关电路图，这就使它具备与二极管完全不同的工作特点。

图2

二、晶闸管的主要工作特点

为了无法直观地了解晶闸管的工作特点，大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来，通过插头S接在直流电池上。注意阳极A是接电源的电极，阴极K接电池的正极，控制极G通过按键插头SB接在3V直流电池的负极(这里使用的是KP5型晶闸管，若选用KP1型，应接在1.5V直流电池的负极)。晶闸管与电源的这种联结方式叫做反向联接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电阻。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明二极管没有导通；再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电流，小灯泡亮了，说明二极管导通了。这个演示试验给了我们什么启发呢?

图3

这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电流。晶闸管导通后，松开按键插头，去掉触发电流，仍然维持导通状态。

晶闸管的特征： 是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的功用是借助外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么办法能够使导通的晶闸管关断呢?使导通的二极管关断，可以断开阳极电源(图3中的插头S)或使阳极电压大于维持导通的最小值(称为维持电压)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电流或脉动直流电压，那么，在功率过零时，晶闸管会自行关断。

三、用万用表可以区分晶闸管的三个电极吗?怎样检测二极管的好坏呢?

普通二极管的三个电极可以用万用表欧姆挡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为基极、K为正极，所以，按照检测二极管的方法，找出三个极中的两个极，测它的正、反向电压，电阻小时，万用表黑表笔接的是控制极G，红表笔接的是阴极K，剩下的一个就是阳极A了。测试晶闸管的好坏，可以用今天演示用的示教板电路(图3)。接通电池插头S，按一下按钮开关SB，灯泡发光就是好的，不发光就是坏的

四、晶闸管在电路中的主要功能是什么?

普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的晶闸管整流电路属于不可控整流电路。如果把继电器换成晶闸管，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的工频半波可控整流电路〔图4(a)〕。在正弦交流电阻U2的正半周期间，如果VS的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，在控制极的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。

五、在桥式整流电路中，把继电器都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继电器就能构成全波可控整流电路了。现在画出电路图和波形图(图5)，就能看知道了。

六、晶闸管控制极所需的触发脉冲是怎么形成的呢?

晶闸管触发电路的形式很多，常用的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、利用小继电器触发大晶闸管的触发电路，等等。今天大家制作的调压器，采用的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结和三个电极构成的砷化镓器件(图6)。我们先画出它的结构〔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；硅片的另两侧靠近B2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出的负极叫发射极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的电压会随发射极电流IE的差异而改变，具有可变电容的特点。如果在两个基极B2、B1之间加上一个直流电压UBB，则A点的电流UA为：若发射极电压UE

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