可控硅百科知識問答大全

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一、晶閘管的主要工作特性

為了能夠直觀地認識晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板(圖3)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯(lián)起來，通過開關S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極，陰極K接電源的負極，控制極G通過按鈕開關SB接在3V直流電源的正極(這里使用的是KP5型晶閘管，若采用KP1型，應接在1.5V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓?，F(xiàn)在我們合上電源開關S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導通；再按一下按鈕開關SB，給控制極輸入一個觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導通了。這個演示實驗給了我們什么啟發(fā)呢?

圖3

這個實驗告訴我們，要使晶閘管導通，一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個正向觸發(fā)電壓。晶閘管導通后，松開按鈕開關，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導通狀態(tài)。

晶閘管的特點： 是“一觸即發(fā)”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通。控制極的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導通，卻不能使它關斷。那么，用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷，可以斷開陽極電源(圖3中的開關S)或使陽極電流小于維持導通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關斷。

???? 二、在橋式整流電路中，把二極管都換成晶閘管是不是就成了可控整流電路了呢?

在橋式整流電路中，只需要把兩個二極管換成晶閘管就能構成全波可控整流電路了?，F(xiàn)在畫出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了。

晶閘管又叫可控硅。自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有三個電極〔圖2(a)〕：第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號〔圖2(b)〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。

圖2

八、怎樣利用單結晶體管組成晶閘管觸發(fā)電路呢?

單結晶體管組成的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路在今天大家制作的調(diào)壓器中已經(jīng)具體應用了。為了說明它的工作原理，我們單獨畫出單結晶體管張弛振蕩器的電路(圖8)。它是由單結晶體管和RC充放電電路組成的。合上電源開關S后，電源UBB經(jīng)電位器RP向電容器C充電，電容器上的電壓UC按指數(shù)規(guī)律上升。當UC上升到單結晶體管的峰點電壓UP時，單結晶體管突然導通，基區(qū)電阻RB1急劇減小，電容器C通過PN結向電阻R1迅速放電，使R1兩端電壓Ug發(fā)生一個正跳變，形成陡峭的脈沖前沿〔圖8(b)〕。隨著電容器C的放電，UE按指數(shù)規(guī)律下降，直到低于谷點電壓UV時單結晶體管截止。這樣，在R1兩端輸出的是尖頂觸發(fā)脈沖。此時，電源UBB又開始給電容器C充電，進入第二個充放電過程。這樣周而復始，電路中進行著周期性的振蕩。調(diào)節(jié)RP可以改變振蕩周期。

九、在可控整流電路的波形圖中，發(fā)現(xiàn)晶閘管承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，也就是控制角α和導通角θ都相等，那么，單結晶體管張弛振蕩器怎樣才能與交流電源準確地配合以實現(xiàn)有效的控制呢?

為了實現(xiàn)整流電路輸出電壓“可控”，必須使晶閘管承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，觸發(fā)電路發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這種相互配合的工作方式，稱為觸發(fā)脈沖與電源同步。

怎樣才能做到同步呢?大家再看調(diào)壓器的電路圖(圖1)。請注意，在這里單結晶體管張弛振蕩器的電源是取自橋式整流電路輸出的全波脈沖直流電壓。在晶閘管沒有導通時，張弛振蕩器的電容器C被電源充電，UC按指數(shù)規(guī)律上升到峰點電壓UP時，單結晶體管VT導通，在VS導通期間，負載RL上有交流電壓和電流，與此同時，導通的VS兩端電壓降很小，迫使張弛振蕩器停止工作。當交流電壓過零瞬間，晶閘管VS被迫關斷，張弛振蕩器得電，又開始給電容器C充電，重復以上過程。這樣，每次交流電壓過零后，張弛振蕩器發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這個時刻取決于RP的阻值和C的電容量。調(diào)節(jié)RP的阻值，就可以改變電容器C的充電時間，也就改變了第一個Ug發(fā)出的時刻，相應地改變了晶閘管的控制角，使負載RL上輸出電壓的平均值發(fā)生變化，達到調(diào)壓的目的。

雙向晶閘管的T1和T2不能互換。否則會損壞管子和相關的控制電路。

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固態(tài)繼電器簡介
　一、概述

固態(tài)繼電器(SSR)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點開關元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關特性，來達到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。

二、固態(tài)繼電器的組成

固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙
向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。

三、固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點

1、固態(tài)繼電器的優(yōu)點

（1）高壽命，高可靠:SSR沒有機械零部件，有固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高。

（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動器。

（3）快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因為采用固體其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。

（4）電磁干擾笑:固態(tài)繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態(tài)效應。

2、固態(tài)繼電器的缺點

（1）導通后的管壓降大，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓漿液災1~2V之間，一般功率場效應管的導通電祖也較機械觸點的接觸電阻大。

（2）半導體器件關斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。

（3）由于管壓降大，導通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。

（4）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。

（5）固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過在保護。固態(tài)繼電器的負載與環(huán)境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。

向強電沖擊的先鋒----可控硅
■可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件。實際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電，等等。可控硅和其它半導體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。

一、 可控硅的結構和特性

■可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種（見圖表-25）。螺旋式的應用較多。

■可控硅有三個電極----陽極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P 型導體和N 型導體交迭組成的四層結構，共有三個PN 結。其結構示意圖和符號見圖表-26。

■從圖表-26中可以看到，可控硅和只有一個PN 結的硅整流二極度管在結構上迥然不同。可控硅的四層結構和控制極的引用，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎。在應用可控硅時，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。

■可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢？下面我們用圖表-27來簡單分析可控硅的工作原理。

■首先，我們可以把從陰極向上數(shù)的第一、二、三層看面是一只NPN 型號晶體管，而二、三四層組成另一只PNP 型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。這樣就可畫出圖表-27（C）的等效電路圖來分析。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓Ea ，又在控制極G和陰極C之間（相當BG1 的基一射間）輸入一個正的觸發(fā)信號，BG1 將產(chǎn)生基極電流Ib1 ，經(jīng)放大，BG1 將有一個放大了β1 倍的集電極電流IC1 。因為BG1 集電極與BG2 基極相連，IC1 又是BG2 的基極電流Ib2 。BG2 又把比Ib2 （Ib1 ）放大了β2 的集電極電流IC2 送回BG1 的基極放大。如此循環(huán)放大，直到BG1 、BG2 完全導通。實際這一過程是“一觸即發(fā)”的過程，對可控硅來說，觸發(fā)信號加入控制極，可控硅立即導通。導通的時間主要決定于可控硅的性能。

■可控硅一經(jīng)觸發(fā)導通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG1 基極的電流已不只是初始的Ib1 ，而是經(jīng)過BG1 、BG2 放大后的電流（β1 *β2 *Ib1 ）這一電流遠大于Ib1 ，足以保持BG1 的持續(xù)導通。此時觸發(fā)信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態(tài)只有斷開電源Ea 或降低Ea ，使BG1 、BG2 中的集電極電流小于維持導通的最小值時，可控硅方可關斷。當然，如果Ea 極性反接，BG1 、BG2 由于受到反向電壓作用將處于截止狀態(tài)。這時，即使輸入觸發(fā)信號，可控硅也不能工作。反過來，Ea 接成正向，而觸動發(fā)信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發(fā)信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬于非正常工作情況了。

■可控硅這種通過觸發(fā)信號（小的觸發(fā)電流）來控制導通（可控硅中通過大電流）的可控特性，正是它區(qū)別于普通硅整流二極管的重要特征。

二、可控硅的主要參數(shù)

可控硅的主要參數(shù)有：

1、 額定通態(tài)平均電流IT在一定條件下，陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。

2、 正向阻斷峰值電壓VPF 在控制極開路未加觸發(fā)信號，陽極正向電壓還未超過導能電壓時，可以重復加在可控硅兩端的正向峰值電壓。可控硅承受的正向電壓峰值，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

3、 反向陰斷峰值電壓VPR當可控硅加反向電壓，處于反向關斷狀態(tài)時，可以重復加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

4、 控制極觸發(fā)電流Ig1 、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加有一定電壓時，可控硅從關斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。

5、 維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導通所必需的最小陽極正向電流。

■近年來，許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應用的快速可控硅，可以用正或負的觸發(fā)信號控制兩個方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號使其導通，用負觸發(fā)信號使其關斷的可控硅等等。

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