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单向晶闸管的工作原理分析

a. 单向晶闸管
单向晶闸管的内部结构如f见1(a)。从figure 1(a)可以看出,单向晶闸管由四层半导体P1N1P2N2.中间有三个PN结:结J1, J2和 J3. 阳极 A 取自 P1,阴极 K 从 N 中抽取2,控制电极(或栅极)G从中间P绘制2.单向晶闸管的电路符号如figure 1(b)所示。

图1.U型定向T型水闸管的示意图及Circuit Symbol
为了理解单向晶闸管的工作原理,单向晶闸管可以等效地视为PNP晶体管T的组合1和一个 NPN 晶体管 T2.中间层P2和 N 层1由两个晶体管共享。阳极A相当于T的发射器1,阴极K相当于T的发射器2,如图2所示。

图2.单向晶闸管工作原理
了解单向晶闸管如何工作的关键是了解控制电极的作用。
(1) 控制电极无电压或反向电压
当控制电极悬空或在控制电极和阴极之间施加反向电压时,即UGK<0,一定有我G=0。如果在阳极和阴极之间施加反向电压,即UAK<0.由于 J 和 J2,T的传输结 1/ 72,都是反向偏置和 T1和 T2处于关断状态,此时流过单向晶闸管的电流只是J的反向饱和电流1和 J3我一个≈0,且单向晶闸管处于阻塞状态;如果在阳极和阴极之间施加正向电压,即UAK>0, J2处于反向偏置状态,因为我G=0, T2必须处于关闭状态。而单向晶闸管中的电流仅与J相反2.此时,单向晶闸管中的电流正好是J的反向饱和电流2我一个≈0,单向晶闸管仍处于阻塞状态。因此,当没有向控制极施加电压或施加反向电压时,IG=0,单向晶闸管处于阻塞状态,具有正负阻塞能力。
(2) 对控制电极施加正向电压
当在控制电极和阴极之间施加正向电压时,即UGK> 0、发射极结J3的 T2处于正向偏见,而我G≠0.如果在阳极和阴极之间施加反向电压,即UAK<0,因为发射结J1的 T1反向偏置且 T1处于关断状态,单向晶闸管处于阻塞状态,I一个≈0;如果在阳极和阴极之间施加正向电压,即UAK>0,因为发射结J1, J3的 T1/ <>2正向偏置,集电极结J2反向偏置,T1/ <>2将处于放大状态。在我之后G被 T 放大2、集电极电流 T2是我C2= β2我G.T 的集电极电流2是T的基极电流1,被T放大后1、集电极电流 T1是我C1= β1β2我G.该电流流入T的基极2进行放大,在这个循环中,形成强烈的正反馈,这使得 T1/ <>2快速进入饱和状态,单向晶闸管处于导通状态。单向晶闸管导通后,UAK阳极和阴极之间的电压值很小,外部电源电压几乎完全下降到负载上。
(3) 单向晶闸管的关断
从上面的分析可以看出,单向晶闸管导通后,T 的基极2始终具有集电极电流IC1的 T1流动,以及 I 的值C1比 I 大得多G在开始时应用。所以即使控制电极电压消失并且IG=0,它仍然可以依靠管本身的正反馈来维持传导。因此,一旦单向晶闸管导通,控制电极将失去控制功能。单向晶闸管导通后,如果要再次关闭,阳极电流I一个必须减少,使其无法保持正反馈。为此,可以断开阳极或在阳极和阴极之间施加反向电压。
综上所述,在阳极和单向晶闸管的阴极之间施加正向电压的条件下,如果在一定时间在控制电极和阴极之间增加正向电压,单向晶闸管将从阻塞状态变为导通状态。这被触发为传导。单向晶闸管导通后,控制电极将失去控制功能。如果要再次关闭单向晶闸管,必须使其阳极电流小于某个值IH(称为保持电流)或降低电压UAK阳极和阴极至零之间。

b. 可控硅
可控硅是具有N的五层结构的三端元件1P1N2P2N3.它有三个电极:一个主电极A1、主电极 A2,以及控制电极(或栅极)G。它也是一个门控开关。无论其结构或特性如何,都可以将其视为一对反并联普通晶闸管。其结构、等效电路和符号如图3所示。

图3.可控硅的符号、结构和等效电路
主电极A2和 A1的可控硅与控制对象(负载)RL串联,相当于非接触式开关。此开关的“开”或“关”由信号 u 控制G(称为触发信号)在控制电极G上。当主电极A之间有电压(u≠0)时2和 A1、触发信号uG出现,它会在A之间导电2和 A1的可控硅,相当于开关的闭合状态。一旦它被打开,即使你G消失后,可以一直导通,直到U=0或主电极串联电路中的电流和负载降低到一定值,然后关闭。截止后,相当于开关的关断状态。这样,控制电极上的小电流信号可用于控制主电极电路中的大电流。

图4.可控硅伏安特性曲线
一般来说,无论两个主电极之间的电压极性如何2和 A1的可控硅,只要在控制电极上施加一定幅度的正负脉冲,就可以导通。所以 i 表示主电极中的电流,u 表示 A 之间的电压2和 A1.两者之间的功能关系(称为伏安特性曲线)如图4所示。从曲线可以看出,TRIAC在第一象限和第三象限具有基本相同的对称性能。
根据主电极上的电压u和极性触发脉冲电压uG在控制电极上,结合伏安特性曲线,可控硅可分为四种触发模式,定义如下:
(1) I+触发器:在特性曲线的第一象限(A2为正),控制电极是相对于A的正触发1.
(2)I触发器:在特性曲线的第一象限(A2为正),控制电极是相对于A的负触发1.
(3) III.+触发器:在特征曲线的第三象限(A2为负),控制电极是相对于A的正触发1.
(4)III.-触发:在特征曲线的第三象限(A2为负),控制电极是相对于A的负触发1.
在这四种触发模式中,I+和III-具有较高的灵敏度,是两种常用的触发模式。
在新型电加热电器的控制电路中,施加在TRIAC控制电极上的触发信号由单片机或集成电路输出。有些输出连续的正(或负)电压信号,有些输出一系列与50Hz正弦交流电源同步的过零触发脉冲。前者称为电位触发器,后者称为脉冲触发器。它们的波形分别如图5和图6所示。

图5.

图6.

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