晶闸管的结构、工作原理及主要参数

晶闸管(晶体闸流管VT)又叫可控硅。

晶闸管具有功率大，效率高，体积小，质量轻和寿命长的优点，广泛用于电机调速，电解，电镀，电焊机，发电机励磁等领域。

晶闸管的缺点：过载能力差，抗干扰能力差，控制线路较复杂，易使电网电压波形畸变导致对其他电子设备干扰。

按电能转换和调节方式来划分晶闸管，常用作可控整流器，交流调压器，变频器和无触点开关。

晶闸管种类很多，本章介绍单向晶闸管和双向晶闸管。

晶闸管结构和工作原理

晶闸管由三个PN结的四层半导体组成，四层半导体的晶闸管可看作由PNP和NPN两个晶体管连接而成，每个晶体管的基极与另外一个晶体管的集电极相连，阳极A相当于PNP管的发射极，阴极相当于NPN管的发射极，门极相当于NPN管的基极。

阳极加负电压，两边的两个PN结反偏，称为反向阻断状态。

阳极加正电压，门极悬空或接零，中间的PN结反偏，称正向阻断状态。

阳极加正电压，门极给一短暂时间的正电压，两个三极管的放大倍数之积大于1时，晶闸管形成强烈的正反馈，正反馈使两个三极管的集电极电流越来越大，当三极管处于饱和时，放大倍数下降为1，电流就不会再增大下去，撤去门极电压(由V1管集电极通过正反馈提供给V2管基极(门极)电流)晶闸管仍然可以维持导通，此时晶闸管处于完全饱和导通状态，其正向压降很小，约0.6~1.2v。

晶闸管导通条件

阳极加正电压，门极加正电压，两者缺一不可。门极对晶闸管的导通只起触发作用，导通之后失去控制作用。晶闸管不是一个放大元件，而是一个由小功率操纵控制的大功率开关元件。

注意：导通时的阳极电流最小值称为维持电流IH，必须使阳极电流大于维持电流才可以使晶闸管有自保持导通的功能。

晶闸管截止关断的条件

减小阳极电流，使两个三极管放大倍数值小于1，常用阳极加零压或反压的方法。

晶闸管伏安特性

门极不加电压，阳极加正电压，当达到电压值为UFM时，晶闸管导通出现永久性破坏，此时UFM称为正向不重复电压(正向转折电压)。

晶闸管加入门极电流后，转折电压减小，且门极电流越大，转折电压减小越多，使用这种方式使晶闸管导通是可以恢复的。阳极工作电压越低，需要的触发电流越大。

晶闸管加负电压超过某一数值URM时，管子反向击穿，造成永久性破坏，称为反向不重复电压。

晶闸管主要参数

正向阻断峰值电压UFRM

正向阻断峰值电压UFRM:门极开路，晶闸管结温100℃，晶闸管未导通前，允许重复加在晶闸管A、K极间的正向峰值电压而又不能使晶闸管导通的电压。

如果电压超过正向阻断峰值电压，晶闸管不用触发就可能导通，为避免瞬间过电压误导通，应选用晶闸管正向阻断峰值电压为工作峰值电压的1.5~2倍。

正向阻断峰值电压一般使正向不重复电压的80%。

反向阻断峰值电压URRM

类似正向，不多重复了。

额定正向平均电流IF

室温低于40℃，标准散热条件下，晶闸管允许连续通过50赫兹正弦半波电流在一个周期的平均值

峰值为314A的工频半波电流，其平均值为100A，选用一个额定导通状态下平均电流为100A的晶闸管，允许通过有效值为157A的工频半波电流。

实际工作中，晶闸管不是处于流过整个正版波电流的标准通态，而是工作于导通角小于180°的非标准通态(时间较短则平均电流较)，因此应该先算出非标准通态的电流有效值，再除以1.57计算出平均值，并且留有1.5~2倍的裕量。

门极触发电压Ug和触发电流Ig

室温20℃，晶闸管阳极加+6V电压，门极能可靠的触发导通的最小电压值和电流值

维持电流IH

室温20℃，门极开路时，维持晶闸管导通所必须的最小阳极电流值，阳极电流小于维持电流，晶闸管自动关断。

变压器线圈同名端的鉴别电路

二次侧3端如果是同名端，则由3端流出电流触发晶闸管使之导通并自保持，发光二极管点亮，如果不是则无触发电流，发光二极管不亮。

应急灯电路

交流电正半波通过VD1、R3向电池充电(正半波直流电)，电阻R3为充电限流电阻(R3=(根号2*12.6-12)/I，其中I为电池充电电流允许值)，晶闸管A、K反偏截止，灯不亮。

电容由VD2、R2充电到12V，上正下负使晶闸管控制极反偏。

负半波时，电容和变压器、电池和R1串联放电，但是由于R1值较大，整个负半波内C放不完电，所以晶闸管控制极始终保持反偏。

停电时，电容通过VD1、R3、R1放电，然后蓄电池通过R1、变压器二次侧对电容反充电(上负下正)，正压触发晶闸管控制极，应急灯由蓄电池通过晶闸管、变压器二次侧供电。

来电时，交流电正半波时，晶闸管反偏关断.