西码晶闸管P200CH12 英国Westcode

　　晶闸管（Thyristor）是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。单向晶闸管是其中的一种，通常也叫可控硅或整流元件，它既有单向导电的整流作用,又有可以控制的开关作用.利用它可用较小的功率控制较大的功率。以下内容，我们主要看看晶闸管有什么特性及作用。

　　 单向晶闸管的特性及作用

　　单向晶闸管属于PNPN四层半导体器件，共有三个电极，即控制极（门极）G、阳极A和阴极K，只能单向导通。单向晶闸管种类很多，常用的有3CT系列和KP系列，广泛地用于可控整流、交流调压、逆变器和开关电源电路中。常见单向晶闸管的外形见图1(a)，其内部结构及电路符号见图 (b)。

　　单向晶闸管的导通条件是：除在阳、阴极间加上一定大小的正向电压外，还要在控制极和阴极间加正向触发电压。一旦管子触发导通，控制极即失去控制作用，即使控制极电压变为零，单向晶闸管仍然保持导通。要使单向晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压，或者降低阳极正向电压，使通过单向晶闸管的电流降低到维持电流（单向晶闸管导通的小电流）以下。

　　单向晶闸管按功率大小，可分为小功率、屮功率和大功率三种。一般从外观上即可进行识别：小功率管多采用塑封或金属壳封装；中功率管控制极引脚比阴极引脚细，阳极带有螺栓；大功率管控制极上带有金厉编织套，像一条辫子。一般额定电流小于200A的多为螺栓形晶闸管，大于200A的多为平板形晶闸管。

　　由于螺栓形和平板形单向晶闸管的三个电极外部形状有很大的区别，因此可以根据它们的外形进行区分。螺栓形晶闸管，螺栓是A极，粗辫子线是K极，细辫子线是G极。平板形晶闸管，两个乎面分别是A极和K极，细辫子线是G极。对于金属封装型和塑封型单向晶闸管，由于三个电极在外形上是一样的， 因此判别极性必须采用万用表来检测。

　　单向晶闸管电极的检测方法

　　由单向晶闸管的结构可知，G极和K极间是一个PN结，类似一只二极管，具有单向导电特性，其正、反向阻值相差很大。而G极和A极间有两个反向串联的PN结，因此正、反向阻值均很大，据此可利用万用表判别出电极。

　　将万用表置Rx1kΩ或Rx100Ω挡，检测晶闸管任意两个电极间正、反向阻值，见图1(c)。如果测得其中两个电极间的阻值较小，约为几百欧，而交换表笔测得的阻值很大，约为几千欧，阻值较小的那次测量中，黑表笔接的是G极，红表笔接的是K极，余下的为A极。

　　检测注意事项

　　在测试中，如果测得的正、反向电阻值均很大，应及时调换电极再进行测试，直到找出正、反向电阻值一大一小的两个电极为止。

　　晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管

　　当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。

　　设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,

　　晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：

　　Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

　　若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig

　　从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式

　　硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。

　　当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。

　　式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。

　　在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管恢复阻断状态。

　　可关断晶闸管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。

　　前已述及，普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。

　　可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，因此图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块形式。

　　尽管GTO与SCR的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态，而GTO在导通后只能达到临界饱和，所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。GTO的一个重要参数就是关断增益，βoff，它等于阳极可关断电流IATM与门极负向电流IGM之比，有公式βoff=IATM/IGM

　　βoff一般为几倍至几十倍。βoff值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然，βoff与昌盛的hFE参数颇有相似之处。