可控硅基礎知識
可控硅基礎知識
可控硅又叫晶閘管,由四層構成,共有三個PN結,如下圖①,在分析時,可以看成②,而②是一個PNP三極管和一個NPN三極管,也即是圖③。
從圖③可以看出,當AK兩端加上正向電壓時,G極加上觸發信號,NPN三極管導通,其集電極有較大電流I1,NPN三極管的集電極電壓降低,也即是PNP三極管的基極電壓降低,于是PNP三極管也導通,于是有I2從PNP三極管的集電極流過,這個電流流向NPN三極管的基極。即是這是沒有了G極觸發信號,仍然有電流從AK兩端流過。
可控硅的導通和關斷條件:
狀態 |
條件 |
說明 |
從關斷到導通 |
1.A、K兩端上下向電壓,也即陽極電壓高于陰極電壓 2.G極必須有足夠的觸發電壓和電流 |
二個條件同時滿足 |
維持導通 |
1、陽極電壓高于陰極電壓 2、陽極電流大于維持電流 |
二個條件同時滿足 |
從導通到關斷 |
1、陽極電壓低于陰極電壓 2、陽極電流小于維持電流 |
任一條件即可 |
其伏安特性曲線如下:
從圖中可以看出,當控制極未加電壓時,也就是IG1=0時,雖然可控硅的陽級和陰極之間加有正向電壓,但由于N1和P2反向偏置,因此只有很小的漏電流流過。這上電流稱為正向漏電流。此時可控硅處于正向阻斷狀態,特性曲線靠近橫軸。
隨著正向電壓的不斷增加,當達到某一定值時(UBO)時,漏電流突然增大,可控硅由阻斷狀態突然導通。可控硅導通后,可以流過很大的電流,而它本身的管壓降只有1V左右,此時的特性曲線靠近縱軸,如AB段。可控硅由阻斷狀態轉為導通狀態所對應的電壓稱為正向轉折電壓UBO。可控硅導通以后,如果減小陽極電壓,陽極電流也隨之減小。當陽極電流小于維持電流IH時,可控硅又從導通狀態轉為阻斷狀態。
需要說的是,控制極開路,陽極電壓高于正向轉折電壓UBO時,可控硅會導通,但這樣很容易造成可控硅的不可恢復性擊穿,使元件損壞,正常工作時應注避免。
當在控制極加上電壓UG時,控制極產生控制電流IG,可控硅會在較低的正向陽極電壓下導通。也就是說,控制極電流會使正向轉折電壓降低。控制極電流越大。正向轉折電壓越小,特性曲線越往左移。
當可控硅加反向電壓時,由于N2P2結,N1P1結反向偏置,只有很小的反向電流。當反向電流增大到某一值時,反向偏置的電流急劇增大,使可控硅反向導通,這時對應的電壓稱為反向轉折電壓UBR。若反向電壓過大,就會造成反向擊穿,導致可控硅的永久性損壞。
可控硅的主要參數:
1.正向重復峰值電壓UDRM
在控制極開路和正向阻斷和條件下,允許重復加在可控兩端的正向峰值電壓,稱為正向重復峰電壓。按規定此電壓為正向轉折電壓的80%。
2.反向重復峰值電壓URRM。
在控制極開路時,允許加在可控硅兩端的反向峰值電壓,稱為反向重復峰值電壓,按規定此電壓為反向轉折電壓的80%。
UDRM和URRM在數值上一般很相近,統稱為可控硅的峰值電壓。通常把其中那個較小電壓作為該器件的額定電壓,用UN表示。
3.通態平均電流IT
在環境溫度不大于40℃和標準散熱以及全導通的條件下,可控硅正常工作時,A、K極間所允許通過電流的平均值。
4.維持電流IH
在室溫下,控制極開路,維持可控硅導通所必須的最小電流,稱為維持電流。一般IH為幾十至一百多毫安。
5.控制極觸發電壓UG和控制極觸發電流IG
在室溫下,陽極加正向電壓為直流6V時,使可控硅由阻斷變為導通所需要的最小控制極電壓和電流,稱為控制極觸發電壓和控制極觸發電流。
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