一、可控硅的概念和結(jié)構(gòu)？

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(dǎo)晶閘管、可關(guān)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(dǎo)體材料組成的，有三個PN結(jié)，對外有三個電極〔圖2(a)〕：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)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P(guān)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。

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圖2

二、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(guān)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(guān)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(yīng)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。現(xiàn)在我們合上電源開關(guān)S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導(dǎo)通；再按一下按鈕開關(guān)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(dǎo)通了。這個演示實驗給了我們什么啟發(fā)呢?

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圖3

這個實驗告訴我們，要使晶閘管導(dǎo)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(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)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(dǎo)通。控制極的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源(圖3中的開關(guān)S)或使陽極電流小于維持導(dǎo)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(guān)斷。

三、用萬用表可以區(qū)分晶閘管的三個電極嗎?怎樣測試晶閘管的好壞呢?

普通晶閘管的三個電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測。大家知道，晶閘管G、K之間是一個PN結(jié)〔圖2(a)〕，相當于一個二極管，G為正極、K為負極，所以，按照測試二極管的方法，找出三個極中的兩個極，測它的正、反向電阻，電阻小時，萬用表黑表筆接的是控制極G，紅表筆接的是陰極K，剩下的一個就是陽極A了。測試晶閘管的好壞，可以用剛才演示用的示教板電路(圖3)。接通電源開關(guān)S，按一下按鈕開關(guān)SB，燈泡發(fā)光就是好的，不發(fā)光就是壞的

四、晶閘管在電路中的主要用途是什么?

普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構(gòu)成可控整流電路。現(xiàn)在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。現(xiàn)在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導(dǎo)通的時間就早；Ug到來得晚，晶閘管導(dǎo)通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅龋淖冐撦d上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。

五、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(gòu)成全波可控整流電路了。現(xiàn)在畫出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了。

六、晶閘管控制極所需的觸發(fā)脈沖是怎么產(chǎn)生的呢?

晶閘管觸發(fā)電路的形式很多，常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路，等等。今天大家制作的調(diào)壓器，采用的是單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。

七、什么是單結(jié)晶體管?它有什么特殊性能呢?

單結(jié)晶體管又叫雙基極二極管，是由一個PN結(jié)和三個電極構(gòu)成的半導(dǎo)體器件(圖6)。我們先畫出它的結(jié)構(gòu)示意圖〔圖7(a)〕。在一塊N型硅片兩端，制作兩個電極，分別叫做第一基極B1和第二基極B2；硅片的另一側(cè)靠近B2處制作了一個PN結(jié)，相當于一只二極管，在P區(qū)引出的電極叫發(fā)射極E。為了分析方便，可以把B1、B2之間的N型區(qū)域等效為一個純電阻RBB，稱為基區(qū)電阻，并可看作是兩個電阻RB2、RB1的串聯(lián)〔圖7(b)〕。值得注意的是RB1的阻值會隨發(fā)射極電流IE的變化而改變，具有可變電阻的特性。如果在兩個基極B2、B1之間加上一個直流電壓UBB，則A點的電壓UA為：若發(fā)射極電壓UE