可控硅工作原理、极性判别

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发布时间 2009-04-30

可控硅也称晶体闸流管(晶闸管),普通单向可控硅是一种PNPN四层半导体器件,内含三个PN结,有三个引出电极,分别是阳极A,阴极K和控制极G。而双向可控硅则为NPNPN 五层半导体器件,三个电极分别是门极G、第一阳极T1、第二阳极T2。下面介绍其工作理和电极的判定。

1、工作原理
可控硅是P1N1P2N2 四层三端结构元件,共有三个PN 结,分析原理时,可以 把它看作由一个PNP 管和一个NPN 管所组成,其等效图解如图1所示
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当阳极A 加上正向电压时,BG1 和BG2 管均处于放大状态。此时,如果从控制极G 输入一个正向触发信号,BG2 便有基流ib2 流过,经BG2 放大,其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2 的集电极直接与BG1 的基极相连,所以ib1=ic2。此时,电流ic2 再经BG1 放大,于是BG1 的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2 的基极,表成正反馈,使ib2 不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。

由于BG1 和BG2 所构成的正反馈作用,所以一旦可控硅导通后,即使控制极G的电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态,由于触发信号只起触发作用,没有关断功能,所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关特性,这种特性需要一定的条件才能转化,此条件见表1
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2、可控硅的基本伏安特性
可控硅的基本伏安特性见图2
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          图2 可控硅基本伏安特性

(1)反向特性
当控制极开路,阳极加上反向电压时(见图3),J2 结正偏,但J1 J2 结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到J1 结的雪崩击穿电压后,接差J3 结也击穿,电流迅速增加,图3 的特性开始弯曲,如特性OR段所示,弯曲处的电压URO 叫“反向转折电压”。此时,可控硅会发生永久性反向击穿。
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       图3 阳极加反向电压

(2)正向特性
当控制极开路,阳极上加上正向电压时(见图4),J1 J3 结正偏,但J2 结反偏,这与普通PN 结的反向特性相似,也只能流过很小电流,这叫正向阻断状态,当电压增加,图3 的特性发生了弯曲,如特性OA 段所示,弯曲处的是UBO叫:正向转折电压
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     图4 阳极加正向电压

由于电压升高到J2 结的雪崩击穿电压后,J2 结发生雪崩倍增效应,在结区生大量的电子和空穴,电子时入N1 区,空穴时入P2 区。进入N1 区的电子与由P1 区通过J1 结注入N1 区的空穴复合,同样,进入P2 区的空穴与由N2 区通过J3 结注入P2 区的电子复合,雪崩击穿,进入N1 区的电子与进入P2 区的空穴各自不能全部复合掉,这样,在N1 区就有电子积累,在P2 区就有空穴积累,结果使P2 区的电位升高,N1 区的电位下降,J2 结变成正偏,只要电流稍增加,电压便迅速下降,出现所谓负阻特性,见图3 的虚线AB 段。
这时J1 J2 J3 三个结均处于正偏,可控硅便进入正向导电状态---通态,此时,它的特性与普通的PN 结正向特性相似,见图2 中的BC 段

3、触发导通
在控制极G 上加入正向电压时(见图5)因J3 正偏,P2 区的空穴时入N2 区,N2 区的电子进入P2 区,形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用(见图2)的基础上,加上IGT的作用,使可控硅提前导通,导致图3 的伏安特性OA段左移,IGT 越大,特性左移越快。
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4、单向可控硅的测量:
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上图是在控硅的符号和原理结构图,从图中可以看出,控制极与阴极之间是一个PN 结,换句话说,只要测出哪两只脚之间是一个PN 结,那么两只脚就确定了,剩下的一只脚也确定了。单向可控硅触发导通的条件有两个,一是要在阳极与阴极间加 正电压,二是要在控制极与阴极间加上正触发电压。可控硅一旦导通控制电压即失去作用,只有阳极电压降到某一值或是加 反向电压时,可控硅才会关断。

5、双向可控硅的测量:
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上图是双向可控硅的结构与符号,它属于NPNPN 五层器件,三个电极分别是G、T1、T2。因该器件可以双向导通,故T1 T2 统 为主端子,不再有阴阳极之分。其特点是:当G 和T2 极相对于T1 的电压均为正时,T2 是阴极,T1 是阳极;当G和T2 极相对于T1 的电压均为负时,T2 是阳极,T1 是阴极。

判定T2 极
由图可见,G 与T1 靠近,与T2 较远。用R×1档测G-T1 电阻,正反向仅几十欧姆,而G-T2、T1-T2 间正反向电阻均无穷大。换句话说,只要测得某两脚正反向仅几十欧姆,剩下的那只脚就是T2。另外,采用TQ-220 封装的可控硅,T2 通常与散热板相连。

区分G 和T1 极
找出T2 后,假定剩下的某脚为T1,另一只为G,黑笔接T1,红笔接T2,此时电阻无穷大。接着红笔短路G 和T2,给G 加 负触发信号,电阻应为几十欧姆。证明管子已导通,方向为T1-T2,脱开G,导通状态应维持 。

找出T2 后,假定剩下的某脚为T1,另一只为G,红笔接T1,黑笔接T2,此时电阻无穷大。接着黑笔短路G 和T2,给G 加 正触发信号,电阻应为几十欧姆。证明管子已导通,方向为T2-T1,脱开G,导通状态应维持。

如果假定与实际不符,要重新假定,如果无论怎样测量,都不能导通,证明管子已坏。R×1档可检查3A 内的管子,检查3A 以上的,管子很难维持导通状态,一旦脱开G极,电阻又变为无穷大。

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