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双向晶闸管

目前,双向晶闸管在当代的应用可谓是越来越广泛,双向晶闸管置是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解双向晶闸管。  ---查看全文 >>

关键字:晶闸管 

双向晶闸管

目前,双向晶闸管在当代的应用可谓是越来越广泛,双向晶闸管置是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解双向晶闸管。

双向晶闸管

双向晶闸管的伏安特性曲线 由于双向晶闸管正、反特性具有对称性,所以它可在任何一个方向导通,是一种理想的交流开关器件。

双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的,对外也引出三个电极,其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联,但只有一个控制极。
双向晶闸管与单向晶闸管一样,也具有触发控制特性。不过,它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同,这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压,只要在它的控制极上加上一个触发脉冲,也不管这个脉冲是什么极性的,都可以使双向晶闸管导通。
由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制,因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分,通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极,将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极,将接在N型半导体材料上的电极称为 T2电极。
由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分,所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反向峰值电压之分,而只用一个最大峰值电压,双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。
双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性,如图所示。

双向晶闸管

双向晶闸管结构图


双向晶闸管的结构及工作原理



尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合,但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向晶闸管一般采用塑料封装,有的还带散热板。大功率双向晶闸管大多采用RD91型封装。
检测方法

1、区分G极和T2极

(1) 把红表笔接T2极,黑表笔接T1极,然后使T1与G短路,给G极加上正触发信号,电阻值仍为十欧左右,与G极脱开后若阻值不变,则说明管子经 触发后,在T1一T2方向上也能维持导通状态,因此具有双向触发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符,需再作出假定,重复以上测量。显见, 在识别G、T2,的过程中,也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果按哪种假定去测量,都不能使双向晶闸管触发导通,证明管于巳损坏。对于lA的管子,亦可用RXl0档检测,对于3A及3A以上的管子,应选RXl档,否则难以维持导通状态。

(2) 找出T1极之后,首先 假定剩下两脚中某一脚为T2极,另一脚为G极。
(3) 把黑表笔接T2极,红表笔接T1极,电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T1与G短路,给 G极加上负触发信号,电阻值应为十欧左右,证明管子已经导通,导通方向为T2一T1。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T1),若电阻值 保持不变,证明管子在触发之后能维持导通状态。

2、判定T1极
由图可见,G极与T2极靠近,距T1极较远。因此,G—T2之间的正、反向电阻都很小。在用 RXl档测任意两脚之间的电阻时,只有在G-T2之间呈现低阻,正、反向电阻仅几十欧,而T1-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明,如果测出某脚和其他两脚都不通,就肯定是T1极。另外,采用TO—220封装的双向晶闸管,T1极通常与小散热板连通,据此亦可确定T1极。

双向晶闸管与单向晶闸管一样,也具有触发控制特性。不过,它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同,这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压,只要在它的控制极上加上一个触发脉冲,也不管这个脉冲是什么极性的,都可以使双向晶闸管导通。由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制,因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分,通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极,将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极,将接在 N型半导体材料上的电极称为T2电极。由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分,所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反同峰值电压之分,而只用一个最大峰值电压,双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。
构造原理


双向晶闸管工作原理

 

双向晶闸管工作原理:双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅实质上是 两个反并联的单向可控硅,是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。主电极的构造是对称的(都从N层引出),它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极,把与控制极相近的叫做第一电极A1,另一个叫做第二电极A2。双向可控硅的主 要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是双向可控硅在一个方向导通结束时,硅片在各层中的载流子还没有回到截止采取相应的保护措施。双向可控硅元件主要用于交流控制电路,如温度控制、灯光 控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。

下面讲一下可控硅的工作原理:

1、可控硅元件的结构
不管可控硅的外形如何,它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有 三个PN结(J1、J2、J3),从J1结构的P1层引出阳极A,从N2层引出阴级K,从P2层引出控制极G,所以它是一种四层三端的半导体器件。
  

2、 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
  
       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
 
可控硅的基本伏安特性见图2
 
 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
 

(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
 

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,在结区产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
2、 触发导通
  
图5 阳极和控制极均加正向电压
图1、可控硅结 构示意图和符号图

综上所述,本文已为讲解双向晶闸管,相信大家对双向晶闸管的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

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