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1、7.1 晶闸管晶闸管 晶闸管又称可控硅，是一个晶闸管又称可控硅，是一个P1N1P2N2四层，具有四层，具有3个个PN结，并引出结，并引出3个电极的半导体开关器件。它的三个电个电极的半导体开关器件。它的三个电极，分别是阳极（极，分别是阳极（A）、阴极（）、阴极（K）和门极（）和门极（G）。）。7.1 晶闸管晶闸管 晶闸管又称可控硅，是一个晶闸管又称可控硅，是一个P1N1P2N2四层，具有四层，具有3个个PN结，并引出结，并引出3个电极的半导体开关器件。它的三个电个电极的半导体开关器件。它的三个电极，分别是阳极（极，分别是阳极（A）、阴极（）、阴极（K）和门极（）和门极（G）。）。内部结构：内部结
2、构：7.1 晶闸管晶闸管 一、晶闸管性质一、晶闸管性质1、导通晶闸管：、导通晶闸管：无论无论A、K极之间加什么电压，只要极之间加什么电压，只要G、K极之间没有加正向极之间没有加正向电压，晶闸管就无法导通。电压，晶闸管就无法导通。只有只有A、K极之间加正向电压，并且极之间加正向电压，并且G、K极之间也加一定的极之间也加一定的正向电压，晶闸管才能导通。正向电压，晶闸管才能导通。 给晶闸管给晶闸管G极提供电压，让极提供电压，让IG电流流入电流流入G极，晶闸管极，晶闸管A、K极之间马上导通，这种现象称为晶闸管的触发导通。极之间马上导通，这种现象称为晶闸管的触发导通。晶闸管导通后，撤掉晶闸管导通后，撤掉
3、G、K极之间的正向电压后晶闸管仍继续极之间的正向电压后晶闸管仍继续导通。导通。2、关闭晶闸管：、关闭晶闸管：让流入晶闸管让流入晶闸管A极的电流减小到某一值极的电流减小到某一值IH（维持电流）（维持电流）让让A、K极之间的正向电压极之间的正向电压UAK减小到减小到0或加反向电压或加反向电压实验演示实验演示P1N1P2N1P2N2Ic1Ib2Ic2Ib1IGIAIK加上加上IgIb2 Ic2 Ib1 Ic17.1 晶闸管晶闸管 二、晶闸管主要参数二、晶闸管主要参数7.1 晶闸管晶闸管 三、晶闸管的检测三、晶闸管的检测包括极性检测、好坏检测、触发能力检测包括极性检测、好坏检测、触发能力检测1、极性检
4、测、极性检测7.1 晶闸管晶闸管 三、晶闸管的检测三、晶闸管的检测包括极性检测、好坏检测、触发能力检测包括极性检测、好坏检测、触发能力检测2、好坏检测、好坏检测7.1 晶闸管晶闸管 三、晶闸管的检测三、晶闸管的检测包括极性检测、好坏检测、触发能力检测包括极性检测、好坏检测、触发能力检测3、触发能力检测、触发能力检测7.1 晶闸管晶闸管 四、晶闸管的种类四、晶闸管的种类7.1 晶闸管晶闸管 四、晶闸管的种类四、晶闸管的种类1、双向晶闸管、双向晶闸管 双向晶闸管是由双向晶闸管是由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
5、闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只极，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。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么极性的,都可以使双向晶闸管导通。都可以使双向晶闸管导通。 由于双向
6、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极称为T1电极和电极和T2电极，将接在电极，将接在P型半导体材料上的主电极称为型半导体材料上的主电极称为T1电极，将电极，将接在接在N型半导体材料上的电极称为型半导体材料上的电极称为T2电极。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
7、电压之分，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管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。的其他参数则和单向晶闸管相同。 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，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。是一种理想的交流开关器件。 7.1 晶闸管晶闸管 双向晶闸管的检测方法双向晶闸管的检测方法判定判定T1极极 由图可见，由图可见，G极与极与T2极靠近，距极靠近，距T1极较远。因此，极较远。因此，GT2之间的正、反向电阻都很小。在用之间的正、反向电阻都很小。在用 RXlK档测
8、任意两脚之间档测任意两脚之间的电阻时，只有在的电阻时，只有在G-T2之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而欧，而T1-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，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，就肯定是如果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T1极。另外，采极。另外，采用用TO220封装的双向晶闸管，封装的双向晶闸管，T1极通常与小散热板连通，极通常与小散热板连通，据此亦可确定据此亦可确定T1极。极。 7.1 晶闸管晶闸管 双向晶闸管的检测方法双向晶闸管的检测方法区分区分G极和极和T2极极 (1) 找出找出T1极之后，首
9、先假定剩下两脚中某一脚为极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为T2极，另一脚为极，另一脚为G极。极。 (2) 把黑表笔接把黑表笔接T2极，红表笔接极，红表笔接T1极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T1与与G短短路，给路，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，导通方向为为T2一一T1。再将红表笔尖与。再将红表笔尖与G极脱开极脱开(但仍接但仍接T1)，若电阻值保持不变，证明管子，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态。在触发之后能维持导通状态。 (3) 把红表笔接把红表笔
10、接T2极，黑表笔接极，黑表笔接T1极，然后使极，然后使T1与与G短路，给短路，给G极加上正触发信号，极加上正触发信号，电阻值仍为十欧左右，与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，在极脱开后若阻值不变，则说明管子经触发后，在T1一一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。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，否则是假定与实际不符，需再作出假定，重复以上测量。显见， 在识别在识别G、T2的的过程中，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
11、能使过程中，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，亦可用的管子，亦可用RXl0档检测，对档检测，对于于3A及及3A以上的管子，应选以上的管子，应选RXlK档，否则难以维持导通状态。档，否则难以维持导通状态。 7.1 晶闸管晶闸管 四、晶闸管的种类四、晶闸管的种类2、门极可关断晶闸管、门极可关断晶闸管 门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）是晶闸管的一种派生器件，可以通过在门极施加负的脉冲电流是晶闸管的一种派生器件，可以通过在门
12、极施加负的脉冲电流使其关断使其关断 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用结构：结构：与普通晶闸管的相同点：与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。出阳极、阴极和门极。和普通晶闸管的不同点：和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。元的阴极
13、和门极则在器件内部并联在一起。c)图1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGKGTOGTO的内部结构和电气图形符号的内部结构和电气图形符号工作原理：工作原理：与普通晶闸管一样，可以用下图所示的双晶体管模型来分析。与普通晶闸管一样，可以用下图所示的双晶体管模型来分析。 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理由由P1N1P2P1N1P2和和N1P2N2N1P2N2构成的两个晶体管构成的两个晶体管VT1VT1、VT2VT2分别具有共基极电流增分别具有共基极电流增益益1 1和和2 2。 1+1+ 2=12=1是器件临界导通的条件。当是器件临界导通的条件。当 1+1+ 2121时，两个等效晶体管过
14、时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当饱和而使器件导通；当 1+1+ 2121时，不能维持饱和导通而关断。时，不能维持饱和导通而关断。（1 1）设计）设计 2 2较大，使晶体管较大，使晶体管VTVT2 2控制灵敏，控制灵敏，易于易于GTOGTO关断。关断。（2 2）导通时）导通时 1 1+ + 2 2更接近更接近1 1（ 1.051.05，普通，普通晶闸管晶闸管 1 1+ + 2 2 1.151.15）, ,导通时饱和不深，导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。但导通时管压降增大。 （3 3）多元集成结构使）多元集成结构使GTOG
15、TO元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得得P P2 2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：GTOGTO的驱动电路的驱动电路 门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTO）的导通过程与普通晶闸）的导通过程与普通晶闸管相似，可以用正门极电流开通。但在关断过程中，管相似，可以用正门极电流开通。但在关断过程中，GTO可以采用负的门极电流关断，这一点与普通晶闸管可以采用负的门极电流
16、关断，这一点与普通晶闸管完全不同。完全不同。 影响关断的因素很多，例如阳极电流越大越难关断，影响关断的因素很多，例如阳极电流越大越难关断，电感负载较电阻负载难以关断，工作频率越高、结温越电感负载较电阻负载难以关断，工作频率越高、结温越高越难以关断。高越难以关断。 所以欲使所以欲使GTO关断，往往需要具有特殊关断，往往需要具有特殊的门极关断功能的门极驱动电路。的门极关断功能的门极驱动电路。GTOGTO的驱动电路的驱动电路 GTOGTO的门极驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱的门极驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分动电路和门极反偏电路三部分 门极驱动电路结构示意图及理
17、想的门极驱动电流波形门极驱动电路结构示意图及理想的门极驱动电流波形 1. GTO1. GTO对门极驱动电路的基本要求对门极驱动电路的基本要求 GTOGTO的驱动电路的驱动电路1)1) 门极开通门极开通 sA/dtdiGU/sGTO触发导通要求触发脉冲信号具有前沿陡、幅度高、宽触发导通要求触发脉冲信号具有前沿陡、幅度高、宽度大、后沿缓的脉冲波形；度大、后沿缓的脉冲波形；上升沿陡峭的门极电流脉冲有利于上升沿陡峭的门极电流脉冲有利于GTO的快速导通，且可的快速导通，且可保证使所有的保证使所有的GTO元件几乎同时导通，且使电流分布趋于均元件几乎同时导通，且使电流分布趋于均匀，通常要求脉冲前沿为匀，通常
18、要求脉冲前沿为 =510 ；脉冲幅度高可实现强触发，有利于缩短开通时间，减少开脉冲幅度高可实现强触发，有利于缩短开通时间，减少开通损耗，为此一般要求脉冲幅度为额定直流触发电流的通损耗，为此一般要求脉冲幅度为额定直流触发电流的410倍；倍；脉冲有足够的宽度可以保证阳极电流可靠建立，一般取脉脉冲有足够的宽度可以保证阳极电流可靠建立，一般取脉宽为宽为1060 ；脉冲后沿尽量平缓可以防止产生振荡，在开通脉冲的尾部脉冲后沿尽量平缓可以防止产生振荡，在开通脉冲的尾部出现负的门极电流，不利于门极开通。出现负的门极电流，不利于门极开通。 GTOGTO的驱动电路的驱动电路2 2） 门极关断门极关断dtdiGD/
19、sA/已导通的已导通的GTOGTO靠门极反向电流来关断，它是靠门极反向电流来关断，它是GTOGTO应用中的应用中的关键问题；关键问题；对门极关断脉冲波形的要求是前沿陡、幅度高、宽度足够、对门极关断脉冲波形的要求是前沿陡、幅度高、宽度足够、后沿平缓。前沿陡，可以缩短关断时间，减少关断损耗。但后沿平缓。前沿陡，可以缩短关断时间，减少关断损耗。但前沿不宜过陡，否则会使关断增益降低，阳极尾部电流增加，前沿不宜过陡，否则会使关断增益降低，阳极尾部电流增加，对对GTOGTO产生不利影响，一般使脉冲电流的上升率为产生不利影响，一般使脉冲电流的上升率为 = =5 510 10 ；为了保证为了保证GTOGTO的
20、可靠关断，关断负电压脉冲宽度应不小于的可靠关断，关断负电压脉冲宽度应不小于4040 s s。关断电压脉冲的后沿应尽量平缓，如果坡度太陡，。关断电压脉冲的后沿应尽量平缓，如果坡度太陡，由于结电容效应会产生一个门极正电流（尽管门极电压是负由于结电容效应会产生一个门极正电流（尽管门极电压是负的），使的），使GTOGTO有开通的可能，不利于关断。有开通的可能，不利于关断。 GTOGTO的驱动电路的驱动电路与普通晶闸管相比，与普通晶闸管相比，GTOGTO由于结构原因使得其承受电由于结构原因使得其承受电压上升率的能力较差，例如阳极电压上升率较高时可压上升率的能力较差，例如阳极电压上升率较高时可能会引起误触
21、发。能会引起误触发。可以设置一个门极反偏电路，在可以设置一个门极反偏电路，在GTOGTO正向阻断期间于正向阻断期间于门极上施加反偏电压，从而提高承受的能力。门极上施加反偏电压，从而提高承受的能力。 但反偏电压的幅度必须小于门极反向雪崩电压，持但反偏电压的幅度必须小于门极反向雪崩电压，持续时间可以是几十微秒和整个阻断状态所处的时间，续时间可以是几十微秒和整个阻断状态所处的时间，这样有利于这样有利于GTOGTO的安全运行。的安全运行。 3 3）门极反偏）门极反偏GTOGTO的驱动电路的驱动电路门极驱动电路实例门极驱动电路实例1 1 2.2.门极驱动电路实例门极驱动电路实例1 1 右图是一种小容量的
22、右图是一种小容量的GTOGTO门极驱门极驱动电路。动电路。0u0u1C当当时，由晶体管时，由晶体管VTVT1 1、VTVT2 2组成组成的极性为左的极性为左( () )右右( () )；当；当VTVT3 3、VTVT4 4饱和导通，电容通过电阻饱和导通，电容通过电阻R R4 4、VDVD1 1和和VTVT4 4放电，形成反向门极放电，形成反向门极的复合管导通，对电容充电，形成的复合管导通，对电容充电，形成正向门极电流，触发正向门极电流，触发GTOGTO导通，电容导通，电容时，时，电流，使电流，使GTOGTO关断。关断。7.1 晶闸管晶闸管 五、晶闸管型号的命名方法五、晶闸管型号的命名方法第一部
23、分用字母第一部分用字母“K”表示主称为晶闸管表示主称为晶闸管第二部分用字母表示晶闸管的类别第二部分用字母表示晶闸管的类别第三部分用数字表示晶闸管的额定通态电流值第三部分用数字表示晶闸管的额定通态电流值第四部分用数字表示重复峰值电压级数第四部分用数字表示重复峰值电压级数7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 实验演示实验演示7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 GSDmUIg/7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 场效应管的检测场效应管的检测7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管 7.2 场效应管场效应管