晶闸管
晶闸管又称可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，一般由两晶闸管反向连接而成。它的功能不仅是整流，还可以用作无触点开关的快速接通或切断;实现将直流电变成交流电的逆变;将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。
| 晶闸管 | |
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可控硅和其它半导体器件一样，有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。 目前可控硅在自动控制、机电应用、工业电气及家电等方面都有广泛的应用。[1]
目录
结构介绍
晶闸管是由四层半导体构成的。晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三个PN 结，并在对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分别称为：A-阳极，G-控制极，K-阴极。[2]
可控硅有三个极----阳极(A)、阴极(C)和控制极(G)，管芯是P型导体和N型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结，与只有一个PN结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。
导通与关断的条件
晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控特性。
3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用。
4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压(或电流)减小到接近于零时，晶闸管关断。
工作原理
可控硅有三个极----阳极（A）、阴极（C）和控制极（G），管芯是P型导体和N型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结，与只有一个PN结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。 我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN型号晶体管，而二、三、四层组成另一只PNP型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。
当在阳极和阴极之间加上一个正向电压E，又在控制极G和阴极C之间（相当BG2的基一射间）输入一个正的触发信号，BG2将产生基极电流Ib2，经放大，BG2将有一个放大了β2 倍的集电极电流IC2 。因为BG2集电极与BG1基极相连，IC2又是BG1 的基极电流Ib1 。BG1又把Ib1（Ib2）放大了β1的集电极电流IC1送回BG2的基极放大。如此循环放大，直到BG1、BG2完全导通。事实上这一过程是“一触即发”的，对可控硅来说，触发信号加到控制极，可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。
可控硅一经触发导通后，由于循环反馈的原因，流入BG2基极的电流已不只是初始的Ib2 ，而是经过BG1、BG2放大后的电流（β1*β2*Ib2），这一电流远大于Ib2，足以保持BG2的持续导通。此时触发信号即使消失，可控硅仍保持导通状态，只有断开电源E或降低E的输出电压，使BG1、BG2 的集电极电流小于维持导通的最小值时，可控硅方可关断。
当然，如果E极性反接，BG1、BG2受到反向电压作用将处于截止状态。这时，即使输入触发信号，可控硅也不能工作。反过来，E接成正向，而触动发信号是负的，可控硅也不能导通。另外，如果不加触发信号，而正向阳极电压大到超过一定值时，可控硅也会导通，但已属于非正常工作情况了。
可控硅这种通过触发信号（小触发电流）来控制导通（可控硅中通过大电流）的可控特性，正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。[4]
作用
晶闸管是一种可控硅的整流器件。可以实现用小电压小电流来控制大电压电流，主要起到开关作用，与二极管相比，不同之处是正向导通首控制极电流控制。
在控制端给个触发脉冲后，就导通，可以通过交流电流，电流可以从小电流到几千安培以上;在交流电压过零反向时，晶闸管自行关断，需要再次给触发脉冲，才能再次导通;控制触发脉冲的发出时间，从过零开始算起，也称为控制触发角，就可以控制导通的平均电流的大小，从而起到以小信号控制大电流的目的，这就是晶闸管的作用。[5]
种类方式
1、按关断、导通及控制方式分类
普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
2、按引脚和极性分类
晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
3、按封装形式分类
晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
4、按电流容量分类
晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
5、按关断速度分类
晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。
主要参数
为了正确选用晶闸管元件，必须要了解它的主要参数，一般在产品的目录上都给出了参数的平均值或极限值，产品合格证上标有元件的实测数据。
1、断态重复峰值电压UDRM
在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，其数值比正向转折电压小100V。
2、反向重复峰值电压URRM
在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，此电压数值规定比反向击穿电压小100V。 通常把UDRM与UDRM中较小的一个数值标作器件型号上的额定电压。由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到破坏，因而在选用的时候，额定电压一个应该为正常工作峰值电压的2~3倍，作为安全系数。
3、额定通态平均电流(额定正向平均电流)IT
在环境温度不大于40oC和标准散热即全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流(在一个周期内)的平均值，称为额定通态平均电流IT，简称额定电流。
4、维持电流IH
在规定的环境温度和控制极断路的条件下，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流IH 。一般为几十毫安~一百多毫安，其数值与元件的温度成反比，在120摄氏度时维持电流约为25摄氏度时的一半。当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。
IT(AV)--通态平均电流 VRRM--反向反复峰值电压
IDRM--断态重复峰值电流 ITSM--通态一个周波不反复浪涌电流
VTM--通态峰值电压 IGT--门极触发电流
VGT--门极触发电压 IH--维持电流
dv/dt--断态电压临界上升率 di/dt--通态电流临界上升率
Rthjc--结壳热阻 VISO--模块绝缘电压
Tjm--额定结温 VDRM--断态重复峰值电压
IRRM--反向重复峰值电流 IF(AV)--正向平均电流[6]
检测方法
万用表选电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极G，红表笔的引脚为阴极K，另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A，红表笔仍接阴极K。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极A和控制极G，此时万用表电阻挡指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔，阴极K接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。[7]
选用
选择晶闸管的类型:晶闸管有多种类型，应根据应用电路的具体要求合理选用。
1、若用于交直流电压控制、可控整流、交流调压、逆变电源、开关电源保护电路等，可选用普通单向晶闸管。
2、若用于交流开关、交流调压、交流电动机线性调速、灯具线性调光及固态继电器、固态接触器等电路中，应选用双向晶闸管。
3、若用于交流电动机变频调速、斩波器、逆变电源及各种电子开关电路等，可选用门极关断晶闸管。
4、若用于锯齿波发生器、长时间延时器、过电压保护器及大功率晶体管触发电路等，可选用BTG晶闸管。
5、若用于电磁灶、电子镇流器、超声波电路、超导磁能储存系统及开关电源等电路，可选用逆导晶闸管。
6、若用于光电耦合器、光探测器、光报警器、光计数器、光电逻辑电路及自动生产线的运行监控电路，可选用光控晶闸管。
2.选择晶闸管的主要参数:晶闸管的主要参数应根据应用电路的具体要求而定。
所选晶闸管应留有一定的功率裕量，其额定峰值电压和额定电流(通态平均电流)均应高于受控电路的最大工作电压和最大工作电流1.5~2倍。晶闸管的正向压降、门极触发电流及触发电压等参数应符合应用电路(指门极的控制电路)的各项要求，不能偏高或偏低，否则会影响晶闸管的正常工作。[8]
损坏原因
1、过压击穿
可控硅不能承受电压而损坏，可控硅对过压的承受能力几乎没有时间的，即使在几毫秒的短时间内过压也会被击穿。过压击穿特征：芯片中有一个光洁的小孔。检查可控硅两端RC吸收回路是否有烧坏或失效的，即可避免干扰脉冲所引起的瞬间过压。
2、过流击穿
电流超过额定电流，并在可控硅芯片内部产生热效应，使芯片温度升高，失效且不能恢复。过流击穿特征：电子元器件表面有烧焦现象，痕迹特征是芯片出现坑洞。选择可控硅耐压2~3倍。
3、过热击穿
工作电流并不超过可控硅额定电流的情况下而发生的热击穿。特征：电子元器件表面有烧焦现象，痕迹特征是芯片出现坑洞。注意环境温度，保持可控硅与散热器之间的接触面良好。 [9]
相关视频
1、晶闸管(可控硅) 的工作原理
2、单向晶闸管的识别
参考来源
- ↑ 可控硅的基本工作原理及在调光器中的使用,快资讯网，2019-05-24
- ↑ 晶闸管的结构和符号,华强电子网，2017-10-24
- ↑ 晶闸管,电子发烧友网
- ↑ 可控硅工作原理及作用,电子发烧友网，2018年01月26日
- ↑ 什么是晶闸管 晶闸管的作用,保障网，2017-07-25
- ↑ 可控硅基础知识,环昕微实业网
- ↑ 晶闸管(可控硅)检测方法,电子发烧友网，2011年07月10日
- ↑ 晶闸管的选用与代换及检测,华强电子网，2016-08-10
- ↑ 可控硅基础知识,环昕微实业网