晶閘管
晶閘管又稱可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無觸點開關的快速接通或切斷;實現將直流電變成交流電的逆變;將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。
| 晶閘管 | |
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可控硅和其它半導體器件一樣，有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方面爭相採用的元件。 目前可控硅在自動控制、機電應用、工業電氣及家電等方面都有廣泛的應用。[1]
目錄
結構介紹
晶閘管是由四層半導體構成的。晶閘管的結構是由四層半導體材料疊成三個PN 結，並在對應的半導體材料上引出了三個電極。這三個電極分別稱為：A-陽極，G-控制極，K-陰極。[2]
可控硅有三個極----陽極(A)、陰極(C)和控制極(G)，管芯是P型導體和N型導體交迭組成的四層結構，共有三個PN 結，與只有一個PN結的硅整流二極管在結構上迥然不同。可控硅的四層結構和控制極的引入，為其發揮「以小控大」的優異控制特性奠定了基礎。可控硅應用時，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。目前已能製造出電流容量達幾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。
導通與關斷的條件
晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。
1. 晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處於反向阻斷狀態。
2. 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。這時晶閘管處於正嚮導通狀態，這就是晶閘管的閘流特性，即可控特性。
3. 晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通後，門極失去作用。門極只起觸發作用。
4. 晶閘管在導通情況下，當主迴路電壓(或電流)減小到接近於零時，晶閘管關斷。
工作原理
可控硅有三個極----陽極（A）、陰極（C）和控制極（G），管芯是P型導體和N型導體交迭組成的四層結構，共有三個PN 結，與只有一個PN結的硅整流二極管在結構上迥然不同。可控硅的四層結構和控制極的引入，為其發揮「以小控大」的優異控制特性奠定了基礎。可控硅應用時，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。 我們可以把從陰極向上數的第一、二、三層看面是一隻NPN型號晶體管，而二、三、四層組成另一隻PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。
當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓E，又在控制極G和陰極C之間（相當BG2的基一射間）輸入一個正的觸發信號，BG2將產生基極電流Ib2，經放大，BG2將有一個放大了β2 倍的集電極電流IC2 。因為BG2集電極與BG1基極相連，IC2又是BG1 的基極電流Ib1 。BG1又把Ib1（Ib2）放大了β1的集電極電流IC1送回BG2的基極放大。如此循環放大，直到BG1、BG2完全導通。事實上這一過程是「一觸即發」的，對可控硅來說，觸發信號加到控制極，可控硅立即導通。導通的時間主要決定於可控硅的性能。
可控硅一經觸發導通後，由於循環反饋的原因，流入BG2基極的電流已不只是初始的Ib2 ，而是經過BG1、BG2放大後的電流（β1*β2*Ib2），這一電流遠大於Ib2，足以保持BG2的持續導通。此時觸發信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態，只有斷開電源E或降低E的輸出電壓，使BG1、BG2 的集電極電流小於維持導通的最小值時，可控硅方可關斷。
當然，如果E極性反接，BG1、BG2受到反向電壓作用將處於截止狀態。這時，即使輸入觸發信號，可控硅也不能工作。反過來，E接成正向，而觸動發信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬於非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發信號（小觸發電流）來控制導通（可控硅中通過大電流）的可控特性，正是它區別於普通硅整流二極管的重要特徵。[4]
作用
晶閘管是一種可控硅的整流器件。可以實現用小電壓小電流來控制大電壓電流，主要起到開關作用，與二極管相比，不同之處是正嚮導通首控制極電流控制。
在控制端給個觸發脈衝後，就導通，可以通過交流電流，電流可以從小電流到幾千安培以上;在交流電壓過零反向時，晶閘管自行關斷，需要再次給觸發脈衝，才能再次導通;控制觸發脈衝的發出時間，從過零開始算起，也稱為控制觸發角，就可以控制導通的平均電流的大小，從而起到以小信號控制大電流的目的，這就是晶閘管的作用。[5]
種類方式
1、按關斷、導通及控制方式分類
普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極關斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。
2、按引腳和極性分類
晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。
3、按封裝形式分類
晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。
4、按電流容量分類
晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多採用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘管則多採用塑封或陶瓷封裝。
5、按關斷速度分類
晶閘管按其關斷速度可分為普通晶閘管和高頻（快速）晶閘管。
主要參數
為了正確選用晶閘管元件，必須要了解它的主要參數，一般在產品的目錄上都給出了參數的平均值或極限值，產品合格證上標有元件的實測數據。
1、斷態重複峰值電壓UDRM
在控制極斷路和晶閘管正向阻斷的條件下，可以重複加在晶閘管兩端的正向峰值電壓，其數值比正向轉折電壓小100V。
2、反向重複峰值電壓URRM
在控制極斷路時，可以重複加在晶閘管元件上的反向峰值電壓，此電壓數值規定比反向擊穿電壓小100V。 通常把UDRM與UDRM中較小的一個數值標作器件型號上的額定電壓。由於瞬時過電壓也會使晶閘管遭到破壞，因而在選用的時候，額定電壓一個應該為正常工作峰值電壓的2~3倍，作為安全係數。
3、額定通態平均電流(額定正向平均電流)IT
在環境溫度不大於40oC和標準散熱即全導通的條件下，晶閘管元件可以連續通過的工頻正弦半波電流(在一個周期內)的平均值，稱為額定通態平均電流IT，簡稱額定電流。
4、維持電流IH
在規定的環境溫度和控制極斷路的條件下，維持元件繼續導通的最小電流稱為維持電流IH 。一般為幾十毫安~一百多毫安，其數值與元件的溫度成反比，在120攝氏度時維持電流約為25攝氏度時的一半。當晶閘管的正向電流小於這個電流時，晶閘管將自動關斷。
IT(AV)--通態平均電流 VRRM--反向反覆峰值電壓
IDRM--斷態重複峰值電流 ITSM--通態一個周波不反覆浪涌電流
VTM--通態峰值電壓 IGT--門極觸發電流
VGT--門極觸發電壓 IH--維持電流
dv/dt--斷態電壓臨界上升率 di/dt--通態電流臨界上升率
Rthjc--結殼熱阻 VISO--模塊絕緣電壓
Tjm--額定結溫 VDRM--斷態重複峰值電壓
IRRM--反向重複峰值電流 IF(AV)--正向平均電流[6]
檢測方法
萬用表選電阻R*1Ω擋，用紅、黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻直至找出讀數為數十歐姆的一對引腳，此時黑表筆的引腳為控制極G，紅表筆的引腳為陰極K，另一空腳為陽極A。此時將黑表筆接已判斷了的陽極A，紅表筆仍接陰極K。此時萬用表指針應不動。用短線瞬間短接陽極A和控制極G，此時萬用表電阻擋指針應向右偏轉，阻值讀數為10歐姆左右。如陽極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時，萬用表指針發生偏轉，說明該單向可控硅已擊穿損壞。[7]
選用
選擇晶閘管的類型:晶閘管有多種類型，應根據應用電路的具體要求合理選用。
1、若用於交直流電壓控制、可控整流、交流調壓、逆變電源、開關電源保護電路等，可選用普通單向晶閘管。
2、若用於交流開關、交流調壓、交流電動機線性調速、燈具線性調光及固態繼電器、固態接觸器等電路中，應選用雙向晶閘管。
3、若用於交流電動機變頻調速、斬波器、逆變電源及各種電子開關電路等，可選用門極關斷晶閘管。
4、若用於鋸齒波發生器、長時間延時器、過電壓保護器及大功率晶體管觸發電路等，可選用BTG晶閘管。
5、若用於電磁灶、電子鎮流器、超聲波電路、超導磁能儲存系統及開關電源等電路，可選用逆導晶閘管。
6、若用於光電耦合器、光探測器、光報警器、光計數器、光電邏輯電路及自動生產線的運行監控電路，可選用光控晶閘管。
2.選擇晶閘管的主要參數:晶閘管的主要參數應根據應用電路的具體要求而定。
所選晶閘管應留有一定的功率裕量，其額定峰值電壓和額定電流(通態平均電流)均應高於受控電路的最大工作電壓和最大工作電流1.5~2倍。晶閘管的正向壓降、門極觸發電流及觸發電壓等參數應符合應用電路(指門極的控制電路)的各項要求，不能偏高或偏低，否則會影響晶閘管的正常工作。[8]
損壞原因
1、過壓擊穿
可控硅不能承受電壓而損壞，可控硅對過壓的承受能力幾乎沒有時間的，即使在幾毫秒的短時間內過壓也會被擊穿。過壓擊穿特徵：芯片中有一個光潔的小孔。檢查可控硅兩端RC吸收迴路是否有燒壞或失效的，即可避免干擾脈衝所引起的瞬間過壓。
2、過流擊穿
電流超過額定電流，並在可控硅芯片內部產生熱效應，使芯片溫度升高，失效且不能恢復。過流擊穿特徵：電子元器件表面有燒焦現象，痕跡特徵是芯片出現坑洞。選擇可控硅耐壓2~3倍。
3、過熱擊穿
工作電流並不超過可控硅額定電流的情況下而發生的熱擊穿。特徵：電子元器件表面有燒焦現象，痕跡特徵是芯片出現坑洞。注意環境溫度，保持可控硅與散熱器之間的接觸面良好。 [9]
相關視頻
1、晶閘管(可控硅) 的工作原理
2、單向晶閘管的識別
參考來源
- ↑ 可控硅的基本工作原理及在調光器中的使用,快資訊網，2019-05-24
- ↑ 晶閘管的結構和符號,華強電子網，2017-10-24
- ↑ 晶閘管,電子發燒友網
- ↑ 可控硅工作原理及作用,電子發燒友網，2018年01月26日
- ↑ 什麼是晶閘管 晶閘管的作用,保障網，2017-07-25
- ↑ 可控硅基礎知識,環昕微實業網
- ↑ 晶閘管(可控硅)檢測方法,電子發燒友網，2011年07月10日
- ↑ 晶閘管的選用與代換及檢測,華強電子網，2016-08-10
- ↑ 可控硅基礎知識,環昕微實業網