
正向,開關方向
當晶閘管在兩個穩(wěn)定的狀態(tài),既截止和導通狀態(tài)時,電流流入的方向。
反向
與正向相反的方向。
導通狀態(tài)
是晶閘管的一個工作狀態(tài),這時直流阻抗在一個工作點"/>
一般定義
正向,開關方向
當晶閘管在兩個穩(wěn)定的狀態(tài),既截止和導通狀態(tài)時,電流流入的方向。
反向
與正向相反的方向。
導通狀態(tài)
是晶閘管的一個工作狀態(tài),這時直流阻抗在一個工作點或工作點范圍內最小。
截止狀態(tài)
是晶閘管的一個工作狀態(tài),這時直流阻抗在一個工作點或工作點范圍內最大。
陽極(正極)
正向電流的流入的主要端口。
陰極(負極)
正向電流的流出的主要端口。
控制極,柵極
控制電流流入的端口。外部控制設備一般連接柵極和陰極,所以一些較大的晶閘管有兩個陰極接
口。
正向電流
通過主要端口正向流過的電流
反向電流
通過主要端口反向流過的電流。
導通電流
在導通工作狀態(tài)下在主要端口間流通的電流。
截止電流
在截止工作狀態(tài)下在主要端口間流通的電流。當用示波器或者其他屏幕顯示的測試儀器來測量截止
電流時,在接反向直流電壓時,它表示為一個曲線。但在交流電壓條件下,因為PN結的電容效應
會對曲線產(chǎn)生影響,隨著電壓的上升或下降,會產(chǎn)生一個正向的或者反向的延遲電流,特性曲線就
表現(xiàn)出分開的兩支。但其最大值是不會受到影響。見圖2.2.1。
正向電壓
在主要端口間的正向電壓差。
反向電壓
在主要端口間的反向電壓差。
導通電壓
在導通的工作狀態(tài)下,在主要端口間的正向電壓差
截止電壓
在截止的工作狀態(tài)下,在主要端口間的正向電壓差。
激發(fā)電壓
在沒有控制電流時,加在主要端口間的正向電壓能使晶閘管進入導通工作狀態(tài)的電壓值。
控制電流
從控制柵極流入的電流。流入時電流為正值。
控制電壓
控制柵極和陰極的電壓差。當柵極電位高于陰極時,電壓為正值。
基本原理
晶閘管是一個至少含有三個PN結,并能從截止工作狀態(tài)到導通工作狀態(tài)轉換的半導體元器件。有
時它也會被稱為反向截止晶閘管,它反向是不能被開通而只是在截止狀態(tài)下。相對二極管晶閘管還
多一個可使晶閘管進入導通狀態(tài)的控制柵極(柵極)
晶閘管是由四個交替n-型和p-型半導體組成的。中間的n-型和p-型半導體構成正向和反
向的高截止PN結。鈍化環(huán)(在這里是石英鈍化環(huán))必須固定兩個PN結。我們可以把晶閘管分解成一
個npn晶體管和一個pnp晶體管來理解。
當陰極接負電壓,陽極接正電壓,并有一個控制電流從柵極流向陰極時,電子就注入陰極,也就是
npn晶體管的發(fā)射極。柵極電流被npn晶體管放大。一部分電子會流到低摻雜度的n-區(qū),它同樣是
npn晶體管的收集極和pnp晶體管的基極。這個電流在pnp晶體管中再次被放大并傳送到npn晶體
管的基極。這種內部的緊密耦合決定了晶閘管的功能特性。
晶體管的電流放大倍數(shù)是同電流有關系。當基極電流正好是使放大倍數(shù)大于1時,即αnpn + αpnp ≥ 1,
晶閘管被激發(fā),也就是說晶閘管進入導通工作狀態(tài)。在基極的一個很小的電流脈沖(比如10 μs的
脈沖)就能使晶閘管激發(fā)導通。當脈沖結束時,流過晶閘管的電流大于閉鎖電流IL時,晶閘管保持
導通狀態(tài)。當電流低于保持電流IH時,晶閘管進入正向截止狀態(tài)。
靜態(tài)特性
導通特性
晶閘管的導通特性相似二極管。當正向電壓超過門限電壓時,導通電流隨著正向電壓的升高而增加
。當電流很大,遠遠超過允許的導通電流時,才變得比較平坦。在中小電流區(qū)域,導通
電壓同溫度成反比,既在一定的導通電流時,導通電壓隨著溫度的升高而降低。在較大的電流區(qū)域
正相反。導通時的電流產(chǎn)生損耗(導通電流乘以導通電壓),這種損耗使晶閘管發(fā)熱。這個發(fā)熱會限
制正向電流,當它過大時會損壞晶閘管。
截止特性
當晶閘管的電壓源反向連接時,在開始的幾伏的范圍內,截止電流緩慢上升然后基本不變。截止電
流受溫度影響很大,并隨著溫度的升高而提高。當提高外接電壓就會進入穿透區(qū),截
止電流上升很陡。這時就會出現(xiàn)雪崩效應。
當在晶閘管上加一個正向的電壓時,在開始階段晶閘管不導通,如同截止狀態(tài)。當電壓上升到超過
開啟電壓,晶閘管就進入導通狀態(tài),晶閘管會保持這種狀態(tài),直到流過晶閘管的電流小于保持電流
時。截止電流在正向的外接電壓時,隨著溫度而變化,不同的晶閘管有完全不同的溫度變化。大多
數(shù)的晶閘管在較高溫度時的截止電流大于反向截止電流。基本的原因是它作為基極電流被npn晶體
管所放大。較大的正向截止電流不會影響晶閘管的性能和可靠性,它不是一種質量缺陷。這時產(chǎn)生
的功耗很小,在計算整體損耗時可以忽略不計。
動態(tài)特性
開通特性
基極電流導致開通導通
基極電流首先導致晶閘管導通,它發(fā)生在基極電流密度最高的截面上,然后再以相對較慢的速度的
向外擴展(每微秒傳播30到100微米)。既當晶閘管的直徑在100mm時,需要大概1千微秒才能全部
導通。
當晶閘管剛被激發(fā)導通時,導通面積很小,電壓在全部導通時在才會回落到靜態(tài)值VF,所以在剛開
通時,開通損耗集中在很小的面積內,這就會使硅片發(fā)熱。為了保護晶閘管不被燒壞,必須把電流
上升的速度限制在允許的規(guī)定范圍(di/dt)cr內。
在對一些大型的晶閘管,允許的電流上升速度(di/dt)cr可以通過輔助晶閘管(導向晶閘管)來提高。利
用一個較小的晶閘管,其陰極同主要晶閘管的柵極相連,所以主要晶閘管的激發(fā)電流就會被放大。
主要晶閘管的激發(fā)的能量是從主要電流環(huán)路中得到,我們稱之為內部放大晶閘管。
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