摘 要
就像二極管、三極管是電子技術(shù)中最基本的器件一樣,晶閘管是電力電子技術(shù)中最基本的器件。因此,掌握晶閘管的特性,是學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。而且,晶閘管應(yīng)用廣泛,只有掌握其基本知識及特性,才能正確地利用它來制作或維修相關(guān)的電子設(shè)備。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,驗(yàn)證、解析晶閘管的關(guān)斷特性,以求學(xué)習(xí)者掌握相關(guān)知識,從而獲得使用晶閘管的應(yīng)用技能。同時(shí),為電子愛好者在晶閘管應(yīng)用于弱電,實(shí)現(xiàn)自動控制的實(shí)際使用方面提供實(shí)用的參考素材。
【關(guān)鍵詞】晶閘管 關(guān)斷特性 驗(yàn)證 解析
1 晶閘管的基礎(chǔ)知識
1.1 基本知識
晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱,又俗稱為可控硅(硅控整流器Silicon Controlled Rectifier,SCR);晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),它有三個(gè)極:陽極A,陰極K和門極G,圖1(a)是晶閘管的實(shí)物外形,圖1(b)是電路符號, 圖1(c)是晶閘管的直流測量等效結(jié)構(gòu)。
1.2 伏安特性
與二極管相比,晶閘管多了一個(gè)門極G,門極的作用是控制該管的導(dǎo)通。圖2是門極開路時(shí),陽極-陰極電流IAK和陽極-陰極電壓UAK之間的關(guān)系曲線(晶閘管的伏安特性曲線)。
從圖2可見,當(dāng)UAK>UBO(轉(zhuǎn)折電壓)時(shí),晶閘管被擊穿,IAK猛然增大。
2 晶閘管的導(dǎo)電特性
普通晶閘管具有單向可控導(dǎo)電性,是一種半控型器件(在門極所加的控制信號,只能控制其導(dǎo)通,不能控制其關(guān)斷),在電路中起開關(guān)作用。
2.1 晶閘管的導(dǎo)通條件
(1) 要加正向陽極電壓 UAK>0;
(2)要加正向門極電壓 UG>VGT(通常VGT=0.8V~3.5V)。
以上兩個(gè)條件必須同時(shí)具備,晶閘管才能導(dǎo)通。
2.2 晶閘管的關(guān)斷條件
(1) 自然關(guān)斷:IA (2) 強(qiáng)迫關(guān)斷:UAK ≤0。 以上兩個(gè)條件,只要具備其中之一,晶閘管就會被關(guān)斷。 3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 關(guān)斷的驗(yàn)證: (1)如圖3所示,用整流電源供電于M、N兩端: ① 先閉合S,燈泡(HL)亮; ② 斷開S,燈泡熄滅; (2)如圖4所示,改用直流穩(wěn)壓電源供電于M、N兩端: ① 先閉合S,燈泡亮; ② 斷開S,燈泡未熄滅; ③ 如何才能使燈泡熄滅?在②的基礎(chǔ)上,做如下試驗(yàn): a、用導(dǎo)線將G極和K極碰短路,燈泡依然未熄滅; b、再用導(dǎo)線將A極和K極碰短路一下,燈泡即熄滅。 4 關(guān)斷特性的解析 (1)圖4電路的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)步驟③的a說明晶閘管是一種半控型器件,當(dāng)它導(dǎo)通后,門極G就不再起控制作用; (2)圖4電路的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)步驟③的b驗(yàn)證了晶閘管的強(qiáng)迫關(guān)斷條件,即當(dāng)UAK ≤0時(shí),晶閘管就被關(guān)斷; (3)圖3、圖4電路的實(shí)驗(yàn)中,同樣是步驟②(斷開S),為什么圖3電路的燈泡能熄滅,而圖4電路的燈泡卻不能熄滅呢? 對于圖3電路,因?yàn)榧釉诰чl管VT兩端的是整流電壓,在交流電的正負(fù)半周交替時(shí)刻出現(xiàn)0值,如圖5所示,即當(dāng)UAK=0時(shí),滿足了晶閘管的關(guān)斷條件,因此VT被關(guān)斷,燈泡熄滅。 對于圖4電路,因?yàn)榧釉诰чl管VT兩端的直流電壓是恒定的,不會出現(xiàn)0值,如圖6所示,即始終有UAK=0 ,不滿足晶閘管的關(guān)斷條件UAK≤0,因此VT不會被關(guān)斷,燈泡繼續(xù)亮。 (4)如果給圖4的整流電路加一個(gè)濾波電容C(如圖7所示),則實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會跟圖3電路一樣。 因?yàn)榧恿藶V波電容后,M、N兩端的電壓波形如圖8所示,即UAK始終沒有出現(xiàn)0值,不滿足晶閘管 的關(guān)斷條件UAK≤0,因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會跟圖4電路一樣(S斷開VT也不會被關(guān)斷,燈泡繼續(xù)亮)。 可見,在使用晶閘管時(shí),不能輕易給電源加濾波電容。 5 結(jié)束語 晶閘管是一種開關(guān)元件,其基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管,就可以構(gòu)成可控整流、交流調(diào)壓、逆變、電機(jī)調(diào)速、電機(jī)勵磁、無觸點(diǎn)開關(guān)及自動控制等方面的電路。小功率晶閘管常用于弱電的自動控制電路,作為可控開關(guān)使用。而大功率晶閘管能在高電壓、大電流條件下工作,并且其工作過程可以控制,被廣泛應(yīng)用于電力電子設(shè)備中,是典型的小電流控制大電流的器件。 掌握晶閘管的特性,在使用時(shí)就能游刃有余,且對學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)會有很大幫助。 參考文獻(xiàn) [1]馬宏騫.電力電子技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011(12). 作者簡介 符慶(1962-),男,海南省文昌市人。大學(xué)本科學(xué)歷、學(xué)士學(xué)位?,F(xiàn)為海南科技職業(yè)學(xué)院副教授。研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)。 作者單位 海南科技職業(yè)學(xué)院 海南省??谑?571126