晶閘管關(guān)斷特性的驗(yàn)證解析

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(shí)及特性，才能正確地利用它來(lái)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(shí)，從而獲得使用晶閘管的應(yīng)用技能。同時(shí)，為電子愛(ài)好者在晶閘管應(yīng)用于弱電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)

1.1 基本知識(shí)

晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡(jiǎn)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(yáng)極A，陰極K和門(mén)極G，圖1（a）是晶閘管的實(shí)物外形，圖1（b）是電路符號(hào)， 圖1（c）是晶閘管的直流測(cè)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(mén)極G，門(mén)極的作用是控制該管的導(dǎo)通。圖2是門(mén)極開(kāi)路時(shí)，陽(yáng)極-陰極電流IAK和陽(yáng)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(jiàn)，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(mén)極所加的控制信號(hào)，只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷），在電路中起開(kāi)關(guān)作用。

2.1 晶閘管的導(dǎo)通條件

（1） 要加正向陽(yáng)極電壓 UAK>0；

（2）要加正向門(mén)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(huì)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(kāi)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(kāi)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(shuō)明晶閘管是一種半控型器件，當(dāng)它導(dǎo)通后，門(mén)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(kāi)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(duì)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(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(méi)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(huì)跟圖4電路一樣（S斷開(kāi)VT也不會(huì)被關(guān)斷，燈泡繼續(xù)亮）。

可見(jiàn)，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(yǔ)

晶閘管是一種開(kāi)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(lì)磁、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及自動(dòng)控制等方面的電路。小功率晶閘管常用于弱電的自動(dòng)控制電路，作為可控開(kāi)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(guò)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(duì)學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)會(huì)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(jiǎn)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