認(rèn)識半導(dǎo)體晶閘管

晶閘管又被稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅。1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化。

晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成三個PN結(jié)，分別稱：陽極，陰極和控制極。

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晶閘管的結(jié)構(gòu)

晶閘管在工作過程中，它的陽極(A)和陰極(K)與電源和負(fù)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。

工作過程

加正向電壓且門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才導(dǎo)通，這是晶閘管的閘流特性，即可控特性。

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單向晶閘管的幾種工作狀態(tài)
若晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。

晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。

晶閘管的種類

1.雙向晶閘管

雙向晶閘管有極外G，其他兩個極稱為主電極Tl和T2。結(jié)構(gòu)是一種N—P—N—P—N型五層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。

雙向晶閘管不象普通晶閘管那樣，必須在陽極和陰極之間加上正向電壓，管子才能導(dǎo)通。它無所謂陽極和陰極，不管觸發(fā)信號的極性如何，雙向晶閘管都能被觸發(fā)導(dǎo)通。這個特點是普通晶閘管所沒有的。

2.快速晶閘管

人們在普通晶閘管的制造工藝和結(jié)構(gòu)上采取了一些改進措施，做出了能適應(yīng)于高頻應(yīng)用的晶閘管，我們將它稱為快速晶閘管。它具有關(guān)斷時間(toff)短、導(dǎo)通速度快.能耐較高的電流上升率(dI/dt)、能耐較高的電壓上升率(dv/dt)、抗干擾能力較好等特點。

快速晶閘管的生產(chǎn)和應(yīng)用都進展很快。目前，已有了電流幾百安培、耐壓1千余伏，關(guān)斷時間僅為20微妙的大功率快速晶閘管，同時還做出了最高工作頻率可達(dá)幾十千赫茲供高頻逆變用的元件。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于大功率直流開關(guān)、大功率中頻感應(yīng)加熱電源、超聲波電源、激光電源、雷達(dá)調(diào)制器及直流電動車輛調(diào)速等領(lǐng)域。

3.逆導(dǎo)晶閘管

以往的為了便于調(diào)速采用直流供電，用直流開關(guān)動作增加或減小電路電阻，改變電路電流來控制車輛的速度。但它有不能平滑起動和加速。自有了，了逆導(dǎo)晶閘管不僅了上述缺點，而且還逆導(dǎo)晶閘管是在普通晶閘管上反向并聯(lián)一只二極管而成，特點是能反向?qū)ù箅娏鳌Ｓ捎谒年枠O和陰極接入反向并聯(lián)的二極管，可對電感負(fù)載關(guān)斷時產(chǎn)生的大電流、高電壓進行快速釋放。

城市電車和地鐵機車采用逆導(dǎo)晶閘管控制和調(diào)節(jié)車速，能夠克服開關(guān)體積大、壽命短，而且低速運行時耗電大(減速時消耗在啟動電阻上)等缺點，從而降低了功耗，提高了機車可靠性。

4.可關(guān)斷晶閘管

可關(guān)斷晶閘管亦稱門控晶閘管。其主要特點是，當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關(guān)斷。

它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關(guān)器件。它的容量及使用壽命均超過巨型晶體管。目前，大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。

5.光控晶閘管

光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是一種光敏器件。由于其控制信號來自光的照射，沒有必要再引出控制極，所以只有兩個電極（陽極A和陰極K），結(jié)構(gòu)與普通可控硅一樣，是由四層PNPN器件構(gòu)成。

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光控晶閘管的外形及電路圖形符號圖

當(dāng)在光控晶閘管的陽極加上正向電壓，陰極加上負(fù)向電壓時，控晶閘管可以等效成的電路。

光控晶閘管的基本特性與普通晶閘管是相同的，只是它對光源的波長有一定的要求，有選擇性。波長在0.8——0.9um的紅外線及波長在1um左右的激光，都是光控晶閘管較為理想的光源。

晶閘管的應(yīng)用

晶閘管是一種開關(guān)元件，具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作。它基本的用途就是可控整流，其工作過程可以控制，具有體積小、輕、功耗低、效率高、開關(guān)迅速等優(yōu)點。

基于上述特點，晶閘管被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變、調(diào)光、調(diào)壓、調(diào)速變頻等電子電路中，是典型的小電流控制大電流的設(shè)備。