晶闸管的工作原理、应用电路与好坏判别

2017-08-18 80 0

晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又称可控硅整流器,以前简称为可控硅。1957 年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品,并于 1958 年将其商业化。晶闸管是 PNPN 四层半导体结构,有三个电极:阳极、阴极和控制极。它具有硅整流器件的特性,能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制,被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

一、晶闸管的工作原理

晶闸管可用两个不同极性(P-N-P 和 N-P-N)的晶体管来模拟,如图 1 所示。当晶闸管的门极悬空时,BG1 和 BG2 都处于截止状态,此时电路基本上没有电流流过负载电阻 RL;当门极输入一个正脉冲电压时,BG2 导通,使 BG1 的基极电位下降,BG1 因此开始导通;BG1 的导通又使 BG2 的基极电位进一步升高、BG1 的基极电位进一步下降。经过这一正反馈过程,BG1 和 BG2 进入饱和导通状态,电路很快从截止状态进入导通状态。此时即使门极没有触发脉冲,电路由于正反馈的作用也将保持导通状态不变。

晶闸管的工作原理、应用电路与好坏判别

图 1 用两个晶体管模拟晶闸管

如果此时在阳极和阴极之间加上反向电压,由于 BG1 和 BG2 均处于反向偏置状态,电路很快截止。另外,如果加大负载电阻 RL 的阻值使电路电流减小,BG1 和 BG2 的基极电流也将减小;当减小到某一个值时,由于电路的正反馈作用,电路将很快从导通状态翻转为截止状态,这一电流称为维持电流。在实际应用中,也可借开关把晶闸管的阳极与阴极短路,使流过晶闸管的电流降到维持电流以下,从而实现关断。

二、应用举例

晶闸管在实际应用中形式最为多样的是其门极触发回路,概括起来有直流触发电路、交流触发电路、相位触发电路等。

1. 直流触发电路

如图 2 所示是电视机常用的过压保护电路:当 E+ 电压过高时,A 点电压也随之升高,当它高于稳压管 DZ 的稳压值时 DZ 导通,晶闸管 D 受触发而导通,将 E+ 短路,使保险丝 RJ 熔断,从而起到过压保护的作用。

晶闸管的工作原理、应用电路与好坏判别

图 2 直流触发过压保护电路

2. 相位触发电路

相位触发电路实际上是交流触发电路的一种,其方法是用 RC 回路控制触发信号的相位。当 R 值较小时,RC 时间常数较小,触发信号的相移较小,因此负载获得较大的电功率;当 R 值较大时,RC 时间常数较大,触发信号的相移较大,因此负载获得较少的电功率。这种典型的电功率无级调整电路,在日常生活中有许多电气产品都在使用。

三、晶闸管好坏的判别

晶闸管质量好坏的判别可以从四个方面进行:第一,三个 PN 结均应完好;第二,当阴极与阳极间电压反向连接时能够阻断、不导通;第三,当控制极开路时,阴极与阳极间的电压正向连接时也不导通;第四,给控制极加上正向电流、并在阴极与阳极间加正向电压时晶闸管应当导通,且把控制极电流去掉后仍处于导通状态。

用万用表欧姆挡测量晶闸管的极间电阻,即可对前三个方面的好坏进行判断。具体方法是:

(1)用 R×1k 或 R×10k 挡测量阴极与阳极之间的正反向电阻(控制极不接电压),两个阻值均应很大,电阻值越大表明正反向漏电电流愈小。如果测得的阻值很低,或近似为无穷大,说明晶闸管已经击穿短路或已经开路,不能继续使用。

(2)用 R×1k 或 R×10k 挡测量阳极与控制极之间的电阻,电阻值很小表明晶闸管已经损坏。

(3)用 R×10 或 R×100 挡测量控制极和阴极之间 PN 结的正反向电阻。如出现正向阻值接近于零或为无穷大,表明控制极与阴极之间的 PN 结已经损坏;反向阻值应很大,但不能为无穷大,正常情况是反向阻值明显大于正向阻值。

晶闸管是否具有晶闸管特性,仅通过电流的测量是看不出来的,应通过试验电路加以判断:电源为 6 V 直流,电阻 R1、R2 均为 47 Ω,电流表量程大于 100 mA。不闭合开关 K 时,电流应很小为正常,如表针指示数很大表明管子已损坏;合上开关 K 时,表针应有几十毫安以上为正常,如此时电流很小或表针几乎不动,说明晶闸管已损坏;最后将开关 K 打开,表针的指示应与打开前一样,说明晶闸管是好的;如果打开开关 K 后表针指示降为零,说明晶闸管没有维持导通的功能。

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