第7节品闸管 3.7.1品闸管的基本结构类型 品闲管有很多种类，见图3.5引所示。这里主要介绍两种常用的单向品闲管和双向品 信话是和智SRU 双向品雨香(T阳C的 资导品阴管(T) 陶的发二板管(C 引单向开关城S) 但合罗括例晋 钟向开关[85 驻控制开关5C) 健不对称向开关(As匹 早闲管里件例包闲晋桥(》 使沫品用管线宾》 失凉品用管 可天新用行（四 编控品闲件FCT 光校保闲餐我灯 特线品用晋 温校品闲誉(TS0) 附351 晶闲管分类 闸管结构特性。 1.单向品闸管 品闲管(VT刀又称可控硅SC)。它是一种大功率的半导体开关器辨，其种类很多， 有普通型、双向型、可关断型、快速型和光控型等。这甲主要介绍使用最广泛的普通型 品侧管。它的外形有螺栓式、金属壳封装和望封式等几种，见图3.52。它们都有三个电 (a》煤栓形 《金属完封装 (e)型时 图3登荣向品侧音的外形及管博港列 极，即阳极A、阴极K和控制极G。螺栓式品间管的螺栓演为阳极，另一瑞引线较相的 为阴极，细的为控制极G,如图3.52()所示。使用时把阳极柠紧在散热器上，一般在 中小功率电路中采用这种结构散热。压模塑料封装式品阐管的阴极、阳极和控制极依次 排列，如图3.S2()所示，使用时将螺钉穿过管子的散热片（阳极）小L与外加蔽热器 拧在一起，一般在小功率电路中采用这种结构散热。上述战热片均带电，应注意与仪器 柜绝缘。 112
112 第 7 节 晶闸管 3.7.1 晶闸管的基本结构类型 晶闸管有很多种类，见图 3.51 所示。这里主要介绍两种常用的单向晶闸管和双向晶 闸管结构特性。 1. 单向晶闸管 晶闸管(VT)又称可控硅(SCR)。它是一种大功率的半导体开关器件，其种类很多， 有普通型、双向型、可关断型、快速型和光控型等。这里主要介绍使用最广泛的普通型 晶闸管。它的外形有螺栓式、金属壳封装和塑封式等几种，见图 3.52。它们都有三个电 极，即阳极 A、阴极 K 和控制极 G。螺栓式晶闸管的螺栓端为阳极，另一端引线较粗的 为阴极，细的为控制极 G，如图 3.52（a）所示。使用时把阳极拧紧在散热器上，一般在 中小功率电路中采用这种结构散热。压模塑料封装式晶闸管的阴极、阳极和控制极依次 排列，如图 3.52 （c）所示。使用时将螺钉穿过管子的散热片(阳极)小孔与外加散热器 拧在一起，一般在小功率电路中采用这种结构散热。上述散热片均带电，应注意与仪器 柜绝缘。 图 3.51 晶闸管分类 图 3.52
品川管的结构示意图及符号如图3.53所示，它的 管芯由PNPN2四层半导体构成，形成三个PN结J、 J2、J。由P区引出闲极A,从区引出控制极G, 从N2区引出阴极K,图353)为品闸管符号图，由 于阳侵A一般加正电压，阴极K加负电压，所以J G 为正偏，上为反偏，为正偏。若控制极G不如控制 电时，由于J为反向偏置，所以阳极A与阴极K 之问无电流通过。反之，若将阳极A加负电压，阴极 b时 K加正电压，则、为反偏，电流也无法通过SCR。 2.双向品闸管 图3.53单向品闸管结和图形符号 双向品何管常见的结构外形图3.54所示。 》结种示意图b)玉形符号 双向昌闸管可看作是把两个相反并联的品闸管制作在一块位品体上的器件。它由 NNPN五层结构组成，如图355(a)所示.有两个主电极T2和T1,并用一个控制极G。 图形符号如图3.55(b》所示。 a)结构图 b》图形符号 图玉54常见双向品们管外形 图多55双向品闸管结构和图形符号 3.72品用管的导电特性 1. 单向品何管导电特性 首先赏识的是：单向品闲管的导电特性是针对直流电时论， ①满足单向品闸管导通的两个必要条件：在单向品闸管上接正向电压，即在阳极接 白流电源正极，在阴极接直流电源负极：在控制极加上近当的触发电瓜。 ②当以上两个条件都满足时，单向品闸管导通，而且导通后，撤去触发电压信号， 单向品闸管仍然可以罪线保持导通。 ③若要关单向品闸管，可降低或关断阳极电压，或者在阳极通加反向负电压。 2.双向品闸管导电特性 单向品闲管只能实现单方向导通，反向只能截止。而双向品刚管在其控制极G与主 电极A2间如上正向或反向触发信号可使器件的两个方向部能控制导通。可以用作因态 崔电器、过零开关等，作为交流开关它有很泛的应用。 113
113 晶闸管的结构示意图及符号如图 3.53 所示， 它的 管芯由 P1N1P2N2四层半导体构成， 形成三个 PN 结 Jl、 J2、J3。由 P1区引出阳极 A，从 P2区引出控制极 G， 从 N2区引出阴极 K，图 3.53a）为晶闸管符号图。由 于阳极 A 一般加正电压，阴极 K 加负电压，所以 J1 为正偏， J2为反偏，J3为正偏。若控制极 G 不加控制 电压时，由于 J2 为反向偏置，所以阳极 A 与阴极 K 之间无电流通过。反之，若将阳极 A 加负电压，阴极 K 加正电压，则 Jl、J3为反偏，电流也无法通过 SCR。 2. 双向晶闸管 双向晶闸管常见的结构外形如图 3.54 所示。 双向晶闸管可看作是把两个相反并联的晶闸管制作在一块硅晶体上的器件。它由 NPNPN 五层结构组成， 如图 3.55（a）所示。有两个主电极 T2和 T1，并用一个控制极 G。 其图形符号如图 3.55（b）所示。 3.7.2 晶闸管的导电特性 1. 单向晶闸管导电特性 首先强调的是：单向晶闸管的导电特性是针对直流电讨论。 ①满足单向晶闸管导通的两个必要条件：在单向晶闸管上接正向电压，即在阳极接 直流电源正极，在阴极接直流电源负极；在控制极加上适当的触发电压。 ②当以上两个条件都满足时，单向晶闸管导通，而且导通后，撤去触发电压信号， 单向晶闸管仍然可以继续保持导通。 ③若要关断单向晶闸管，可降低或关断阳极电压，或者在阳极施加反向负电压。 2. 双向晶闸管导电特性 单向晶闸管只能实现单方向导通，反向只能截止。而双向晶闸管在其控制极 G 与主 电极 A2 间加上正向或反向触发信号可使器件的两个方向都能控制导通。可以用作固态 继电器、过零开关等，作为交流开关它有很广泛的应用。 图 3.53 单向晶闸管结构和图形符号 图 3.54 常见双向晶闸管外形 图 3.55 双向晶闸管结构和图形符号
双向品闲管的导电特性主要是针对交流电而言 ①在控村极加正向或反向触发信号都可以使双向品何管双相导通，即在A,A 之间加正向或反向电压均可导通： ②要保持双向品闲管导通。控制极信号不可掩出，即控制极信号一旦撒出，双向 品闸管将停止导通 实际上，双向品闲管也可以代替单向品闲管使用，其直流电源的导电特性同单向品 闸管，这里不再餐述。 3.73品闸管的典型应用 品闲管与二极管、三极管开关性能的比较及主要用途：二极管可看成是一个不可控 的开关，当外加适当的正向电压时，就相当于开关闭合导通。三极管也能作为开关使用， 当有足，的基极控制电流而使其包和导通时，相当于开关接通：而当三极管的发射结所 加的电压低于“死区”电压甚至为反偏电压时，三极管处于截止状态，相当于开关断开， 二极管和三极管作为开关的主要块点是前者不可控，后者需要持续的基极电流才能保 持其饱和导通状态，而保持截止状态需要发射结保持为低电压或反偏电压。显松，品何 管克服了以上不足，仅需一定的脉冲鞋发信号就能控制其导通，而且一日导通后，就不 需要控剑电流，而能维持导通状态，以微小的功率去控制较大的功率。又由于品阿管的 附压、电流均可做得很高。因此，在控制系统中，常用它迅速接通大功率的交、直流电 路。现在品何管已广泛应用于整流、逆变、变频、交流调压和无触点开关等装置中。 品削管应用一：整流。加图3.6所示为单相桥式品何管整流电路，单相交流电压经 桥式整流后得到如图3.57所示的被形图，其中图3.572所示为全被整流波形，由于只 有当触发信号加入品闲管时，它才会导通，而又每当交流电压过零时，品闸管又被关斯， 故可以得到知图3.575)所示的波形。从图3.57以.b)两组波形中可以看到，当：角较小 时，负载电阻两增的直流电压平均值较小：当角增大时，负载电阳两端直流电爪平均 41 42 4 ae收人时 的角精小时 (1》一变压器代娱电压；（一坚汽行电压；(3引一和发 图36荣相桥式品闲置 他号：〔)一品相香有座电压：一色数电且两情速压 型花电降 剂3.57帮直电培波影园 值较高。这样只要改变®角的大小（也就是改变触发信号出现的时），就能均匀连续地 改变整流电压的大小。0角称为品闸管的导通角，当=江时，整流电压U0.9E,这和 单相桥式整流电路的输出电压是一样的：当0=司时，U=0。这就是说，当®从连续 114
114 双向晶闸管的导电特性主要是针对交流电而言。 ① 在控制极加正向或反向触发信号都可以使双向晶闸管双相导通，即在 A1、A2 之间加正向或反向电压均可导通； ② 要保持双向晶闸管导通，控制极信号不可撤出，即控制极信号一旦撤出，双向 晶闸管将停止导通。 实际上，双向晶闸管也可以代替单向晶闸管使用，其直流电源的导电特性同单向晶 闸管，这里不再赘述。 3.7.3 晶闸管的典型应用 晶闸管与二极管、三极管开关性能的比较及主要用途：二极管可看成是一个不可控 的开关，当外加适当的正向电压时，就相当于开关闭合导通。三极管也能作为开关使用， 当有足够的基极控制电流而使其饱和导通时，相当于开关接通；而当三极管的发射结所 加的电压低于“死区”电压甚至为反偏电压时，三极管处于截止状态，相当于开关断开。 二极管和三极管作为开关的主要缺点是前者不可控，后者则需要持续的基极电流才能保 持其饱和导通状态，而保持截止状态需要发射结保持为低电压或反偏电压。显然，晶闸 管克服了以上不足，仅需一定的脉冲触发信号就能控制其导通，而且一旦导通后，就不 需要控制电流，而能维持导通状态，以微小的功率去控制较大的功率。又由于晶闸管的 耐压、电流均可做得很高，因此，在控制系统中，常用它迅速接通大功率的交、直流电 路。现在晶闸管已广泛应用于整流、逆变、变频、交流调压和无触点开关等装置中。 晶闸管应用一：整流。如图 3.56 所示为单相桥式晶闸管整流电路，单相交流电压经 桥式整流后得到如图 3.57 所示的波形图，其中图 3.57 (2)所示为全波整流波形，由于只 有当触发信号加入晶闸管时，它才会导通，而又每当交流电压过零时，晶闸管又被关断， 故可以得到如图 3.57(5)所示的波形。从图 3.57(a)、(b)两组波形中可以看到，当θ角较小 时，负载电阻两端的直流电压平均值较小；当θ角增大时，负载电阻两端直流电压平均 值较高。这样只要改变θ角的大小(也就是改变触发信号出现的时间)，就能均匀连续地 改变整流电压的大小。θ角称为晶闸管的导通角，当θ=π时，整流电压 UO=0.9E，这和 单相桥式整流电路的输出电压是一样的；当θ=0 时，UO=0。这就是说，当θ从π连续 图 3.56 图 3.57
地变到0时，。可以从0.9E连续地变化到0，这也是品闸管整流电路不同于二极管整流 的特点 品闲管应用二：调压。如图358所示，采用双向品何管的调光台灯电路。当开关S 闲合后，交流市电经白炽灯泡、L、RP、R对电容C充电。当C上的电压上升到双向 二极管导通电压时，VD导通，蚀发双向品闲 管VS使其导通，将市电与白炽灯泡接通，白 00H 炽灯泡被点亮。调节RP的阻值可改变VS的 导通角，即支变着白炽灯泡两罐的电压。从而 -220W 起到调光的作用。图中的L和C1是为抑制调 C 光电路产生的频率千扰而设计的。 0.1uF400W 3.7.4品闸管的检测 C .1uF400W 1.单向品闲管的检测 (1)电极的判新 图3.58双向品用管再先台灯电路 将万用表军R×0或R×k挡，测量品相 管任意两脚的正、反向电阻。若测得的结果接近无穷大，则被测两脚为阳极及阴极， 另外一脚为控制极。然后用万用表负表笔接控制极，用红表笔分别碰接另外两个电极测 量电阻，电阻小的一脚为阴极，电阻∞的为阳极。 (2)极何阻值的测量 将万用表置R×1k挡，按图3.59给出的方法进行测量。按图35兴圆得的正向阻 值应成为几千欧。若阳值很小，说明G一K间N结击穿：若阳值过大，则极间有断路现 象。按图39b测得的反向电阻应为无穷大，当阻值很小或为专时，说明N结有击穿 现象。技图359例)测得的阻值应为无穷大，若阻值较小，说明内部有击穿或短路现象。 RXI (aG-KN结正向特性 bG一KN结反究？性 cG一A因值 (dM一术阻值 图；5到作第管极刺宋值的测量 按图3.5d测得A一K极间的正，反向阻值均应为无穷大，否则说明内部有击穿或短路 现象。 115
115 地变到 0 时，UO 可以从 0.9E 连续地变化到 0， 这也是晶闸管整流电路不同于二极管整流 的特点。 晶闸管应用二：调压。如图 3.58 所示，采用双向晶闸管的调光台灯电路，当开关 S 闭合后，交流市电经白炽灯泡、L、RP、R 对电容 C2充电。当 C2上的电压上升到双向 二极管导通电压时，VD 导通，触发双向晶闸 管 VS 使其导通，将市电与白炽灯泡接通，白 炽灯泡被点亮。调节 RP 的阻值可改变 VS 的 导通角，即改变着白炽灯泡两端的电压，从而 起到调光的作用。图中的 L 和 C1 是为抑制调 光电路产生的频率干扰而设计的。 3.7.4 晶闸管的检测 1．单向晶闸管的检测 (1)电极的判断 将万用表置 R×l00 或 R×lk 挡， 测量晶闸 管任意两脚的正、反向电阻。若测得的结果都接近无穷大，则被测两脚为阳极及阴极， 另外一脚为控制极。然后用万用表负表笔接控制极，用红表笔分别碰接另外两个电极测 量电阻，电阻小的一脚为阴极，电阻∞的为阳极。 (2)极间阻值的测量 将万用表置 R×l k 挡，按图 3.59 给出的方法进行测量。按图 3.59(a)测得的正向阻 值应为几千欧。若阻值很小，说明 G—K 间 PN 结击穿；若阻值过大，则极间有断路现 象。按图 3.59(b)测得的反向电阻应为无穷大，当阻值很小或为零时，说明 PN 结有击穿 现象。按图 3.59(c)测得的阻值应为无穷大，若阻值较小，说明内部有击穿或短路现象。 按图 3.59(d)测得 A—K 极间的正、反向阻值均应为无穷大，否则说明内部有击穿或短路 现象。 图 3.58 图 3.59
2,双向品闸管的检测 电极的判断与触发特性测试，将万用表置R×1挡，测量双向品闸管任意两脚之间的 阻值，如果测出某脚和其他两脚之问的电阻均为无穷大，则该與为T:极。 确定T2极后，可假定其余两脚中某一脚为T,电极，而另一脚为G极，燃后采用触 发导通测试方法确定假定极性的正确性。测试方法如图3.60所示。首先将思表笔接T 极，红表笔接T2极，所测电阳应为无穷大。然后用导线将T极与G极短接，相当于给 G极加上负触发信号，比时所测T一T极何电阻应为10Q左右，证明双向品闸管己触发 导通，如图360()所示，将T2极与G极何的短接导线新开，电阻值若保持不变，说明 管子在T,→T2方向上能潍持导通状态。 再将红表笔接T极，黑表笔接T上极，所测电阻也应为无穷大，然后用导线将T2极 与G极短接，相当于给G极加上正触发信号，此时所测T1一·T上极电阻应为10？左右： 如图360b)所示。若断开T:极与G极间的短接导线阻值不变，则说明管子经触发后， 在T2一T,方向上也能裤持导通状态，且具有双向触发性能。上述试验也证明极性的假定 是正确的。否则是假定与实际不符，需重新作出假定。重复上述测量过程。 导 fa) ( 阁3.的双向属闸管海试方法 116
116 2．双向晶闸管的检测 电极的判断与触发特性测试。 将万用表置 R×l 挡， 测量双向晶闸管任意两脚之间的 阻值，如果测出某脚和其他两脚之间的电阻均为无穷大，则该脚为 T2极。 确定 T2极后，可假定其余两脚中某一脚为 T l 电极，而另一脚为 G 极，然后采用触 发导通测试方法确定假定极性的正确性。测试方法如图 3.60 所示。首先将黒表笔接 T1 极，红表笔接 T2极，所测电阻应为无穷大。然后用导线将 T2极与 G 极短接，相当于给 G 极加上负触发信号，此时所测 T1~T2极间电阻应为 10Ω左右，证明双向晶闸管已触发 导通，如图 3.60 (a)所示。将 T2极与 G 极间的短接导线断开，电阻值若保持不变，说明 管子在 T1→T2方向上能维持导通状态。 再将红表笔接 Tl 极，黑表笔接 T2极，所测电阻也应为无穷大，然后用导线将 T2极 与 G 极短接， 相当于给 G 极加上正触发信号， 此时所测 T1一 T2极间电阻应为 10Ω左右， 如图 3.60(b)所示。若断开 T2极与 G 极间的短接导线阻值不变，则说明管子经触发后， 在 T2→T1方向上也能维持导通状态，且具有双向触发性能。上述试验也证明极性的假定 是正确的，否则是假定与实际不符，需重新作出假定，重复上述测量过程。 图 3.60