单向可控硅的工作原理
一、单向可控硅工作原理
首先让我们来认识一下单向可控硅。
它的内部结构示意如图1 (a〉所示。由图1 (a)可见,单向可控硅由四层半导体P,N,P,N,组成,中间有3个PN结;J,J,和J结,由P,区引出阳极A,N,区引出阴极K,中间的P。区引出控制极(或称为门极)G。单向可控硅的电路符号如图1 (b)所示。
为了理解单向可控硅的工资原理,可以把单向可控硅等效地看成一个PNP型晶体管T,与一个NPN型晶体管T,组合而成,中间的P,层和N,层半导体为两个晶体管共用,阳极A相当于T,的发射极,阴极K相当于T,的发射极,如图2所示。理解单向可控硅工作原理的关键是了解控制极的作用。
(1)控制极不加电压或加反向电压
当控制极悬空或者控制极与阴极之间加反向电压,即 Ugx<0时,必有Ⅰ。=0.如果在阳极与阴极之间加反向电压,即Uax<0,由于T1,T2的发射结J,J2均处于反向偏置,T1,T2处于截止状态,此时流过单向可控硅中的电流只是J1,J3结的反向饱和电流,Ia~0,单向可控硅处以阻断状态;如果在阳极与阴极之间加正向电压,即Uak>0,J2结处于反偏状态,由于Ⅰg=0,T2必处于截止状态,此时单向可控硅中的电流只是J,结的反向饱和电流,Ia≈0,单向可控硅仍处于阻断状态。所以,当控制极不加电压或加反向电压时,Ig=0,单向可控硅处于阻断状态,具有正、反阻断能力。
(2)控制极加正向电压
当控制极与阴极之间加正向电压,即Ugx >0时,T2的发射结J3处于正向偏置,Ig≠0。如果在阳极与阴极之间加反向电压,即 Uak <0,由于T1的发射结J1处于反向偏置,T1处于截止状态,所以单向可控硅处于阻断状态,Ia≈0;如果阳极与阴极之间加正向电压,即Uak >0,由于T1,T2的发射结J1J3处于正向偏置,集电结J2处于反向偏置,T1T2将处于放大状态。Ig经T2放大后,T2的集电极电流Ic2=β2 Ig,T2的集电极电流又是T1的基极电流,经T1放大,T1集电极电流Ⅰc1=β1β2 Ig,此电流又流入T1的基极进行放大,如此循环,就形成了很强的正反馈,使T1T2很快进入饱和状态,单向可控硅处于导通状态。单向可控硅导通后,阳极与阴极之间电压Uax的数值很小,外加电源电压几乎全部降在负载上。
(3)单向可控硅的关断
由以上分析可见,当单向可控硅导通后,T,的基极始终有T,的集电极电流I c,流过,而且I c,的数值要比开始外加的Ⅰ。大得多,所以即使控制极电压消失,I。=0,仍可依靠管子本身的正反馈作用维持导通。所以,一旦单向可控硅导通后,控制极将失去控制作用。单向可控硅导通后,如果想使它重新关断,必须把阳极电流I ,减小到使其不能维持正反馈,为此,可将阳极断开或在阳极与阴极之间加反向电压。
(3)单向可控硅的关断
由以上分析可见,当单向可控硅导通后,T2的基极始终有T1的集电极电流Ⅰc1流过,而且Ⅰc1的数值要比开始外加的Ⅰg大得多,所以即使控制极电压消失,Ⅰg=0,仍可依靠管子本身的正反馈作用维持导通。所以,一旦单向可控硅导通后,控制极将失去控制作用。单向可控硅导通后,如果想使它重新关断,必须把阳极电流Ⅰ ,减小到使其不能维持正反馈,为此,可将阳极断开或在阳极与阴极之间加反向电压。
综上所述:在单向可控硅阳极与阴极间加正向电压的条件下,如果某时刻在控制极与阴极之间加入正向电压,单向可控硅将由阻断状态转为导通状态,称之为触发导通。单向可控硅导通后,控制极将失去控制作用,如果要重新关断单向可控硅,必须使其阳极电流小于一定的值Ⅰh ,(称为维持电流)或使阳极与阴极之间电压Uak减小到零。