一文带你了解晶闸管作用、工作原理

一文带你了解晶闸管作用、工作原理

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/jiepei_PCB/article/details/141709523

晶闸管（Thyristor），又称可控硅，是一种广泛应用于电力电子设备中的半导体器件。它以其独特的电流控制特性在电子电路中扮演着重要角色。本文将详细解读晶闸管的工作原理、特性以及如何区分电流型和电压型器件。

一、晶闸管的基本工作原理

晶闸管由四层半导体材料（P-N-P-N结构）组成，具有三个电极：阳极（Anode）、阴极（Cathode）和门极（Gate）。当阳极相对于阴极为正电压时，晶闸管处于正向阻断状态。这时，即使施加正向电压，晶闸管也不会导通，除非在门极施加一个触发电流。这个触发电流使得晶闸管进入导通状态，允许电流从阳极流向阴极。

二、电流型器件的特征

• 门极触发电流：晶闸管需要一个门极电流来触发导通。这个门极电流可以很小，但必须存在，以改变内部的载流子分布，使其进入导通状态。
• 维持电流：一旦晶闸管导通，需要一个最小的维持电流（Holding Current）来保持其导通状态。如果电流降到维持电流以下，晶闸管会重新进入阻断状态。
• 关断电流：晶闸管的关断是通过减少流经阳极和阴极之间的电流来实现的，而不是通过改变施加的电压。

三、电压型器件的特征

与电流型器件不同，电压型器件的控制变量是电压。例如，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和场效应晶体管（MOSFET）就是电压型器件。它们通过控制栅极电压来决定导通或关断状态，而不是通过电流。

• 栅极电压控制：电压型器件需要施加一定的栅极电压来改变导通状态。导通与否取决于栅极与源极之间的电压差。
• 静态电流：在维持一个导通或关断状态时，不需要额外的电流，只需保持栅极电压。

四、区分电流型和电压型器件的原则

• 触发方式：电流型器件需要电流触发，而电压型器件通过电压控制。
• 存储特性：电流型器件具有存储电荷的特性，关断时需要考虑电荷耗散。电压型器件没有存储电荷的问题，关断主要依赖于电压的移除。
• 控制输入的类型：如果控制输入主要依赖于电流（如晶闸管的门极电流），则为电流型器件。如果控制输入依赖于电压（如MOSFET的栅极电压），则为电压型器件。
• 导通和关断机制：电流型器件通过电流触发导通并通过减少电流关断；电压型器件通过电压触发导通并通过改变电压关断。
• 维持状态的要求：电流型器件需要维持电流来保持导通状态，而电压型器件只需维持电压。
• 应用场景：电流型器件适用于高功率、高电压的应用，如电机控制和电源调节。电压型器件适用于需要快速开关和低功耗的应用，如数字电路和信号处理。

五、实际应用中的区分

在实际应用中，电流型和电压型器件的选择往往根据具体的电路需求来决定。例如：

• 交流电机控制：晶闸管在交流电机的调速和控制中应用广泛，因为交流电机的工作电流较大，晶闸管能有效控制大电流的通断。
• 整流电路：在高功率整流电路中，晶闸管作为整流元件，能够高效地将交流电转换为直流电。
• 逆变电路：在逆变电路中，晶闸管可以实现从直流到交流的转换，尤其适用于大功率的应用场合。

六、电流型和电压型器件的互补应用

在某些复杂电路中，电流型和电压型器件常常互补使用。例如在不间断电源（UPS）系统中，晶闸管和MOSFET可能会结合使用，以便在不同阶段实现最佳的电流和电压控制。

总的来说，晶闸管作为电流型器件，其导通和维持状态依赖于电流的特性，使其在高电流应用中表现出色。