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可控硅专辑---原理篇、参数篇、应用篇、检测篇(1).pdf

可控硅专辑---原理篇、参数篇、应用篇、检测篇(1).pdf

上传者: 风雨无阻 2010-12-18 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《可控硅专辑---原理篇、参数篇、应用篇、检测篇(1)pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含目录可控硅元件的工作原理及基本特性可控硅元件可控硅元件的结构可控硅知识的问与答可控硅元件可控硅整流电路如何鉴别可控硅的三个极晶闸管的工作原理可关断晶符等。

目录可控硅元件的工作原理及基本特性可控硅元件可控硅元件的结构可控硅知识的问与答可控硅元件可控硅整流电路如何鉴别可控硅的三个极晶闸管的工作原理可关断晶闸管(GTO)硅控制开关(SCS)逆导晶闸管(RCT)硅双向开关(SBS)硅单向开关SUS(单向触发晶体管)双向触发二极管(DIAC)固态继电器简介SHS固态继电器原理与应用向强电冲击的先锋可控硅双向触发二极管固体继电器SSR双向触发二极管单结晶体管(双基极二极管)原理单结晶体管原理电动机、变压器的控制电力电子技术向高频领域发展应重新认识的几个概念认识变压器、电抗器光控晶闸管可控硅整流电路中的波形系数可控硅元件的工作原理及基本特性、工作原理可控硅是PNPN四层三端结构元件共有三个PN结分析原理时可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成其等效图解如图所示图可控硅等效图解图当阳极A加上正向电压时BG和BG管均处于放大状态。此时如果从控制极G输入一个正向触发信号BG便有基流ib流过经BG放大其集电极电流ic=βib。因为BG的集电极直接与BG的基极相连所以ib=ic。此时电流ic再经BG放大于是BG的集电极电流ic=βib=ββib。这个电流又流回到BG的基极表成正反馈使ib不断增大如此正向馈循环的结果两个管子的电流剧增可控硅使饱和导通。由于BG和BG所构成的正反馈作用所以一旦可控硅导通后即使控制极G的电流消失了可控硅仍然能够维持导通状态由于触发信号只起触发作用没有关断功能所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态所以它具有开关特性这种特性需要一定的条件才能转化此条件见表表可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通、阳极电位高于是阴极电位、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通、阳极电位高于阴极电位、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断、阳极电位低于阴极电位、阳极电流小于维持电流任一条件即可、基本伏安特性可控硅的基本伏安特性见图图可控硅基本伏安特性()反向特性当控制极开路阳极加上反向电压时(见图)J结正偏但J、J结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流当电压进一步提高到J结的雪崩击穿电压后接差J结也击穿电流迅速增加图的特性开始弯曲如特性OR段所示弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时可控硅会发生永久性反向击穿。图阳极加反向电压()正向特性当控制极开路阳极上加上正向电压时(见图)J、J结正偏但J结反偏这与普通PN结的反向特性相似也只能流过很小电流这叫正向阻断状态当电压增加图的特性发生了弯曲如特性OA段所示弯曲处的是UBO叫:正向转折电压图阳极加正向电压由于电压升高到J结的雪崩击穿电压后J结发生雪崩倍增效应在结区产生大量的电子和空穴电子时入N区空穴时入P区。进入N区的电子与由P区通过J结注入N区的空穴复合同样进入P区的空穴与由N区通过J结注入P区的电子复合雪崩击穿进入N区的电子与进入P区的空穴各自不能全部复合掉这样在N区就有电子积累在P区就有空穴积累结果使P区的电位升高N区的电位下降J结变成正偏只要电流稍增加电压便迅速下降出现所谓负阻特性见图的虚线AB段。这时J、J、J三个结均处于正偏可控硅便进入正向导电状态通态此时它的特性与普通的PN结正向特性相似见图中的BC段、触发导通在控制极G上加入正向电压时(见图)因J正偏P区的空穴时入N区N区的电子进入P区形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用(见图)的基础上加上IGT的作用使可控硅提前导通导致图的伏安特性OA段左移IGT越大特性左移越快。图阳极和控制极均加正向电压可控硅元件可控硅元件的结构一种以硅单晶为基本材料的PNPN四层三端器件创制于年由于它特性类似于真空闸流管所以国际上通称为硅晶体闸流管简称晶闸管T。又由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件简称为可控硅SCR。在性能上可控硅不仅具有单向导电性而且还具有比硅整流元件(俗称“死硅”)更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备如果超过此频率因元件开关损耗显著增加允许通过的平均电流相降低此时标称电流应降级使用。可控硅的优点很多例如:以小功率控制大功率功率放大倍数高达几十万倍反应极快在微秒级内开通、关断无触点运行无火花、无噪音效率高成本低等等。可控硅的弱点:静态及动态的过载能力较差容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。可控硅元件的结构不管可控硅的外形如何它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层PNPN结构。见图。它有三个PN结(J、J、J)从J结构的P层引出阳极A从N层引出阴级K从P层引出控制极G所以它是一种四层三端的半导体器件。图、可控硅结构示意图和符号图可控硅知识的问与答一、可控硅的概念和结构?晶闸管又叫可控硅。自从世纪年代问世以来已经发展成了一个大的家族它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管等等。今天大家使用的是单向晶闸管也就是人们常说的普通晶闸管它是由四层半导体材料组成的有三个PN结对外有三个电极〔图(a)〕:第一层P型半导体引出的电极叫阳极A第三层P型半导体引出的电极叫控制极G第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图(b)〕可以看到它和二极管一样是一种单方向导电的器件关键是多了一个控制极G这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。图二、晶闸管的主要工作特性为了能够直观地认识晶闸管的工作特性大家先看这块示教板(图)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极阴极K接电源的负极控制极G通过按钮开关SB接在V直流电源的正极(这里使用的是KP型晶闸管若采用KP型应接在V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接也就是说给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S小灯泡不亮说明晶闸管没有导通再按一下按钮开关SB给控制极输入一个触发电压小灯泡亮了说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢图这个实验告诉我们要使晶闸管导通一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后松开按钮开关去掉触发电压仍然维持导通状态。晶闸管的特点:是“一触即发”。但是如果阳极或控制极外加的是反向电压晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通却不能使它关断。那么用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢使导通的晶闸管关断可以断开阳极电源(图中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压那么在电压过零时晶闸管会自行关断。三、用万用表可以区分晶闸管的三个电极吗怎样测试晶闸管的好坏呢普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆挡R挡位来测。大家知道晶闸管G、K之间是一个PN结〔图(a)〕相当于一个二极管G为正极、K为负极所以按照测试二极管的方法找出三个极中的两个极测它的正、反向电阻电阻小时万用表黑表笔接的是控制极G红表笔接的是阴极K剩下的一个就是阳极A了。测试晶闸管的好坏可以用刚才演示用的示教板电路(图)。接通电源开关S按一下按钮开关SB灯泡发光就是好的不发光就是坏的四、晶闸管在电路中的主要用途是什么普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路〔图(a)〕。在正弦交流电压U的正半周期间如果VS的控制极没有输入触发脉冲UgVS仍然不能导通只有在U处于正半周在控制极外加触发脉冲Ug时晶闸管被触发导通。现在画出它的波形图〔图(c)及(d)〕可以看到只有在触发脉冲Ug到来时负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早晶闸管导通的时间就早Ug到来得晚晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中常把交流电的半个周期定为称为电角度。这样在U的每个正半周从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。很明显α和θ都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ改变负载上脉冲直流电压的平均值UL实现了可控整流。五、在桥式整流电路中把二极管都换成晶闸管是不是就成了可控整流电路了呢在桥式整流电路中只需要把两个二极管换成晶闸管就能构成全波可控整流电路了。现在画出电路图和波形图(图)就能看明白了。六、晶闸管控制极所需的触发脉冲是怎么产生的呢晶闸管触发电路的形式很多常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路等等。今天大家制作的调压器采用的是单结晶体管触发电路。七、什么是单结晶体管它有什么特殊性能呢单结晶体管又叫双基极二极管是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件(图)。我们先画出它的结构示意图〔图(a)〕。在一块N型硅片两端制作两个电极分别叫做第一基极B和第二基极B硅片的另一侧靠近B处制作了一个PN结相当于一只二极管在P区引出的电极叫发射极E。为了分析方便可以把B、B之间的N型区域等效为一个纯电阻RBB称为基区电阻并可看作是两个电阻RB、RB的串联〔图(b)〕。值得注意的是RB的阻值会随发射极电流IE的变化而改变具有可变电阻的特性。如果在两个基极B、B之间加上一个直流电压UBB则A点的电压UA为:若发射极电压UE<UA二极管VD截止当UE大于单结晶体管的峰点电压UP(UP=UD+UA)时二极管VD导通发射极电流IE注入RB使RB的阻值急剧变小E点电位UE随之下降出现了IE增大UE反而降低的现象称为负阻效应。发射极电流IE继续增加发射极电压UE不断下降当UE下降到谷点电压UV以下时单结晶体管就进入截止状态。八、怎样利用单结晶体管组成晶闸管触发电路呢单结晶体管组成的触发脉冲产生电路在今天大家制作的调压器中已经具体应用了。为了说明它的工作原理我们单独画出单结晶体管张弛振荡器的电路(图)。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成的。合上电源开关S后电源UBB经电位器RP向电容器C充电电容器上的电压UC按指数规律上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时单结晶体管突然导通基区电阻RB急剧减小电容器C通过PN结向电阻R迅速放电使R两端电压Ug发生一个正跳变形成陡峭的脉冲前沿〔图(b)〕。随着电容器C的放电UE按指数规律下降直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这样在R两端输出的是尖顶触发脉冲。此时电源UBB又开始给电容器C充电进入第二个充放电过程。这样周而复始电路中进行着周期性的振荡。调节RP可以改变振荡周期。九、在可控整流电路的波形图中发现晶闸管承受正向电压的每半个周期内发出第一个触发脉冲的时刻都相同也就是控制角α和导通角θ都相等那么单结晶体管张弛振荡器怎样才能与交流电源准确地配合以实现有效的控制呢为了实现整流电路输出电压“可控”必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同这种相互配合的工作方式称为触发脉冲与电源同步。怎样才能做到同步呢大家再看调压器的电路图(图)。请注意在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在晶闸管没有导通时张弛振荡器的电容器C被电源充电UC按指数规律上升到峰点电压UP时单结晶体管VT导通在VS导通期间负载RL上有交流电压和电流与此同时导通的VS两端电压降很小迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零瞬间晶闸管VS被迫关断张弛振荡器得电又开始给电容器C充电重复以上过程。这样每次交流电压过零后张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。调节RP的阻值就可以改变电容器C的充电时间也就改变了第一个Ug发出的时刻相应地改变了晶闸管的控制角使负载RL上输出电压的平均值发生变化达到调压的目的。双向晶闸管的T和T不能互换。否则会损坏管子和相关的控制电路。可控硅元件可控硅整流电路一、单相半波可控整流电路、工作原理电路和波形如图所示设u=Usinω。图单相半波可控整流正半周:<t<t,ug=,T正向阻断id=,uT=u,ud=t=t时,加入ug脉冲T导通忽略其正向压降uT=,ud=u,id=udRd。负半周:πt<π当u自然过零时T自行关断而处于反向阻断状态ut=,ud=,id=。从到t的电度角为α叫控制角。从t到π的电度角为θ叫导通角显然αθ=π。当α=θ=度时可控硅全导通与不控整流一样当α=度θ=度时可控硅全关断输出电压为零。、各电量关系ud波形为非正弦波其平均值(直流电压):由上式可见负载电阻Rd上的直流电压是控制角α的函数所以改变α的大小就可以控制直流电压Ud的数值这就是可控整流意义之所在。流过Rd的直流电流Id:Ud的有效值(均方根值):流过Rd的电流有效值:由于电源提供的有功功率P=UI电源视在功率S=UI(U是电源电压有效值)所以功率因数:由上式可见功率因数cosψ也是α的函数当α=时cosψ=。显然对于电阻性负载单相半波可控整流的功率因数也不会是。比值UdU、IId和cosψ随α的变化数值见表它们相应的关系曲线如图所示表UdU、IId和cosψ的关系αUdUIIdcosψ图单相半波可控整流的电压、电流及功率因数与控制角的关系由于可控硅T与Rd是串联的所以流过Rd的有效值电流I与平均值电流Id的比值也就是流过可控硅T的有效值电流IT与平均值电流IdT的比值即IId=ItIdT。二、单相桥式半控整流电路、工作原理电路与波形如图所示图、单相桥式半控整流正半周:t时刻加入ugT导通电流通路如图实线所示。uT=,ud=u,uT=u。u过零时T自行关断。负半周:t时刻加入ugT导通电流通路如图虚线所示uT=ud=u,ut=u。u过零时T自行关断。、各电量关系由图可见ud波形为非正弦波其幅值为半波整流的两倍所以Rd上的直流电压Ud:直流电流Id:电压有效值U:电流有效值I:功率因数cosψ:比值UdU,IId和cosψ随α的变化数值见表相应关系曲线见图表UdU、IId、cosψ与α的关系表αUdUIIdcosψ图、单相全波和桥式电路电压、电流及功率因数与控制角的关系把单相全波整流单相半波整流进行比较可知:()当α相同时全波的输出直流电压比半波的大一倍。()在α和Id相同时全波的电流有效值比半波的减小倍。()α相同时全波的功率因数比半波的提高了倍。()感性负载(不带续流二极管见图):图电感性负载无续流二极管电机电器的电磁线圈、带电感滤波的电阻负载等均属于电感性负载。电感具有障碍电流变化的作用可控硅T导通时其压降uT=但电流id只能从零开始上升。id增加和减少时线圈Ld两端的感应电动势eL的极性变化如图示。当电源电压u下降及u时只要释放磁场能量可以维持id继续流通可控硅T仍然牌导通状态此时ud=u。当u<时虽然ud出现负值但电流id的方向不变。当电流id减小到小于维持电流IH时可控硅T自行关断id=,UT=u可控硅承受反压。负载电压平均值:其中电感Ld两端电压的平均值为零。电感Ld的存在使负载电压ud出现负值Ld越大ud负值越大负载上直流电压Ud就越小Id=UdRd也越小所以如果不采取措施可控硅的输出就达不到应有的电压和电流。()感性负载(带续流二极管见图):图电感性负载有续流二极管在负载上并联一只续流二极管D可使Ud提高到和电阻性负载时一样在电源电压u时D的作用有点:把电源负电压u引到可控硅T两端使T关断uT=u给电感电流续流形成iD把负载短路ud=,避免ud出现负值使负载上直流输出电压ud提高。负载电流为何控硅电流iT和二极管的续流iD之和即id=iTiD。当ωLdR时iD下降很慢使id近似为一条水平线所以流过T和D的电注平均值与有效值分别为:平均值:IdT=(θ)IdIdD=(θ)Id有效值:IT=根号下(θ)IdID=根号下(θ)Id可控硅T开始导通后如果电感Ld很大iT的上升很慢这就有可能导致触发脉冲消失时可控硅的电流还上升不到维持导通状态的维持电流就是说可控硅触发不了为了使可控硅可靠触发触发脉冲应该足够宽或者在负载两端并联一只电阻以利于加快iT的上升。如何鉴别可控硅的三个极鉴别可控硅三个极的方法很简单根据PN结的原理只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上(它们之间有两个PN结而且方向相反因此阳极和控制极正反向都不通)。控制极与阴极之间是一个PN结因此它的正向电阻大约在几欧几百欧的范围反向电阻比正向电阻要大。可是控制极二极管特性是不太理想的反向不是完全呈阻断状态的可以有比较大的电流通过因此有时测得控制极反向电阻比较小并不能说明控制极特性不好。另外在测量控制极正反向电阻时万用表应放在R*或R*挡防止电压过高控制极反向击穿。若测得元件阴阳极正反向已短路或阳极与控制极短路或控制极与阴极反向短路或控制极与阴极断路说明元件已损坏。晶闸管的工作原理在中频炉中整流侧关断时间采用KP微秒以内逆变侧关短时间采用KK微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别晶闸管T在工作过程中它的阳极A和阴极K与电源和负载连接组成晶闸管的主电路晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接组成晶闸管的控制电路。晶闸管的工作条件:晶闸管承受反向阳极电压时不管门极承受和种电压晶闸管都处于关短状态。晶闸管承受正向阳极电压时仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。晶闸管在导通情况下只要有一定的正向阳极电压不论门极电压如何晶闸管保持导通即晶闸管导通后门极失去作用。晶闸管在导通情况下当主回路电压(或电流)减小到接近于零时晶闸管关断。从晶闸管的内部分析工作过程:晶闸管是四层三端器件它有J、J、J三个PN结图可以把它中间的NP分成两部分构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图当晶闸管承受正向阳极电压时为使晶闸管导铜必须使承受反向电压的PN结J失去阻挡作用。图中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此两个互相复合的晶体管电路当有足够的门机电流Ig流入时就会形成强烈的正反馈造成两晶体管饱和导通晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic和Ic发射极电流相应为Ia和Ik电流放大系数相应为a=IcIa和a=IcIk设流过J结的反相漏电电流为Ic,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:Ia=IcIcIc或Ia=aIaaIkIc若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=IaIg从而可以得出晶闸管阳极电流为:I=(IcIga)((aa))()式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a和a随其发射极电流的改变而急剧变化如图所示。当晶闸管承受正向阳极电压而门极未受电压的情况下式()中Ig=,(aa)很小故晶闸管的阳极电流IaIc晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结从而提高起点流放大系数a,产生足够大的极电极电流Ic流过PNP管的发射结并提高了PNP管的电流放大系数a,产生更大的极电极电流Ic流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图当a和a随发射极电流增加而(aa)时式()中的分母(aa),因此提高了晶闸管的阳极电流Ia这时流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。式()中在晶闸管导通后(aa),即使此时门极电流Ig=,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后门极已失去作用。在晶闸管导通后如果不断的减小电源电压或增大回路电阻使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时由于a和a迅速下降当(aa)时晶闸管恢复阻断状态。可关断晶闸管(GTO)可关断晶闸管GTO(GateTurnOffThyristor)亦称门控晶闸管。其主要特点为当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。前已述及普通晶闸管(SCR)靠门极正信号触发之后撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断必须切断电源使正向电流低于维持电流IH或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路不仅使设备的体积重量增大而且会降低效率产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点以具有自关断能力使用方便是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管(GTR)只是工作频纺比GTR低。目前GTO已达到A、V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域显示出强大的生命力。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件其结构及等效电路和普通晶闸管相同因此图仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块形式。尽管GTO与SCR的触发导通原理相同但二者的关断原理及关断方式截然不同。这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态而GTO在导通后只能达到临界饱和所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。GTO的一个重要参数就是关断增益βoff它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比有公式βoff=IATMIGMβoff一般为几倍至几十倍。βoff值愈大说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然βoff与昌盛的hFE参数颇有相似之处。下面分别介绍利用万用表判定GTO电极、检查GTO的触发能力和关断能力、估测关断增益βoff的方法。.判定GTO的电极将万用表拨至R档测量任意两脚间的电阻仅当黑表笔接G极红表笔接K极时电阻呈低阻值对其它情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极剩下的就是A极。.检查触发能力如图(a)所示首先将表Ⅰ的黑表笔接A极红表笔接K极电阻为无穷大然后用黑表笔尖也同时接触G极加上正向触发信号表针向右偏转到低阻值即表明GTO已经导通最后脱开G极只要GTO维持通态就说明被测管具有触发能力。.检查关断能力现采用双表法检查GTO的关断能力如图(b)所示表Ⅰ的档位及接法保持不变。将表Ⅱ拨于R档红表笔接G极黑表笔接K极施以负向触发信号如果表Ⅰ的指针向左摆到无穷大位置证明GTO具有关断能力。.估测关断增益βoff进行到第步时先不接入表Ⅱ记下在GTO导通时表Ⅰ的正向偏转格数n再接上表Ⅱ强迫GTO关断记下表Ⅱ的正向偏转格数n。最后根据读取电流法按下式估算关断增益:βoff=IATMIGMIATIG=KnKn式中K表Ⅰ在R档的电流比例系数K表Ⅱ在R档的电流比例系数。βoffnn此式的优点是不需要具体计算IAT、IG之值只要读出二者所对应的表针正向偏转格数即可迅速估测关断增益值。注意事项:()在检查大功率GTO器件时建议在R档外边串联一节V电池E′以提高测试电压和测试电流使GTO可靠地导通。()要准确测量GTO的关断增益βoff必须有专用测试设备。但在业余条件下可用上述方法进行估测。由于测试条件不同测量结果仅供参考或作为相对比较的依据。硅控制开关(SCS)硅控制开关SCS(SiliconControlledSwitch)亦称四端小功率晶闸管。它属于新颖、多功能半导体器件。只要改变其接线方式就可构成普通晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、逆导晶闸管(RCT)、互补型N门极晶闸管(NGT)、程控单结晶体管(PUT)、单结晶体管(UJT)此外还能构成NPN型晶体管、PNP型晶体管、肖克莱二极管(SKD)、种稳压二极管、N型或P型负阻器件分别实现十多种半导体器件的电路功能。迄今为止还不曾有哪种器件象它具有如此众多的功能。因此它被誉为新颖“万能”器件亦当之无愧。硅控制开关属于PNPN四层四端器件其内部结构、等效电路及符号如图所示。等效电路是由NPN晶体管(T)和PNP晶体管(T)组成的。四个引出端分别是阳极A、阴极K、阳极门极GA、阴极门极GK。由于其门极触发电流极小(几微安)开关时间(tON、toFF)极短所以它相当于一只高灵敏度的小功率晶闸管。容量一般为V、A大多采用金属壳封装管径为mm管脚排列顺序见图。国外典型产品有N、N、MAS、SF等。硅控制开关的最大特点是在PNPN的每一层都有一个引出端所以使用极灵活。在不同接线方式下硅控制开关的电路功能详见表。其中肖克莱二极管SKD(ShockleyDiode)属于四层、高速、可控半导体整流二极管可作开关二极管或触发器用于激光脉冲发生器中。除表中所列用途之外硅控制开关还可用作继电器驱动器、延时电路、脉冲发生器、双稳态触发器、高灵敏度电平检测器。硅控制开关伯GTO使用时需注意以下几点(参见图):第一:A极接电源正极K极接电源负极第二:GA极加负脉冲时器件导通。加正脉冲时器件关断第三:GK极加正脉冲时器件导通加负脉冲时器件关断。下面介绍利用万用表检查硅控制开关的方法.检查三个PN结的单向导电性将万用表拨到Rk档分别测量AGA、GAGK、GKK之间的正、反向电阻。正向电阻应为几千欧至十几千欧反向电阻为无穷大说明PN结具有单向导电性。.检查逆导性只将GA与A短接即可观察到逆导性。但为使效果更明显现将GK与K也短接此时A、K之间只有两个同极性并联着的硅PN结而且K极是接PN结正极A极接PN结的负极。因此用黑表笔接K极红表笔接A极测出的是正向电阻约为几千欧。该特性就称为“逆导”(反向导通之意)。若交换表笔位置就无逆导性电阻变成无穷大。.检查触发能力首先用黑表笔接A极红表笔接K极电阻为无穷大证明器件关断。再按下述步骤操作:()用红表笔尖搭一下GA极然后脱开(但红表笔始终接着A极)为相当于给GA极加负脉冲若电阻迅速减小则说明器件具有触发能力。()拿黑表笔搭一下GK极旋即脱开这相当于给GK极输入正脉冲电阻值迅速降低表明有触发能力。.检查关断能力首先利用上面介绍的方法使器件导通再进行以下操作:()用黑表笔尖搭一下GA极随即脱开如果电阻变成无穷大证明器件被关断参见图(a)。()用红表笔尖搭一下GK极迅速脱开电阻呈无穷大说明SCS关断参见图(b)。逆导晶闸管(RCT)逆导晶闸管RCT(ReverseConductingThyristir)亦称反向导通晶闸管。其特点是在晶闸管的阳极与阴极之间反向并联一只二极管使阳极与阴极的发射结均呈短路状态。由于这种特殊电路结构使之具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。例如逆导晶闸管的关断时间仅几微秒工作频率达几十千赫优于快速晶闸管(FSCR)。该器件适用于开关电源、UPS不间断电源中一只RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一只不仅使用方便而且能简化电路设计。逆导晶闸管的符号、等效电路如图(a)、(b)所示。其伏安特性见图。由图显见逆导晶闸管的伏安特性具有不对称性正向特性与普通晶闸管SCR相同而反向特性与硅整流管的正向特性相同(仅坐标位置不同)。逆导晶闸管的典型产品有美国无线电公司(RCA)生产的SMF其外形见图(c)。它采用TO封装三个引出端分别是门极G、阳极A、阴极K。SMF的主要参数如下:断态重复峰值电压VDRM:>V通态平均电流IT(AV):A最大通态电压VT:V(IT=A)最大反向导通电压VTR:<V最大门极触发电压VGT:V最大门极触发电流IGT:mA关断时间toff:μs通态电压临界上升率dudt:Vμs通态浪涌电流ITSM:A利用万用表和兆欧表可以检查逆导晶闸管的好坏。测试内容主要分三项:.检查逆导性选择万用表R档黑表笔接K极红表笔接A极(参见图(a))电阻值应为~Ω。若阻值为零证明内部二极管短路电阻为无穷大说明二极管开路。.测量正向直流转折电压V(BO)按照(b)图接好电路再按额定转速摇兆欧表使RCT正向击穿由直流电压表上读出V(BO)值。.检查触发能力实例:使用型万用表和ZC型兆欧表测量一只SMF型逆导晶闸管。依次选择Rk、R、R和R档测量AK极间反向电阻同时用读取电压法求出出内部二极管的反向导通电压VTR(实际是二极管正向电压VF)。再用兆欧表和万用表VDC档测得V(BO)值。全部数据整理成表。由此证明被测RCT质量良好。注意事项:()SMF的VTR<V宜选R档测量。()若再用读取电流法求出ITR值还可以绘制反向伏安特性。TOP楼大中小发表于:只看该作者硅双向开关(SBS)硅双向开关SBS(SiliconbidirectionalSwitch)也叫双向触发晶体管。它相当于把两只硅单向开关反极性并联等效电路及符号如图所示伏安特性及典型产品的外形见图。硅双向开关的正向特性及用途与硅单向开关相同而正、反向转折电压的对称性又与双向触发二极管相近区别只是对称性更好(偏差小于V)。使用万用表判定门极G的方法与硅单向开关相同不再赘述。另外由于A、A极在结构上完全对称可不再区分允许互换使用。检查正、反向转折电压对称性的电路见图。仍由兆欧表和万用表相配合分别测出V(BO)、V(BR)最后比较二者之差。实例:被测硅双向开关为BSA。选型万用表R档测得、的电阻分别为Ω和Ω并具有对称性由此判定(中间脚)为门极。按图所示电路分别测出V(BO)=VV(BR)=V二者仅相差V证明对称性很好。硅单向开关SUS(单向触发晶体管)硅单向开关SUS(SiliconUnidirectionalSwitch)亦称单向触发晶体管上继双向触发二极管(DIAC)之后发展起来的新型触发器件。三个引出端分别是阳极A阴极K门极G比DIAC增加了门极。硅单向开关实质上是由稳压管控制的N门极晶闸管构成集成电路。其结构、等效电路、符号及典型产品的外形如图所示。典型产品有USA等外形同塑封晶体管。伏安特性示于图中。硅单向开关具有以下特点:第一:稳压二极管并联在门极与阴极之间稳压值为~V。导通过程首先将稳压管反向击穿然后晶闸管才导通AK间正向压降迅速降到V(ON)。第二:正反向转折电压不对称有关系式V(BR)>V(BO)》V(ON)。导通压降只有零点几伏通态电阻仅Ω左右。第三:开关特性好导通时间仅μs左右。利用集成电阻R可以提高开关速度。硅单向开关主要用于晶闸管移相电路。此外它能代替单结晶体管构成振荡器还可组成温度越限报警器、直流电机调速器管。下面介绍用万用表和兆欧表检查硅单向开关的方法。.判定门极G由图(a)可见在AG、KG之间分别有一个PN结根据对称性很容易识别门极。具体方法上选择万用表的R档拿红表接某一脚用黑表笔依次碰触其它两脚如困两次测出的电阻值都是几百欧姆并在交换表笔之后电阻值均变成无穷大就说明红表笔接的是门极G。.识别阳极A和阴极K首先假定剩下一个脚为A极另一脚是K极然后按图(a)的电路测出正向导通电压V(ON)再按照(b)图电路测出反向转折电压V(BR)。最后比较两次测量结果。若V(ON)《V(BR)证明假定成立否则必须重新假定继续测量。实例:被测硅单向开关为USA。为叙述方便从左至右为三个管脚编上序号、、。将型万用表拨于R档红表笔接黑表笔接时测得电阻值为Ω此时表针倒数偏转格数n′=格对应于U=K′n′=V格格=V。红表笔不动再反黑表笔接阻值为Ω同时读出n′=格对应于U=K′n′=V。由于两次电阻值都很小且U、U分别与两个硅PN结的正向压降值相符合故判定为G极。下面假定为K极为A极按照图分别测出V(ON)=VV(BR)=V满足V(ON)《V(BR)之条件证明原先的假定正确。为进一步验证A、K极另用兆欧表和万用表VDC档测得GK间PN结的反向击穿电压为V而GA间PN结的反向击穿电压为V大于V。证明稳压管位于GK之间即为阴极自然是阳极了。注意事项:刚摇兆欧表测AK间正向电压时电压表指针会从V左右(对应于V(BO))突然降成V以下(对应于V(ON))然后才达到稳定。在商量AK间反向转折电压时指针则始终稳定。楼大中小发表于:只看该作者双向触发二极管(DIAC)双向触发二极管亦称二端交流器件(DIAC)与双向晶闸管同时问世。由于它结构简单、价格低廉所以常用来触发双向晶闸管构成过压保护电路、定时器等。双向晶闸管的结构、符号及等效电路如图所示。它属于三层构造、具有对称性的二端半导体器件可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN晶体管。正、反向伏安特性完全对称见图。当器件两端的电压V小于正向转折电压V(BO)时呈高阻态当V>V(BO)时进入负阻区。同样当V超过反向转折电压V(BR)时管子也能进入负阻区。转折电压的对称性用V(B)表示V(B)=V(BO)-V(BR)一般要求V(B)<V。双向触发二极管的耐压值(V(BO))大致分三个等级:~V~V~V。图是由双向触发二极管和平共处双向晶闸管组成的过压保护电路。当瞬态电压超过DIAC的V(BO)时DIAC导通并触发双向晶闸管也导通使后面的负载免受过压损害。下面介绍用兆欧表和万用表检查双向触发二极管的方法。()将万用表拨于Rk(或R档)因为DIAC的V(BO)值都V以上所以测量正、反向电阻值均为无穷大。()按图接好电路。由兆欧表提供击穿电压并用直流电压表测量DIAC的正向转折电压V(BO)。然后调换DIAC的电极测出反向转折电压V(BR)。最后检查转折电压的对称性。实例之一:选择ZC型兆欧表将型万用表拨至VDC档。被测触发二极管为DB型其外形与检波二极管相似管壳呈天蓝色。主要参数是:V(BO)=V(典型值)峰值脉冲电流Ipk=mA。首先用Rk档测量正、反向电阻均为无穷大。然后按图所示方法分两次测得:V(BO)=VV(BR)=V。由此算出V(B)=V<V。该管子的正、反向转折电压较典型值稍低些但转折电压的对称性很好。实例之二:测量两只耐压V的玻封双向触发二极管(具体型号未标出)测量数据整理成表。说明两只被测管性能良好。注意事项:因双向触发二极管具有对称性故可从两次测量值中任选一个定义为V(BO)。现取数值较大的作为V(BO)数值较小的作为V(BR)。TOP巨牛!一套仪器实现全部IV测试功能?!楼大中小发表于:只看该作者固态继电器简介一、概述固态继电器(SSR)与机电继电器相比是一种没有机械运动不含运动零件的继电器但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件他利用电子元器件的点磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离利用大功率三极管功率场效应管单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性来达到无触点无火花地接通和断开被控电路。二、固态继电器的组成固态继电器有三部分组成:输入电路隔离(耦合)和输出电路。安输入电压的不同类别输入电路可分为直流输入电路交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTLCMOS兼容正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向可控硅直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。三、固态继电器的优缺点、固态继电器的优点()高寿命高可靠:SSR没有机械零部件有固体器件完成触点功能由于没有运动的零部件因此能在高冲击振动的环境下工作由于组成固态继电器的元器件的固有特性决定了固态继电器的寿命长可靠性高。()灵敏度高控制功率小电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽驱动功率低可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。()快速转换:固态继电器因为采用固体其间所以切换速度可从几毫秒至几微妙。()电磁干扰笑:固态继电器没有输入"线圈"没有触点燃弧和回跳因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关在零电压处导通零电流处关断减少了电流波形的突然中断从而减少了开关瞬态效应。、固态继电器的缺点()导通后的管压降大可控硅或双相控硅的正向降压可达~V大功率晶体管的饱和压浆液灾~V之间一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。()半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流因此不能实现理想的电隔离。()由于管压降大导通后的功耗和发热量也大大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器成本也较高。()电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差耐辐射能力也较差如不采取有效措施则工作可靠性低。()固态继电器对过载有较大的敏感性必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关温度升高负载能力将迅速下降。SHS固态继电器原理与应用交流固态继电器SSR(Solidstatereleys)是一种无触点通断电子开关,为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端,中间采用光电隔离,作为输入输出之间电气隔离(浮空)。在输入端加上直流或脉冲信号,输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态),从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点,可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件,所以与电磁继电器相比具有工作可靠、寿命长,对外界干扰小,能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快和使用方便等一系列优点,因而具有很宽的应用领域,有逐步取代传统电磁继电器之势,并可进一步扩展到传统电磁继电器无法应用的计算机等领域。目前,国内已有北京先锋公司电子厂、上海超诚电子技术研究所、上海中沪电子仪器厂、无锡康裕电器元件厂、无锡天豪电子仪器设备厂、苏州无线电元件一厂等单位生产此类产品。

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