单向晶闸管的工作原理分析

a. 单向晶闸管
单向晶闸管的内部结构如f见1（a）。从figure 1（a）可以看出，单向晶闸管由四层半导体P1N1P2N2.中间有三个PN结：结J1， J2和 J3. 阳极 A 取自 P1，阴极 K 从 N 中抽取2，控制电极（或栅极）G从中间P绘制2.单向晶闸管的电路符号如figure 1（b）所示。

图1.U型定向T型水闸管的示意图及Circuit Symbol
为了理解单向晶闸管的工作原理，单向晶闸管可以等效地视为PNP晶体管T的组合1和一个 NPN 晶体管 T2.中间层P2和 N 层1由两个晶体管共享。阳极A相当于T的发射器1，阴极K相当于T的发射器2，如图2所示。

图2.单向晶闸管工作原理
了解单向晶闸管如何工作的关键是了解控制电极的作用。
（1） 控制电极无电压或反向电压
当控制电极悬空或在控制电极和阴极之间施加反向电压时，即UGK<0，一定有我G=0。如果在阳极和阴极之间施加反向电压，即UAK<0.由于 J 和 J2，T的传输结 1/ 72，都是反向偏置和 T1和 T2处于关断状态，此时流过单向晶闸管的电流只是J的反向饱和电流1和 J3我一个≈0，且单向晶闸管处于阻塞状态;如果在阳极和阴极之间施加正向电压，即UAK>0， J2处于反向偏置状态，因为我G=0， T2必须处于关闭状态。而单向晶闸管中的电流仅与J相反2.此时，单向晶闸管中的电流正好是J的反向饱和电流2我一个≈0，单向晶闸管仍处于阻塞状态。因此，当没有向控制极施加电压或施加反向电压时，IG=0，单向晶闸管处于阻塞状态，具有正负阻塞能力。
（2） 对控制电极施加正向电压
当在控制电极和阴极之间施加正向电压时，即UGK> 0、发射极结J3的 T2处于正向偏见，而我G≠0.如果在阳极和阴极之间施加反向电压，即UAK<0，因为发射结J1的 T1反向偏置且 T1处于关断状态，单向晶闸管处于阻塞状态，I一个≈0;如果在阳极和阴极之间施加正向电压，即UAK>0，因为发射结J1， J3的 T1/ <>2正向偏置，集电极结J2反向偏置，T1/ <>2将处于放大状态。在我之后G被 T 放大2、集电极电流 T2是我C2= β2我G.T 的集电极电流2是T的基极电流1，被T放大后1、集电极电流 T1是我C1= β1β2我G.该电流流入T的基极2进行放大，在这个循环中，形成强烈的正反馈，这使得 T1/ <>2快速进入饱和状态，单向晶闸管处于导通状态。单向晶闸管导通后，UAK阳极和阴极之间的电压值很小，外部电源电压几乎完全下降到负载上。
（3） 单向晶闸管的关断
从上面的分析可以看出，单向晶闸管导通后，T 的基极2始终具有集电极电流IC1的 T1流动，以及 I 的值C1比 I 大得多G在开始时应用。所以即使控制电极电压消失并且IG=0，它仍然可以依靠管本身的正反馈来维持传导。因此，一旦单向晶闸管导通，控制电极将失去控制功能。单向晶闸管导通后，如果要再次关闭，阳极电流I一个必须减少，使其无法保持正反馈。为此，可以断开阳极或在阳极和阴极之间施加反向电压。
综上所述，在阳极和单向晶闸管的阴极之间施加正向电压的条件下，如果在一定时间在控制电极和阴极之间增加正向电压，单向晶闸管将从阻塞状态变为导通状态。这被触发为传导。单向晶闸管导通后，控制电极将失去控制功能。如果要再次关闭单向晶闸管，必须使其阳极电流小于某个值IH（称为保持电流）或降低电压UAK阳极和阴极至零之间。

b. 可控硅
可控硅是具有N的五层结构的三端元件1P1N2P2N3.它有三个电极：一个主电极A1、主电极 A2，以及控制电极（或栅极）G。它也是一个门控开关。无论其结构或特性如何，都可以将其视为一对反并联普通晶闸管。其结构、等效电路和符号如图3所示。

图3.可控硅的符号、结构和等效电路
主电极A2和 A1的可控硅与控制对象（负载）RL串联，相当于非接触式开关。此开关的“开”或“关”由信号 u 控制G（称为触发信号）在控制电极G上。当主电极A之间有电压（u≠0）时2和 A1、触发信号uG出现，它会在A之间导电2和 A1的可控硅，相当于开关的闭合状态。一旦它被打开，即使你G消失后，可以一直导通，直到U=0或主电极串联电路中的电流和负载降低到一定值，然后关闭。截止后，相当于开关的关断状态。这样，控制电极上的小电流信号可用于控制主电极电路中的大电流。

图4.可控硅伏安特性曲线
一般来说，无论两个主电极之间的电压极性如何2和 A1的可控硅，只要在控制电极上施加一定幅度的正负脉冲，就可以导通。所以 i 表示主电极中的电流，u 表示 A 之间的电压2和 A1.两者之间的功能关系（称为伏安特性曲线）如图4所示。从曲线可以看出，TRIAC在第一象限和第三象限具有基本相同的对称性能。
根据主电极上的电压u和极性触发脉冲电压uG在控制电极上，结合伏安特性曲线，可控硅可分为四种触发模式，定义如下：
（1） I+触发器：在特性曲线的第一象限（A2为正），控制电极是相对于A的正触发1.
（2）I触发器：在特性曲线的第一象限（A2为正），控制电极是相对于A的负触发1.
（3） III.+触发器：在特征曲线的第三象限（A2为负），控制电极是相对于A的正触发1.
（4）III.-触发：在特征曲线的第三象限（A2为负），控制电极是相对于A的负触发1.
在这四种触发模式中，I+和III-具有较高的灵敏度，是两种常用的触发模式。
在新型电加热电器的控制电路中，施加在TRIAC控制电极上的触发信号由单片机或集成电路输出。有些输出连续的正（或负）电压信号，有些输出一系列与50Hz正弦交流电源同步的过零触发脉冲。前者称为电位触发器，后者称为脉冲触发器。它们的波形分别如图5和图6所示。

图5.

图6.