
晶闸管导通的条件是什么
2025-04-30 09:38:06
晨欣小编
一、晶闸管的结构与工作原理
晶闸管是一种四层三结的半导体器件,结构为 PNPN 型,其三个电极分别为:
阳极(A,Anode)
阴极(K,Cathode)
门极(G,Gate)
其内部等效为三个晶体管互联的复合结构:一个 PNP 和一个 NPN 晶体管形成正反馈环路。
结构图解(文字描述):
less复制编辑阳极(A) | [P] | [N] ← Gate(G) | [P] | [N] | 阴极(K)
在未触发前,虽然两端加有正向电压,但因中间 PN 结处于截止状态,电流无法流通;只有在满足特定条件后才会导通。
二、晶闸管的导通条件解析
晶闸管导通不是简单的正向加电,它必须满足三个基本条件:
条件一:阳极对阴极加正向电压(称为正向偏置)
要使晶闸管导通,首先必须在阳极A与阴极K之间加上正向电压(VAK>0),即阳极电位高于阴极。
此时内部的两个 PN 结 J1(阳极-P与中间N)和 J3(中间P与阴极-N)正向偏置,而 J2(中间N与中间P)反向偏置,器件整体仍处于截止状态。
条件二:门极施加正向触发电流
给门极G输入一个正向脉冲电流(从门极流入阴极方向),激发载流子注入,打破 J2 结的反向偏置,导致两个晶体管进入饱和正反馈状态。
此正反馈使得整个PNPN结构持续导通,即使门极电流撤除,也不会关闭。
条件三:阳极电流达到维持电流(I<sub>H</sub>)
一旦晶闸管导通,必须有一定的阳极电流流过,保持其导通状态。
若阳极电流下降至低于维持电流 IH,晶闸管将自动恢复到截止状态。
三、补充说明:无门极触发导通现象
在某些情况下,即使不加门极触发电流,晶闸管也可能因以下原因导通:
过高正向电压击穿(称为正向击穿导通):电压超过击穿电压 VBO;
dv/dt 触发:电压上升太快(高 dv/dt)引起结电容导通;
温度过高造成漏电流增大:形成误导通;
电磁干扰或电路突波:误触发门极。
因此,在实际电路中应注意防止误触发:
例如增加缓冲网络(RC Snubber)、限流电阻、使用光隔离触发方式等。
四、晶闸管的触发方式
晶闸管可采用以下几种常见触发方式:
触发方式 | 说明 | 应用场合 |
---|---|---|
门极触发 | 最常见,通过门极施加正脉冲电流使其导通 | 通用型调光、整流控制 |
电压触发 | 直接通过阳极加压使器件击穿导通(不推荐) | 高压浪涌保护器件(如TSS) |
dv/dt触发 | 电压变化率过快引发导通(需防范) | 需设计RC抑制网络 |
光触发 | 光敏晶闸管(LASCR)通过光照触发 | 光控开关、光隔离控制 |
温度触发 | 温度升高使少数载流子积聚,可能误导通 | 高温环境需额外保护设计 |
五、晶闸管关断条件补充说明
晶闸管一旦导通,门极失效,必须通过以下方法强制关断:
降低阳极电流至低于维持电流 IH;
反向电压加在阳极阴极之间;
使用交替导通控制法(如用于交流控制);
强迫关断电路(例如加装并联放电回路);
这也是为什么晶闸管不能像MOSFET一样通过“门极拉低”来关断的原因。
六、典型晶闸管导通电路解析
以下是一个基本的晶闸管触发电路:
less复制编辑 +Vcc | [R1] | Gate ——[R2]—— 开关 —— GND | A (阳极) | [负载] | K (阴极) | GND
说明:
R1 提供阳极电流;
R2 限制门极电流;
手动或数字控制开关闭合触发导通;
晶闸管导通后,除非电源断开或负载电流小于维持电流,否则一直导通。
七、晶闸管常见应用场景
应用场景 | 描述 |
---|---|
AC调光电路 | 控制交流电压相位,实现灯光调节 |
电动机软启动 | 控制启动电压,防止冲击电流 |
智能温控加热 | 精确控制加热器的通断比例 |
电子点火电路 | 汽车或燃气设备中的电子开关 |
过电压保护 | 晶闸管型电压抑制器件 |
单相/三相整流控制 | 控制电网整流输出,工业电源广泛使用 |