《常用元器件识别与检测》第7章：可控硅(晶闸管)的认知与检测

第7章可控硅（晶闸管）的认知与检测7.1晶闸管的感性认识7.2可控硅的概念和结构7.3晶闸管的主要工作特性7.4晶闸管的种类7.5单向晶闸管7.6晶闸管的选用、代换7.7技能训练可控硅器件识别与测试晶闸管（SiliconControlledRectifier）晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。优点：7.1晶闸管的感性认识7.1.1印制板上的晶闸管我们以一个台灯调光电路的实物为例进行介绍。调光台灯电路板如图7-1所示。图中标注的为可控硅（晶闸管）。7.1.2常见可控硅的外形可控硅的外形有多种，我们列举了部分可控硅，如图7-2所示。7.2可控硅的概念和结构晶闸管又叫可控硅，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7-3(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7-3(b)]可以看到，它和二极管—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。7.3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3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.5V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?7.3晶闸管的主要工作特性要使晶闸管导通，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。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7-4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。P1P2N1N2KGA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGKT1T21.2工作原理AG2Bii1BG22Ciii在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。211CCiβi2BG21ii形成正反馈过程KGEA0、EG0EGEA+_RGi2BiG21iββG2iβ晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。1.2工作原理GEA0、EG0KEA+_RT1T2Gi2BiGiββ21Giβ2EGAG2Bii1BG22Ciii211CCiβi2BG21ii形成正反馈过程晶闸管导通的条件：1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。2.将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管K--快速晶闸管S--双向晶闸管晶闸管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。1.3主要参数UFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM=80%UB0。普通晶闸管UFRM为100V—3000V反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元件上的反向峰值电压。一般取URRM=80%UBR普通晶闸管URRM为100V—3000VURRM：π)(sinπ21mπ0mFIttdII正向平均电流环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。IF：IFt2i如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IF为1A—1000A。UF:通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。IH:维持电流在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。一般IH为几十~一百多毫安。UG、IG：控制极触发电压和电流室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。7.4晶闸管的种类晶闸管是晶体闸流管(Thyristor)的简称，也称可控硅，它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管有多种分类方法。7.4晶闸管的种类(1)按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。(2)按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。(3)按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管叉分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。7.4晶闸管的种类(4)按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。(5)按关断速度分类晶闸营按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。7.5单向晶闸管7.5.1单向晶闸管的结构单向晶闸管的结构、符号如图7-5所示。G控制极K阴极阳极AP1P2N1N2四层半导体(c)结构KGA(b)符号晶闸管的外形、结构及符号三个PN结7.5.1单向晶闸管的结构单向晶闸管内部有四个区域，三个PN结。外部引出三个电极：阳极A、阴极K、控制极（也叫门极）G。晶闸管的外形如图7-6所示。晶闸管的外形有塑封式晶闸管、螺栓式晶闸管、平板式晶闸管等。7.5.2用万用表判测单向晶闸管1．晶闸管的管脚判别如图7-7，万用表置RXIK挡，设晶闸管三只管脚中任一脚为控制极，用黑表笔接控制极G，然后用红表笔分别接触另外两个电极，若两次中只有一次呈现小阻值，PN结正向导通，则这一次中黑表笔接的电极是控制极G，红表笔所接电极是阴极K。另一电极即为阳极A,若两次测得阻值都为无限大，所设电极不是控制极，再另选设一电极再测，直到测出为止。7.5.2用万用表判测单向晶闸管1．晶闸管的管脚判别在测试中，判出了三个电极后，还要测试门极和阴极之间的反向电阻，若门极和阴极之间的反向电阻很小，说明G、K之间的PN结已损坏。若测试中任何两电极间正向电阻都很小或都是无限大，也说明晶闸管已坏。7.5.2用万用表判测单向晶闸管2．触发特性测试测试出三个电极后，用万用表可简单测试单向晶闸管的触发特性。如图7-8，万用表调到RX1挡，将黑表笔接A，红表笔接K;在A和G之间加一电阻（用人体电阻）或直接用黑表笔接触G-下，A、K之间呈导通状态（小电阻）；然后撤去A、G之间电阻（或黑表笔与G的断开），这时万用表仍保持导通状态，说明晶闸管触发特性良好。7.5.2用万用表判测单向晶闸管2．触发特性测试对于电流在5A以上的中、大功率普通晶闸管，因其通态压降VT、维持电流IH及门极触发电压VG均相对较大，万用表R×1挡所提供的电流偏低，晶闸管不能完全导通，故检测时可在黑表笔端串接一只200Ω可调电阻和1～3节1.5V干电池（视被测晶闸管的容量而定，其工作电流大于100A的，应用3节1.5V干电池）进行测量。另外也可用一简单电路来进行测试。7.5.3用万用表判别双向晶闸管1．双向晶闸管的结构和符号如图7-9所示，双向晶闸管从内部上看有多个区域和多个PN结，相当于两个单向晶闸管的并联。外部引出三个电极名叫：第一阳极T1、第二阳极T2和门极G组成。当G极和T1相对于T2的电压为负时，导通方向为T2到T1，此时，T2为阳极，T1为阴极。当G极和T2相对于T1的电压为负时，导通方向为T1到T2，此时，T1为阳极，T2为阴极。双向晶闸管也具有去掉触发电压后仍能维持导通的特性，只有T1和T2间电压降低到不足以维持导通，或T1和T2间电压改变极性时，又没有触发电压时，晶闸管被阻断。2．用万用表判测双向晶闸管①判别各电极：从结构上看，G与Tl极靠近，距T2极较远。因此，G与T1间正反向电阻都很小口用万用表R×1或R×10挡分别测量双向晶闸管三个引脚间的正、反向电阻值，若测得某一管脚与其它两脚均不通，则此脚便是电极T2。找出T2极之后，剩下的两脚便是电极T1和门极G。测量这两脚之间的正反向电阻值，会刺得两个均较小的电阻值-在电阻值较小（约几十欧姆）的一次测量中，黑表笔接的是主电极Tl，红表笔接的是门极G。2．用万用表判测双向晶闸管②判别其好坏：用万用表R×1或R×10挡测量双向晶闸管的Tl与T2之间、T2与门极G之间的正、反向电阻值，正常时均应接近无穷大。若测得电阻值均很小，则说明该晶闸管电极间己击穿或漏电短路。测量T1与门极G之间的正、反向电阻值，正常时均应在几十欧姆(0)至一百欧姆(Q)之间（黑表笔接T1极，红表笔接G极时，测得的正向电阻值较反向电阻值略小一些）。若测得Tl极与6极之间的正、反处电阻值均为无穷大，则说明该晶闸管己开路损坏。2．用万用表判测双向晶闸管③触发能力检测对于工作电流为8A以下的小功率双向晶闸管，可用万用表R×1挡直接测量。测量时先将黑表笔接T2，红表笔接T1，然后用镊子将T2极与门极G短路，给G极加上正极性触发信号，若此时测得的电阻值由无穷大变为十几欧姆（Ω），则说明该晶闸管己被触发导通，导通方向为T2—T1。再将黑表笔接T1，红表笔接T2，用镊子将T2极与门极G之间短路，给G极加上负极性触发信号时，测得的电阻值应由无穷大变为十几欧姆，则说明该晶闸管已被触发导通，导通方向为T1—T2。2．用万用表判测双向晶闸管③触发能力检测若在晶闸管被触发导通后断开G极，T2、T1极间不能维持低阻导通状态而阻值变为无穷大，则说明该双向晶闸管性能不良或已经损坏。若给G扳加上正（或负）极性触发信号后，晶间管仍不导通(TI与T2间的正、反向电阻值仍为无穷大)，则说明该晶闸管已损坏，无触发导通能力。对于工作电流以8A以上的中、大功率双向晶闸管，在测量其触发能力时，可先在万用表的某支表笔上串接1～3节1.5V干电池，然后再用R×1挡按上述方法测量。2．用万用表判测双向晶闸管③触发能力检测图7-10双向晶闸管的测试电路对于耐压为400V以上的双向晶闸管，也可以用220V交流电压来测试其触发能力厦性能好坏。图T-IO是取向晶闸管的测试电路。电路中，EL为60W/220V白炽灯泡，VT为被测双向晶闸管,R为1000限流电阻，S为按钮。2．用万用表判测双向晶闸管