晶闸管及其应用.doc

晶闸管及其应用晶闸管是美国人1958年发明的，又叫可控硅（符号：），一般用“V”或“VT”表示。它具有硅整流元件的特征，能在高电压，强电流下工作。至今为止经过不断发展已经拥有有不同作用的许多种类。并且得到了很广泛的应用。目前主要种类有：单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等。应用范围大到电力机车，小到家用调光电灯，应用很广。本篇主要讨论普通单向晶闸管。1、结构：（图一）A：阳极 K：阴极 G：控制极由结构看出它由四层半导体材料制成，有三个PN结，对外有三个电极。由符号可知它是一种单向导电器件，但多出一个控制极。2、基本功能它的基本功能可由如下电路表示：（图二）如图，先闭合S，L不亮，说明晶闸管没有导通，再闭合SB，小灯泡亮了。晶闸管导通。之后再断开SB，L继续点亮。说明晶闸管特点是“一触即发”，即使之后去掉加在控制极上的电压，晶闸管也会继续维持导通。（笔者实验时使用的是上海整流器厂生产的1000V晶闸管，价位较高，建议在3V条件下使用KP5型晶闸管）那么，晶闸管如何关断？一般，可断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值（叫维持电流），若晶闸管两端加交流电或脉流电（即脉动直流电），电压过零时，晶闸管自行关断。笔者曾经做过实验，给晶闸管两端加9V、50Hz交流电，电路中的用电器（用一个直流电机）不工作，后在控制极上持续加交流电压，直流电机开始转动（不是抖动！）。说明此时晶闸管可视为一普通二极管。其原因，笔者推测，可能控制极G与阴极K（如图一）之间加交流电压，相当于一个PN结在起作用，因此可看作二极管。此晶闸管如此使用后损坏，再也无法导通，说明此种使用方法对晶闸管有损坏作用。3、检测方法普通单向晶闸管的三个电极可用万用电表欧姆档R100档位来测。找出三极中的两极，测其正反向电阻，电阻小时，黑表笔接的是控制极G，红表笔接阴极K。知道极性后，可用图二所示电路测试好坏。也可用数字式万用表二极管档。用红表笔接控制极，黑表笔接阴极，显示二极管特性0.7V左右，此管正常，反之超量程“1”。4、应用晶闸管由于其特性，在电路中的用途为可控整流，如图，经过二极管整流桥的波形图为：若晶闸管在每一时间段的某一时刻导通，负载上才有电压输出（如下图阴影部分），触发电压来得早，晶闸管导通时间就早。调整触发电压到来时间，就可以调节负载上输出电压的平均值（阴影部分面积大小）。如图 叫做控制角， 叫做导通角，满足现举两例说明晶闸管用途一）、家用调光灯原理如下：调节可变电阻即可实现调压控制，它是晶闸管在日常生活中的一处应用。二）、声控灯夜晚走廊中随脚步声而点亮的灯就是一种声控灯，它的电路中就应用了晶闸管。电路由话筒、电磁继电器、放大电路、开关、晶闸管、灯泡、220V交流电源、变压器组成。原理为：接通开关，当有声音传入话筒，话筒电信号经放大，作为触发电压使晶闸管导通，继电器工作，使灯泡点亮。这是利用了晶闸管可触发的特性。三）、电力机车中的调压电路自晶闸管技术成熟以来，以前电力机车的触头式调压开关电路逐渐被晶闸管调压电路取代。最简单的原理有两种：半控桥和全控桥（由于笔者知识有限，无法全部介绍，故只画出电路）半控桥 全控桥以上为两种可控调压整流电路，其中在我国生产的电力机车上使用的大部分是三段不等分半控桥。如SS4改型、SS8 型、SS3型4000系等。还有韶山6型和6G型等使用的是二段半控桥。晶闸管相控调压优点：平滑无极调速。它可以避免调压过程中的电流冲击，使牵引电机力矩变化平缓，从而减少牵引力冲击和摆动，充分利用机车轨道粘着重量，发挥较大牵引力平稳操作。此外，还不用设置专用的调压开关（如韶山1型和韶山3型电力机车上的调压开关），使机车主电路大为简化。晶闸管的应用是电力机车发展史上的重要里程碑，它使机车平滑调压成为现实，是一次技术上的进步。四）、逆变器晶闸管问世后，使直流电逆变为交流电成为可能，并且已经实现。因具体原理尚且不明，在此不再赘述。逆变器广泛应用于各种集成电路、电力设施中。5、前景晶闸管由于其特殊的性能得到了广泛的应用，但仔细一想，晶闸管的用处就完了吗？我认为并没有。晶闸管可以调压，它可以配合别的变压器使用。如笔者曾经设想过一种整流调压装置，类似于显微镜的粗螺旋准焦和细螺旋准焦。它先由一个可调压式变压器，次级线圈后即进入整流桥，整流成脉流电后，再经过晶闸管整流器，负载两端并联电压表，使用者先在变压器上大体调整电压，再通过晶闸管精细调压，使调压易于控制，更加平滑，也更加方便。又如晶闸管的触发功能，可以制成很精密的探测仪或报警器。如制作一种化学品探测仪，笔者认为可以利用原电池原理，使探测器中物质与其发生氧化还原反应，超过一定量时，微小的电流经三极管放大电路放大，向控制极输入，主电路导通而报警。也是一种很好的设想。此外，晶闸管可以和其他一些有特殊功能的元件一起使用以达到特殊效果，如光敏电阻、声敏电阻等。很有发展前途。 Chen11211 2007-10-14参考文献：走进计算机时