《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

1、第第7 7章可控硅（晶闸管）的章可控硅（晶闸管）的认知与检测认知与检测7.17.1晶闸管的晶闸管的感性认识感性认识7.27.2可控硅的概念和可控硅的概念和结构结构7.37.3晶闸管的主要工作晶闸管的主要工作特性特性7.47.4晶闸管的晶闸管的种类种类7.57.5单向晶闸管单向晶闸管7.67.6晶闸管的选用、晶闸管的选用、代换代换7.77.7技能训练可控硅器件识别与测试技能训练可控硅器件识别与测试 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

2、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

3、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

4、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。 P1P2N1N2K GAKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK T1T2G2Bii 1BG22Ciii 在极短时间内使两个三在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过极管均饱和导通，此过程称触发导通。程称触发导通。211CCii 2BG21ii

5、 EGEA+_RGi2BiG21iG2iGEA+_R T1T2Gi2BiGi21Gi2EGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小, ,直到直到正反馈正反馈效效应不能维持。应不能维持。 将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的额定电压额定电压, ,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流( (IF) 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A, ,额定电压为额定电压为700V。UFRM:晶闸管晶

6、闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下, ,允允许重复加在许重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一般取UFRM = = 80% UB0 。普通普通晶闸管晶闸管 UFRM 为为100V 3000V控制极开路时控制极开路时, ,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM = 80% UBR 普通普通晶闸管晶闸管 URRM为为100V3000VURRM：)(sin21m0mFIttdII 环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸晶闸管处于管处于全导通时

7、全导通时可以连续通过的工频正弦可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。半波电流的平均值。 IF t 2 i如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im, 则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。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)

8、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

9、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。 P1P2N1N27.5.1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

10、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

11、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R1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200可调电阻和13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

12、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判别各电极： 从结构上看，G与Tl极靠近，距T2极

13、较远。因此，G与T1间正反向电阻都很小口用万用表R1或R10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判别其好坏： 用万用表R1或R10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

14、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R1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（），则说明该晶闸管己被触发导通，导通方向为T2T1。 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

15、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T1T2。2用万用表判测双向晶闸管触发能力检测 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13节1. 5V干电池，然后再用R1挡按上述方法测量。2用万用表判测双向晶闸管触发能力检测图7-10双向晶闸管的测试电路 对于耐压为400V以上的

16、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1 00 0限流电阻，S为按钮。2用万用表判测双向晶闸管触发能力检测 将电源插头接入市电后，双向晶闸管处于截止状态，灯泡不亮（若此时灯泡正常发光，则说明被测晶闸管的T1、T2极之间已击穿短路；著灯泡微亮，则说明被测晶闸管漏电损坏。按动一下按钮S，为晶闸管的门极G提供触发电压信号，正常时晶闸管应立即被触发导通，灯泡正常发光。若灯泡不能发光，则说明被测晶闸管内部开路损坏。7.6晶闸管的选用、代换7.6.1晶闸管的选用晶闸管的选用有以下要

17、点：(1)选择晶闸管的类型：晶闸管有多种类型，应根据应用电路的具体要求合理选用。 若用于交直流电压控制、可控整流、交流调压、逆变电源、开关电源保护电路等，可选用普通晶闸管。 若用于交流开关、交流调压、交流电动机线性调速、灯具线性调光及固态继电器、固态接触器等电路中，应选用双向晶闸管。 若用于交流电动机变频调速、斩波器、逆变电源及各种电子开关电路等，可选用门极关断晶闸管7.6晶闸管的选用、代换 若用于锯齿波发生器、长时间延时器、过电压保护器及大功率晶体管触发电路等，可选用BTG晶闸管。 若用于电磁灶、电子镇流器、超声波电路、超导磁能储存系统及开关电源等电路，可选用逆导晶闸管。 若用于光电耦合器、

18、光探测器、光报警器、光计数器、光电逻辑电路及自动生产线的运行监控电路，可选用光控晶闸管。7.6晶闸管的选用、代换(2)选择晶闸管的主要参数：晶闸管的主要参数应根据应用电路的具体要求而定。 所选晶闸管应留有一定的功率裕量，其额定峰值电压和额定电流(通态平均电流)均应高于受控电路的最大工作电压和最大工作电流152倍。 晶闸管的正向压降、门极触发电流及触发电压等参数应符合应用电路(指门极的控制电路)的各项要求，不能偏高或偏低，否则会影响晶闸管的正常工作。 7.6.2晶闸管的代换 晶闸管损坏后，若无同型号的晶闸管更换，可以选用与其性能参数相近的其他型号晶闸管来代换。 应用电路在设计时，一般均留有较大的裕量