晶闸管关断特性的验证解析

摘 要

就像二极管、三极管是电子技术中最基本的器件一样，晶闸管是电力电子技术中最基本的器件。因此，掌握晶闸管的特性，是学习电力电子技术的基础。而且，晶闸管应用广泛，只有掌握其基本知识及特性，才能正确地利用它来制作或维修相关的电子设备。本文结合实验现象，验证、解析晶闸管的关断特性，以求学习者掌握相关知识，从而获得使用晶闸管的应用技能。同时，为电子爱好者在晶闸管应用于弱电，实现自动控制的实际使用方面提供实用的参考素材。

【关键词】晶闸管 关断特性 验证 解析

1 晶闸管的基础知识

1.1 基本知识

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又俗称为可控硅（硅控整流器Silicon Controlled Rectifier，SCR）；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极A，阴极K和门极G，图1（a）是晶闸管的实物外形，图1（b）是电路符号， 图1（c）是晶闸管的直流测量等效结构。

1.2 伏安特性

与二极管相比，晶闸管多了一个门极G，门极的作用是控制该管的导通。图2是门极开路时，阳极-阴极电流IAK和阳极-阴极电压UAK之间的关系曲线（晶闸管的伏安特性曲线）。

从图2可见，当UAK>UBO（转折电压）时，晶闸管被击穿，IAK猛然增大。

2 晶闸管的导电特性

普通晶闸管具有单向可控导电性，是一种半控型器件（在门极所加的控制信号，只能控制其导通，不能控制其关断），在电路中起开关作用。

2.1 晶闸管的导通条件

（1） 要加正向阳极电压 UAK>0；

（2）要加正向门极电压 UG>VGT（通常VGT=0.8V～3.5V）。

以上两个条件必须同时具备，晶闸管才能导通。

2.2 晶闸管的关断条件

（1） 自然关断：IA

（2） 强迫关断：UAK ≤0。

以上两个条件，只要具备其中之一，晶闸管就会被关断。

3 验证实验

关断的验证：

（1）如图3所示，用整流电源供电于M、N两端：

① 先闭合S，灯泡（HL）亮；

② 断开S，灯泡熄灭；

（2）如图4所示，改用直流稳压电源供电于M、N两端：

① 先闭合S，灯泡亮；

② 断开S，灯泡未熄灭；

③ 如何才能使灯泡熄灭？在②的基础上，做如下试验：

a、用导线将G极和K极碰短路，灯泡依然未熄灭；

b、再用导线将A极和K极碰短路一下，灯泡即熄灭。

4 关断特性的解析

（1）图4电路的实验中，实验步骤③的a说明晶闸管是一种半控型器件，当它导通后，门极G就不再起控制作用；

（2）图4电路的实验中，实验步骤③的b验证了晶闸管的强迫关断条件，即当UAK ≤0时，晶闸管就被关断；

（3）图3、图4电路的实验中，同样是步骤②（断开S），为什么图3电路的灯泡能熄灭，而图4电路的灯泡却不能熄灭呢？

对于图3电路，因为加在晶闸管VT两端的是整流电压，在交流电的正负半周交替时刻出现0值，如图5所示，即当UAK=0时，满足了晶闸管的关断条件，因此VT被关断，灯泡熄灭。

对于图4电路，因为加在晶闸管VT两端的直流电压是恒定的，不会出现0值，如图6所示，即始终有UAK=0 ，不满足晶闸管的关断条件UAK≤0，因此VT不会被关断，灯泡继续亮。

（4）如果给图4的整流电路加一个滤波电容C（如图7所示），则实验结果就会跟图3电路一样。

因为加了滤波电容后，M、N两端的电压波形如图8所示，即UAK始终没有出现0值，不满足晶闸管

的关断条件UAK≤0，因此实验结果就会跟图4电路一样（S断开VT也不会被关断，灯泡继续亮）。

可见，在使用晶闸管时，不能轻易给电源加滤波电容。

5 结束语

晶闸管是一种开关元件，其基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流、交流调压、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控制等方面的电路。小功率晶闸管常用于弱电的自动控制电路，作为可控开关使用。而大功率晶闸管能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制，被广泛应用于电力电子设备中，是典型的小电流控制大电流的器件。

掌握晶闸管的特性，在使用时就能游刃有余，且对学习电力电子技术会有很大帮助。

参考文献

[1]马宏骞.电力电子技术及应用项目教程[M].北京：电子工业出版社，2011（12）.

作者简介

符庆（1962-），男，海南省文昌市人。大学本科学历、学士学位。现为海南科技职业学院副教授。研究方向为电子技术。

作者单位

海南科技职业学院 海南省海口市 571126