閘流體俗稱可控矽，它的種類很多，但主要可分為單向閘流體和雙向閘流體。單向閘流體類似於二極體，只能在乙個方向導通，而雙向閘流體雙向都能導通。常見的閘流體實物外形如下圖所示。
一、閘流體(scr)
晶體閘流管簡稱閘流體,也稱為可控矽整流元件(scr),是由三個pn結構成的一種大功率半導體器件。在效能上,閘流體不僅具有單向導電性,而且還具有比矽整流元件更為可貴的可控性,它只有導通和關斷兩種狀態。
閘流體的優點很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數高達幾十萬倍;反應極快,在微秒級內開通、關斷;無觸點執行,無火花、無雜訊;效率高,成本低等。因此,特別是在大功率ups供電系統中,閘流體在整流電路、靜態旁路開關、無觸點輸出開關等電路中得到廣泛的應用。閘流體的弱點:靜態及動態的過載能力較差,容易受干擾而誤導通。閘流體從外形上分類主要有:螺栓形、平板形和平底形。
二、普通閘流體的結構和工作原理
閘流體是pnpn四層三端器件,共有三個pn結。分析原理時,可以把它看作是由乙個pnp管和乙個npn管所組成,其等效**如圖1(a)所示,圖1(b)為閘流體的電路符號。
閘流體的工作過程
閘流體是四層三端器件,它有j1、j2、j3三個pn結,可以把它中間的np分成兩部分,構成乙個pnp型三極體和乙個npn型三極體的復合管。
當閘流體承受正向陽極電壓時,為使閘流體導通,必須使承受反向電壓的pn結j2失去阻擋作用。每個電晶體的集電極電流同時就是另乙個電晶體的基極電流。因此是兩個互相復合的電晶體電路,當有足夠的門極電流ig流入時,就會形成強烈的正反饋,造成兩電晶體飽和導通。設pnp管和npn管的集電極電流分別為ic1和ic2,發射極電流相應為ia和ik,電流放大係數相應為α1=ic1/ia和α2=ic2/ik,設流過j2結的反相漏電流為ico,閘流體的陽極電流等於兩管的集電極電流和漏電流的總和:
ia=ic1+ic2+ico
=α1ia+α2ik+ico
(1) 若門極電流為ig,則閘流體陰極電流為:ik=ia+ig。
(2)矽pnp管和矽npn管相應的電流放大係數α1和α2隨其發射極電流的改變而急劇變化。當閘流體承受正向陽極電壓,而門極未接受電壓的情況下,式(1)中ig=0,(α1+α2)很小,故閘流體的陽極電流ia≈ico,閘流體處於正向阻斷狀態;當閘流體在正向門極電壓下,從門極g流入電流ig,由於足夠大的ig流經npn管的發射結,從而提高放大係數α2,產生足夠大的集電極電流ic2流過pnp管的發射結,並提高了pnp管的電流放大係數α1,產生更大的集電極電流ic1流經npn管的發射結,這樣強烈的正反饋過程迅速進行。
當α1和α2隨發射極電流增加而使得(α1+α2)≈1時,式(1)中的分母1-(α1+α2)≈0,因此提高了閘流體的陽極電流ia。這時,流過閘流體的電流完全由主迴路的電壓和迴路電阻決定,閘流體已處於正嚮導通狀態。閘流體導通後,式(1)中1-(α1+α2)≈0,即使此時門極電流ig=0,閘流體仍能保持原來的陽極電流ia而繼續導通,門極已失去作用。在閘流體導通後,如果不斷地減小電源電壓或增大迴路電阻,使陽極電流ia減小到維持電流ih以下時,由於α1和α2迅速下降,閘流體恢復到阻斷狀態。閘流體的工作條件
由於閘流體只有導通和關斷兩種工作狀態,所以它具有開關特性,這種特性需要一定的條件才能轉化,此條件見表1。
(1)閘流體承受反向陽極電壓時,無論門極承受何種電壓,閘流體都處於關斷狀態。
(2)閘流體承受正向陽極電壓時,僅在門極承受正向電壓的情況下閘流體才導通。
(3)閘流體在導通情況下,只要有一定的正向陽極電壓,無論門極電壓如何,閘流體保持導通,即閘流體導通後,門極失去作用。
(4)閘流體在導通情況下,當主迴路電壓(或電流)減小到接近於零時,閘流體關斷。 3 閘流體的伏安特性和主要引數 3.1閘流體的伏安特性
閘流體陽極a與陰極k之間的電壓與閘流體陽極電流之間關係稱為閘流體伏安特性,如圖2所所示。正向特性位於第一象限,反向特性位於第三象限。
電子元器件基礎知識
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