雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)及伏安特性

雙向晶閘管是由N-P-N-P-N五層半導(dǎo)體材料制成的，對(duì)外也引出三個(gè)電極，其結(jié)構(gòu)如圖所示。雙向晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管的反向并聯(lián)，但只有一個(gè)控制極。 雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是怎樣的呢，下面我們來(lái)舉例詳細(xì)介紹一下。

雙向晶閘管舊稱(chēng)雙向可控硅，相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管反向并聯(lián)而成。雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)如圖6.37所示。從圖6.37(a)可以看出，它屬于NPNPN五層半導(dǎo)體器件，有3個(gè)電極，分別稱(chēng)為第一電極T1、第二電極T2、控制極G,T1、T2又稱(chēng)為主電極。雙向晶閘管符號(hào)如圖6.37 (d)所示，其外形有平板型、螺栓型、塑封型多種，圖6.37 (e)所示為小功率塑封晶閘管的外形。

雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及外形

為了便于說(shuō)明問(wèn)題，我們不妨把圖6.37(a)看成是由左右兩部分組合而成，如圖6.37(b)所示。這樣一來(lái)，原來(lái)的雙向晶閘管就被分解成兩個(gè)PNPN型結(jié)構(gòu)的普通的單向晶閘管了。如果把左邊從下往上看的N3-P1-N1-P2部分叫做正向的話(huà)，那么右邊從下往上看的分就成為反向，它們之間正好是一正一反地并聯(lián)在一起。我們把這種連接叫做反向并聯(lián)，從電路功能上可以把它等效成圖6.37 (c)。也就是說(shuō)，一個(gè)雙向晶 閘管在電路中的作用和兩只普通的單向晶閘管反向并聯(lián)起來(lái)是等效的。這也正是雙向晶閘 管為什么會(huì)有雙向控制導(dǎo)通特性的根本原因。

對(duì)于兩只反向并聯(lián)的單向晶閘管來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗鼈兏髯远加凶约旱目刂茦O，所以必須通過(guò)兩個(gè)控制極協(xié)調(diào)工作，才能達(dá)到控制電路的目的。而雙向晶閘管卻不同，它只有一個(gè)控制極，通過(guò)這唯一的控制極就能控制雙向晶閘管的正常工作。顯然，它的觸發(fā)電路比起兩只反向并聯(lián)的單向晶閘管的觸發(fā)電路要簡(jiǎn)單得多。這不僅給設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很多方便，而且也使電路的可靠性得到提高，使設(shè)備的體積縮小、重量減輕，這是雙向晶閘管的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。

雙向晶閘管的伏安特性

如前所述，雙向晶閘管在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管反極性并聯(lián)，于是它具有兩個(gè)方向都導(dǎo)通、關(guān)斷特性，即具有兩個(gè)方向?qū)ΨQ(chēng)的伏安特性，其特性曲線(xiàn)如圖6.38所示。

雙向晶閘管的伏安特曲線(xiàn)

由圖可見(jiàn)，雙向晶閘管的特性曲線(xiàn)是由一、三 兩個(gè)象限內(nèi)的曲線(xiàn)組合成的。第一象限的曲線(xiàn)說(shuō)明當(dāng)加到主電極上的電壓使T2對(duì)T1的極性為正時(shí)，我們稱(chēng)為正向電壓，并用符號(hào)U21表示。當(dāng)這個(gè)電壓逐漸增加到等于轉(zhuǎn)折電壓UBO時(shí)，左邊的晶閘管導(dǎo)通見(jiàn)圖6.37 (b),這時(shí)的通態(tài)電流為I21，方向是從T2流向T1。從圖中可以看到，觸發(fā)電流越大，轉(zhuǎn)折電壓就越低，這種情形與單向晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通規(guī)律是一致的。

當(dāng)加到主電極上的電壓使T1對(duì)T2的極性為正時(shí)，叫做反向電壓，并用符號(hào)U12表示。當(dāng)這個(gè)電壓達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓值時(shí)，右邊的晶閘管(見(jiàn)圖6.37 (b))便觸發(fā)導(dǎo)通，這時(shí)的電流為I12，其方向是從T1到T2。這時(shí)雙向晶閘管的特性曲線(xiàn)，如圖6.38中第三象限所示。

在上述兩種情況，除了加到主電極上的電壓和導(dǎo)通電流的方向相反外，它們的觸發(fā)導(dǎo)通規(guī)律是相同的。如果這兩個(gè)并聯(lián)連接的管子特性完全相同的話(huà)，一、三象限的特性曲線(xiàn) 就應(yīng)該是對(duì)稱(chēng)的。通過(guò)對(duì)特性曲線(xiàn)的分析可以知道，對(duì)雙向晶閘管來(lái)說(shuō)，無(wú)所謂陽(yáng)極和陰 極。它的任何一個(gè)主電極對(duì)一個(gè)管子是陽(yáng)極，對(duì)另一個(gè)管子就是陰極，反過(guò)來(lái)也一樣。因此，雙向晶閘管無(wú)論主電極加上的是正向或是反向電壓，它都能被觸發(fā)導(dǎo)通。不僅如此，雙向晶閘管還有一個(gè)重要的特點(diǎn)，即不管觸發(fā)信號(hào)的極性如何，即不管所加的觸發(fā)信號(hào)電壓UG對(duì)T1是正向還是反向，都能觸發(fā)導(dǎo)通。因此可以用交流信號(hào)來(lái)做觸發(fā)信號(hào)，使它能作為一個(gè)交流雙向開(kāi)關(guān)使用。

雙向晶閘管的觸發(fā)電路，通常有兩類(lèi)，一類(lèi)是雙向晶閘管用于調(diào)節(jié)電壓、電流的場(chǎng)合，此時(shí)要求觸發(fā)電路能改變雙向晶閘管的導(dǎo)通角的大小，可采用單結(jié)晶體管(雙基二極管)或雙向二極管觸發(fā)電路;另一類(lèi)是雙向晶閘管用作交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，此時(shí)雙向晶閘管僅需開(kāi)通和關(guān)閉，無(wú)須改變其導(dǎo)通角，故觸發(fā)電路簡(jiǎn)單，一般只用一只限流電阻直 接用交流信號(hào)觸發(fā)。

目前，雙向晶閘管廣泛地應(yīng)用于交流調(diào)壓、調(diào)速、調(diào)光及交流開(kāi)關(guān)等電路中。此外, 還被用于固態(tài)繼電器和固態(tài)接觸器中。