可控硅模塊的工作原理

2021-04-02

可控硅模塊是PNPN四層三端元器件,共有3個PN結。解析原理時,可以把它當作是由1個PNP管和1個NPN管所組成,其等效電路圖解如圖1(a)所示,圖1(b)為可控硅模塊的電路符號。

圖1可控硅模塊等效電路圖解圖

可控硅模塊的工作原理

可控硅模塊是四層三端元器件,它有J1、J2、J33個PN結,可以把它中間的NP劃分兩部分,組成1個PNP型三極管和1個NPN型三極管的復合管。

(1)當可控硅模塊承擔正向陽極工作電壓時,為使可控硅模塊導通,必須使承擔反向工作電壓的PN結J2失去阻擋作用。每一個晶體管的集電極電流同時便是另1個晶體管的基極電流。所以是2個互相復合的晶體管線路,當有足夠的門極電流Ig流入時,便會產生明顯的正反饋,引發兩晶體管飽和導通。

設PNP管和NPN管的集電極電流主要為IC1和IC2,發射極電流相對為Ia和Ik,電流放大系數相對為α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,設流過J2結的反相漏電流為ICO,可控硅模塊的陽極電流相當于兩管的集電極電流和漏電流的之和:

Ia=IC1+IC2+ICO=α1Ia+α2Ik+ICO(1)

若門極電流為Ig,則可控硅模塊陰極電流為:Ik=Ia+Ig。

所以,可以得出可控硅模塊陽極電流為:


(2)硅PNP管和硅NPN管相對的電流量放大系數α1和α2隨其發射極電流量的改變而急劇改變。當可控硅模塊承擔正向陽極電壓,而門極未接受電壓的情況下,式(1)中Ig=0,(α1+α2)很小,故可控硅模塊的陽極電流量Ia≈ICO,可控硅模塊處在正向阻斷模式;當可控硅模塊在正向門極電壓下,從門極G流入電流量Ig,因為足夠大的Ig流經NPN管的發射結,從而提升放大系數α2,產生足夠大的集電極電流量IC2流過PNP管的發射結,并提升了PNP管的電流量放大系數α1,產生更大的集電極電流量IC1流經NPN管的發射結,這種強烈的正反饋過程快速進行。

當α1和α2隨發射極電流量提升而導致(α1+α2)≈1時,式(1)中的分母1-(α1+α2)≈0,因此提升了可控硅模塊的陽極電流量Ia。這時,流過可控硅模塊的電流量完全由主電路的電壓和回路電阻決定,可控硅模塊已處在正向導通模式。可控硅模塊導通后,式(1)中1-(α1+α2)≈0,即便 這時門極電流量Ig=0,可控硅模塊仍能維持原先的陽極電流量Ia而繼續導通,門極已失去作用。在可控硅模塊導通后,要是不斷地降低電源電壓或增大回路電阻,使陽極電流量Ia降低到維持電流量IH之下時,因為α1和α2快速下降,可控硅模塊恢復到阻斷模式。

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