晶闸管模块是PNPN四层三端元器件,共有3个PN结。解析原理时,可以把它当作是由1个PNP管和1个NPN管所组成,其等效电路图解如图1(a)所示,图1(b)为可控硅模块的电路符号。
图1晶闸管模块等效电路图解图
晶闸管模块的工作原理是四层三端元器件,它有J1、J2、J33个PN结,可以把它中间的NP划分两部分,组成1个PNP型三极管和1个NPN型三极管的复合管。
(1)当晶闸管模块承担正向阳极工作电压时,为使可控硅模块导通,必须使承担反向工作电压的PN结J2失去阻挡作用。每一个晶体管的集电极电流同时便是另1个晶体管的基极电流。所以是2个互相复合的晶体管线路,当有足够的门极电流Ig流入时,便会产生明显的正反馈,引发两晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流主要为IC1和IC2,发射极电流相对为Ia和Ik,电流放大系数相对为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO,晶闸管模块的阳极电流相当于两管的集电极电流和漏电流的之和:
Ia=IC1+IC2+ICO=α1Ia+α2Ik+ICO(1)
若门极电流为Ig,则晶闸管模块阴极电流为:Ik=Ia+Ig。
所以,可以得出晶闸管模块阳极电流为:
(2)硅PNP管和硅NPN管相对的电流量放大系数α1和α2随其发射极电流量的改变而急剧改变。当晶闸管模块承担正向阳极电压,而门极未接受电压的情况下,式(1)中Ig=0,(α1+α2)很小,故晶闸管模块的阳极电流量Ia≈ICO,晶闸管处在正向阻断模式;当晶闸管在正向门极电压下,从门极G流入电流量Ig,因为足够大的Ig流经NPN管的发射结,从而提升放大系数α2,产生足够大的集电极电流量IC2流过PNP管的发射结,并提升了PNP管的电流量放大系数α1,产生更大的集电极电流量IC1流经NPN管的发射结,这种强烈的正反馈过程快速进行。
当α1和α2随发射极电流量提升而导致(α1+α2)≈1时,式(1)中的分母1-(α1+α2)≈0,因此提升了可控硅模块的阳极电流量Ia。这时,流过可控硅模块的电流量完全由主电路的电压和回路电阻决定,可控硅模块已处在正向导通模式。可控硅模块导通后,式(1)中1-(α1+α2)≈0,即便 这时门极电流量Ig=0,可控硅模块仍能维持原先的阳极电流量Ia而继续导通,门极已失去作用。
在晶闸管导通后,要是不断地降低电源电压或增大回路电阻,使阳极电流量Ia降低到维持电流量IH之下时,因为α1和α2快速下降,可控硅模块恢复到阻断模式。
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