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1 閂鎖電路

可控硅整流器是在閂鎖電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，如果理解了閂鎖電路，可控硅整流器就沒有那么神秘了。閂鎖電路的核心思想是正反饋。閂鎖電路如圖1所示。上方的晶體管Q1是PNP管，下方的晶體管是NPN管，Q1的集電極作為Q2基極的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)，Q2的集電極作為Q1基極的驅(qū)動(dòng)。圖1所示電路的特殊連接方式構(gòu)成了正反饋，Q2基極電流的任何變化都將被放大并且通過Q1的反饋得到增強(qiáng)。這種正反饋將持續(xù)改變Q2的基極電流直至兩個(gè)晶體管都進(jìn)入飽和或者截止?fàn)顟B(tài)。一方面，如果Q2的基極電流增加，則其集電極電流也增加，從而使Q1的基極和集電極電流增加，Q1集電極電流的增加將會(huì)進(jìn)一步增大Q2的基極電流。這種放大反饋?zhàn)饔脮?huì)一直持續(xù)到兩個(gè)晶體管均達(dá)到飽和，此時(shí)，電路的功能類似于閉合的開關(guān)。另一方面，當(dāng)Q2的基極電流由于某種原因減小，則其集電極電流也減小，從而使Q1的基極和集電極電流減小，Q1集電極電流的減小將會(huì)使Q2的基極電流進(jìn)一步減小。這種作用會(huì)一直持續(xù)到兩個(gè)晶體管均進(jìn)入截止區(qū)。此時(shí)，電路的功能類似于斷開的開關(guān)。

圖1 閂鎖電路

圖1所示電路在斷開或閉合狀態(tài)下都是穩(wěn)定的。該電路可以一直保持在任意一個(gè)狀態(tài)，直至有外力作用于它。如果電路是開路狀態(tài)，它將一直處于開路狀態(tài)直至某個(gè)原因?qū)е翾2的基極電流增加。如果電路是閉合狀態(tài)，它將一直處于閉合狀態(tài)直至某個(gè)原因?qū)е翾2的基極電流減小。由于該電路能夠一直保持在任意一個(gè)狀態(tài)，因此稱為閂鎖電路。

2 可控硅整流器

可控硅整流器(SCR，Silicon Controlled Rectifier)的結(jié)構(gòu)如圖2-a所示，輸入端稱為柵極，頂端為陽極，底端為陰極。將四個(gè)摻雜的區(qū)域拆分為兩個(gè)晶體管。如圖2-b所示，更進(jìn)一步，可控硅整流器可以等效為一個(gè)帶有觸發(fā)輸入端的閂鎖電路，如圖2-c所示?？煽毓枵髌鞯碾娐贩?hào)如圖2-d所示，這個(gè)符號(hào)的含義是帶有觸發(fā)輸入端的閂鎖電路。

為了閉合可控硅整流器，加入一個(gè)觸發(fā)信號(hào)到柵極，觸發(fā)信號(hào)使Q2的基極電流瞬間增加，啟動(dòng)正反饋機(jī)制，驅(qū)使兩個(gè)晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)，陽極和陰極近似于短路。當(dāng)可控硅整流器閉合后，即使將柵極輸入電壓減小到零，它仍然保持原狀態(tài)。為了使整流器斷開，必須將陽極到陰極的電流減小，可以通過減小陽極電壓來實(shí)現(xiàn)電流的減小。

3 可控硅整流器的測(cè)試

可控硅整流器處理的是大電流，并且要耐受高壓，在這些條件下，器件有可能會(huì)失效，常見的失效有A-K開路、A-K短路以及柵極失控。圖3是可控硅整流器的測(cè)試電路。在S1閉合前，I應(yīng)該為0，V應(yīng)該近似等于VA。在S1閉合后瞬間，I應(yīng)該上升到接近VA/R1的水平，VA應(yīng)該下降到1V左右。在選擇VA和R1的值時(shí)，要求必須能提供所需的電流和功率。當(dāng)S1斷開時(shí)，可控硅整流器應(yīng)該保持導(dǎo)通狀態(tài)。隨后，使陽極電源電壓減小直至可控硅整流器脫離導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)入斷開狀態(tài)。

圖2 可控硅整流器

另一種簡(jiǎn)單的測(cè)試可控硅整流器的方法是使用指針式萬用表的歐姆檔。萬用表必須能夠提供使整流器導(dǎo)通所需的柵極電壓和電流，同時(shí)能夠提供維持其處于導(dǎo)通狀態(tài)所需的保持電流。許多指針式萬用表在R×1檔上能夠輸出約1.5V電壓和100mA電流。萬用表跨接在陽極-陰極引腳上，無論連接的極性如何，輸出結(jié)果都應(yīng)該是很大的電阻。將黑表筆連接到陽極，紅表筆連接到陰極，并且在陽極和柵極之間連接一根導(dǎo)線，這時(shí)可控硅整流器應(yīng)該閉合導(dǎo)通，顯示一個(gè)很低的電阻值。當(dāng)柵極的引線斷開后，它應(yīng)該維持閉合狀態(tài)不變。將陽極的黑表筆暫時(shí)拿開，則可以使其截止。

4 結(jié)束語

可控硅整流器雖然只是一個(gè)小小的器件，但想要徹底理解了它的工作原理并不容易。也只有徹底理解了其工作原理，才能在實(shí)際工作中應(yīng)付自如。以上內(nèi)容是本文作者在經(jīng)過長(zhǎng)期的摸索實(shí)踐以及查閱資料后得出的一些膚淺見解，僅供拋磚引玉之用。

[1]李冬梅.電子電路原理（第一版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社；2017:371-381.

[2]周玲玲.電路分析基礎(chǔ)(第一版）[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社；2016:492-560.

圖3 可控硅整流器的測(cè)試電路