可控硅是什么电子原器件进化而来的？

晶闸管也叫晶闸管。自20世纪50年代问世以来，它已经发展成为一个大家族，主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、反向晶闸管、关断晶闸管、快速晶闸管等等。今天人们使用的是单向晶闸管，也就是通常所说的普通晶闸管。它们由四层半导体材料组成，有三个PN结和三个外电极(图2 (a)):从第一层P型半导体引出的电极称为阳极A，从第三层P型半导体引出的电极称为控制电极G，从第四层N型半导体引出的电极称为阴极k .从晶闸管的电路符号[图2 (b)]可以看出， 它是一个类似二极管的单向导通器件，关键是增加了一个控制电极G，使其具有与二极管完全不同的工作特性。

图2

二、晶闸管的主要工作特性

为了直观的了解晶闸管的工作特性，我们先来看看这个教学板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联，通过开关s连接到DC电源，注意阳极A为电源正极，阴极K为电源负极，控制极G通过按钮开关SB连接到3V DC电源正极(此处使用KP5晶闸管，如果使用KP1，则应连接到1.5V DC电源正极)。晶闸管与电源的这种连接称为正向连接，也就是说，在晶闸管的阳极和控制电极上加直流电压。现在我们打开电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管不导通；再次按下按钮开关SB，向控制电极输入一个触发电压，小灯泡亮，表示晶闸管导通。这个演示实验给我们什么启示？

图3

这个实验告诉我们，要导通晶闸管，一个是在其阳极A和阴极K之间施加直流电压，另一个是在其控制电极G和阴极K之间输入正向触发电压..晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍保持导通状态。

晶闸管的特点是“一触即发”。然而，如果反向电压施加到阳极或控制电极上，晶闸管就不能导通。控制电极的功能是通过施加正触发脉冲来接通晶闸管，但它不能关断晶闸管。那么，用什么方法可以关断导通的晶闸管呢？关断导通的晶闸管可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为保持电流)。如果在晶闸管的阳极和阴极之间施加交流电压或脉动DC电压，当电压过零时，晶闸管将自动关断。

第三，用万用表能区分晶闸管的三个电极吗？如何检验晶闸管的质量？

普通晶闸管的三个电极可用万用表的欧姆档R×100测量。众所周知，晶闸管G和K之间有一个PN结[图2 (a)]，相当于一个二极管，G为正极，K为负极。所以按照测试二极管的方法，找出三个极中的两个，测量它们的正负电阻。电阻较小时，万用表的黑色表笔接控制极G，红色表笔接阴极K，剩下的一个是阳极a，要测试晶闸管的好坏，可以用刚才演示的教学板电路(图3)。打开电源开关S，按下按钮开关SB，灯泡亮了就是好，不亮就是坏。

4.晶闸管在电路中的主要用途是什么？

普通晶闸管最基本的用途是可控整流。常见的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果用晶闸管代替二极管，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路[图4 (a)]。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果触发脉冲Ug没有输入到VS的控制电极，VS仍然不能接通。只有当U2处于正半周并且触发脉冲Ug施加到控制电极时，晶闸管才被触发导通。现在画出它的波形图[图4(c)、(d)]，可以看出只有当触发脉冲Ug到来时，负载RL上才输出电压UL(波形图上阴影部分)。Ug来的早，晶闸管开通的早；Ug来晚了，晶闸管就晚一点导通。通过改变触发脉冲Ug在控制电极上的到达时间，可以调整负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积)。在电气技术中，交流电的半周常定为180，称为电角度。这样，在U2的每一个正半周，从零到触发脉冲到达时刻的电角度称为控制角α；晶闸管在每个正半周导通的电角度称为导通角θ。显然，α和θ都用来表示晶闸管在直流电压半周期内的导通或截止范围。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲DC电压的平均值UL，实现可控整流。

5.桥式整流电路中，用晶闸管代替所有二极管是可控整流电路吗？

在桥式整流电路中，只需要用晶闸管代替两个二极管就可以构成全波可控整流电路。现在画电路图和波形图(图5)，就可以看清楚了。

6.晶闸管控制极所需的触发脉冲是如何产生的？

晶闸管触发电路有多种形式，如阻容移相桥式触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路等等。今天大家做的稳压器，用的是单结晶体管触发电路。

7.什么是单结晶体管？它有什么特殊性质？

单结晶体管，也称为双基二极管，是一种由PN结和三个电极组成的半导体器件(图6)。我们先画出它的结构示意图[图7 (a)]。在N型硅片的两端制作两个电极，即第一基极B1和第二基极B2；在硅片的另一侧，靠近B2的地方，制作了一个PN结，相当于一个二极管。从P区引出的电极称为发射极E..为了分析方便，B1和B2之间的N型区可以等效为一个纯电阻RBB，称为基极电阻，可以看作是两个电阻RB2和RB1的串联[图7 (b)]。值得注意的是，RB1的电阻会随着发射极电流IE的变化而变化，具有可变电阻的特性。如果在两个基极B2和B1之间加上DC电压UBB，则A点的电压UA为:如果发射极电压UE

八、如何用单结晶体管组成晶闸管触发电路？

由单结晶体管构成的触发脉冲产生电路已经应用在今天大家做的稳压器中。为了说明其工作原理，我们单独画出了单结晶体管张弛振荡器的电路(图8)。它由单结晶体管和RC充放电电路组成。接通电源开关S后，电源UBB通过电位器RP给电容C充电，电容上的电压UC呈指数上升。当UC上升到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管突然导通，基极电阻RB1急剧下降，电容C通过PN结向电阻R1快速放电，使R1两端的电压Ug正向跳变，形成陡峭的脉冲前沿[图8 (b)]。随着电容器C的放电，UE呈指数下降，直到单结晶体管在低于谷电压UV时截止。这样在R1两端输出峰值触发脉冲。此时，电源UBB再次开始给电容C充电，进入第二次充放电过程。这样，电路周期性振荡。调整RP可以改变振荡周期。

9.在可控整流电路的波形图中发现，每半个直流电压周期内，晶闸管发出第一个触发脉冲的时间是相同的，即控制角α和导通角θ相等。那么，单结晶体管张弛振荡器如何精确配合交流电源实现有效控制呢？

为了实现整流电路输出电压的“可控”，需要使触发电路在晶闸管承受直流电压时，每半个周期同时发出第一个触发脉冲。这种协同工作模式称为触发脉冲与电源同步。

如何才能做到同步？我们来看看稳压器的电路图(图1)。请注意，这里的单结晶体管张弛振荡器的电源是桥式整流电路输出的全波脉冲DC电压。当晶闸管不导通时，张弛振荡器的电容器C由电源充电。当UC指数上升到峰值电压UP时，单结晶体管VT导通。在VS导通期间，负载RL上有交流电压和电流。同时，导通的VS两端的电压降非常小，迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零时，晶闸管VS强制关断，张弛振荡器上电，电容C再次充电，重复上述过程。这样，每次交流电压过零，张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都是一样的，这取决于RP的阻值和C的电容，通过调节RP的阻值，可以改变电容C的充电时间，这也改变了第一个Ug发出的时间，并相应地改变晶闸管的控制角，使负载RL上输出电压的平均值发生变化，从而达到调压的目的。

双向晶闸管的T1和T2不可互换。否则，管道和相关控制电路将会损坏。