什么是晶闸管？晶闸管作用、种类和晶闸管工作原理

什么是晶闸管？它们是一种功能强大的开关，适用于一系列交流(AC)和直流(DC)设备，主要在工业领域使用。整流器是当电荷通过时将交流电转换为直流电的电子元件。

这些功能强大的装置是固态开关，意味着它们由半导体组件（如晶体管和二极管）制成。半导体器件的电导介于全导体（如铜）和绝缘体（如玻璃）之间。

晶闸管的名称来源于晶体管和闸流管（thyratron，一种具有类似功能的早期充气管）的组合。这些器件开发于 20 世纪 50 年代，通常也被称为可控硅整流器（SCR），因为它们由四层硅制成，硅是一种广泛使用的半导体材料。

最初，可控硅是通用电气公司用于一种晶闸管的品牌名称。现在这两个术语通常被用作同义词。

尽管晶闸管是物理上小型设备，但它们可以控制高电压和电流水平，因此用于高压直流输电线路中。

其他作用包括：

• 在工厂和类似的工业环境中的电源开关使用
• 汽车点火开关
• 控制电动机的转速
• 液位调节器
• 压力控制系统
• 过电压保护器

这些设备也广泛应用于各种电路中，应用包括：

• 逆变器电路
• 振荡器电路
• 斩波器电路
• 电源切换电路
• 继电器替代电路
• 电平检测电路
• 逻辑电路
• 相控电路
• 速度控制电路
• 计时电路

现在来说关键问题-晶闸管是如何工作的呢？它们通常有三个引线或电极（电流输入或输出的点）。它们被称为阳极、阴极和栅极（或控制栅极）。第一个是正极，第二个是负极，而栅极通过外部脉冲来控制主要的阳极到阴极电流。有些型号有两个或四个电极。

在一个典型的晶闸管内部，有两个交替的N型（负）半导体和P型（正）半导体层。总共有四层，之间有三个结。每个器件中的四层硅都经过电气处理，增加了负电荷或正电荷携带电子的数量。它们也被称为NPN和PNP半导体，指的是每个半导体中正电子和负电子的分布模式。

如果没有通过栅极流入器件的电流，它会处于关闭状态，中央结（其中有三个结）会反向，与阳极和阴极相反，因此无论器件的方向如何，电流都无法通过。这被称为正向阻断模式或负向阻断模式，具体取决于方向。

要使电流按照要求流动，阳极必须是正的，阴极必须是负的。一旦栅极电流启动，正电荷和负电荷流入硅的四个层，依次激活每个层，随着从一个半导体层到下一个的移动。一旦所有四个层都被激活，电流可以自由地通过器件流动。晶闸管现在处于正向导通状态；它已经触发（进入开启状态），并且在器件外部关闭电流之前它将保持开启 - 通常是整个电路的电流。栅极电流不需要维持阳极和阴极之间的电流。

晶闸管电路中的交流情况

晶闸管的电路设计略有不同，取决于其是否用于交流或直流电流。

此图显示了用于交流电的晶闸管电路的典型布局。

此图显示了用于直流电的电路的典型布局。

晶体管是一种标准的电子元器件，用于控制电信号的开关和放大。20 世纪初晶体管的发明促进了无线电和长途电话的发展。然而，虽然它们用途广泛，但在高电压电流方面表现不佳，适合低功率毫安电流。简单地说，毫安是安的千分之一。相比之下，晶闸管可以操作更高级别的功率，5-10安培和几百甚至上千伏特。

晶闸管还依赖于稳定的电源输入来正常工作。在晶体管中，进入的低电流水平被放大，但在某些器件中，这是不足的。入侵者报警需要不同类型的反应。您需要在报警触发器（例如运动探测器）中有一个低电流水平来启动警报中的更高电流以触发铃声或警报，并且即使触发电流停止，这种更高电流也会继续。晶体管无法做到这一点，但晶闸管可以。运动探测器或类似设备触发门电流，这反过来触发阳极和阴极之间电流的流动。后者将继续保持开启状态，即使栅极电流停止。

大多数晶闸管是三引线器件，意味着它们有三个电极 - 一个阳极，一个阴极和一个控制门，用于触发它们之间电流的流动。

然而，不常见的两引线型号只有两个电极，并且当每个电极之间的电荷差达到或超过定义的突破电压时，它们从关闭状态切换到开启状态。

您还可以找到：

• 可控硅开关（SCS）：这些具有额外的阳极门，当施加正电压时用于去激活设备
• 双向触发二极管（DIAC）：这些晶闸管-二极管混合器具有四个层，可以接受任何方向的电流流动。尽管名称源自二极管交流开关，但是双向触发二极管将用于交流和直流。
• 双向晶闸管（ TRIAC）：这些器件是双向的，意味着它们将导电在任何方向上。它们将切换交流和直流电
• 高压触发器件（ SIDACtor）：这些型号无需控制门，依靠短时间的电涌来工作
• 绝缘栅双极晶体管（IGBT）：这些有四个层和三个端口，但仅设计为晶体管而不是晶闸管
• 相位控制晶闸管(PCT)：这些用于通过在预定时间间隔内将设备移进和移出导电状态来限制交流电流

晶闸管已成为标准组件，因为它们具有以下优点：

• 微秒级的电流切换速度
• 能够控制高电压和高功率
• 没有移动部件和高可靠性
• 能够控制直流设备，而不仅仅是常规交流电
• 快速简单的激活
• 便宜
• 操作容易
• 相对简单
• 体积小

与任何电气设备一样，有必要定期检查晶闸管以确保其正常工作。最简单的方法是使用万用表进行检查。

如何测试晶闸管

万用表是行业标准的电气测试设备，能够测量电压、电流和电阻的强度。

以下是使用万用表测试晶闸管的方法：

1. 将晶闸管的阳极（输入端子）连接到万用表的正极（红色引线）。将阴极（输出端子）连接到负极（黑色引线）。将万用表切换到二极管测试模式 - 在这种情况下，二极管（两个引脚的元件）就是晶闸管本身。评估
2. 将万用表调至高电阻模式。它应该显示一个开路。然后反转引线的位置，设备应仍显示一个开路
3. 将引线恢复到原始位置，这次将门端子连接到正极引线。万用表应显示低水平的电阻。这表明晶闸管处于导通状态，并且一旦门端子断开连接，这种状态应该继续保持
4. 如果万用表通过了上述检查，则正常工作