雙極結型晶體管的工作原理
我們知道二極管、三級管是一種常用的半導體材料的元器件,其實半導體材料的器件還有很多,今天我們就來講講其中的一種:晶閘管。
晶閘管的應用場景非常廣泛,在發電站就是其中一個場景。在高壓直流輸電中,必須借助轉換站將大量的交流電轉換為直流電。之后,直流電被傳輸到用戶。
這項重要的轉換任務由稱為“晶閘管”的獨特半導體開關設備執行,更具體地說,由硅控整流器執行。學習晶閘管之前,可以先看下我分享過的一篇文章:。
1、晶閘管介紹
晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱,又可稱做可控硅整流器,以前被簡稱為可控硅;
如下圖,不同的半導體開關器件,例如二極管和晶體管。同樣和這些器件一樣,晶閘管也是一種開關器件。所有這些開關裝置均由眾所周知的硅半導體材料制成,晶閘管由N和P區域的4個交替層組成。
要了解為什么使用晶閘管,讓我們看一下普通晶體管BJT)的工作原理。
2、BJT工作原理
BJT:BipolarJunctionTransistor雙極結型晶體管。
如下圖,當連接主電源時,我們會觀察到晶體管的一個結點總是反向偏置。
要接通晶體管,我們只需在發射極和基極端子之間連接一個次級電壓源,就可以導通晶體管了。如下圖:
如果我們移除次級電源,則晶體管將關閉,因為它需要連續的次級電源。
但是,在大功率應用期間(比如發電站),需要連續的基本電流供應,會導致巨大的功率損耗。
為了克服這個問題,1950年,WilliamShockley提出了一種非常有趣的電源開關,稱為晶閘管。
在晶閘管中,與晶體管不同,不需要這種連續的次級電源。觸發后,即使你移除次級電源,晶閘管仍將繼續工作(如下圖)。
3、晶閘管工作原理
有了晶體管的基礎知識,我們就可以了解晶閘管的工作原理。
如果硅結構晶片摻雜有四種交替形式的P和N型,則會產生晶閘管。在此,耗盡區的形成也發生在結處。無論采用哪種方式在晶閘管中施加電壓,總會有至少一個反向偏置結,如下圖:
門極觸發
在晶閘管中,一種有效且流行的方法稱為“門極觸發”。我們將次級電源連接到柵極和陰極端子。該次級電源將大量電子注入P區域。隨著該過程的繼續,P區變得充滿電子,如下圖:
現在,電子已成為該區域的多數電荷載流子。簡而言之,P區域最終成為N區域,這個新的N區域將導致耗盡區域自動減小。由于P區域已成為新的N區域,由于柵極觸發,底側的三個區域共同成為一個大N區域?,F在,晶閘管的結構看起來像一個PN結二極管。
4、如何關閉晶閘管?
關閉晶閘管的方法是在晶閘管兩端施加反向電壓,如下圖:
實現此目的的最有效方法是使用LC振蕩器。在LC振蕩器中,能量交換發生在電容器和電感器之間。
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( 發表人:陳翠 )