晶閘管是高速固態器件，可用于控制電機，加熱器和燈具

在上一篇教程中，我們研究了可控硅整流器的基本結構和操作通常稱為晶閘管。這次我們將看看如何使用晶閘管和晶閘管開關電路來控制更大的負載，如燈，電機或加熱器等。

我們之前說過，為了得到晶閘管轉向“接通”當晶閘管處于正向時，我們需要向柵極（G）端子注入一個小的觸發脈沖電流（不是連續電流），即陽極，（ A）相對于陰極（K）是正的，用于再生鎖存。

典型的晶閘管

通常，此觸發脈沖的持續時間僅需幾微秒，但柵極脈沖施加的時間越長，內部雪崩擊穿的速度越快，晶閘管的“開啟”時間越快，但最大門限不得超過電流。一旦被觸發并完全導通，晶閘管（陽極到陰極）上的電壓降合理地恒定在大約1.0V，所有陽極電流值都達到其額定值。

但是請記住，雖然這是一次晶閘管開始導通，即使沒有門控信號也繼續導通，直到陽極電流降低到低于保持電流的設備（I H ），并且低于該值，它自動變為“OFF”。然后，與雙極晶體管和FET不同，晶閘管不能用于放大或控制開關。

晶閘管是專門設計用于高功率開關應用的半導體器件，不具備放大器的能力。晶閘管只能在開關模式下工作，其作用類似于開關或閉合開關。一旦通過其柵極端子觸發導通，晶閘管將始終保持導通（通過電流）。因此，在直流電路和一些高感應交流電路中，必須通過單獨的開關或關斷電路人為地減小電流。

直流晶閘管電路

當連接到直流電路時供電時，晶閘管可用作直流開關，以控制較大的直流電流和負載。當使用晶閘管作為開關時，它的行為類似于電子鎖存器，因為一旦激活它就會保持在“ON”狀態，直到手動復位。考慮下面的直流晶閘管電路。

直流晶閘管開關電路

這個簡單的“開關“晶閘管觸發電路使用晶閘管作為開關來控制燈，但它也可以用作電動機，加熱器或一些其他這種直流負載的開關控制電路。晶閘管正向偏置，通過短暫關閉常開“ON”按鈕 S 1 觸發導通，通過該按鈕將柵極端子連接到直流電源。柵極電阻， R G 因此允許電流流入柵極。如果 R G 的值相對于電源電壓設置得太高，晶閘管可能不會觸發。

電路一旦轉動 - “ON”，即使釋放按鈕，它也會自鎖并保持“ON”，只要負載電流大于晶閘管鎖存電流。按鈕的其他操作， S 1 將對電路狀態沒有影響，因為一旦“鎖定”Gate失去所有控制。晶閘管現在完全“接通”（導通），允許滿載電路電流正向流過器件并返回電池電源。

在直流電路中使用晶閘管作為開關的主要優點之一是它具有非常高的電流增益。晶閘管是電流操作設備，因為較小的柵極電流可以控制更大的陽極電流。

柵極 - 陰極電阻 R GK 以降低Gate的靈敏度并增加其dv / dt能力，從而防止誤觸發器件。

當晶閘管自鎖進入“ON”狀態時，電路只能通過中斷電源并將陽極電流降低到晶閘管最小保持電流（ I H ）值以下來復位。

打開常閉“OFF”按鈕， S 2 斷開電路，將流過晶閘管的電路電流減小到零，從而強制它“再關閉”直到另一個門信號再次應用為止。

然而，這種直流晶閘管電路設計的一個缺點是機械常閉“OFF”開關 S 2 需要當觸點打開時，足夠大以處理流過晶閘管和燈的電路功率。如果是這種情況，我們可以用大型機械開關更換晶閘管。解決這個問題并減少對更強大的“OFF”開關的需求的一種方法是將開關與晶閘管并聯連接，如圖所示。

替代直流晶閘管電路

這里晶閘管開關像以前一樣接收所需的端電壓和門脈沖信號，但前一電路的較大的常閉開關是替換為與晶閘管并聯的較小的常開開關。激活開關 S 2 會暫時在晶閘管陽極和陰極之間產生短路，從而通過將保持電流降至最小值以下來阻止器件導通。

交流晶閘管電路

當連接到交流電源時，晶閘管的行為與之前的直流連接電路不同。這是因為交流電源周期性地反轉極性，因此交流電路中使用的任何晶閘管將自動反向偏置，使其在每個周期的一半中轉為“關閉”。考慮下面的交流晶閘管電路。

交流晶閘管電路

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上述晶閘管觸發電路在設計上類似于DC SCR電路，除了省略額外的“OFF”開關和包含二極管 D 1 以防止反向偏置應用于門。在正弦波形的正半周期期間，器件正向偏置，但開關 S 1 打開，零柵極電流施加到晶閘管并保持“OFF” ”。在負半周期，器件反向偏置，無論開關 S 1 的條件如何，都將保持“OFF”。

如果切換 S 1 關閉，在每個正半周期開始時，晶閘管完全“關閉”但不久之后將有足夠的正觸發電壓，因此電流出現在閘門將晶閘管和燈“打開”。

晶閘管現在在正半周期內鎖定 - “ON”，當正半周結束且陽極電流低于保持電流值時，晶閘管將自動再次“關閉”。

在下一個負半周期內，器件完全“關閉”，直到下一個正半周期，此過程重復，并且只要開關閉合，晶閘管就會再次導通。

然后在這種情況下，燈將僅接收來自AC電源的一半可用功率，因為晶閘管像整流二極管一樣工作，并且僅在正向半周期正向偏置時傳導電流。晶閘管繼續為燈提供半功率，直到開關打開。

如果可以快速轉動開關 S 1 ON和OFF為了使晶閘管在每個正半周期的“峰值”（90 o ）點接收到其柵極信號，器件僅導通正半周期的一半。換句話說，傳導僅發生在正弦波的一半的一半中，這種情況會導致燈接收“四分之一”或交流電源可用總功率的四分之一。

通過精確改變門脈沖和正半周期之間的時序關系，可以使晶閘管提供負載所需的任何百分比功率，介于0％和50之間％。顯然，使用這種電路配置，它不能為燈提供超過50％的功率，因為它在反向偏置的負半周期內不能導通。考慮下面的電路。

半波相位控制

相位控制最多通常形式的晶閘管AC功率控制和基本AC相位控制電路可以如上所示構造。這里晶閘管的柵極電壓來自RC充電電路，通過觸發二極管， D 1 。

在晶閘管的正半周期內正向偏置，電容， C 通過電阻 R 1 在AC電源電壓之后充電。僅當 A 點的電壓上升到足以使觸發半導體D 1 導通并且電容放電到晶閘管的柵極將其“接通”。導通開始周期正半周的持續時間由可變電阻設定的RC時間常數控制， R 1 。

增加 R 1 的值具有延遲提供給晶閘管Gate的觸發電壓和電流的效果，這又導致器件導通時間的滯后。結果，器件導通的半周期的分數可以控制在0和180 o 之間，這意味著可以調節燈消耗的平均功率。但是，晶閘管是一個單向器件，因此在每個正半周期內只能提供最大50％的功率。

有多種方法可以實現100％全波AC控制“晶閘管”。一種方法是在二極管橋式整流器電路中包括單個晶閘管，其將AC轉換為通過晶閘管的單向電流，而更常見的方法是使用反向并聯連接的兩個晶閘管。更實用的方法是使用單個Triac，因為該器件可以在兩個方向上觸發，因此適合AC開關應用。