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一、光控晶閘管
光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管,它是一種以光信號代替電信號來進行觸發(fā)導通的特殊觸發(fā)型晶閘管,其伏安特性曲線與普通晶閘管完全一樣,只是觸發(fā)方式不同。而由于它采用光信號觸發(fā),避免了主回路對控制回路的干擾,適用于要求信號源與主回路高度絕緣的大功率高壓裝置,如高壓直流輸電裝置、高壓核聚變裝置等。
光控晶閘管是利用一定波長的光照信號控制的開關器件,其結構也是由四層半導體(PNPN)構成。小功率光控晶閘管只有兩個電極(陽極A和陰極K),而大功率光控晶閘管除陽極和陰極之外,還帶有光纜,光纜上裝有發(fā)光二極管或半導體激光器作為觸發(fā)光源。
光控晶閘管也稱GK型光開關管,是一種光敏器件。通常晶閘管有3個電極,控制極G、陽極A和陰極K。由于光控晶閘管的控制信號來自光的照射,沒有必要再引出控制極,所以,只有兩個電極(陽極A和陰極K)。但其結構與普通晶閘管一樣,是由4層PNP型器件構成的。
從外形上看,光控晶閘管有受光窗口,還有兩條引腳和殼體,酷似光電二極管。
為了使光控晶閘管能在微弱的光照下觸發(fā)導通,因此,必須使光控晶閘管在極小的控制電流下能可靠地導通。這樣,光控晶閘管受到了高溫和耐壓的限制,在一般的條件下,不可能與普通晶閘管一樣做成大功率的。
光控晶閘管除了觸發(fā)信號不同以外,其他特性基本與普通晶閘管相同,因此,在使用時可按照普通晶閘管的使用原則,只要注意它是光控這個特點就行了。光控晶閘管對光源的波長有一定的要求,即有選擇性。波長在0.8~0.9μm的紅外線及波長在1μm左右的激光,都是光控晶閘管較為理想的光源。
二、快速晶閘管
我們再來看看快速晶閘管,快速晶閘管是普通晶閘管的一種派生器件,主要用于感應加熱的中頻電源裝置。是用于較高頻率的整流、逆變和變頻電路的器具,并且可以在 400Hz以上頻率工作的晶閘管。視電流容量大小,其開通時間為4~8微秒,關斷時間為10~60微秒。主要用于較高頻率的整流、斬波、逆變和變頻電路。
快速晶閘管基本結構與普通晶閘管類似,只是為了適應中頻應用的特點,其門極圖形的設計更為復雜。由于采用了特殊的工藝降低了壽命,快速晶閘管開關特性得到很大改善,關斷時間大大縮短,但這不利于器件通態(tài)特性,浪涌電流等性能。這些矛盾要在器件設計時總體考慮,使用者也應根據(jù)實際應用情況選擇具體參教要求。
快速晶閘管的結構和工作原理與普通晶閘管相同,但在設計與制造中采取了特殊措施以減少開關耗散功率。通常采用增加門極-陰極周界長度、減薄基區(qū)厚度的辦法,增加初始導通面積,提高dI/dt耐量和提高擴展速度;采用陰極短路點、非對稱結構、摻金、鉑或用電子、快中子輻照技術等辦法降低少子壽命,提高dV/dt耐量,降低關斷時間。80年代,快速晶閘管已做到通態(tài)平均電流1000A,耐壓2500V,關斷時間30微秒。
一種對工作頻率有明確標定的快速晶閘管則稱為高頻晶閘管(中國型號為KG)。例如KG50(20kHz),表示該高頻管的標稱工作頻率為20kHz,通態(tài)平均電流為50A(20kHz下正弦半波平均電流值)。80年代中期,中國已能生產KG100(20kHz)和KG200(10kHz),耐壓為1~1.2kV的高頻晶閘管。
快速晶閘管采取的特殊措施,在一定程度上降低了靜態(tài)特性(如升高了通態(tài)壓降),故限制了它直接工作于更高頻率的大功率電子設備。為滿足更高頻率下工作對晶閘管提出的特殊要求,開發(fā)了門極輔助關斷晶閘管、可關斷晶閘管等。
三、雙向晶閘管
我們再來看看雙向晶閘管,雙向晶閘管是由N-P-N-P-N五層半導體材料制成的,對外也引出三個電極。雙向晶閘管相當于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián),但只有一個控制極。雙向晶閘管與單向晶閘管一樣,也具有觸發(fā)控制特性。不過,它的觸發(fā)控制特性與單向晶閘管有很大的不同,這就是無論在陽極和陰極間接入何種極性的電壓,只要在它的控制極上加上一個觸發(fā)脈沖,也不管這個脈沖是什么極性的,都可以使雙向晶閘管導通。盡管從形式上可將雙向晶閘管看成兩只普通晶閘管的組合,但實際上它是由7只晶體管和多只電阻構成的功率集成器件。
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