雙向晶閘管的工作原理

概述

雙向晶閘管，英文名稱為Bidirectional Thyristor，簡稱BRT，也稱作反向可控硅、交流控制硅，是一種常用的半導(dǎo)體器件。和普通的晶閘管一樣，它也是一種電子開關(guān)，但是它比較特別的是它可以雙向?qū)щ姟Ｔ陔娐分?，雙向晶閘管常用于直流變交流、逆變、交流調(diào)光、控制電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向等需要雙向控制的場合。

雙向晶閘管的工作原理

在了解雙向晶閘管的工作原理之前，需要先了解一下普通的晶閘管的工作原理。晶閘管是一種半導(dǎo)體器件，它是由四層PNPN型的晶體管結(jié)構(gòu)組成，晶體管結(jié)構(gòu)中有兩個PN結(jié)，用一根同向的P型半導(dǎo)體材料相連，稱為陽極，另一根同向的N型半導(dǎo)體材料相連，稱為陰極。在晶體管結(jié)構(gòu)兩端的PN結(jié)之間添加了第三個接口，N+P或者P+N，稱為門極（也就是平時所說的控制極）。

之所以能夠?qū)㈦娮訌木w管的控制端（門極）注入到PNP結(jié)的P區(qū)域或者NPN結(jié)的N區(qū)域并控制晶體管管道的開啟或關(guān)閉，是因為PNP結(jié)和NPN結(jié)的特性不同。當(dāng)PNP結(jié)的P區(qū)間過于正偏或NPN結(jié)的N區(qū)間過于負(fù)偏時，就會將電子驅(qū)逐到另一個極，形成電流，晶閘管就處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)PNP結(jié)的P區(qū)間太負(fù)偏時或者NPN結(jié)的N區(qū)間太正偏時，就不會有電子被驅(qū)逐，晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)。

在了解了普通晶閘管的工作原理之后，接下來講一下雙向晶閘管的工作原理。雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)可以看做是兩個普通晶閘管正反向并聯(lián)而成，它包含了兩個PNP結(jié)和兩個NPN結(jié)。由于兩個普通晶閘管是反向并聯(lián)的，因此只有當(dāng)兩個晶閘管都導(dǎo)通時，才能夠通過雙向晶閘管進(jìn)行電流。而且，如果兩個晶閘管的一個處于導(dǎo)通狀態(tài)，另一個處于非導(dǎo)通狀態(tài)，那么電流是無法流動的。

雙向晶閘管的Zener二極管替換了普通晶閘管的SCR管道，從而使得雙向晶閘管在反向器件上的導(dǎo)電能力得到加強(qiáng)。當(dāng)雙向晶閘管的控制端施加正向電壓時，在P1N1P2-N2N1P1結(jié)內(nèi)注入電子，使得PNP-NPN結(jié)部分加正偏，也就是P1N1結(jié)加正偏并將PNP開啟，而開啟的那部分表現(xiàn)為一個晶閘管的管道，導(dǎo)通。同時，P2N2結(jié)加反偏，不導(dǎo)通，此時檢測到兩個晶閘管導(dǎo)通，雙向晶閘管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)控制端施加反向電壓時，則注入電子的路線被切斷，P1N1P2-N2N1P1結(jié)不加偏壓，也就是P1N1結(jié)不再導(dǎo)通，此時不再存在導(dǎo)通的管道，雙向晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)。

除了控制電壓以外，溫度也會對雙向晶閘管的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。由于PNPN結(jié)的結(jié)溫度過高或過低會導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)（當(dāng)電流向量改變時，其狀態(tài)會突然跳變），因此在使用雙向晶閘管的過程中，需要對其進(jìn)行加熱和冷卻控制，以保證它的溫度在正常范圍內(nèi)工作。此外，在使用過程中還需要注意對雙向晶閘管的電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行控制，以避免其失效。

總結(jié)

以上就是關(guān)于雙向晶閘管的工作原理的詳細(xì)介紹。雙向晶閘管和普通晶閘管相比，它最大的特點就是可以雙向?qū)щ?，因此，它的?yīng)用范圍比較廣泛。在實際使用中，我們需要注意控制雙向晶閘管的溫度、電壓、電流等參數(shù)，以保證其正常工作。