关于晶闸管的一个奇怪的现象(反向居然也能导通)

2019-07-17 16:08发布

焊接了一个晶闸管(晶闸管使用的是MCR100-6)调光灯电路(如图1所示 ),偶然焊反了,将阴极与阳极焊反了,结果灯泡居然也亮了,按照教科书上讲的,晶闸管导通条件应该是1:阳极与阴极间加正向电压,2:门极与阴极间加适当的触发脉冲。现在阳极与阴极间不是正向电压,而且触发脉冲是加在门极与阳极之间。为什么晶闸管也能导通发亮?
我在MULtiSM中也搭建了仿真模型(使用MCR100-6代替了MCR100-3,如图2所示),发现居然也亮了


想不通这是为什么,故此发帖求助。


图1 图1
图2 图2
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19条回答
JQ_Lin
2019-07-17 18:56
首先感谢您的细心的回答,我觉得您的答案有值得商榷的地方:
1:您注意到那个电流表示数没有,是一个负值,这就意味着电流的流向是跟您所说的方向相反的
2:还有就是您说的那个方向,我上传了两幅图,图1 是教科书上的晶闸管的等效电路图,有一个PN结,是反向的,按照您说的,这样电流也通过不了吧。
谈了我的看法,希望您不吝赐教。



  很高兴同你商榷,尽管我眼神不济,脑迟钝,手不灵,也还是愿意再多敲一些字。

  我在上面已经回答了你楼主位的问题,其基本点是:
1.  晶闸管接反了,虽然灯亮了,但是晶闸管并没有导通,而且灯是灭不了的,即是不可控的。
2.  灯为什么亮了?原因是晶闸管的门极和阴极间呈现了较低的电阻特性。
  我注意到你仿真截图中的反向的电流了,但是没有去管它。因为这是不可能的,你在问题描述中也没有提到它。我只是顾及晶闸管接反了灯却可能亮了的事实。现在,你不觉得凭空而来的 75.4V电压和-101.6mA的反向电流太逆天了吗?不合适的仿真模型一定会导致仿真错误或瑕疵,MCR100-3G和MCR100-3RLG两者使用了同一个仿真模型,都会出现同样的莫名其妙的高电压和反向电流的仿真瑕疵,忽略它吧。

  关于你给出的教科书上的晶闸管的等效电路的截图,我不得不多说几句了。
  那个【a)内部结构】图,是一个PNPN层次结构略图,这个没问题。而那个【b)以三个PN结等效】图,我是不认同的,至少我在自学的时候未曾见过。作者竟然依据半导体工艺的内部层次结构图移植出一堆PN结来进行等效,能等效得了吗?太不靠谱了吧?若按此等效图,晶闸管压根就不能导通了。若如此把三极管用两个PN结来等效,还会有导通、截止和放大可言吗?哪家的谁写的教科书啊!重新截图见附图1。

B01.png

  附图2的晶闸管的双晶体管模型,才是等效的、恰当的,并且可以仿真的。实际应用中可以用两个真实的三极管(PNP和NPN 各一个)构成具有晶闸管特性的单元来代替晶闸管,我自己曾经这样用过。

B02.png

  下面再来说说晶闸管接反了灯可能亮了的事儿。
  为了关断晶闸管,必须减小其主电流以使器件内部电流再生环增益降低到小于 1。从模型上看,短路门极和阴极就可能出现这种情况,但是实际的晶闸管的工艺结构,门极的面积仅仅是阴极面积的一小部分,只能有很小一点电流被短路掉。事实上,在增益下降到 1以前主电流必须减小到维持电流的临界值以下才可能转为关断。
  在构成实际的晶闸管和双向晶闸管时,通常将其设计成“短路发射极”,即从门极到阴极或从门极到 MT1(双向晶闸管的第一阳极),附加了一个电阻。因为从 N基片通过该电阻转移了电流,使门极触发电流、维持电流都增加了,以此用来改善高温时的动态特性。若没有这种分流,则在高温时多数大电流晶闸管的泄漏电流会使它们一开始就导通。
  敏感门极的晶闸管应用高电阻分流,或者全然没有分流,相应地利用一个外加电阻来改变它们的特性。
  道理就写这些了,下面以仿真实例进行验证。

  现给出一个晶闸管正、反两种接法的Multisim仿真图。正接,用于晶闸管的触发、导通和关断的仿真。反接,仅仅用于反接时可能存在的负载电流的缘由的仿真。电位器R1用于维持电流概念的仿真,非此用途时须将其置于0%。单刀双掷开关SA和SK用于切换晶闸管的正、反连接,都打向左侧为正向连接,都打向右侧为反向连接。SG和S2用于门极接地、连接触发电压V2或悬空的切换。S1用于切断阳极电流的通路以使已经导通的晶闸管关断,或用于验证接反了的晶闸管是否介入了导通供电。30V_10W灯的等效电阻为90Ω,晶闸管正常导通时,满电流约为324mA。

001.png

  图中所示BTW39_100处于反向连接状态。当门极接V2时,灯电流为254.865mA,阴极对地电压为7.062V。当门极接地时,该两项数据分别变为 273.069mA和5.424V,这是没有了V2的影响的结果。而在此两种情况下,分离开关S1触点,对灯电流都没有任何影响,这表明阳极没有参与灯电流的提供。而当门极悬空时,两项数据变为3.553uA和30V,即电流通路不存在,灯电流为零。

002.png

003.png

  至此已经充分证明,接反了的晶闸管没有导通;灯亮了,纯粹是较低的门-阴极间电阻惹的祸。此时灯电流的大小要受到门-阴极间电阻大小的影响。如此接近324mA满电流的大电流和如此低的电压,充分说明这个BTW39_100晶闸管此时的门-阴极间等效电阻真是够小的,约为20Ω。
  也有晶闸管接反了灯却不亮的。把图中BTW39_100更换为MCR1906_2,它可能是一种全然没有分流的晶闸管,接反了灯也不亮。试试看吧。

  仅供参考。
  2017.04.18~04.20  Multisim 12.0

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