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[问答] 关于晶闸管的一个奇怪的现象(反向居然也能导通)

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技术员
发表于 2017-4-15 11:16:21   1226 查看 22 回复 只看该作者 倒序浏览
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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2.jpg (452.49 KB, 下载次数: 2) 图1
图1
图1.png (30.19 KB, 下载次数: 1) 图2
图2
驱动不同晶闸管MCR100-31.rar 73.76 KB, 下载次数: 11, 下载积分: 积分 -1 分
奖励15积分
JQ_Lin 2017-4-15
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。



  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。



  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。



  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。





  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



标签:晶闸管
高级工程师
发表于 2017-4-15 11:16:22  
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。



  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。



  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。



  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。





  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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技术员
发表于 2017-4-15 11:16:54    楼主|

PCB在线计价下单

板子大小:

cm
X
cm

层数:

2

板子数量:

10

厚度:

1.6
拜托了各位,想了好久,不得其解。
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高级工程师
发表于 2017-4-15 17:47:06  
本帖最后由 JQ_Lin 于 2017-4-15 17:48 编辑

晶闸管接反了,灯亮了,是应该亮的。
但是,一不是获得触发而亮的;二是灯灭不了。
实际电路和仿真结果应该是一致的。

晶闸管接反了,灯亮了,原因是:晶闸管的门极和阴极间呈现低电阻。晶闸管并没有导通。

这种状况下,仿真电路的电流回路是
V2正极 —— 灯泡一端 —— 灯泡另一端 —— 阴极 —— 门阴电阻 —— 门极 —— V1正端 —— V1负端 —— V2负端。

这种状况下,实际电路的电流回路是
整流桥正端 —— 阴极 —— 门阴电阻 —— 门极 —— R3(50欧姆) —— 整流桥负端 —— 。。。。。。

仅此而已。

评分

参与人数 1积分 +5 收起 理由
wangyi31 + 5 您的付出是论坛的动力,感谢您一直支持!.
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总工程师
发表于 2017-4-15 21:04:46  
这个灯泡亮度 以及电阻元件是否有异常呀
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资深工程师
发表于 2017-4-16 23:24:30  
应该不可调节吧!
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技术员
发表于 2017-4-17 18:20:48    楼主|

确实不可调节,灯一直亮着
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资深工程师
发表于 2017-4-17 18:25:44  
经常接触可控硅,还会出现的是热失控现象
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技术员
发表于 2017-4-18 08:33:07    楼主|
JQ_Lin 发表于 2017-4-15 17:47
晶闸管接反了,灯亮了,是应该亮的。
但是,一不是获得触发而亮的;二是灯灭不了。
实际电路和仿真结果应该是一致的。

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。
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技术员
发表于 2017-4-18 08:33:10    楼主|
JQ_Lin 发表于 2017-4-15 17:47
晶闸管接反了,灯亮了,是应该亮的。
但是,一不是获得触发而亮的;二是灯灭不了。
实际电路和仿真结果应该是一致的。

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。
晶闸管.jpg (324.74 KB, 下载次数: 1) 图1
图1
电路图.jpg (289.62 KB, 下载次数: 1) 图2
图2
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技术员
发表于 2017-4-18 08:33:41    楼主|
希望各位高手多指导下哈。
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高级工程师
发表于 2017-4-18 12:19:21  
wangyi31 发表于 2017-4-18 08:33
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

看到你的帖子了,我会回答的。
不过不是马上,因为我的手脑很慢,需要等待。

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参与人数 1积分 +10 收起 理由
ElecFans处女座 + 10 您的付出是论坛的动力,感谢您一直支持!.
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技术员
发表于 2017-4-18 19:54:42    楼主|
JQ_Lin 发表于 2017-4-18 12:19
看到你的帖子了,我会回答的。
不过不是马上,因为我的手脑很慢,需要等待。

谢谢您的回答,太感谢了
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技术员
发表于 2017-4-23 09:58:19    楼主|
JQ_Lin 发表于 2017-4-18 12:19
看到你的帖子了,我会回答的。
不过不是马上,因为我的手脑很慢,需要等待。

大神,等着您的回复那
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高级工程师
发表于 2017-4-23 13:24:12  
wangyi31 发表于 2017-4-23 09:58
大神,等着您的回复那

你的眼神比我还差,差得多啊!!

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技术员
发表于 2017-4-23 17:21:46    楼主|
JQ_Lin 发表于 2017-4-23 13:24
你的眼神比我还差,差得多啊!!

抱歉,我没注意到
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实习生
发表于 2017-5-3 10:24:34  
学习了,特别对JQ_Lin高工的细致认真感到十分佩服!希望以后能多向大神学习!
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发表于 2017-5-3 15:58:47  
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技术员
发表于 2017-5-6 09:01:14    楼主|
确实回答的非常详细
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实习生
发表于 2017-5-8 23:33:35  
不说晶闸管的问题,你没有注意到一个最基本的问题吗?
就是电压表所显示的电压,75.401V,请问,在整个电路的两个电源V1+V2,总共才只有50.6V的电压的情况下,这个多出来的接近25V的电压从何而来?
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