电子锁的基本结构和工作原理

1.基本结构

普通晶闸管的外形结构有螺栓式和平板式两种，如图6-1a所示。它有三个电极，即阳极A、阴极K和门极G。

其中，螺栓式晶闸管的阳极是一个螺栓，使用时，将阳极拧紧在散热器上，另一端有两根引线，其中较粗的一根是阴极，较细的一根是门极。这种晶闸管适用于中小型容量的设备中。而平板式晶闸管的中间金属环是门极，上面是阴极，下面是阳极，而且阴极距门极比阳极近。使用时，由两个散热器把晶闸管紧紧地夹在中间，这种晶闸管用于小电流的控制。

晶闸管的内部结构如图6-2a所示。它的管芯由四层半导体P1N1P2N2构成，具有J1、J2、J3三个PN结，由最外层的P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，中间的P2区引出门极G，即晶闸管是一种具有四层、三结、三极的半导体器件，它在结构上既不同于二极管，也不同于晶体管。

图6-2 晶闸管内部结构及等效电路

a）内部结构 b）以二极管等效 c）以晶体管等效

2.工作原理

为了便于说明晶闸管的工作原理，我们可以把晶闸管用三个二极管串联来等效，如图6-2b所示；也可以用PNP型晶体管和NPN型晶体管组合而成的复合管来等效，如图6-2c所示。

让我们先来做一个如图10-3所示的实验。

当给图6-3a中的晶闸管VT加正向电压，即阳极接高电位，阴极接低电位时，在门极电路中开关S断开的情况下，观察小灯泡EL，发现灯不亮，这说明E₁（+）→VT→EL→E₁（-）未构成通路。这是因为在图6-2b所示的等效电路中，三个PN结中，J1和J3正向偏置，而J2反向偏置，所以，此时只有极小的正向漏电流通过VT管，故晶闸管不导通，称这种状态为晶闸管的正向阻断状态。

图6-3 晶闸管实验

图6-3b所示电路中的晶闸管处于正向电压下，同时，门极相对于阴极也加上了正向电压。这时观察EL，发现灯亮了，说明VT已导通。这是因为在两个正向电压作用下，晶闸管内部的三个PN结均正偏导通，有较大的电流通过VT阳极和阴极，称这种状态为晶闸管的导通状态。(www.xing528.com)

在图6-3c所示电路中，VT加上了一个反向阳极电压。这时，无论门极加什么电压，发现灯都不亮，说明晶闸管关断。因为，此时晶闸管内部的三个PN结有两个或三个处于反向偏置。这种状态称为晶闸管的反向阻断状态。

图6-3d所示为晶闸管导通后，去掉门极电压时的电路状态。发现灯仍然亮，说明晶闸管持续导通。

总结以上实验过程，可得出晶闸管的导通条件，即

1）晶闸管阳极与阴极之间加正向电压，U_AK>0。

2）门极加适当的正向电压，U_GK>0。

一般在实际工作中，因晶闸管导通后门极已失去控制作用，故对门极加正触发脉冲电压即可。

晶闸管像整流二极管一样，具有单向导电特性，但它正向导通的可控特性却是整流二极管不具备的。

晶闸管的导通原理可由图6-2c所示电路加以说明。当晶闸管满足导通条件时，门极就流入触发电流I_G，它相当于给N1P2N2型晶体管的基极输入电流。经放大后，产生一较大的集电极电流，它又作为P1N1P2型晶体管的基极电流，经再次放大后，产生了更大的集电极电流，流入N1P2N2管的基极。如此循环而形成强烈的正反馈，使两个晶体管迅速达到饱和导通，通过晶闸管的电流最终稳定在由电源电压和负载电阻所决定的数值上。晶闸管导通后，管压降约为1V左右，通常可以忽略。为此，将晶闸管视为较理想的可控开关器件。

晶闸管触发导通后，因N1P2N2管的基极始终有P1N1P2管的集电极电流流入，所以即使失去触发电流I_G，晶闸管仍能保持导通，门极已失去控制作用。

在图6-3b所示电路中EL亮度正常的情况下，逐渐调节变阻器RP，观察电流表Ⓐ的指针变化。随着RP的增加，EL变暗，电流表的读数减小，当阳极电流降到某数值时，电流表的指针突然回到零，灯灭，说明晶闸管已关断。我们把电流表所测得的最小阳极电流称为晶闸管的维持电流，用I_H表示。因此，可得出晶闸管的关断条件，即

1）晶闸管阳极加反向电压或切除阳极电压，U_AK≤0。

2）阳极电流I_A要在维持电流I_H以下，即I_A<I_H。