可控硅工作原理圖及應用圖解(圖文)

 可控硅工作原理圖及應用圖解
可控硅是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種具有三個(gè)PN 結的四層結構的大功率半導體器件，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的快速接通或切斷；實(shí)現將直流電變成交流電的逆變；將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等�？煽毓韬推渌�半導體器件一樣，有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現，使半導體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。 目前可控硅在自動(dòng)控制、機電應用、工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應用。
可控硅從外形上區分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式應用較多。
可控硅有三個(gè)極----陽(yáng)極(A)、陰極(C)和控制極(G)，管芯是P型導體和N型導體交迭組成的四層結構，共有三個(gè)PN 結，與只有一個(gè)PN結的硅整流二極管在結構上迥然不同�？煽毓璧乃膶咏Y構和控制極的引入，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎�？煽毓钁�用時(shí)， 只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽(yáng)極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控 硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。

我們可以把從陰極向上數的第一、二、三層看面是一只NPN型號晶體管，而二、三、四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用�？僧�(huà)出圖 1的等效電路圖。當在陽(yáng)極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓E，又在控制極G和陰極C之間(相當BG2的基一射間)輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號，BG2將產(chǎn)生基極電流 Ib2，經(jīng)放大，BG2將有一個(gè)放大了β2 倍的集電極電流IC2 。因為BG2集電極與BG1基極相連，IC2又是BG1 的基極電流Ib1 。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集電極電流IC1送回BG2的基極放大。如此循環(huán)放大，直到BG1、BG2完全導通。事實(shí)上這一過(guò)程是“一觸即 發(fā)”的，對可控硅來(lái)說(shuō)，觸發(fā)信號加到控制極，可控硅立即導通。導通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經(jīng)觸發(fā)導通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG2基極的電流已不只是初始的Ib2 ，而是經(jīng)過(guò)BG1、BG2放大后的電流(β1*β2*Ib2)，這一電流遠大于Ib2，足以保持BG2的持續導通。此時(shí)觸發(fā)信號即使消失，可控硅仍保持導 通狀態(tài)，只有斷開(kāi)電源E或降低E的輸出電壓，使BG1、BG2 的集電極電流小于維持導通的最小值時(shí)，可控硅方可關(guān)斷。當然，如果E極性反接，BG1、BG2受到反向電壓作用將處于截止狀態(tài)。這時(shí)，即使輸入觸發(fā)信號， 可控硅也不能工作。反過(guò)來(lái)，E接成正向，而觸動(dòng)發(fā)信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發(fā)信號，而正向陽(yáng)極電壓大到超過(guò)一定值時(shí)，可控硅也會(huì )導 通，但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過(guò)觸發(fā)信號(小觸發(fā)電流)來(lái)控制導通(可控硅中通過(guò)大電流)的可控特性，正是它區別于普通硅整流二極管的重要特征。
由于可控硅只有導通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見(jiàn)表1
表1 可控硅導通和關(guān)斷條件

應用舉例：
可控硅在實(shí)際應用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來(lái)有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。
1、直流觸發(fā)電路：
如圖2是一個(gè)電視機常用的過(guò)壓保護電路，當E+電壓過(guò)高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當它高于穩壓管DZ的穩壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險絲RJ熔斷，從而起到過(guò)壓保護的作用。

2、相位觸發(fā)電路：
相位觸發(fā)電路實(shí)際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖3，這個(gè)電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號的相位。當R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數較少，觸發(fā)信號的相移A1較少，因此負載獲得較大的電功率；當R值較大時(shí)，RC時(shí)間常數較大，觸發(fā)信號的相移A2較大，因此負載獲得較少的電功率。這個(gè)典型的電功率無(wú)級調整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應用它。

可控硅主要參數有：
1、 額定通態(tài)平均電流
在一定條件下，陽(yáng)極---陰極間可以連續通過(guò)的50赫茲正弦半波電流的平均值。
2、 正向阻斷峰值電壓
在控制極開(kāi)路未加觸發(fā)信號，陽(yáng)極正向電壓還未超過(guò)導能電壓時(shí)，可以重復加在可控硅兩端的正向峰值電壓�？煽毓璩惺艿恼�向電壓峰值，不能超過(guò)手冊給出的這個(gè)參數值。
3、 反向陰斷峰值電壓
當可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過(guò)手冊給出的這個(gè)參數值。
4、 控制極觸發(fā)電流
在規定的環(huán)境溫度下，陽(yáng)極---陰極間加一定電壓，使可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉為導通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。
5、 維持電流
在規定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導通所必需的最小陽(yáng)極正向電流。
采用可控硅技術(shù)對照明系統進(jìn)行控制具有:電壓調節速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調整，有穩壓作用，采用電子元件，相對來(lái)說(shuō)體積小、重量輕、成本低。但該調壓方式存在一致命缺陷，由于斬波，使電壓無(wú)法實(shí)現正弦波輸出，還會(huì )出現大量諧波，形成對電網(wǎng)系統諧波污染，危害極大，不能用在有電容補償電路中。(現代照明設計要求規定，照明系統中功率因數必須達到0.9以上，而氣體放電燈的功率因數在一般在0.5以下，所以都設計用電容補償功率因數)在國外發(fā)達國家，已有明文規定對電氣設備諧波含量的限制，在國內，北京、上海、廣州等大城市，已對諧波含量超標的設備限制并入電網(wǎng)使用。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持