可控硅工作原理，雙向、單向可控硅工作原理

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可控硅又稱(chēng)晶閘管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從20世紀50年代問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關(guān)斷晶  可控硅閘管、快速晶閘管，等等。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創(chuàng )制于1957年，它特性類(lèi)似于真空閘流管，國際上通稱(chēng)為硅晶體閘流管，簡(jiǎn)稱(chēng)可控硅T。又可控硅最初應用于可控整流又稱(chēng)為硅可控整流元件，簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅SCR。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

在性能上，可控硅不僅具有單向導電性，而且還具有比硅整流元件（俗稱(chēng)“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導通和關(guān)斷兩種。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，超過(guò)此頻率，因元件開(kāi)關(guān)損耗顯著(zhù)，允許通過(guò)的平均電流相降低，，標稱(chēng)電流應降級使用。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

可控硅的優(yōu)點(diǎn)，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬(wàn)倍；反應極快，在微秒級內開(kāi)通、關(guān)斷；無(wú)觸點(diǎn)運行，無(wú)火花、無(wú)噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過(guò)載能力較差；受干擾而誤導通。
可控硅從外形上分類(lèi)主要有：螺栓形、平板形和平底形。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

1、可控硅元件的結構


不管可控硅的外形如何，的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結構。見(jiàn)圖1。它有三個(gè)PN結（J1、J2、J3），從J1結構的P1層引出陽(yáng)極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，它是一種四層三端的半導體器件。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

溫馨提示：將鼠標指針?lè )旁趫D片上，滾動(dòng)鼠標可以動(dòng)態(tài)改變圖片大小，方便分析電路圖。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

 

2、 工作原理


可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個(gè)PN結，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如圖1
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當陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大。，從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過(guò)，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。BG2的集電極直接與BG1的基極相連，ib1=ic2。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

BG1和BG2所構成的正反饋作用，一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然維持導通，觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，這種可控硅是不可關(guān)斷的。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

可控硅只有導通和關(guān)斷兩種工作，它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性的條件才能轉化，此條件見(jiàn)表1    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

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可控硅的基本伏安特性見(jiàn)圖2    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

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圖2 可控硅基本伏安特性

（1）反向特性


當控制極開(kāi)路，陽(yáng)極加上反向電壓時(shí)（見(jiàn)圖3），J2結正偏，但J1、J2結反偏。只能流過(guò)很小的反向飽和電流，當電壓進(jìn)一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓后，接差J3結也擊穿，電流迅速，圖3的特性開(kāi)始彎曲，如特性OR段，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。，可控硅會(huì )發(fā)生永久性反向
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（2）正向特性

當控制極開(kāi)路，陽(yáng)極上加上正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖4），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過(guò)很小電流，這叫正向阻斷，當電壓，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性OA段，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

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圖4 陽(yáng)極加正向電壓    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發(fā)生雪崩倍增效應，在結區產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入N1區，空穴時(shí)入P2區。進(jìn)入N1區的電子與由P1區通過(guò)J1結注入N1區的空穴復合，同樣，進(jìn)入P2區的空穴與由N2區通過(guò)J3結注入P2區的電子復合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區的電子與進(jìn)入P2區的空穴各自不能復合掉，這樣，在N1區就有電子積累，在P2區就有空穴積累，結果使P2區的電位升高，N1區的電位下降，J2結變成正偏，只要電流稍，電壓便迅速下降，出現所謂負阻特性，見(jiàn)圖3的虛線(xiàn)AB段。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

J1、J2、J3三個(gè)結均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向導電---通態(tài)，，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見(jiàn)圖2中的BC段
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2、 觸發(fā)導通 

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圖5 陽(yáng)極和控制極均加正向電壓
圖1、可控硅結構示意圖和符號圖    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

3、可控硅在電路中的主要用途是什么?


普通可控硅最基本的用途可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。把二極管換成可控硅，就可以構成可控整流電路�，F在我畫(huà)一個(gè)最簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

在正弦交流電壓U2的正半周期間，VS的控制極沒(méi)有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí)，可控硅被觸發(fā)導通�，F在，畫(huà)出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)時(shí)，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來(lái)得早，可控硅導通的時(shí)間就早；Ug到來(lái)得晚，可控硅導通的時(shí)間就晚。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

通過(guò)改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來(lái)的時(shí)間，就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個(gè)周期定為180°，稱(chēng)為電角度。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

這樣，在U2的每個(gè)正半周，從零值開(kāi)始到觸發(fā)脈沖到來(lái)瞬間所經(jīng)歷的電角度稱(chēng)為控制角α；在每個(gè)正半周內可控硅導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來(lái)表示可控硅在承受正向電壓的半個(gè)周期的導通或阻斷范圍的。通過(guò)改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實(shí)現了可控整流。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

4、 在橋式整流電路中，把二極管都換成可控硅是不是就成了可控整流電路了呢?


在橋式整流電路中，只把兩個(gè)二極管換成可控硅就能構成全波可控整流電路了�，F在畫(huà)出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。

5、可控硅控制極所需的觸發(fā)脈沖是怎么產(chǎn)生的呢?


可控硅觸發(fā)電路的形式，常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、小可控硅觸發(fā)大可控硅的觸發(fā)電路，等等。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線(xiàn)，為朋友們建立一個(gè)友好互動(dòng)交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習電子技術(shù)。對本文有什么疑問(wèn)請直接到論壇相應欄目發(fā)貼求助。