可控硅的概念和結構 _知識百科

可控硅的概念和結構？

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晶閘管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR) 。自從20世紀50年代問世以來已經發展成了一個大的家族，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、可關斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有三個電極〔圖2(a)〕：第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K 。從晶閘管的電路符號〔圖2(b)〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方向導電的器件，關鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
【可控硅的概念和結構】一、可控硅符號與性能介紹
可控硅符號：

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可控硅也稱作晶閘管，它是由PNPN四層半導體構成的元件，有三個電極，陽極A，陰極K和控制極G 。
可控硅在電路中能夠實現交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時有火花產生，而且動作快、壽命長、可靠性好。在調速、調光、調壓、調溫以及其他各種控制電路中都有它的身影。
可控硅分為單向的和雙向的，符號也不同。單向可控硅有三個PN結，由最外層的P極和N極引出兩個電極，分別稱為陽極和陰極，由中間的P極引出一個控制極。
單向可控硅有其獨特的特性：當陽極接反向電壓，或者陽極接正向電壓但控制極不加電壓時，它都不導通，而陽極和控制極同時接正向電壓時，它就會變成導通狀態。一旦導通，控制電壓便失去了對它的控制作用，不論有沒有控制電壓，也不論控制電壓的極性如何，將一直處于導通狀態。要想關斷，只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者反向。
雙向可控硅的引腳多數是按T1、T2、G的順序從左至右排列（電極引腳向下，面對有字符的一面時）。加在控制極G上的觸發脈沖的大小或時間改變時，就能改變其導通電流的大小。
與單向可控硅的區別是，雙向可控硅G極上觸發脈沖的極性改變時，其導通方向就隨著極性的變化而改變，從而能夠控制交流電負載。而單向可控硅經觸發后只能從陽極向陰極單方向導通，所以可控硅有單雙向之分。
電子制作中常用可控硅，單向的有MCR－100等，雙向的有TLC336等。
這是TLC336的樣子：

二、向強電沖擊的先鋒—可控硅
可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件。實際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實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。可控硅和其它半導體器件一樣，其有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方面爭相采用的元件。

1. 可控硅的結構和特性
可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式的應用較多。
可控硅有三個電極——陽極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P 型導體和N 型導體交迭組成的四層結構，共有三個PN 結。
可控硅和只有一個PN 結的硅整流二極度管在結構上迥然不同。可控硅的四層結構和控制極的引用，為其發揮“以小控大”的優異控制特性奠定了基礎。在應用可控硅時，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。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。
可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢？
首先，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。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓Ea ，又在控制極G和陰極C之間（相當BG1 的基一射間）輸入一個正的觸發信號， BG1 將產生基極電流Ib1 ，經放大， BG1 將有一個放大了β1 倍的集電極電流IC1 。因為BG1 集電極與BG2 基極相連， IC1 又是BG2 的基極電流Ib2 。 BG2 又把比Ib2 （Ib1 ）放大了β2 的集電極電流IC2 送回BG1 的基極放大。如此循環放大，直到BG1 、BG2 完全導通。實際這一過程是“一觸即發”的過程，對可控硅來說，觸發信號加入控制極，可控硅立即導通。導通的時間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經觸發導通后，由于循環反饋的原因，流入BG1 基極的電流已不只是初始的Ib1 ，而是經過BG1 、BG2 放大后的電流（β1 *β2 *Ib1 ）這一電流遠大于Ib1 ，足以保持BG1 的持續導通。此時觸發信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態只有斷開電源Ea 或降低Ea ，使BG1 、BG2 中的集電極電流小于維持導通的最小值時，可控硅方可關斷。當然，如果Ea 極性反接， BG1 、BG2 由于受到反向電壓作用將處于截止狀態。這時，即使輸入觸發信號，可控硅也不能工作。反過來， Ea 接成正向，而觸動發信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發信號（小的觸發電流）來控制導通（可控硅中通過大電流）的可控特性，正是它區別于普通硅整流二極管的重要特征。
2. 可控硅的主要參數
可控硅的主要參數有：
(1) 額定通態平均電流IT在一定條件下，陽極---陰極間可以連續通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。
(2) 正向阻斷峰值電壓VPF 在控制極開路未加觸發信號，陽極正向電壓還未超過導能電壓時，可以重復加在可控硅兩端的正向峰值電壓。可控硅承受的正向電壓峰值，不能超過手冊給出的這個參數值。
(3) 反向陰斷峰值電壓VPR當可控硅加反向電壓，處于反向關斷狀態時，可以重復加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時，不能超過手冊給出的這個參數值。
(4) 控制極觸發電流Ig1 、觸發電壓VGT在規定的環境溫度下，陽極——陰極間加有一定電壓時，可控硅從關斷狀態轉為導通狀態所需要的最小控制極電流和電壓。
(5) 維持電流IH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極正向電流。
近年來，許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應用的快速可控硅，可以用正或負的觸發信號控制兩個方向導通的雙向可控硅，可以用正觸發信號使其導通，用負觸發信號使其關斷的可控硅等等。

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