可控硅工作原理

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1、可控硅工作原理一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2P4层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称町控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以乂称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCRo在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只冇导通和关断两种状态。可控硅能以亳安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。可控硅的优点很多，例如：以小功率控制人功率，功率放大倍数高达儿十万倍；反应极

2、快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成木低等等。可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。1、可控硅元件的结构不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结（JI、J2、J3）,从J1结构的P1层引出阳极A,从N2层引出阴级K,从P2层引出控制极G,所以它是一种四层三端的半导体器件。2、工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由•个PNP管和一个NPN管所组成,

3、其等效图解如图1所示J3J2JI图1、可控硅结构示意图和符号图1«；2当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2二B2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连,所以ibl=ic2o此时,电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流icl=Plibl=01P2ib2o这个电流乂流冋到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此止向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的止反馈作用，所以一旦nJ控硅导

4、通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作川，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只冇导通和关断两种工作状态，所以它具冇开关特性，这种特性盂要一定的条件才能转化，此条件见表1状态条件说明从关断到导通K阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两背挾一不可维拎导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两看挾一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件都可可控硅的基本伏安特性见图2（1）反向特性当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3）,J2结正偏，但JI、J

5、2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪加击穿电压示，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向JIJ2J3（2）正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4）,JI、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性0A段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压JIJ2J3图4阳极加正向电压由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，

6、在结区产牛人量的电了和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电了与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电了积累，在P2区就冇空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速卜•降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。这吋JI、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-一通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图2中的BC段2、触发导通

7、JIJ2J3图5阳极和控制极均加正向电压3、可控硅在电路中的主要用途是什么？普通可控硅最基木的用途就是可控整流。人家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成可控硅，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路（图4（a））。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug,VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，可控硅被触发导通。现在，画出它的波形图（图4（c）及（d））,可以看到，只冇在触发脉冲Ug到来时,负载RL上才有电压UL输出（波形图上阴影部分）。Ug到来得早，可控硅导通

8、的时间就早；Ug到來得晚