可控硅工作原理，雙向、單向可控硅工作原理

可控硅工作原理，雙向、單向可控硅工作原理   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

可控硅又稱晶閘管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)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(dǎo)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，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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，它特性類似于真空閘流管，國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅T。又可控硅最初應(yīng)用于可控整流又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

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

可控硅能以毫安級電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，超過此頻率，因元件開關(guān)損耗顯著，允許通過的平均電流相降低，，標(biāo)稱電流應(yīng)降級使用。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差；受干擾而誤導(dǎo)通。
可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

1、可控硅元件的結(jié)構(gòu)


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(jié)構(gòu)。見圖1。它有三個PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極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(dǎo)體器件。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

溫馨提示：將鼠標(biāo)指針放在圖片上，滾動鼠標(biāo)可以動態(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，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

 

2、 工作原理


可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖1
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當(dāng)陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大。，從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，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，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔茫?img src="/image/wz/suoyi.jpg" />一旦可控硅導(dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然維持導(dǎo)通，觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(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，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作，它具有開關(guān)特性，這種特性的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表1    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

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可控硅的基本伏安特性見圖2    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖3），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速，圖3的特性開始彎曲，如特性O(shè)R段，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。，可控硅會發(fā)生永久性反向
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（2）正向特性

當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖4），J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷，當(dāng)電壓，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性O(shè)A段，彎曲處的是UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

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

電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時入N1區(qū)，空穴時入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能復(fù)合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見圖3的虛線AB段。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ?img src="/image/wz/zhuangkuang.jpg" />---通態(tài)，，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，見圖2中的BC段
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2、 觸發(fā)導(dǎo)通 

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圖5 陽極和控制極均加正向電壓
圖1、可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符號圖    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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(gòu)成可控整流電路�，F(xiàn)在我畫一個最簡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，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

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

通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負(fù)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，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。   <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。

這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內(nèi)可控硅導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示可控硅在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)�通角θ，改變�?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL，實(shí)現(xiàn)了可控整流。    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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，只把兩個二極管換成可控硅就能構(gòu)成全波可控整流電路了�，F(xiàn)在畫出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了    <<容源電子網(wǎng)論壇正式上線，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)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(jié)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，為朋友們建立一個友好互動交流平臺，歡迎大家去論壇和朋友們一起分享、學(xué)習(xí)電子技術(shù)。對本文有什么疑問請直接到論壇相應(yīng)欄目發(fā)貼求助。