可控硅工作原理，雙向、單向可控硅工作原理

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可控硅又稱晶閘管（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  可控硅閘管、快速晶閘管，等等。   <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創制于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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導通和關斷兩種。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，超過此頻率，因元件開關損耗顯著，允許通過的平均電流相降低，，標稱電流應降級使用。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

可控硅的優點，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬倍；反應極快，在微秒級內開通、關斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱點：靜態及動態的過載能力較差；受干擾而誤導通。
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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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。見圖1。它有三個PN結（J1、J2、J3），從J1結構的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體器件。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

溫馨提示：將鼠標指針放在圖片上，滾動鼠標可以動態改變圖片大小，方便分析電路圖。   <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

 

2、 工作原理


可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，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輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

，電流ic2再經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，如此正向饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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，觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，這種可控硅是不可關斷的。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

可控硅只有導通和關斷兩種工作，它具有開關特性，這種特性的條件才能轉化，此條件見表1    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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圖2 可控硅基本伏安特性

（1）反向特性


當控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖3），J2結正偏，但J1、J2結反偏。只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到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”。，可控硅會發生永久性反向
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（2）正向特性

當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖4），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷，當電壓，圖3的特性發生了彎曲，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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圖4 陽極加正向電壓    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發生雪崩倍增效應，在結區產生大量的電子和空穴，電子時入N1區，空穴時入P2區。進入N1區的電子與由P1區通過J1結注入N1區的空穴復合，同樣，進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區的電子與進入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，見圖3的虛線AB段。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

J1、J2、J3三個結均處于正偏，可控硅便進入正向導電---通態，，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見圖2中的BC段
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2、 觸發導通 

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圖5 陽極和控制極均加正向電壓
圖1、可控硅結構示意圖和符號圖    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。   <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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，在控制極外加觸發脈沖Ug時，可控硅被觸發導通?，F在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，可控硅導通的時間就早；Ug到來得晚，可控硅導通的時間就晚。   <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

通過改變控制極上觸發脈沖Ug到來的時間，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)。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。   <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內可控硅導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示可控硅在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

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成全波可控整流電路了?，F在畫出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。

5、可控硅控制極所需的觸發脈沖是怎么產生的呢?


可控硅觸發電路的形式，常用的有阻容移相橋觸發電路、單結晶體管觸發電路、晶體三極管觸發電路、小可控硅觸發大可控硅的觸發電路，等等。    <<容源電子網論壇正式上線，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、學習電子技術。對本文有什么疑問請直接到論壇相應欄目發貼求助。