什么是單向可控硅,單向可控硅原理是什么

什么是單向可控硅,單向可控硅原理是什么

　可控硅(SCR: Silicon Controlled Rectifier)是可控硅整流器的簡稱?？煽毓栌袉蜗颉㈦p向、可關斷和光控幾種類型它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優(yōu)點，被廣泛用于可控整流、調(diào)壓、逆變以及無觸點開關等各種自動控制和大功率的電能轉換的場合。
　　一、單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用下由關斷變?yōu)閷?，但一旦導通，外部信號就無法使其關斷，只能靠去除負載或降低其兩端電壓使其關斷。單向可控硅是由三個PN結PNPN組成的四層三端半導體器件與具有一個PN結的二極管相比，單向可控硅正向導通受控制極電流控制；與具有兩個PN結的三極管相比，差別在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。
　　二、雙向可控硅具有兩個方向輪流導通、關斷的特性。雙向可控硅實質(zhì)上是兩個反并聯(lián)的單向可控硅，是由NPNPN五層半導體形成四個PN結構成、有三個電極的半導體器件。由于主電極的構造是對稱的（都從N層引出），所以它的電極不像單向可控硅那樣分別叫陽極和陰極，而是把與控制極相近的叫做第一電極A1，另一個叫做第二電極A2。雙向可控硅的主要缺點是承受電壓上升率的能力較低。這是因為雙向可控硅在一個方向導通結束時，硅片在各層中的載流子還沒有回到截止狀態(tài)的位置，必須采取相應的保護措施。雙向可控硅元件主要用于交流控制電路，如溫度控制、燈光控制、防爆交流開關以及直流電機調(diào)速和換向等電路。
　　單向可控硅和雙向可控硅，都是三個電極。單向可控硅有陰極（K）、陽極（A）、控制極（G）。雙向可控硅等效于兩只單項可控硅反向并聯(lián)而成。即其中一只單向硅陽極與另一只陰極相邊連，其引出端稱T2極，其中一只單向硅陰極與另一只陽極相連，其引出端稱T2極，剩下則為控制極（G）。
　　1、單、雙向可控硅的判別：先任測兩個極，若正、反測指針均不動（R×1擋），可能是A、K或G、A極（對單向可控硅）也可能是T2、T1或T2、G極（對雙向可控硅）。若其中有一次測量指示為幾十至幾百歐，則必為單向可控硅。且紅筆所接為K極，黑筆接的為G極，剩下即為A極。若正、反向測批示均為幾十至幾百歐，則必為雙向可控硅。再將旋鈕撥至R×1或R×10擋復測，其中必有一次阻值稍大，則稍大的一次紅筆接的為G極，黑筆所接為T1極，余下是T2極。
　　2、性能的差別：將旋鈕撥至R×1擋，對于1~6A單向可控硅，紅筆接K極，黑筆同時接通G、A極，在保持黑筆不脫離A極狀態(tài)下斷開G極，指針應指示幾十歐至一百歐，此時可控硅已被觸發(fā)，且觸發(fā)電壓低（或觸發(fā)電流?。?。然后瞬時斷開A極再接通，指針應退回∞位置，則表明可控硅良好。
　　對于1~6A雙向可控硅，紅筆接T1極，黑筆同時接G、T2極，在保證黑筆不脫離T2極的前提下斷開G極，指針應指示為幾十至一百多歐（視可控硅電流大小、廠家不同而異）。然后將兩筆對調(diào)，重復上述步驟測一次，指針指示還要比上一次稍大十幾至幾十歐，則表明可控硅良好，且觸發(fā)電壓（或電流）小。
　　若保持接通A極或T2極時斷開G極，指針立即退回∞位置，則說明可控硅觸發(fā)電流太大或損壞?？砂磮D2方法進一步測量，對于單向可控硅，閉合開關K，燈應發(fā)亮，斷開K燈仍不息滅，否則說明可控硅損壞。
　　對于雙向可控硅，閉合開關K，燈應發(fā)亮，斷開K，燈應不息滅。然后將電池反接，重復上述步驟，均應是同一結果，才說明是好的。否則說明該器件已損壞。

可控硅是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，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱晶閘管(Thyristor)。又由于晶閘管最初應用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR?？煽毓枋且环N大功率半導體器件，它能控制較大的電流和功率，用來進行電機調(diào)速、電鍍、電解、充電、勵磁、恒溫、調(diào)壓、穩(wěn)壓、無觸點開關、變頻等作用。

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所示.

圖1 可控硅等效圖解圖

當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極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。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到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，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。

由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。

可控硅的基本伏安特性見圖2.

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。此時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，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向

圖3 陽極加反向電壓

（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，這叫正向阻斷狀態(tài)，當電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓

圖4 陽極加正向電壓

由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發(fā)生雪崩倍增效應，在結區(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)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結注入N1區(qū)的空穴復合，同樣，進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結注入P2區(qū)的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負阻特性，見圖3的虛線AB段。

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

3、觸發(fā)導通

在控制極G上加入正向電壓時（見圖5）因J3正偏，P2區(qū)的空穴時入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋作用（見圖2）的基礎上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通，導致圖3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

圖5 陽極和控制極均加正向電壓

要使晶閘管導通，一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個正向觸發(fā)電壓。晶閘管導通后，松開按鈕開關，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導通狀態(tài)。

單向可控硅有陽極A、陰極K、控制極G三個引出腳。可控硅的優(yōu)點很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達幾十萬倍；反應極快，在微秒級內(nèi)開通、關斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等。可控硅的弱點：靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差；容易受干擾而誤導通。可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。