什么是可控硅(晶閘管)

什么是可控硅(晶閘管)

可控硅是硅可控整流器的簡(jiǎn)稱(chēng)，縮寫(xiě)為SCR又稱(chēng)為晶閘管。

自從20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)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(shuō)的普通晶閘管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極〔圖2(a)〕：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)〔圖2(b)〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。

要使晶閘管導(dǎo)通，一是在它的陽(yáng)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(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。

晶閘管的特點(diǎn)： 是“一觸即發(fā)”。但是，如果陽(yáng)極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。控制極的作用是通過(guò)外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開(kāi)陽(yáng)極電源(圖3中的開(kāi)關(guān)S)或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的最小值(稱(chēng)為維持電流)。如果晶閘管陽(yáng)極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓，那么，在電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。

可控硅的結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有相互交疊的4層PN區(qū)組成，有三個(gè)PN結(jié)，三個(gè)電極， 即陽(yáng)極A 陰極K 控制極G .三個(gè)PN結(jié)實(shí)際構(gòu)成了兩個(gè)相互連接的三極管。一個(gè)是PNP,一個(gè)是NPN ,每個(gè)管子的集電極連接導(dǎo)另一個(gè)管子的基極，形成正反饋。

可控硅按其電流容量可分，50A以上的為大功率管，5A以下的為小功率管， 兩者之間的則為中功率管。

可控硅的主要參數(shù)定義如下：

可控硅的額定正向平均電流：在規(guī)定條件下，陽(yáng)極和陰極間可以連續(xù)通過(guò)的50HZ正旋半波電流的平均值。

可控硅的維持電流：在規(guī)定條件下維持可控硅導(dǎo)通的最小正向電流。

可控硅的漏源飽和電流：在柵源短路，漏源電壓足夠大時(shí)的漏源電流。

可控硅的正向跨導(dǎo)：在共源電路中，柵源輸入電壓每增加1V所引起的漏源輸出電流的變化量。

可控硅的最大柵源電壓：MOS管因?yàn)槠鋿艠O有很高的絕緣電阻，因此柵極開(kāi)路時(shí)，很容易使管子損壞，存放時(shí)應(yīng)注意將三個(gè)管腳短接。

例：N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:3DJ6D

飽和漏源電流：《0.35ma 夾斷電壓：<4V(-4V) 柵源絕緣電阻：10(8)ohm 正向跨導(dǎo)：>1000 輸入電容：<5pf 電容反饋：<2pf 低頻噪聲：<5db 高頻功率增益：>10db最高震蕩頻率：>30mhz最大漏源電壓：20V 最大柵源電壓：20V 最大耗散功率：100mw 最大漏源電流：15ma

可控硅的正向（反向）阻斷電壓： 定義為轉(zhuǎn)折電壓減去100V后的電壓值，使用時(shí)正向電壓不允許超過(guò)此值。

可控硅的控制極觸發(fā)電壓電流：在規(guī)定條件下使可控硅導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓電流值，一般情況，控制極電壓不的超過(guò)10V電流不超過(guò)1A

可控硅的導(dǎo)通時(shí)間：從控制極加上信號(hào)到陽(yáng)極電流上升到最終值的90%所需要的時(shí)間。他包括延遲時(shí)間，為陽(yáng)極電流上升到10%的時(shí)間，上升時(shí)間，為從10%-90%所需要的時(shí)間。

可控硅的關(guān)斷時(shí)間： 從切斷正向電流到控制極恢復(fù)控制能力所需要的時(shí)間。

例：3CT061(小電流單向管)電流：1A觸發(fā)電壓：《2V

可控硅的觸發(fā)電流：0.01-30ma導(dǎo)通時(shí)間<80us

可控硅的關(guān)斷時(shí)間：<2.5us瞬時(shí)電流：9.5A

3CTS5(小電流雙向管)電流：5A觸發(fā)電壓：《3V

觸發(fā)電流：50ma瞬時(shí)電流：42A

可控硅主要應(yīng)用于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，調(diào)速， 調(diào)光，穩(wěn)壓，變頻等方面。

可控硅在自動(dòng)控制控制，機(jī)電領(lǐng)域，工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用?？煽毓枋且环N有源開(kāi)關(guān)元件，平時(shí)它保持在非道通狀態(tài)，直到由一個(gè)較少的控制信號(hào)對(duì)其觸發(fā)或稱(chēng)“點(diǎn)火”使其道通，一旦被點(diǎn)火就算撤離觸發(fā)信號(hào)它也保持道通狀態(tài)，要使其截止可在其陽(yáng)極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^(guò)可控硅二極管的電流減少到某一個(gè)值以下。

可控硅二極管可用兩個(gè)不同極性（P-N-P和N-P-N）晶體管來(lái)模擬，如圖G1所示。當(dāng)可控硅的柵極懸空時(shí)，BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路基本上沒(méi)有電流流過(guò)負(fù)載電阻RL，當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)BG2道通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開(kāi)始道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進(jìn)一步升高，BG1的基極電位進(jìn)一步下降，經(jīng)過(guò)這一個(gè)正反饋過(guò)程使BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒(méi)有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽(yáng)極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負(fù)載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少，當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔?，電路將很快從道通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，我們稱(chēng)這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)短路可控硅的陽(yáng)極和陰極從而達(dá)到可控硅的關(guān)斷。

應(yīng)用舉例

可控硅在實(shí)際應(yīng)用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來(lái)有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。

1。直流觸發(fā)電路：如圖G2是一個(gè)電視機(jī)常用的過(guò)壓保護(hù)電路，當(dāng)E+電壓過(guò)高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險(xiǎn)絲RJ熔斷，從而起到過(guò)壓保護(hù)的作用。

2。相位觸發(fā)電路：相位觸發(fā)電路實(shí)際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖G3，這個(gè)電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號(hào)的相位。當(dāng)R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較少，觸發(fā)信號(hào)的相移A1較少，因此負(fù)載獲得較大的電功率；當(dāng)R值較大時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較大，觸發(fā)信號(hào)的相移A2較大，因此負(fù)載獲得較少的電功率。這個(gè)典型的電功率無(wú)級(jí)調(diào)整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應(yīng)用它。