可控硅工作原理

可控硅工作原理

可控硅工作原理

一种以硅单晶为基本材料的Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２四层三端器件，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，简称可控硅Ｔ。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅ＳＣＲ。

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。它只有导通和关断两种状态。

可控硅能以毫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：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。

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（Ｊ１、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，可以把它看作由一个ＰＮＰ管和一个ＮＰＮ管所组成，其等效图解如图１所示

图１、可控硅结构示意图和符号图

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＝β２ｉｂ２。因为ＢＧ２的集电极直接与ＢＧ１的基极相连，所以ｉｂ１＝ｉｃ２。此时，电流ｉｃ２再经ＢＧ１放大，于是ＢＧ１的集电极电流ｉｃ１＝β１ｉｂ１＝β１β２ｉｂ２。这个电流又流回到ＢＧ２的基极，表成正反馈，使ｉｂ２不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。

由于ＢＧ１和ＢＧ２所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，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用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。

由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表１

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