可控硅（晶闸管）基础知识

向强电冲击的先锋—可控硅

可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件。实际上，可控硅的功用不仅是整流，它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电 领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。1. 可控硅的结构和特性 可控硅从外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺旋式的应用较多。可控硅有三个电极——阳极（A）阴极（C）和控制极（G）。它有管芯是P 型导体和N 型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结。可控硅和只有一个PN 结的硅整流二极度管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引用，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。在应用可控硅时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。可控硅为什么其有“以小控大”的可控性呢？首先，我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN 型号晶体管，而二、三四层组成另一只PNP 型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压Ea ，又在控制极G和阴极C之间（相当B_G1 的基一射间）输入一个正的触发信号，B_G1 将产生基极电流I_b1 ，经放大，B_G1 将有一个放大了β₁ 倍的集电极电流I_C1 。因为B_G1 集电极与B_G2 基极相连，I_C1 又是B_G2 的基极电流Ib2 。B_G2 又把比I_b2 （I_b1 ）放大了β2 的集电极电流I_C2 送回B_G1 的基极放大。如此循环放大，直到B_G1 、B_G2 完全导通。实际这一过程是“一触即发”的过程，对可控硅来说，触发信号加入控制极，可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。可控硅一经触发导通后，由于循环反馈的原因，流入B_G1 基极的电流已不只是初始的I_b1 ，而是经过B_G1 、B_G2 放大后的电流（β₁ *β₂ *I_b1 ）这一电流远大于I_b1 ，足以保持B_G1 的持续导通。此时触发信号即使消失，可控硅仍保持导通状态只有断开电源Ea 或降低Ea ，使B_G1 、B_G2 中的集电极电流小于维持导通的最小值时，可控硅方可关断。当然，如果Ea 极性反接，B_G1 、B_G2 由于受到反向电压作用将处于截止状态。这时，即使输入触发信号，可控硅也不能工作。反过来，Ea 接成正向，而触动发信号是负的，可控硅也不能导通。另外，如果不加触发信号，而正向阳极电压大到超过一定值时，可控硅也会导通，但已属于非正常工作情况了。可控硅这种通过触发信号（小的触发电流）来控制导通（可控硅中通过大电流）的可控特性，正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。 2. 可控硅的主要参数 可控硅的主要参数有： (1) 额定通态平均电流IT在一定条件下，阳极---阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。 (2) 正向阻断峰值电压V_PF 在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。 (3) 反向阴断峰值电压VPR当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。 (4) 控制极触发电流I_g1 、触发电压VGT在规定的环境温度下，阳极——阴极间加有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。 (5) 维持电流IH在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。近年来，许多新型可控硅元件相继问世，如适于高频应用的快速可控硅，可以用正或负的触发信号控制两个方向导通的双向可控硅，可以用正触发信号使其导通，用负触发信号使其关断的可控硅等等。