可控硅的工作原理與型號參數

一．可控硅是可控硅整流器的簡稱。它是由三個PN結四層結構硅芯片和三個電極組成的半導體器件。號。

二.可控硅圖3-29是它的結構、外形和圖形符.

可控硅的三個電極分別叫陽極(A)、陰極(K)和控制極(G)。當器件的陽極接負電位(相對陰極而言)時，從符號圖上可以看出PN結處于反向，具有類似二極管的反向特性。當器件的陽極上加正電位時(若控制極不接任何電壓)，在一定的電壓范圍內，器件仍處于阻抗很高的關閉狀態。但當正電壓大于某個電壓(稱為轉折電壓)時，器件迅速轉變到低阻通導狀態。加在可控硅陽極和陰極間的電壓低于轉折電壓時，器件處于關閉狀態。此時如果在控制極上加有適當大小的正電壓(對陰極)，則可控硅可迅速被激發而變為導通狀態。可控硅一旦導通，控制極便失去其控制作用。就是說，導通后撤去柵極電壓可控硅仍導通，只有使器件中的電流減到低于某個數值或陰極與陽極之間電壓減小到零或負值時，器件才可恢復到關閉狀態。

圖3-30是可控硅的伏安特性曲線。

圖中曲線I為正向阻斷特性。無控制極信號時，可控硅正向導通電壓為正向轉折電壓(UB0)；當有控制極信號時，正向轉折電壓會下降(即可以在較低正向電壓下導通)，轉折電壓隨控制極電流的增大而減小。當控制極電流大到一定程度時，就不再出現正向阻斷狀態了。

曲線Ⅱ為導通工作特性。可控硅導通后內阻很小，管子本身壓降很低，外加電壓幾乎全部降在外電路負載上，并流過比較大的負載電流，特性曲線與二極管正向導通特性相似。若陽極電壓減小(或負載電阻增加)，致使陽極電流小于維持電流IH時，可控硅從導通狀態立即轉為正向阻斷狀態，回到曲線I狀態。

曲線Ⅲ為反向阻斷特性。當器件的陽極加以反向電壓時，盡管電壓較高，但可控硅不會導通(只有很小的漏電流)。只有反向電壓達到擊穿電壓時，電流才突然增大，若不加限制器件就會燒毀。正常工作時，外加電壓要小于反向擊穿電壓才能保證器件安全可靠地工作。

可控硅的重要特點是：只要控制極中通以幾毫安至幾十毫安的電流就可以觸發器件導通，器件中就可以通過較大的電流。利用這種特性可用于整流、開關、變頻、交直流變換、電機調速、調溫、調光及其它自動控制電路中。

二、可控硅的主要技術參數

1．正向阻斷峰值電壓(VPFU)

是指在控制極開路及正向阻斷條件下，可以重復加在器件上的正向電壓的峰值。此電壓規定為正向轉折電壓值的80％。

2．反向阻斷峰值電壓(VPRU)

它是指在控制極斷路和額定結溫度下，可以重復加在器件上的反向電壓的峰值。此電壓規定為最高反向測試電壓值的80％。

3．額定正向平均電流(IF)

在環境溫度為+40C時，器件導通(標準散熱條件)可連續通過工頻(即指供電網供給的電源頻率．一般為50Hz或60Hz，我國規定為50Hz)正弦半波電流的平均值。

4．正向平均壓降(UF)

在規定的條件下，器件通以額定正向平均電流時，在陽極與陰極之間電壓降的平均值。

5．維持電流(IH)

在控制極斷開時，器件保持導通狀態所必需的最小正向電流。

6．控制極觸發電流(Ig)

陽極與陰極之間加直流6V電壓時，使可控硅完全導通所必需的最小控制極直流電流。

7．控制極觸發電壓(Ug)

是指從阻斷轉變為導通狀態時控制極上所加的最小直流電壓。

普通小功率可控硅參數見表3-lO。

表3-10  普通小功率可控硅參數

正向阻斷峰值電壓及反向阻斷峰值電壓在30～3000范圍內分檔。

三、多種用途的可控硅

根據結構及用途的不同，可控硅已有很多不同的類型，除上述介紹的整流用普通可控硅之外還有；①快速可控硅。這種可控硅可以工作在較高的頻率下，用于大功率直流開關、電脈沖加工電源、激光電源和雷達調制器等電路中。②雙向可控硅。它的特點是可以使用正的或負的控制極脈沖，控制兩個方向電流的導通。它主要用于交流控制電路，如溫度控制、燈光調節及直流電極調速和換向電路等。③逆導可控硅。主要用于直流供電車輛(如無軌電車)的調速。④可關斷可控硅。這是一種新型可控硅，它利用正的控制極脈沖可觸發導通，而用負的控制極脈沖可以關斷陽極電流，恢復阻斷狀態。利用這種特性可以做成無觸點開關或用于直流調壓、電視機中行掃描電路及高壓脈沖發生器電路等。

可控硅的用途很廣泛，下面僅舉兩例來說明可控硅電路的工作過程。

圖3-31是采用雙基極管的可控硅調壓電路，D1～D2組成全波橋式整流電路。BG雙基極管構成可控硅的同步觸發電路(是一個張弛振蕩器)。整流電壓經電阻R1降壓后加在A、B兩點。整流后脈動電壓的正半周通過R4、W向電容C充電，當充電電壓達到雙基極管峰點電壓UP時，BG由截止轉為導通，電容C通過b1e結及R。迅速放電，其放電電流在R。上產生一個尖脈沖，成為觸發可控硅(SCR)極的觸發信號，從而導致可控硅導通。可控硅導通后其正向壓降很低，所以張弛振蕩器即停止工作，電源電壓過零時(由于無濾波電容，故為單向脈動電壓)可控硅就自動關斷。待下一個正半周到來時，電容C又充電，重復上述過程。因而串聯于整流電路的負載RL上就得到～個受控的脈沖電壓。電容C的充電速度與R4、、W及C的乘積有關，所以調節W之值，即能改變電容C充電到U，值的時間．也就可以改變可控硅的導通時間，從而改變了負載上電壓的大小。

圖3-32是一種利用可控硅做成的感應(接近)開關。它是利用人體電容和電阻與電路上電容C1，并聯促使氖管N導通點燃，從而在電阻R1上產生可控硅的觸發信號，使可控硅導通，點著串于可控硅電路里的燈泡。也可在電路里串接繼電器，帶動其他電器裝置的開啟或關閉。

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