什么是可控硅(晶闸管)

什么是可控硅(晶闸管)

可控硅是硅可控整流器的简称，缩写为SCR又称为晶闸管。

自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。

要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。

晶闸管的特点： 是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

可控硅的结构：内部有相互交叠的4层PN区组成，有三个PN结，三个电极， 即阳极A 阴极K 控制极G .三个PN结实际构成了两个相互连接的三极管。一个是PNP,一个是NPN ,每个管子的集电极连接导另一个管子的基极，形成正反馈。

可控硅按其电流容量可分，50A以上的为大功率管，5A以下的为小功率管， 两者之间的则为中功率管。

可控硅的主要参数定义如下：

可控硅的额定正向平均电流：在规定条件下，阳极和阴极间可以连续通过的50HZ正旋半波电流的平均值。

可控硅的维持电流：在规定条件下维持可控硅导通的最小正向电流。

可控硅的漏源饱和电流：在栅源短路，漏源电压足够大时的漏源电流。

可控硅的正向跨导：在共源电路中，栅源输入电压每增加1V所引起的漏源输出电流的变化量。

可控硅的最大栅源电压：MOS管因为其栅极有很高的绝缘电阻，因此栅极开路时，很容易使管子损坏，存放时应注意将三个管脚短接。

例：N 沟道结型场效应管:3DJ6D

饱和漏源电流：《0.35ma 夹断电压：<4V(-4V) 栅源绝缘电阻：10(8)ohm 正向跨导：>1000 输入电容：<5pf 电容反馈：<2pf 低频噪声：<5db 高频功率增益：>10db最高震荡频率：>30mhz最大漏源电压：20V 最大栅源电压：20V 最大耗散功率：100mw 最大漏源电流：15ma

可控硅的正向（反向）阻断电压： 定义为转折电压减去100V后的电压值，使用时正向电压不允许超过此值。

可控硅的控制极触发电压电流：在规定条件下使可控硅导通所必须的最小控制极直流电压电流值，一般情况，控制极电压不的超过10V电流不超过1A

可控硅的导通时间：从控制极加上信号到阳极电流上升到最终值的90%所需要的时间。他包括延迟时间，为阳极电流上升到10%的时间，上升时间，为从10%-90%所需要的时间。

可控硅的关断时间： 从切断正向电流到控制极恢复控制能力所需要的时间。

例：3CT061(小电流单向管)电流：1A触发电压：《2V

可控硅的触发电流：0.01-30ma导通时间<80us

可控硅的关断时间：<2.5us瞬时电流：9.5A

3CTS5(小电流双向管)电流：5A触发电压：《3V

触发电流：50ma瞬时电流：42A

可控硅主要应用于无触点开关，调速， 调光，稳压，变频等方面。

可控硅在自动控制控制，机电领域，工业电气及家电等方面都有广泛的应用。可控硅是一种有源开关元件，平时它保持在非道通状态，直到由一个较少的控制信号对其触发或称“点火”使其道通，一旦被点火就算撤离触发信号它也保持道通状态，要使其截止可在其阳极与阴极间加上反向电压或将流过可控硅二极管的电流减少到某一个值以下。

可控硅二极管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图G1所示。当可控硅的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2道通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始道通，BG1的道通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和道通状态。电路很快从截止状态进入道通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持道通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少BG1和BG2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从道通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路可控硅的阳极和阴极从而达到可控硅的关断。

应用举例

可控硅在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路，概括起来有直流触发电路，交流触发电路，相位触发电路等等。

1。直流触发电路：如图G2是一个电视机常用的过压保护电路，当E+电压过高时A点电压也变高，当它高于稳压管DZ的稳压值时DZ道通，可控硅D受触发而道通将E+短路，使保险丝RJ熔断，从而起到过压保护的作用。

2。相位触发电路：相位触发电路实际上是交流触发电路的一种，如图G3，这个电路的方法是利用RC回路控制触发信号的相位。当R值较少时，RC时间常数较少，触发信号的相移A1较少，因此负载获得较大的电功率；当R值较大时，RC时间常数较大，触发信号的相移A2较大，因此负载获得较少的电功率。这个典型的电功率无级调整电路在日常生活中有很多电气产品中都应用它。