可控硅，是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，多用來(lái)作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。
概念
晶閘管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。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。
可控硅器件是一種非常重要的功率器件，可用來(lái)做高電壓和高電流的控制。可控硅器件主要用在開(kāi)關(guān)方面，使器件從關(guān)閉或是阻斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開(kāi)啟或是導(dǎo)通的狀態(tài)，反之亦然?？煽毓杵骷c雙極型晶體管有密切的關(guān)系，二者的傳導(dǎo)過(guò)程皆牽涉到電子和空穴，但可控硅的開(kāi)關(guān)機(jī)制和雙極晶體管是不同的，且因?yàn)槠骷Y(jié)構(gòu)不同，可控硅器件有較寬廣范圍的電流、電壓控制能力?，F(xiàn)今的可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到5000A以上，額定電壓可以超過(guò)10000V。下面將討論基本可控硅器件的工作原理，然后給出一些高功率和高頻率的可控硅器件。
結(jié)構(gòu)
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。
以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，起始于1957年，因?yàn)樗奶匦灶愃朴谡婵臻l流管，所以國(guó)際上通稱為硅晶體閘流管，簡(jiǎn)稱晶閘管T，又因?yàn)榫чl管最初的在靜止整流方面，所以又被稱之為硅可控整流元件，簡(jiǎn)稱為可控硅SCR。
在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦裕疫€具有比硅整流元件(俗稱"死硅")更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。
可控硅能以毫安級(jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，如果超過(guò)此頻率，因元件開(kāi)關(guān)損耗顯著增加，允許通過(guò)的平均電流相降低，此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用。
可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率,功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬(wàn)倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開(kāi)通、關(guān)斷；無(wú)觸點(diǎn)運(yùn)行，無(wú)火花、無(wú)噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱點(diǎn):靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過(guò)載能力較差;容易受干擾而誤導(dǎo)通。
可控硅從外形上分類主要有:螺栓形、平板形和平底形。
可控硅元件的結(jié)構(gòu)
不管可控硅的外形如何,它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu).見(jiàn)圖1.它有三個(gè)PN結(jié)(J1、J2、J3),從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽(yáng)極A,從N2層引出陰級(jí)K,從P2層引出控制極G,所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件?！ ?br />
可控硅元器件的工作原理
可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件,共有三個(gè)PN結(jié),分析原理時(shí),可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成,其等效圖解如右圖所示
晶閘管的主要工作特性
為了能夠直觀地認(rèn)識(shí)晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板(圖3)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)開(kāi)關(guān)S接在直流電源上。注意陽(yáng)極A是接電源的正極，陰極K接電源的負(fù)極，控制極G通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)SB接在1.5V直流電源的正極(這里使用的是KP1型晶閘管，若采用KP5型，應(yīng)接在3V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說(shuō)，給晶閘管陽(yáng)極和控制極所加的都是正向電壓?，F(xiàn)在我們合上電源開(kāi)關(guān)S，小燈泡不亮，說(shuō)明晶閘管沒(méi)有導(dǎo)通；再按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB，給控制極輸入一個(gè)觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說(shuō)明晶閘管導(dǎo)通了。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)給了我們什么啟發(fā)呢?
這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們，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)
“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?？刂茦O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。
怎樣測(cè)試晶閘管的好壞
用萬(wàn)用表可以區(qū)分晶閘管的三個(gè)電極嗎?怎樣測(cè)試晶閘管的好壞呢?
普通晶閘管的三個(gè)電極可以用萬(wàn)用表歐姆擋R×100擋位來(lái)測(cè)。大家知道，晶閘管G、K之間是一個(gè)PN結(jié)〔圖2(a)〕，相當(dāng)于一個(gè)二極管，G為正極、K為負(fù)極，所以，按照測(cè)試二極管的方法，找出三個(gè)極中的兩個(gè)極，測(cè)它的正、反向電阻，電阻小時(shí)，萬(wàn)用表紅表筆接的是控制極G，黑表筆接的是陰極K，剩下的一個(gè)就是陽(yáng)極A了。測(cè)試晶閘管的好壞，可以用剛才演示用的示教板電路(圖3)。接通電源開(kāi)關(guān)S，按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB，燈泡發(fā)光就是好的，不發(fā)光就是壞的。
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