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1、可控硅元件的工作原理及基本特性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，简称晶闸管T。又由于晶闸管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。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。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
2、干扰而误导通。一、单向可控硅1单向可控硅的工作原理单向可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，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。分析原理时，可以把它看作由一个 PNP管和一个 NPN 管所组成，如图1所示。图1 单向可控硅结构示意图、等效电路及其符号当阳极 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=2Ib2。因为 BG2的集 电极直接与 BG1的基极相连，所以Ib1=Ic2，于是 BG1的发射
3、极电流Ie1=(1+1)Ib112Ib2。这个电流又流回到 BG2的基极，形成正反馈，使Ib2不断增大，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，所以单向可控硅是不可通过改变控制极G的电压关断的。2单向可控硅的工作特性单向可控硅的导通和关断两种工作状态，需要一定的条件才能转化，此条件见表1。表1 单向可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1阳极电位高于是阴极电位2控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1阳极电位高于阴极电位
4、2阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1阳极电位低于阴极电位2阳极电流小于维持电流任一条件即可其工作特性见图2。图2 单向可控硅特性其VI特性见图 3。图3 单向可控硅 VI 特性3单向可控硅的电参数 单向可控硅的电参数见表2。表2 单向可控硅的电参数序号参数符号1额定通态峰值电流IT(RMS)2额定通态平均电流IT(AV)3不重复通态浪涌电流IT(TSM)4断态重复峰值电压VDRM5反向重复峰值电压VRRM6断态重复平均电流IDRM7反向重复平均电流IRRM8通态平均电压VTM9控制极触发电流IGT10控制极触发电压VGT11门极（触发极）峰值电流I(GM)12门极（触发极）峰值电压
5、V(GM)13门极（触发极）反向峰值电压V(RGM)14门极（触发极）峰值功耗P(GM)15门极（触发极）平均功耗PG (AV)16断态电压换向变化率dVD/dt17通态电流换向变化率dIT/dt18控制极触发导通时间tgt19维持电流IH20关闭电流IL4单向可控硅三个电极的测试单向可控硅的三个电极可以用万用表欧姆档R100 档位来测试。 大家知道，晶闸管 G、K 之间是一个PN 结， G 为正极、 K 为负极，所以，按照测试二极管的方法，找出三个极中的两个极，测它的正、反向电阻，电阻小时，万用表黑表笔接的是控制极G，红表笔接的是阴极 K，剩下的一个就是阳极A 了。5各种不同封装形式的单向可
6、控硅引脚图各种不同封装形式的单向可控硅引脚图如图4 所示。图 4 不同封装形式的单向可控硅引脚图二、双向可控硅1双向可控硅的工作原理双向可控硅 TRIAC （TRIode AC semiconductor switch）为三端双向交流开关，亦称为双向晶闸管。双向可控硅的结构与符号见图5，从形式上可将双向可控硅看成一对反并联连接的普通可控硅的集成，工作原理与普通单向可控硅相同。它属于NPNPN 五层器件，三个电极分别是 T1、 T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G 以外的两个电极统称为主端子，用 T1、T2表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G 极和 T2 极相对于 T1的电压均为正时
7、， T2 是阳极， T1 是阴极。反之，当G 极和 T2 极相对于 T1 的电压均为负时，T1 变成阳极， T2 为阴极。图5 双向可控硅符号、结构示意图及其等效电路2双向可控硅的工作特性双向可控硅的工作特性见图6。图6 双向可控硅特性双向可控硅的伏安特性见图7，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。图7 双向可控硅 VI 特性双向可控硅的触发模式见图8。图8 双向可控硅的触发模式双向可控硅的触发象限见表3。3双向可控硅的电参数 双向可控硅的电参数见表4。表4 双向可控硅的电参数序号参数符号1通态平均电流IT(AV) 2反向反复峰值电压VRRM 3断态重复峰值电流IDRM
8、 4通态一个周波不反复浪涌电流ITSM 5通态峰值电压VTM 6门极触发电流IGT 7门极触发电压VGT 8维持电流IH 9断态电压临界上升率dv/dt 10通态电流临界上升率di/dt 11结壳热阻Rthjc 12模块绝缘电压VISO 13额定结温Tjm 14通态反复峰值电压VDRM 15反向重复峰值电流IRRM 16正向平均电流IF(AV) 4双向可控硅三个电极的测试双向可控硅的三个电极可以用万用表欧姆档R100 档位来测试。 用红黑两表笔分别测任意两引脚正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红黑表笔所接的两引脚为第一阳极A1 和控制极G，另一空脚即为第二阳极A2。5各种不同封装形式的双向可控硅引脚图 各种不同封装形式的双向可控硅引脚图如图9 所示。图 9 不同封装形式的双向可控硅引脚图
