可控硅元件知识一、可控硅概述可控硅（SCR）国际通用名称为Thyristor,中文称为硅晶体闸流管，简称 晶闸管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）在电路中用文字符号“V”、“VT”表示（旧标准中用字母 “SCR ”表示）晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作 过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变 频等电子电路中可控硅的优点很多，例如：能在高电压、大电流条件下工作，体积小；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缺点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通二、晶闸管（t hyris tor）的分类晶闸管（thyristor）有多种分类方法一）按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管（SCR）即单向可控硅、 双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温 控晶闸管和光控晶闸管等多种二） 按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
三） 按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管 三种类型其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封 晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种四） 按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三 种通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封 或陶瓷封装五） 按关断速度分类晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管三、单向可控硅（ SCR）（一）单向晶闸管的特性普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个 引出端分别为阳极A、阴极K和门极G电路符号如下图：当单向晶闸管反向连接（即 A 极接电源负端， K 极接电源正端）时，无论门 极 G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态当晶闸管正向连接（即 A 极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管 也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变 为导通状态此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K极 之间压降约为 1V普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极 K之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。
只有把阳极A电压撤除或 阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻 导通状态转换为高阻阻断状态普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K 之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后 方可导通普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成 无触点电子开关，去控制直流电源电路二）单向可控硅的原理分析单向可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时， 可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示图 1 可控硅等效图解图当阳极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=0 2ib2因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2o此 时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=p 1ib1=0 10 2ib2 这个电流又流回到BG2的基极，形成正反馈，使ib2不断增大，如此正向反馈循 环使两个管子的电流剧增，可控硅饱和导通由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦单向可控硅导通后，即使控 制极G的电流消失了，单向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，所以这种单向可控硅是不可关断的。
由于单向可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1表 1 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四、双向可控硅（TRIAC）双向晶闸管属于NPNPN五层器件，三个电极分别是Tl、T2、GTl、T2统称 为主电极或第一电极（T1）、第二电极（T2），不再划分成阳极或阴极其结构 如图2所示，双向可控硅等效于两只单向可控硅反向并联而成：即其中一只单向 硅阳极与另一只单向硅阴极相连，其引出端称T1极，其中一只单向硅阴极与另 一只阳极相连，其引出端称T2极，剩下则为控制极（G）双向晶闸管可以双向导通对主端子Tl、T2来说无所谓正向和反向但一 般为了叙述方便和普通晶闸管对应，则把T2对应阳极，而和门极在一侧的T1 端对应阴极端于是，T2为正T1为负时称为正向，伏安特性画在第I象限；T2 为负T1为正时称为反向，伏安特性画在第III象限。
双向晶闸管具有四种触发方式，既可在正向时触发导通，也可在反向时触发 导通；门极信号既可是正的触发信号，也可是负的触发信号它可有I+,I-,III+,III -四种触发方式：1+触发：器件T2端相对T1端为正时，在门极G上加一相对于T1为正的触 发信号使晶闸管在第I象限导通这和普通晶闸管触发导通完全相同I -触发：器件T2端相对T1端为正时，在门极G上加一相对于T1为负的触 发信号使晶闸管在第I象限导通III+触发：器件T1端相对T2端为正时，在门极G上加一相对于T1为正的触 发信号使晶闸管在第III象限导通III-触发：器件T1端相对T2端为正时，在门极G上加一相对于T1为负的触 发信号使晶闸管在第III象限导通由于四种触发方式作用原理不同，触发灵敏度也不同一般是I +>III->I - >111+III+触发由于灵敏度太低，即门极触发电流很大，比其他三种状态触发电流 大一倍乃至数倍，功率稍大一点的双向晶闸管一般不用III+这种状态因此使用双向可控硅时应尽量使用I+和III-触发方式，避免采用III+触发方 式当采用I+和III-触发方式时，具有特点为：当G极和T2极相对于T1的电压 均为正时，T2是阳极，T1是阴极；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。
晶闸管触发导通后呈低阻状态此时，主电极Tl、T2间压降约为IV左右双向晶闸管一旦导通，即使失去触发电压，也能继续维持导通状态当主电 极T1、T2电流减小至维持电流以下或T1、T2间电压改变极性，且无触发电压时, 双向晶闸管阻断，只有重新施加触发电压，才能再次导通单向、双向可控硅具有的共同特点是：当有一触发信号输入其控制极而使管 子导通后，即使是断开其触发控制极，该管子仍能正常维持导通，直至其导通的 正向电流低于管子维持电流，或是加大其反向电压方能使其截止五、 门极关断晶闸管（GTO）门极关断晶闸管（GTO）（以P型门极为例）是由PNPN四层半导体材料构成, 其三个电极分别为阳极A、阴极K和门极G门极关断晶闸管也具有单向导电特性，即当其阳极A、阴极K两端为正向电 压，在门极G上加正的触发电压时，晶闸管将导通，导通方向A-K在门极关断晶闸管处于导通状态时，若在其门极G上加一个适当的负电压, 则能使导通的晶闸管关断（普通晶闸管在靠门极正电压触发之后，撤掉触发电压 也能维持导通，只有切断电源使正向电流低于维持电流或加上反向电压，才能使 其关断）六、 光控晶闸管光控晶闸管（ LTT——Light Triggered Thyristor ）俗称光控硅，内部由 PNPN四层半导体材料构成，可等效为由两只晶体管和一只电容、一只光敏二极 管组成的电路。
光控晶闸管不但可以作为光电耦合器的输出部分，而且可以直接做成各种各 样的交直流继电器、接触器，还可以用于光电逻辑电路、光控计数电路以及各种 检测和保护电路光控晶闸管包括两端器件、三端器件、四端器件就三端器件来说，又有单 向光控晶闸管及双向光控晶闸管就功率来分，有小功率和大功率之分由于光控晶闸管的控制信号来自光的照射，门极为受光窗口（小功率晶闸管）或光导纤维、光缆等当在光控晶闸管的阳极A加上正向电压、阴极K上加负电压时，再用足够强 的光照射一下其受光窗口，晶闸管即可导通晶闸管受光触发导通后，即使光源 消失也能维持导通，除非加在阳极A和阴极K之间的电压消失或极性改变，晶闸 管才能关断光控晶闸管的触发光源有激光器、激光二极管和发光二极管等七、 逆导晶闸管逆导晶闸管（RCT）俗称逆导可控硅，它在普通晶闸管的阳极A与阴极K间 反向并联了一只二极管（制作于同一管芯中）逆导晶闸管较普通晶闸管的工作频率高，关断时间短、误动作小，可广泛应 用于超声波电路、电磁灶、开关电源、电子镇流器、超导磁能储存系统等领域八、 BTG 晶闸管BTG晶闸管也称程控单结晶体管PUT，是由PNPN四层半导体材料构成的三端 逆阻型晶闸管，其电路图形符号，内部结构和等效电路如下图：BTG晶闸管的参数可调，改变其外部偏置电阻的阻值，即可改变BTG晶闸管 门极电压和工作电流。
它还具有触发灵敏度高、脉冲上升时间短、漏电流小、输 出功率大等优点，被广泛应用于可编程脉冲电路、锯齿波发生器、过电压保护器、 延时器及大功率晶体管的触发电路中，既可作为小功率晶闸管使用，还可作为单 结晶体管〔双基极二极管（UJT）〕使用九、 温控晶闸管温控晶闸管是一种新型温度敏感开关器件，它将温度传感器与控制电路结合为一体，输出驱动电流大，可直接驱动继电器等执行部件或直接带动小功率负荷温控晶闸管的结构与普通晶闸管的结构相似（电路图形符号也与普通晶闸管 相同），也是由PNPN半导体材料制成的三端器件，但在制作时，温控晶闸管中 间的 PN 结中注入了对温度极为敏感的成分（如氩离子），因此改变环境温度， 即可改变其特性曲线在温控晶闸管的阳极A接上正电压，在阴极K接上负电压，在门极G和阳极 A之间接入分流电阻，就可以使它在一定温度范围内（通常为- 40~+130°C ）起 开关作用温控晶闸管由断态到通态的转折电压随温度变化而改变，温度越高， 转折电压值就越低十、四极晶闸管四极晶闸管也称硅控制开关管（SCS），是一种由PNPN四层半导体材料构成 的多功能半导体器件，其电路图形符号、内部结构和等效电路如下图：四极晶闸管的四个电极分别为阳极A、阴极K、阳极控制极GA和阴极控制极 GK。
若将四极晶闸管的阳极控制极GA空着不用，则四极晶闸管可以代替普通晶 闸管或门极关断晶闸管使用；若将其阴极控制极GK空着不用，则可以代替BTG 晶闸管或门极关断晶闸管、单结晶体管使用；若将其阳极门极GA与阳极A短接， 则可以代替逆导晶闸管或NPN型硅晶体管使用十一、晶闸管模块晶闸管模块，它是将两只参数一致的普通晶闸管串联（跟图中所示不同，有 疑问）在一起构成的，如下图：晶闸管模块具有体积小、重量轻、散热好、安装方便等优点，被广泛应用于 电动机调速、无触点开关、交流调压、低压逆变、高压控制、整流、稳压等电子电路中十二、快速可控硅快速可控硅元件的特点是，开通时间和关断时间短，开关损耗小，能承受较 高的电流上升率和电压上升率，因此它可以在一般。