可控硅又称晶闸管(Silicon Controlled Rectifier,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
可控硅
闸管、
快速晶闸管,等等。
可控硅整流器件是一种非常重要的功率器件,可用来做高电压和高电流的控制。可控硅器件主要用在开关方面,使器件从关闭或是阻断的状态转换为开启或是导通的状态,反之亦然。可控硅器件与
双极型晶体管有密切的关系,二者的传导过程皆牵涉到
电子和
空穴,但可控硅的开关机制和双极晶体管是不同的,且因为器件结构不同,可控硅器件有较宽广范围的电流、电压控制能力。现今的可控硅器件的额定电流可以从几毫安到5000A以上,额定电压可以超过10000V。下面将讨论基本可控硅器件的工作原理,然后给出一些高功率和高频率的可控硅器件。
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。
以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件,起始于1957年,因为它的特性类似于
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,又因为晶闸管最初的在静止整流方面,所以又被称之为硅可控整流元件,简称为可控硅SCR.
在性能上,可控硅不仅具有
单向导电性,而且还具有比硅整流元件(俗称"死硅")更为可贵的可控性.它只有导通和关断两种状态.
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备,如果超过此频率,因元件开关损耗显著增加,允许通过的平均电流相降低,此时,标称电流应降级使用.
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;容易受干扰而误导通.
可控硅从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形.
可控硅元件的结构
不管可控硅的外形如何,它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构.见图1.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,所以它是一种四层三端的半导体器件.
结构原件
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,其等效图解如右图所示
可控硅等效图解图
晶闸管特性
可控硅
为了能够直观地认识晶闸管的工作特性,大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来,通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的
正极,阴极K接电源的负极,控制极G通过按钮开关SB接在1.5V直流电源的正极(这里使用的是KP1型晶闸管,若采用KP5型,应接在3V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接,也就是说,给晶闸管阳极和控制极所加的都是
正向电压。合上电源开关S,小灯泡不亮,说明晶闸管没有导通;再按一下按钮开关SB,给控制极输入一个触发电压,小灯泡亮了,说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢?
这个实验告诉我们,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。
晶闸管特点
“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。
典型应用电路
锁存器电路
单向可控硅SCR振荡器
SCR半波整流稳压电源
SCR全波整流稳压电源
双向可控硅和
固体继电器(SSR)
抑制RF干扰的辅助电路
来源:
http://baike.baidu.com/view/685100.htm?fr=aladdin