可控硅工作原理圖及應(yīng)用圖解
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，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)的快速接通或切斷；實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變；將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。可控硅和其它半導(dǎo)體器件一樣，有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件。 目前可控硅在自動(dòng)控制、機(jī)電應(yīng)用、工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用。
可控硅從外形上區(qū)分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式應(yīng)用較多。
可控硅有三個(gè)極----陽極(A)、陰極(C)和控制極(G)，管芯是P型導(dǎo)體和N型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個(gè)PN 結(jié)，與只有一個(gè)PN結(jié)的硅整流二極管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引入，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。可控硅應(yīng)用時(shí)， 只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達(dá)幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控 硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。

我們可以把從陰極向上數(shù)的第一、二、三層看面是一只NPN型號(hào)晶體管，而二、三、四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。可畫出圖 1的等效電路圖。當(dāng)在陽極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓E，又在控制極G和陰極C之間(相當(dāng)BG2的基一射間)輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號(hào)，BG2將產(chǎn)生基極電流 Ib2，經(jīng)放大，BG2將有一個(gè)放大了β2 倍的集電極電流IC2 。因?yàn)锽G2集電極與BG1基極相連，IC2又是BG1 的基極電流Ib1 。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集電極電流IC1送回BG2的基極放大。如此循環(huán)放大，直到BG1、BG2完全導(dǎo)通。事實(shí)上這一過程是“一觸即 發(fā)”的，對(duì)可控硅來說，觸發(fā)信號(hào)加到控制極，可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG2基極的電流已不只是初始的Ib2 ，而是經(jīng)過BG1、BG2放大后的電流(β1*β2*Ib2)，這一電流遠(yuǎn)大于Ib2，足以保持BG2的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)信號(hào)即使消失，可控硅仍保持導(dǎo) 通狀態(tài)，只有斷開電源E或降低E的輸出電壓，使BG1、BG2 的集電極電流小于維持導(dǎo)通的最小值時(shí)，可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然，如果E極性反接，BG1、BG2受到反向電壓作用將處于截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，即使輸入觸發(fā)信號(hào)， 可控硅也不能工作。反過來，E接成正向，而觸動(dòng)發(fā)信號(hào)是負(fù)的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號(hào)，而正向陽極電壓大到超過一定值時(shí)，可控硅也會(huì)導(dǎo) 通，但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發(fā)信號(hào)(小觸發(fā)電流)來控制導(dǎo)通(可控硅中通過大電流)的可控特性，正是它區(qū)別于普通硅整流二極管的重要特征。
由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表1
表1 可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件

應(yīng)用舉例：
可控硅在實(shí)際應(yīng)用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。
1、直流觸發(fā)電路：
如圖2是一個(gè)電視機(jī)常用的過壓保護(hù)電路，當(dāng)E+電壓過高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險(xiǎn)絲RJ熔斷，從而起到過壓保護(hù)的作用。

2、相位觸發(fā)電路：
相位觸發(fā)電路實(shí)際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖3，這個(gè)電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號(hào)的相位。當(dāng)R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較少，觸發(fā)信號(hào)的相移A1較少，因此負(fù)載獲得較大的電功率；當(dāng)R值較大時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較大，觸發(fā)信號(hào)的相移A2較大，因此負(fù)載獲得較少的電功率。這個(gè)典型的電功率無級(jí)調(diào)整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應(yīng)用它。

可控硅主要參數(shù)有：
1、 額定通態(tài)平均電流
在一定條件下，陽極---陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。
2、 正向阻斷峰值電壓
在控制極開路未加觸發(fā)信號(hào)，陽極正向電壓還未超過導(dǎo)能電壓時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓。可控硅承受的正向電壓峰值，不能超過手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。
3、 反向陰斷峰值電壓
當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。
4、 控制極觸發(fā)電流
在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加一定電壓，使可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。
5、 維持電流
在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。
采用可控硅技術(shù)對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行控制具有:電壓調(diào)節(jié)速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，采用電子元件，相對(duì)來說體積小、重量輕、成本低。但該調(diào)壓方式存在一致命缺陷，由于斬波，使電壓無法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會(huì)出現(xiàn)大量諧波，形成對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染，危害極大，不能用在有電容補(bǔ)償電路中。(現(xiàn)代照明設(shè)計(jì)要求規(guī)定，照明系統(tǒng)中功率因數(shù)必須達(dá)到0.9以上，而氣體放電燈的功率因數(shù)在一般在0.5以下，所以都設(shè)計(jì)用電容補(bǔ)償功率因數(shù))在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，已有明文規(guī)定對(duì)電氣設(shè)備諧波含量的限制，在國(guó)內(nèi)，北京、上海、廣州等大城市，已對(duì)諧波含量超標(biāo)的設(shè)備限制并入電網(wǎng)使用。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持