向强电冲击的先锋----可控硅

向强电冲击的先锋----可控硅

■可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件。实际上，可控硅的功用不仅是整流，它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电，等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。

一、 可控硅的结构和特性

■可控硅从外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三种（见图表-25）。螺旋式的应用较多。

■可控硅有三个电极----阳极（A）阴极（C）和控制极（G）。它有管芯是P 型导体和N 型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结。其结构示意图和符号见图表-26。

■从图表-26中可以看到，可控硅和只有一个PN 结的硅整流二极度管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引用，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。在应用可控硅时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几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。

■可控硅为什么其有“以小控大”的可控性呢？下面我们用图表-27来简单分析可控硅的工作原理。

■首先，我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN 型号晶体管，而二、三四层组成另一只PNP 型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。这样就可画出图表-27（C）的等效电路图来分析。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压Ea ，又在控制极G和阴极C之间（相当BG1 的基一射间）输入一个正的触发信号，BG1 将产生基极电流Ib1 ，经放大，BG1 将有一个放大了β1 倍的集电极电流IC1 。因为BG1 集电极与BG2 基极相连，IC1 又是BG2 的基极电流Ib2 。BG2 又把比Ib2 （Ib1 ）放大了β2 的集电极电流IC2 送回BG1 的基极放大。如此循环放大，直到BG1 、BG2 完全导通。实际这一过程是“一触即发”的过程，对可控硅来说，触发信号加入控制极，可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。

■可控硅一经触发导通后，由于循环反馈的原因，流入BG1 基极的电流已不只是初始的Ib1 ，而是经过BG1 、BG2 放大后的电流（β1 *β2 *Ib1 ）这一电流远大于Ib1 ，足以保持BG1 的持续导通。此时触发信号即使消失，可控硅仍保持导通状态只有断开电源Ea 或降低Ea ，使BG1 、BG2 中的集电极电流小于维持导通的最小值时，可控硅方可关断。当然，如果Ea 极性反接，BG1 、BG2 由于受到反向电压作用将处于截止状态。这时，即使输入触发信号，可控硅也不能工作。反过来，Ea 接成正向，而触动发信号是负的，可控硅也不能导通。另外，如果不加触发信号，而正向阳极电压大到超过一定值时，可控硅也会导通，但已属于非正常工作情况了。

■可控硅这种通过触发信号（小的触发电流）来控制导通（可控硅中通过大电流）的可控特性，正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。

二、可控硅的主要参数

可控硅的主要参数有：

1、 额定通态平均电流IT在一定条件下，阳极---阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。

2、 正向阻断峰值电压VPF 在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。

3、 反向阴断峰值电压VPR当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。

4、 控制极触发电流Ig1 、触发电压VGT在规定的环境温度下，阳极---阴极间加有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。

5、 维持电流IH在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。

■近年来，许多新型可控硅元件相继问世，如适于高频应用的快速可控硅，可以用正或负的触发信号控制两个方向导通的双向可控硅，可以用正触发信号使其导通，用负触发信号使其关断的可控硅等等。