单向可控硅的基本工作原理是什么？及应用电路介绍

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。

单向可控硅（SCR）基本工作原理

核心结构：单向可控硅（Silicon Controlled Rectifier, SCR）由 P-N-P-N 四层半导体（三端器件）构成，引出 阳极（A）、阴极（K） 和 控制极（G） 三个电极。

工作过程详解：

正向阻断状态：
- 当阳极（A）接正电压、阴极（K）接负电压（正向电压），但控制极（G）无触发信号时，器件呈现高阻态，几乎无电流通过。
触发导通：
- 当正向电压存在时，向控制极（G）注入一个瞬时正向电流脉冲（触发信号），SCR 内部形成正反馈回路（再生效应），器件迅速从高阻态变为低阻态，电流从 A 流向 K。
导通维持：
- 一旦导通，即使移除G极触发信号，只要满足两个条件：
  (a) 阳极电流 > 维持电流（I_H）
  (b) 阳极-阴极间电压保持正向
  SCR 将维持导通状态（类似于自锁开关）。
关断条件：
- 方法1：将阳极电流降至 维持电流（I_H）以下（例如断开主电路或降低电压）。
- 方法2：强制反向电压：在 A-K 间施加反向电压（A负K正），使电流强制归零。

核心应用电路及说明

1. 直流调压/开关控制

   +----------+
   |   DC     |      [RL]（负载）
   |  电源+   o------[SCR]----o----> 输出端
   |          |        A  K      |
   |          |         \|/      |
   |          |          G       |
   |   DC     |      [触发电路] 
   |  电源-   o------[按钮/信号源]
   +----------+

原理：

触发脉冲使SCR导通，直流负载通电；断电需切断电源或强制电流归零（常用辅助电路中断电流）。

2. 交流半波调压

         [R1]
    AC~ o----◡◡◡----o-----[SCR]----o----> 负载
          |          |       A K    |
          |        [DIAC]     \|/   |
          |          |         G    |
          |        [C]      [R2]    |
          +----------║--------║-----+
                   [触发调节]

原理：

DIAC 与 RC网络 构成移相触发电路。调节电阻可改变电容C充电时间，从而延迟触发角。
SCR 仅导通交流正半周的一部分，通过调节触发时机控制输出功率（用于白炽灯调光、小功率加热等）。

3. 过压保护（ Crowbar Circuit，撬杠电路）

     +---------+
     | DC电源+ |---o----[负载]----+
     +---------+   |            |
                 [SCR] A K      | 
                    \|/        [GND]
                     G          |
                   +----[稳压管]---+
                   |      |      |
                   |    [R]      |
                 [GND] [GND]     |

原理：

正常时稳压管截止，SCR关断。
当电源电压超过稳压值，稳压管击穿导通，触发SCR，瞬间将电源短路至地，烧断保险丝保护后端设备。

关键应用场景总结

应用领域	典型用途	优势
调光/调温	白炽灯调光器、电热毯	结构简单，成本低
电机控制	小功率交流电机调速	半波/全波（需桥式）控制
电源保护	过压保护电路（Crowbar）	响应快，可靠性高
静态开关	固态继电器（配合光耦隔离）	无机械触点，寿命长