一、可控硅的結構和符號

  它有三個電極，分別稱為陽極(A)、陰極(K)和控制極(G)。

   2、可控硅的圖形符號如上圖(b)。

二、可控硅的工作狀態(tài)

  可控硅和二極管一樣，有兩種工作狀態(tài)：導通和截止。

  1、截止狀態(tài)

  截止又稱反向阻斷，條件是施加反向電壓，即它的陽極與電源的負極相連、陰極與電源的正極相連。

  2、導通狀態(tài)

  可控硅導通的條件，除了像二極管一樣必須具有足夠大的正向電源以外，還必須在控制極與陰極基之間施加一個足夠大的正向觸發(fā)電壓(稱觸發(fā)信號)?？煽毓枭形磳〞r的狀態(tài)稱正向阻斷。     

三、可控硅的工作原理

  1、根據(jù)可控硅的結構，可以把它看成由NPN型晶體管T?和PNP型晶體管T?所組成。如下圖所示：

2、可控硅陽極加上正向電壓U_A、控制極加上正向電壓U_G時，如下圖所示：

  晶體管T?處于正向偏置，由U_G產(chǎn)生的控制極電流I_G(即T?管的基極電流I_b?)，T?的集電極電流I_c?=β?I_G 。I_c?既是T?管的集電極電流又是T?管的基極電流。而T?管的集電極電流I_c?=β?I_c?=β?β?I_G。如不計T?管的基極電流，則T?管的發(fā)射極電流I_e?≈I_c?=β?β?I_G。這一I_e?又反過來作為T?管的基極電流(此時I_b?=I_e?+I_c)，再一次放大。這樣反復循環(huán)，形成了強烈的正反饋，使兩個晶體管很快達到飽和，可控硅導通。可控硅導通后，A、K間的壓降(管壓降)很小，電源電壓幾乎全部作用在負載R上，可控硅中就有負載電流通過。    

由于I_e?>>I_G，所以可控硅一經(jīng)導通，它的導通狀態(tài)完全依靠自身的正反饋作用來維持，即使I_G消失，可控硅仍處于導通狀態(tài)。

四、可控硅的特性          

  1、可控硅的特性主要是指它的伏安特性，即當I_G為某定值時，陽極電壓U_A與陽極電流I_A之間的關系曲線。下圖(a)所示是I_G=0時的伏安特性。

  這條曲線說明：當陽極為正，且U_A較低時，三個PN結中的T?處于反偏，此時只有很小的電流通過管子，稱正向漏電流，相當于二極管反向連接時的反向飽和電流。因此當陽極電流(正向電流)增加時，它基本保持不變，此時可控硅處于正向阻斷狀態(tài)。但當陽極電壓增加到某一值時，漏電流突然大增，可控硅由阻斷狀態(tài)突然導通，陽極電流大增(其值取決于負載電阻R的大小)，而管壓降僅1V左右?？煽毓鑿恼蜃钄嗤蝗晦D(zhuǎn)向?qū)〞r的陽極電壓稱正向轉(zhuǎn)折電壓U_BO?？煽毓鑼ê笾饾u減小正向電壓，正向電流隨之減小。當電流減小到某值時，可控硅從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)。能保持可控硅繼續(xù)導通的最小正向電流稱維持電流I_H。當正向電流     <I< span>_H時，可控硅正向阻斷。          </I<>

  2、當可控硅加上反向電壓時(A接電源負極)，J?、J?兩個PN結反偏，可控硅處于反向阻斷狀態(tài)，此時通過可控硅的電流稱反向漏電流。由于可控硅導通需要兩個條件，因此在第一個條件未滿足的情況下(可控硅反偏)，即使加上I_G，它也不會導通。但當反向電壓增加到某一值時，反向電流急劇增大。這種情況稱為可控硅的反向擊穿，與之對應的電壓稱為反向擊穿電壓U_BR。

  3、上圖(b)所示的曲線是在不同I_G時的伏安特性，從曲線可以看出，不同I_G時的差異僅在于正向轉(zhuǎn)折電壓。I_G越大，正向轉(zhuǎn)折電壓越低。

  4、以上Ⅰ_G=0時的導通是不允許的，它可能導致管子的損壞，而我們所指的導通是在正向電壓作用下，Ⅰ_G為某一定值(足夠大)的導通，是正常情況下的導通。

五、可控硅的主要參數(shù)

  1、額定正向平均電流I_F

  在環(huán)境溫度≯40℃和標準散熱及全導通(交流電使陽極為正的半個周期內(nèi)，可控硅均處于導通狀態(tài)，稱全導通)條件下，可控硅可以持續(xù)通過的工頻正弦半波電流平均值，稱額定正向平均電流。通常所說的若干安培(A)的可控硅，這若干安培就是指這個電流(I_F)；

  2、正向阻斷峰值電壓P_FV

  在控制極斷開和正向阻斷的條件下，可重復加于可控硅的正向峰值電壓稱正向阻斷峰值電壓，規(guī)定它比正向轉(zhuǎn)折電壓U_BO小100V。通常所說的可控硅耐壓，就是指這個電壓(P_FV)。    

  3、反向阻斷峰值電壓P_RV

  在控制極斷開時，可以重復加在可控硅元件上的反向峰值電壓，稱反向阻斷峰值電壓。規(guī)定它比反向擊穿電壓小100V。P_RV和P_FV一般相等，統(tǒng)稱“可控硅的峰值電壓”。

除上述三個主要參數(shù)外，還有控制極觸發(fā)電壓、控制極觸發(fā)電流、維持電流、正反向平均漏電流等。

六、可控硅的常見應用

  可控硅用途非常廣泛，常見的應用有以下幾種:

  1、可控硅整流

  下圖(a)是單相半波可控硅整流電路。與二極管整流電路相比，其輸出電壓的大小，可以用改變控制極觸發(fā)信號的輸入時刻來加以改變。即改變下圖(b)中的α角。α角稱控制角，圖中的β角稱導通角?？刂平潜硎究煽毓柙谡螂妷合虏粚ǖ姆秶?，而導通角則表示正向電壓下導通的范圍。單相半波可控整流電路的電壓與電流波形如下圖(b)所示。

  2、可控硅開關

  在下圖所示的電路中，當可控硅控制極未加控制信號時，可控硅處于阻斷狀態(tài)，電路不通。當控制極加上觸發(fā)信號后，可控硅導通，電路中就有電流通過?？梢姶颂幙煽毓杵鹬_關的作用，稱為可控硅開關。但是在這個電路中，可控硅一旦導通就無法關斷，所以還要另設使可控硅關斷的輔助電路。

3、可控硅交流調(diào)壓器

    1）下圖(a)是單相可控硅調(diào)壓電路。其中SCR?和SCR?可分別在交流電的正、負半周導通。而是否能導通則取決于控制極有無觸發(fā)信號和觸發(fā)信號加入的時間(即控制角α的大小)。

    2）改變控制角大小的控制方法稱移相控制；而以有無觸發(fā)信號進行控制的方法稱零位控制，兩種控制所輸出交流電壓的波形分別如下圖(b)、(c)所示。    

    3）控制角越大，輸出交流電壓就越小；在一個工作周期內(nèi)，不導通的周期數(shù)越多，輸出交流電壓也就越小。

七、可控硅的常用保護

  可控硅元件的主要弱點是承受過電流和過電壓的能力很差，即使短時間的過電流和過電壓，也可能導致可控硅的損壞，所以必須對它采用適當?shù)谋Ｗo措施。

  1、過電流保護

   可控硅出現(xiàn)過電流的主要原因是過載、線路短路和誤觸發(fā)。過電流保護有以下幾種:

    1）快速熔斷器

    快速熔斷器中的熔絲是銀質(zhì)的，只要選用適當，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在可控硅損壞前先熔斷，從而保護了可控硅。

    2）過電流繼電器

    當電流超過過電流繼電器的整定值時，過電流繼電器就會動作，切斷被保護電路。但由于繼電器動作到切斷電路需要一定的時間，所以只能用作可控硅的過載保護。

    3）過載截止保護    

    利用過電流的信號將可控硅的觸發(fā)信號后移，或使可控硅的導通角減小，或干脆停止觸發(fā)等保護可控硅的方法稱過載截止保護。

  2、過電壓保護

  過電壓可能導致可控硅的擊穿，其主要原因是由于電路中電元件的通斷、熔斷器熔斷或可控硅在導通與截止間的轉(zhuǎn)換，有時也可能是因遭受雷擊。對過電壓保護可采用以下兩種措施:

    1）阻容保護

    阻容保護就是電阻和電容串聯(lián)后，接在可控硅電路中的一種過電壓保護方式。其實質(zhì)是利用電容器兩端電壓不能突變和電容器的電場儲能以及電阻是耗能元件的特性，把過電壓的能量變成電場能量儲 存在電場中，并利用電阻把這部分能量消耗掉。

    2）硒堆保護

    硒堆由硒整流片疊成(用CP表示)。當硒堆上的電壓超過規(guī)定值時，硒堆擊穿，達到抑制過電壓對可控硅的沖擊。過電壓消失后，硒堆由擊穿狀態(tài)恢復到正常。