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篇一：可控硅的工作原理
一、可控硅的工作原理
可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个pn结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。图3-29是它的结构、外形和图形符号。
可控硅的三个电极分别叫阳极（a）、阴极（k）和控制极（g）。当器件的阳极接负电位（相对阴极而言）时，从符号图上可以看出pn结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时（若控制极不接任何电压），在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压（称为转折电压）时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压（对阴极），则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。图3-30是可控硅的伏安特性曲线。
图中曲线i为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压（ub0）；当有控制极信号时，正向转折电压会下降（即可以在较低正向电压下导通），转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。
曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小（或负载电阻增加），致使阳极电流小于维持电流ih时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线i状态。
曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通（只有很小的漏电流）。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
可控硅的重要特点是。只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件导通，器件中就可以通过较大的电流。利用这种特性可用于整流、开关、变频、交直流变换、电机调速、调温、调光及其它自动控制电路中。
二、可控硅的主要技术参数
1.正向阻断峰值电压（vpfu）
是指在控制极开路及正向阻断条件下，可以重复加在器件上的正向电压的峰值。此电压规定为正向转折电压值的80％。
2.反向阻断峰值电压（vpru）
它是指在控制极断路和额定结温度下，可以重复加在器件上的反向电压的峰值。此电压规定为最高反向测试电压值的80％。
3.额定正向平均电流（if）
在环境温度为+40c时，器件导通（标准散热条件）可连续通过工频（即指供电网供给的电源频率.一般为50hz或60hz，我国规定为50hz）正弦半波电流的平均值。
4.正向平均压降（uf）
在规定的条件下，器件通以额定正向平均电流时，在阳极与阴极之间电压降的平均值。
5.维持电流（ih）
在控制极断开时，器件保持导通状态所必需的最小正向电流。
6.控制极触发电流（ig）
阳极与阴极之间加直流6v电压时，使可控硅完全导通所必需的最小控制极直流电流。
7.控制极触发电压（ug）
是指从阻断转变为导通状态时控制极上所加的最小直流电压。普通小功率可控硅参数见表3-lo。
表3-10普通小功率可控硅参数
*正向阻断峰值电压及反向阻断峰值电压在30～3000范围内分档。
三、多种用途的可控硅
根据结构及用途的不同，可控硅已有很多不同的类型，除上述介绍的整流用普通可控硅之外还有；①快速可控硅。这种可控硅可以工作在较高的频率下，用于大功率直流开关、电脉冲加工电源、激光电源和雷达调制器等电路中。②双向可控硅。它的特点是可以使用正的或负的控制极脉冲，控制两个方向电流的导通。它主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光调节及直流电极调速和
换向电路等。③逆导可控硅。主要用于直流供电车辆（如无轨电车）的调速。④可关断可控硅。这是一种新型可控硅，它利用正的控制极脉冲可触发导通，而用负的控制极脉冲可以关断阳极电流，恢复阻断状态。利用这种特性可以做成无触点开关或用于直流调压、电视机中行扫描电路及高压脉冲发生器电路等。
可控硅的用途很广泛，下面仅举两例来说明可控硅电路的工作过程。
图3-31是采用双基极管的可控硅调压电路，d1～d2组成全波桥式整流电路。bg双基极管构成可控硅的同步触发电路（是一个张弛振荡器）。整流电压经电阻r1降压后加在a、b两点。整流后脉动电压的正半周通过r4、w向电容c充电，当充电电压达到双基极管峰点电压up时，bg由截止转为导通，电容c通过b1e结及r。迅速放电，其放电电流在r。上产生一个尖脉冲，成为触发可控硅（scr）极的触发信号，从而导致可控硅导通。可控硅导通后其正向压降很低，所以张弛振荡器即停止工作，电源电压过零时（由于无滤波电容，故为单向脉动电压）可控硅就自动关断。待下一个正半周到来时，电容c又充电，重复上述过程。因而串联于整流电路的负载rl上就得到～个受控的脉冲电压。电容c的充电速度与r4、、w及c的乘积有关，所以调节w之值，即能改变电容c充电到u，值的时间.也就可以改变可控硅的导通时间，从而改变了负载上电压的大小。
图3-32是一种利用可控硅做成的感应（接近）开关。它是利用人体电容和电阻与电路上电容c1，并联促使氖管n导通点燃，从而在电阻r1上产生可控硅的触发信号，使可控硅导通，点着串于可控硅电路里的灯泡。也可在电路里串接继电器，带动其他电器装置的开启或关闭。
四、用万用表检查可控硅的好坏
1.判定可控硅的电极
小功率可控硅的电极从外形上可以差别，一般阳极为外壳，阴极线比控制极引线长，如图3-29所示。如果其它型式的封装，不知电极引线时可以用万用表的电阻档进行判别。从可控硅的结构图上可以看出，阴极与控制极之间有一个pn结，而阳极与控制极之间有两个反向串联的pn结。用
电表r×100档先测出控制极。方法是将负表笔试接某一电极，正表笔依次碰触另外两个电极，假如有一次阻值很小（约几百欧姆），另一次阻值很大（约几千欧姆），说明负表笔接的正是控制极（g）。在阻值小的那次测量中，接正表笔的一端是阴极（c或k），阻值大的那次，接正表笔的是阳极（a）；若两次测出的阻值均很大，说明负表笔接的不是控制极，应更换另外一个电极，重复上述判别.2.检查可控硅的好坏
对于一个良好的可控硅应包括以下内容。①三个pn结均是良好的；②可控硅反向电压时能够阻断，不导通；⑧可控硅正向在控制极开路时能够阻断；④如果控制极加了正向电流，而阳极加正向电压时可控硅可以导通，且撤去控制极电流后仍能维持导通。对于前三项可以通过测量极间电阻的方法判别，后一条要进行导通试验。
（1）测极间电阻。用万用表电阻档测阳极与控制极之间、阳极与阴极之间的电阻。注意，宜用电表电阻最高档，阻值均应很高。如阻值很小，并用低阻档再量阻值仍较小，表明可控硅已击穿、管子是坏的。阳极和阴极之间的正向电阻值（即阳极接负表笔，阴极接正表笔时阻值），反映可控硅正向阻断特性，阻值愈大，表示正向漏电流愈小。阳极与阴极之间的反向阻值反映可控硅的反向阻断特性，阻值愈大，表示反向漏电流愈小。
测控制极与阴极之间的电阻。用r×10或r×100档测量为宜。如果正向电阻（控制极接负笔，阴极接正笔）极大，接近∞处，表示控制极与阴极之间已经烧毁，管子已坏。至于反向电阻应很大，不过有些管子控制极与阴极之间的反向电阻并不太高，这也是正常的。表3-11给出测量3ct5b可控硅的g、c极间电阻数据，供参考。
表3-113ct5可控硅g、c极间电阻值
（2）导通试验。利用万用表的直流电流档（100ma档或更大些电流档），需外加6v直流电源，按图3-33所示电路接好。先不合开关k，此时电流表指示应很小（正向阻断），当k闭合时电流应有100ma左右。电流若很小表明管子正向压降太大或已损坏。再断开k，电表指示应仍为100ma左右基本上无变化。切断6v电源再一次重复上述过程，如一切同前表示管子导通性能是良好的。在没有万用表时，用6.3v小灯泡代替电表也可以，导通时灯泡亮。
五、单结晶体管
单结晶体管的结构和电路符号如图3-34所示。因为它只有一个pn结，所以称为单结晶体管。但由于它有两个基极，故又称双基极二极管。它的外形与三极管相似，也有三只管脚，其中一个是发射极（e），另外两个是基极（b1和b2）。它是一种具有负阻特性的器件（电流增加而电压降反而减小的特性）。图3-35是它的伏安特性曲线及等效电路。双基极管可组成弛张振荡器、自激多谐振荡器以及定时延时等电路，具有电路结构简单、热稳定性好等优点。
从双基极管的伏安特性可以看清其工作原理。当两基极b1、b2间加上电压ubb时（参见典型应用电
路（图3-36），等效电路中a点电压为
式中可称为单结管的分压比，是由管子内部结构所决定的，一般为0.3～0.9之间。
输入电压u＜ηubb时，发射极与基极之间的pn结处于反向偏置，管子截止，电流很小。当输入电压ube＞ηubb+ud时，（ud为二极管正向压降约为0.7v）pn结正向导电，ie明显增加，rbl阻值迅速减小，ue相应下降。这种电压随电流增加反而下降的特性就是双基极管的负阻特性。管子由截止区进入负阻区的交界点称为峰点。与其对应的发射极电压和电流分别称为峰点电压vp和峰点电流ip，显然up≈ηubb。
随着发射极电流ie不断增加，ue不断下降，降至某一点时不再下降了，这一点称为谷点。谷点之后管子特性进入了饱和区。与谷点对应的发射极电压uu与发射极电流iu分别称为谷点电压和谷点电流。显然uu是维持单结管导通的最小发射极电压，只要ue>uu管子又会重新截止。
特性进入饱和区后，发射极与第一基极间的电流达到饱和状态，所以ue继续增加时，ie增加不多。
篇二：可控硅的工作原理（带图）
可控硅的工作原理（带图）
一、可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个pn结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。图3-29
是它的结构、外形和图形符号。
可控硅的三个电极分别叫阳极（a）、阴极（k）和控制极（g）。当器件的阳极接负电位（相对阴极而言）时，从符号图上可以看出pn结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时（若控制极不接任何电压），在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压（称为转折电压）时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压（对阴极），则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。图3-30是可控硅的伏安特性曲线。
图中曲线i为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压（ub0）；当有控制极信号时，正向转折电压会下降（即可以在较低正向电压下导通），转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。
曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小（或负载电阻增加），致使阳极电流小于维持电流ih时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线i状态。
曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通（只有很小的漏电流）。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
可控硅的重要特点是。只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件导通，器件中就可以通过较大的电流。利用这种特性可用于整流、开关、变频、交直流变换、电机调速、调温、调光及其它自动控制电路中。
二、可控硅的主要技术参数
1.正向阻断峰值电压（vpfu）
是指在控制极开路及正向阻断条件下，可以重复加在器件上的正向电压的峰值。此电压规定为正向转折电压值的80％。
2.反向阻断峰值电压（vpru）
它是指在控制极断路和额定结温度下，可以重复加在器件上的反向电压的峰值。此电压规定为最高反向测试电压值的80％。
3.额定正向平均电流（if）
在环境温度为+40c时，器件导通（标准散热条件）可连续通过工频（即指供电网供给的电源频率.一般为50hz或60hz，我国规定为50hz）正弦半波电流的平均值。
4.正向平均压降（uf）
在规定的条件下，器件通以额定正向平均电流时，在阳极与阴极之间电压降的平均值。
5.维持电流（ih）
在控制极断开时，器件保持导通状态所必需的最小正向电流。
6.控制极触发电流（ig）
阳极与阴极之间加直流6v电压时，使可控硅完全导通所必需的最小控制极直流电流。
7.控制极触发电压（ug）
是指从阻断转变为导通状态时控制极上所加的最小直流电压。普通小功率可控硅参数见表3-lo。
表3-10普通小功率可控硅参数
*正向阻断峰值电压及反向阻断峰值电压在30～3000范围内分档。
三、多种用途的可控硅
根据结构及用途的不同，可控硅已有很多不同的类型，除上述介绍的整流用普通可控硅之外还有；①快速可控硅。这种可控硅可以工作在较高的频率下，用于大功率直流开关、电脉冲加工电源、激光电源和雷达调制器等电路中。②双向可控硅。它的特点是可以使用正的或负的控制极脉冲，控制两个方向电流的导通。它主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光调节及直流电极调速和换向电路等。③逆导可控硅。主要用于直流供电车辆（如无轨电车）的调速。④可关断可控硅。这是一种新型可控硅，它利用正的控制极脉冲可触发导通，而用负的控制极脉冲可以关断阳极电流，恢复阻断状态。利用这种特性可以做成无触点开关或用于直流调压、电视机中行扫描电路及高压脉冲发生器电路等。
可控硅的用途很广泛，下面仅举两例来说明可控硅电路的工作过程。
图3-31是采用双基极管的可控硅调压电路，d1～d2组成全波桥式整流电路。bg双基极管构成可控硅的同步触发电路（是一个张弛振荡器）。整流电压经电阻r1降压后加在a、b两点。整流后脉动电压的正半周通过r4、w向电容c充电，当充电电压达到双基极管峰点电压up时，bg由截止转为导通，电容c通过b1e结及r。迅速放电，其放电电流在r。上产生一个尖脉冲，成为触发可控硅（scr）极的触发信号，从而导致可控硅导通。可控硅导通后其正向压降很低，所以张弛振荡器即停止工作，电源电压过零时（由于无滤波电容，故为单向脉动电压）可控硅就自动关断。待下一个正半周到来时，电容c又充电，重复上述过程。因而串联于整流电路的负载rl上就得到～个受控的脉冲电压。
电容c的充电速度与r4、、w及c的乘积有关，所以调节w之值，即能改变电容c充电到u，值的时间.也就可以改变可控硅的导通时间，从而改变了负载上电压的大小。
图3-32是一种利用可控硅做成的感应（接近）开关。它是利用人体电容和电阻与电路上电容c1，并联促使氖管n导通点燃，从而在电阻r1上产生可控硅的触发信号，使可控硅导通，点着串于可控硅电路里的灯泡。也可在电路里串接继电器，带动其他电器装置的开启或关闭。
篇三：可控硅工作原理
1、工作原理
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，其等效图解如图1所示
当阳极a加上正向电压时，bg1和bg2管均处于放大状态。此时，如果从控制极g输入一个正向触发信号，bg2便有基流ib2流过，经bg2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为bg2的集电极直接与bg1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经bg1放大，于是bg1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到bg2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于bg1和bg2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极g的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1
表1可控硅导通和关断条件
2、基本伏安特性
可控硅的基本伏安特性见图2
图2可控硅基本伏安特性
（1）反向特性
当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），j2结正偏，但j1、j2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到j1结的雪崩击穿电压后，接差j3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性or段所示，弯曲处的电压uro叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向
（2）正向特性
当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），j1、j3结正偏，但j2结反偏，这与普通pn结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性oa段所示，弯曲处的是ubo叫：正向转折电压
图4阳极加正向电压
由于电压升高到j2结的雪崩击穿电压后，j2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入n1区，空穴时入p2区。进入n1区的电子与由p1区通过j1结注入n1区的空穴复合，同样，进入p2区的空穴与由n2区通过j3结注入p2区的电子复合，雪崩击穿，进入n1区的电子与进入p2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在n1区就有电子积累，在p2区就有空穴积累，结果使p2区的电位升高，n1区的电位下降，j2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线ab段。
这时j1、j2、j3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的pn结正向特性相似，见图2中的bc段
2、触发导通
图5阳极和控制极均加正向电压
一种以硅单晶为基本材料的p1n1p2n2四层三端器件，创制于1957年，由于它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。又由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，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。
图1、可控硅结构示意图和符号图
一、可控硅的概念和结构。
二、晶闸管又叫可控硅。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、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天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。
三、
二、晶闸管的主要工作特性
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
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