可控硅-向強電沖擊的先鋒

可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導體器件。實際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(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。可控硅和其它半導體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。

一、 可控硅的結(jié)構(gòu)和特性

可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種（見圖表-25）。螺旋式的應用較多。

可控硅有三個電極----陽極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P 型導體和N 型導體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個PN 結(jié)。其結(jié)構(gòu)示意圖和符號見圖表-26。

從圖表-26中可以看到，可控硅和只有一個PN 結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引用，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。在應用可控硅時，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。

可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢？下面我們用圖表-27來簡單分析可控硅的工作原理。

首先，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。這樣就可畫出圖表-27（C）的等效電路圖來分析。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓Ea ，又在控制極G和陰極C之間（相當BG1 的基一射間）輸入一個正的觸發(fā)信號，BG1 將產(chǎn)生基極電流Ib1 ，經(jīng)放大，BG1 將有一個放大了β1 倍的集電極電流IC1 。因為BG1 集電極與BG2 基極相連，IC1 又是BG2 的基極電流Ib2 。BG2 又把比Ib2 （Ib1 ）放大了β2 的集電極電流IC2 送回BG1 的基極放大。如此循環(huán)放大，直到BG1 、BG2 完全導通。實際這一過程是“一觸即發(fā)”的過程，對可控硅來說，觸發(fā)信號加入控制極，可控硅立即導通。導通的時間主要決定于可控硅的性能。

可控硅一經(jīng)觸發(fā)導通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG1 基極的電流已不只是初始的Ib1 ，而是經(jīng)過BG1 、BG2 放大后的電流（β1 *β2 *Ib1 ）這一電流遠大于Ib1 ，足以保持BG1 的持續(xù)導通。此時觸發(fā)信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態(tài)只有斷開電源Ea 或降低Ea ，使BG1 、BG2 中的集電極電流小于維持導通的最小值時，可控硅方可關(guān)斷。當然，如果Ea 極性反接，BG1 、BG2 由于受到反向電壓作用將處于截止狀態(tài)。這時，即使輸入觸發(fā)信號，可控硅也不能工作。反過來，Ea 接成正向，而觸動發(fā)信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發(fā)信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬于非正常工作情況了。

可控硅這種通過觸發(fā)信號（小的觸發(fā)電流）來控制導通（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。

二、可控硅的主要參數(shù)

可控硅的主要參數(shù)有：

1、 額定通態(tài)平均電流IT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VPF 在控制極開路未加觸發(fā)信號，陽極正向電壓還未超過導能電壓時，可以重復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，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

3、 反向陰斷峰值電壓VPR當可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時，可以重復加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。

4、 控制極觸發(fā)電流Ig1 、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極---陰極間加有一定電壓時，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。

5、 維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導通所必需的最小陽極正向電流。

近年來，許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應用的快速可控硅，可以用正或負的觸發(fā)信號控制兩個方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號使其導通，用負觸發(fā)信號使其關(guān)斷的可控硅等等。