可控硅的測(cè)量方法解析-可控硅工作原理及基本特性

可控硅概述

本文主要講可控硅的測(cè)量方法、可控硅的特性及工作原理一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創(chuàng)制于1957年，由于它特性類(lèi)似于真空閘流管，所以國(guó)際上通稱為硅晶體閘流管，簡(jiǎn)稱晶閘管T。又由于晶閘管最初應(yīng)用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡(jiǎn)稱為可控硅SCR。

可控硅能以毫安級(jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，如果超過(guò)此頻率，因元件開(kāi)關(guān)損髦顯著增加，允許通過(guò)的平均電流相降低，此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用。

可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬(wàn)倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開(kāi)通、關(guān)斷；無(wú)觸點(diǎn)運(yùn)行，無(wú)火花、無(wú)噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過(guò)載能力較差；容易受干擾而誤導(dǎo)通。可控硅從外形上分類(lèi)主要有：螺栓形、平板形和平底形。

可控硅的測(cè)量方法-怎樣用萬(wàn)用表測(cè)量可控硅的各電極

1.可控硅的測(cè)量方法-單向可控硅的檢測(cè)

萬(wàn)用表選用電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測(cè)任意兩引腳間正反向電阻直至找出讀數(shù)為數(shù)十歐姆的一對(duì)引腳，此時(shí)黑筆接的引腳為控制極G，紅筆接的引腳為陰極K，另一空腳為陽(yáng)極A。此時(shí)將黑表筆接已判斷了的陽(yáng)極A，紅表筆仍接陰極K。此時(shí)萬(wàn)用表指針應(yīng)不動(dòng)。用短接線瞬間短接陽(yáng)極A和控制極G，此時(shí)萬(wàn)用表指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，阻值讀數(shù)為10歐姆左右。如陽(yáng)極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時(shí)，萬(wàn)用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明該單向可控硅已擊穿損壞。

2.可控硅的測(cè)量方法-雙向可控硅的檢測(cè)

用萬(wàn)用表電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測(cè)任意兩引腳正反向電阻，結(jié)果其中兩組讀數(shù)為無(wú)窮大。若一組為數(shù)十歐姆時(shí)，該組紅黑表筆所接的兩引腳為第一陽(yáng)極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽(yáng)極A2。

確定A、G極后，再仔細(xì)測(cè)量A1、G極間正反向電阻，讀數(shù)相對(duì)較小的那次測(cè)量的黑表筆所接的引腳為第一陽(yáng)極A1，紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定了的第二陽(yáng)極A2，紅表筆接第一陽(yáng)極A1，此時(shí)萬(wàn)用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無(wú)窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接，給G極加上正向觸發(fā)電壓，A2、A1間阻值約為10歐姆左右。

隨后斷開(kāi)A2、G極短接線，萬(wàn)用表讀數(shù)應(yīng)保持10歐姆左右?；Q紅黑表筆接線，紅表筆接第二陽(yáng)極A2，黑表筆接第一陽(yáng)極A1。同樣萬(wàn)用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無(wú)窮大。

用短接線將A2、G極間再次瞬間短接，給G極加上負(fù)向的觸發(fā)電壓，A1、A2間阻值也是10歐姆左右。隨后斷開(kāi)A2、G極間短接線，萬(wàn)用表讀數(shù)應(yīng)不變，保持10歐姆左右。符合以上規(guī)律，說(shuō)明被測(cè)雙向可控硅管未損壞且三個(gè)引腳極性判斷正確。

可控硅的的結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)

不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu)。見(jiàn)圖1。它有三個(gè)PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽(yáng)極A，從N2層引出陰級(jí)K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件。

圖1 可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖

可控硅元件的工作原理及基本特性

1、工作原理

可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如圖2所示

圖2 可控硅等效圖解圖

當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，BG2便有基流ib2流過(guò)，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。

由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。

由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見(jiàn)表三

表三、可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件

2、基本伏安特性

可控硅的基本伏安特性見(jiàn)圖3

圖3 可控硅基本伏安特性

（1）反向特性 當(dāng)控制極開(kāi)路，陽(yáng)極加上反向電壓時(shí)（見(jiàn)圖4），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時(shí)只能流過(guò)很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開(kāi)始彎曲，如特性O(shè)R段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向擊穿。

（2）正向特性 當(dāng)控制極開(kāi)路，陽(yáng)極上加上正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖5），J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過(guò)很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性O(shè)A段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓

由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入N1區(qū)，空穴時(shí)入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過(guò)J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過(guò)J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見(jiàn)圖3的虛線AB段。

這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)---通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，見(jiàn)圖3中的BC段

3、觸發(fā)導(dǎo)通

在控制極G上加入正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖6）因J3正偏，P2區(qū)的空穴時(shí)入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫ㄒ?jiàn)圖2）的基礎(chǔ)上，加上IGT的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖3的伏安特性O(shè)A段左移，IGT越大，特性左移越快。

圖6 陽(yáng)極和控制極均加正向電壓

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