可控硅元件的工作原理及基本特性 (可控硅如何工作)
编辑:rootadmin
可控硅也称晶体闸流管（晶闸管），普通单向可控硅是一种PNPN四层半导体器件，内含三个PN结，有三个引出电极，分别是阳极A，阴极K和控制极G。而双向可控硅则为NPNPN五层半导体器件，三个电极分别是门极G、第一阳极T1、第二阳极T2。下面介绍其工作理和电极的判定。一、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。
（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J1J2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击穿。（2）正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），J1J3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J1J2J3三个结均处于正偏，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段三、触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。四、单向可控硅的测量上图是在控硅的符号和原理结构图，从图中可以看出，控制极与阴极之间是一个PN结，换句话说，只要测出哪两只脚之间是一个PN结，那么两只脚就确定了，剩下的一只脚也确定了。单向可控硅触发导通的条件有两个，一是要在阳极与阴极间加正电压，二是要在控制极与阴极间加上正触发电压。可控硅一旦导通控制电压即失去作用，只有阳极电压降到某一值或是加反向电压时，可控硅才会关断。五、双向可控硅的测量上图是双向可控硅的结构与符号，它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是G、T1、T2。因该器件可以双向导通，故T1T2统为主端子，不再有阴阳极之分。其特点是：当G和T2极相对于T1的电压均为正时，T2是阴极，T1是阳极；当G和T2极相对于T1的电压均为负时，T2是阳极，T1是阴极。判定T2极由图可见，G与T1靠近，与T2较远。用R×1档测G-T1电阻，正反向仅几十欧姆，而G-T2、T1-T2间正反向电阻均无穷大。换句话说，只要测得某两脚正反向仅几十欧姆，剩下的那只脚就是T2。另外，采用TQ-封装的可控硅，T2通常与散热板相连。区分G和T1极找出T2后，假定剩下的某脚为T1，另一只为G，黑笔接T1，红笔接T2，此时电阻无穷大。接着红笔短路G和T2，给G加负触发信号，电阻应为几十欧姆。证明管子已导通，方向为T1-T2，脱开G，导通状态应维持。如果假定与实际不符，要重新假定，如果无论怎样测量，都不能导通，证明管子已坏。R×1档可检查3A内的管子，检查3A以上的，管子很难维持导通状态，一旦脱开G极，电阻又变为无穷大。
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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1二、可控硅的基本伏安特性可控硅的基本伏安特性见图2（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J1J2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击穿。（2）正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），J1J3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J1J2J3三个结均处于正偏，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段三、触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。四、单向可控硅的测量上图是在控硅的符号和原理结构图，从图中可以看出，控制极与阴极之间是一个PN结，换句话说，只要测出哪两只脚之间是一个PN结，那么两只脚就确定了，剩下的一只脚也确定了。单向可控硅触发导通的条件有两个，一是要在阳极与阴极间加正电压，二是要在控制极与阴极间加上正触发电压。可控硅一旦导通控制电压即失去作用，只有阳极电压降到某一值或是加反向电压时，可控硅才会关断。五、双向可控硅的测量上图是双向可控硅的结构与符号，它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是G、T1、T2。因该器件可以双向导通，故T1T2统为主端子，不再有阴阳极之分。其特点是：当G和T2极相对于T1的电压均为正时，T2是阴极，T1是阳极；当G和T2极相对于T1的电压均为负时，T2是阳极，T1是阴极。判定T2极由图可见，G与T1靠近，与T2较远。用R×1档测G-T1电阻，正反向仅几十欧姆，而G-T2、T1-T2间正反向电阻均无穷大。换句话说，只要测得某两脚正反向仅几十欧姆，剩下的那只脚就是T2。另外，采用TQ-封装的可控硅，T2通常与散热板相连。区分G和T1极找出T2后，假定剩下的某脚为T1，另一只为G，黑笔接T1，红笔接T2，此时电阻无穷大。接着红笔短路G和T2，给G加负触发信号，电阻应为几十欧姆。证明管子已导通，方向为T1-T2，脱开G，导通状态应维持。如果假定与实际不符，要重新假定，如果无论怎样测量，都不能导通，证明管子已坏。R×1档可检查3A内的管子，检查3A以上的，管子很难维持导通状态，一旦脱开G极，电阻又变为无穷大。 
