可控硅工作原 理及参数详解

美国强力球 2019-06-12 14:01140http://www.stockmoe.com/admin

可控硅全称“可控硅整流元件”(Silicon Controlled Rectifier),简写为SCR,别名晶体闸流管(Thyristor),是一种具有三个PN结、四层结构的大功率半导体器件。可控硅体积小、结构简单、功能强,可起到变频、整流、逆变、无触点开关等多种作用,因此现已被广泛应用于各种电子产品中,如调光灯、摄像机、无线电遥控、组合音响等。

其原理图符号如下图所示:

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从可控硅的电路符号可以看到,它和二极管一样是一种单方向导电的器件,只是多了一个控制极G,正是它使得可控硅具有与二极管完全不同的工作特性。可控硅是可以处理耐高压、大电流的大功率器件,随着设计技术和制造技术的进步,越来越大容量化 。

可控硅的基本结构如下图所示:

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 三个PN结(J1、J2、J3)组成4层P1-N1-P2-N2结构的半导体器件对外有三个电极,由最外层P型半导体材料引出的电极作为阳极A,由中间的P型半导体材料引出的电极称为控制极G,由最外层的N型半导体材料引出的电极称为阴极K,它可以等效成如图所示的两只三极管电路。

下面我们来看看可控硅的工作原理:

如下图所示,初始状态下,电压VAK施加到可控硅的A、K两个端,此时三极管Q1与Q2都处于截止状态,两者地盘互不侵犯。

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此时VAK电压全部施加到A、K两极之间,这个允许施加的最大电压VAK即断态重复峰值电压VDRM(Peak Repetitive  Off-State Voltage,相应的有断态重复峰值电流IDRM(Peak Repetitive Off-State Current

如下图所示,电压VGK施加到G、K两极后,Q2的发射结因正向偏置而使其导通,从而产生了基极电流IB2,此时Q2尚处于截止状态,可控硅阳极电流IA为0,Q1的基极电流IB1也为0,电阻R2上也没有压降,因此Q2的集电极-发射电压VCE2为VAK,这个电压值通常远大于VBE2,即使是在测试数据手册中的参数时,VAK也至少有6V,实际应用时VAK会有几百伏,因此,三极管Q2的发射结正偏、集电结反偏,开始处于放大状态。

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只有在G、K加上正向电压后,才可以触发可控硅的导通,这个触发电压的最小值称为门极触发电压VGT(Gate Trigger Voltage,这个值就是一个PN结的结电压(不是电池电压VGK),此时流过控制极的电流称为门极触发电流IGT(Gate Trigger Voltage

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刚刚进入放大状态(微导通)的三极管Q2将基极电流IB2进行放大,相应集电极的电流为IC2,其值为(IB2×β2),尽管放大了β2倍,但此时的IC2还比较小,因此IA与IB1也比较小(但是已经不为0了),电阻R2中也有微小电流,可以看成一个完整的电流回路,但此时的Q2的集电极-发射极压降仍然很大。

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与此同时,三极管Q1的发射极一直是VAK(最高电压),集电极一直是较低的电压(VBE2),只要基极设置合适的电压,就可以进入放大状态,所以一直卧薪尝胆、蛰伏待机。Q2集电极电流IC2的出现,使得三极管Q1有机可乘。

处于微导通状态的三极管Q2形成的回路使三极管Q1基极所欠缺的电压一步到位,时机终于成熟了,三极管Q1也因此刚刚进入放大状态(微导通)!由于IB1与IC2是相同的,IB1经Q1放大后,其集电极电流IC1=(IB2×β2×β1),这个电流值又比IC2增大了β1倍。

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三极管Q1放大后的集电极电流IC1无处可逃,只好往Q2的基极去钻(不会跑到电阻R1这边来,因为电压VGK肯定比VBE2要高,水往低处走),IC1就变成了IB2,三极管Q2的基极电流IB2被替换成了(IB2×β2×β1),比原来增加了(β2×β1)倍。

所谓人多好办事,这个更大的基极电流IB2第二次被三极管Q2放大,此时的IC2就是(IB2×β2×β1×β2),然后又重复被两个三极管交互进行正反馈放大,周而复始。

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