一、可控硅的工作原理可控硅是可控硅整流器的簡稱。它是由三個PN結四層結構硅芯片和三個電極組成的半導體器件。圖3-29是它的結構、外形和圖形符號。可控硅的三個電極分別叫陽極(A)、陰極(K)和控制極(G)。當器件的陽極接負電位(相對陰極而言)時，從符號圖上可以看出PN結處于反向，具有類似二極管的反向特性。當器件的陽極上加正電位時(若控制極不接任何電壓)，在一定的電壓范圍內，器件仍處于阻抗很高的關閉狀態。但當正電壓大于某個電壓(稱為轉折電壓)時，器件迅速轉變到低阻通導狀態。加在可控硅陽極和陰極間的電壓低于轉折電壓時，器件處于關閉狀態。此時如果在控制極上加有適當大小的正電壓(對陰極)，則可控硅可迅速被激發而變為導通狀態。可控硅一旦導通，控制極便失去其控制作用。就是說，導通后撤去柵極電壓可控硅仍導通，只有使器件中的電流減到低于某個數值或陰極與陽極之間電壓減小到零或負值時，器件才可恢復到關閉狀態。圖3-30是可控硅的伏安特性曲線。圖中曲線I為正向阻斷特性。無控制極信號時，可控硅正向導通電壓為正向轉折電壓(UB0)；當有控制極信號時，正向轉折電壓會下降(即可以在較低正向電壓下導通)，轉折電壓隨控制極電流的增大而減小。當控制極電流大到一定程度時，就不再出現正向阻斷狀態了。曲線為導通工作特性。可控硅導通后內阻很小，管子本身壓降很低，外加電壓幾乎全部降在外電路負載上，并流過比較大的負載電流，特性曲線與二極管正向導通特性相似。若陽極電壓減小(或負載電阻增加)，致使陽極電流小于維持電流IH時，可控硅從導通狀態立即轉為正向阻斷狀態，回到曲線I狀態。曲線為反向阻斷特性。當器件的陽極加以反向電壓時，盡管電壓較高，但可控硅不會導通(只有很小的漏電流)。只有反向電壓達到擊穿電壓時，電流才突然增大，若不加限制器件就會燒毀。正常工作時，外加電壓要小于反向擊穿電壓才能保證器件安全可靠地工作。可控硅的重要特點是：只要控制極中通以幾毫安至幾十毫安的電流就可以觸發器件導通，器件中就可以通過較大的電流。利用這種特性可用于整流、開關、變頻、交直流變換、電機調速、調溫、調光及其它自動控制電路中。二、可控硅的主要技術參數1正向阻斷峰值電壓(VPFU)是指在控制極開路及正向阻斷條件下，可以重復加在器件上的正向電壓的峰值。此電壓規定為正向轉折電壓值的80。2反向阻斷峰值電壓(VPRU)它是指在控制極斷路和額定結溫度下，可以重復加在器件上的反向電壓的峰值。此電壓規定為最高反向測試電壓值的80。3額定正向平均電流(IF)在環境溫度為+40C時，器件導通(標準散熱條件)可連續通過工頻(即指供電網供給的電源頻率一般為50Hz或60Hz，我國規定為50Hz)正弦半波電流的平均值。4正向平均壓降(UF)在規定的條件下，器件通以額定正向平均電流時，在陽極與陰極之間電壓降的平均值。5維持電流(IH)在控制極斷開時，器件保持導通狀態所必需的最小正向電流。6控制極觸發電流(Ig)陽極與陰極之間加直流6V電壓時，使可控硅完全導通所必需的最小控制極直流電流。7控制極觸發電壓(Ug)是指從阻斷轉變為導通狀態時控制極上所加的最小直流電壓。普通小功率可控硅參數見表3-lO。表3-10 普通小功率可控硅參數型號額定正向平均電流（A）正向阻斷峰值電壓（V）反向阻斷峰值電壓（V）最大正向平均壓降（V）維持電流（mA）控制極觸發電壓（V）控制極電流（mA）控制極最大允許正向電壓（V）3CT113030003030001.2202.520103CT553030003030001.2403.550103CT10103030003030001.2603.570103CT20203030003030001.2603.57110*正向阻斷峰值電壓及反向阻斷峰值電壓在303000范圍內分檔。三、多種用途的可控硅根據結構及用途的不同，可控硅已有很多不同的類型，除上述介紹的整流用普通可控硅之外還有；快速可控硅。這種可控硅可以工作在較高的頻率下，用于大功率直流開關、電脈沖加工電源、激光電源和雷達調制器等電路中。雙向可控硅。它的特點是可以使用正的或負的控制極脈沖，控制兩個方向電流的導通。它主要用于交流控制電路，如溫度控制、燈光調節及直流電極調速和換向電路等。逆導可控硅。主要用于直流供電車輛(如無軌電車)的調速。可關斷可控硅。這是一種新型可控硅，它利用正的控制極脈沖可觸發導通，而用負的控制極脈沖可以關斷陽極電流，恢復阻斷狀態。利用這種特性可以做成無觸點開關或用于直流調壓、電視機中行掃描電路及高壓脈沖發生器電路等。可控硅的用途很廣泛，下面僅舉兩例來說明可控硅電路的工作過程。圖3-31是采用雙基極管的可控硅調壓電路，D1D2組成全波橋式整流電路。BG雙基極管構成可控硅的同步觸發電路(是一個張弛振蕩器)。整流電壓經電阻R1降壓后加在A、B兩點。整流后脈動電壓的正半周通過R4、W向電容C充電，當充電電壓達到雙基極管峰點電壓UP時，BG由截止轉為導通，電容C通過b1e結及R。迅速放電，其放電電流在R。上產生一個尖脈沖，成為觸發可控硅(SCR)極的觸發信號，從而導致可控硅導通。可控硅導通后其正向壓降很低，所以張弛振蕩器即停止工作，電源電壓過零時(由于無濾波電容，故為單向脈動電壓)可控硅就自動關斷。待下一個正半周到來時，電容C又充電，重復上述過程。因而串聯于整流電路的負載RL上就得到個受控的脈沖電壓。電容C的充電速度與R4、W及C的乘積有關，所以調節W之值，即能改變電容C充電到U，值的時間也就可以改變可控硅的導通時間，從而改變了負載上電壓的大小。圖3-32是一種利用可控硅做成的感應(接近)開關。它是利用人體電容和電阻與電路上電容C1，并聯促使氖管N導通點燃，從而在電阻R1上產生可控硅的觸發信號，使可控硅導通，點著串于可控硅電路里的燈泡。也可在電路里串接繼電器，帶動其他電器裝置的開啟或關閉。四、用萬用表檢查可控硅的好壞1判定可控硅的電極小功率可控硅的電極從外形上可以差別，一般陽極為外殼，陰極線比控制極引線長，如圖3-29所示。如果其它型式的封裝，不知電極引線時可以用萬用表的電阻檔進行判別。從可控硅的結構圖上可以看出，陰極與控制極之間有一個PN結，而陽極與控制極之間有兩個反向串聯的PN結。用電表R100檔先測出控制極。方法是將負表筆試接某一電極，正表筆依次碰觸另外兩個電極，假如有一次阻值很小(約幾百歐姆)，另一次阻值很大(約幾千歐姆)，說明負表筆接的正是控制極(G)。在阻值小的那次測量中，接正表筆的一端是陰極(C或K)，阻值大的那次，接正表筆的是陽極(A)；若兩次測出的阻值均很大，說明負表筆接的不是控制極，應更換另外一個電極，重復上述判別2檢查可控硅的好壞對于一個良好的可控硅應包括以下內容：三個PN結均是良好的；可控硅反向電壓時能夠阻斷，不導通；可控硅正向在控制極開路時能夠阻斷；如果控制極加了正向電流，而陽極加正向電壓時可控硅可以導通，且撤去控制極電流后仍能維持導通。對于前三項可以通過測量極間電阻的方法判別，后一條要進行導通試驗。(1)測極間電阻。用萬用表電阻檔測陽極與控制極之間、陽極與陰極之間的電阻。注意，宜用電表電阻最高檔，阻值均應很高。如阻值很小，并用低阻檔再量阻值仍較小，表明可控硅已擊穿、管子是壞的。陽極和陰極之間的正向電阻值(即陽極接負表筆，陰極接正表筆時阻值)，反映可控硅正向阻斷特性，阻值愈大，表示正向漏電流愈小。陽極與陰極之間的反向阻值反映可控硅的反向阻斷特性，阻值愈大，表示反向漏電流愈小。測控制極與陰極之間的電阻。用R10或R100檔測量為宜。如果正向電阻(控制極接負筆，陰極接正筆)極大，接近處，表示控制極與陰極之間已經燒毀，管子已壞。至于反向電阻應很大，不過有些管子控制極與陰極之間的反向電阻并不太高，這也是正常的。表3-11給出測量3CT5B可控硅的G、C極間電阻數據，供參考。表3-11 3CT5可控硅G、C極間電阻值 表筆接法萬用表檔次A eq oac(,-)C eq oac(,+)A eq oac(,+)C eq oac(,-)G eq oac(,-)C eq oac(,+)G eq oac(,+)C eq oac(,-)A eq oac(,-)G eq oac(,+)A eq oac(,+)G eq oac(,-)R145R10120R1K1.4K100KR10K2K50K(2)導通試驗。利用萬用表的直流電流檔(100mA檔或更大些電流檔)，需外加6V直流電源，按圖3-33所示電路接好。先不合開關K，此時電流表指示應很小(正向阻斷)，當K閉合時電流應有100mA左右。電流若很小表明管子正向壓降太大或已損壞。再斷開K，電表指示應仍為100mA左右基本上無變化。切斷6V電源再一次重復上述過程，如一切同前表示管子導通性能是良好的。在沒有萬用表時，用6.3V小燈泡代替電表也可以，導通時燈泡亮。五、單結晶體管單結晶體管的結構和電路符號如圖3-34所示。因為它只有一個PN結，所以稱為單結晶體管。但由于它有兩個基極，故又稱雙基極二極管。它的外形與三極管相似，也有三只管腳，其中一個是發射極(e)，另外兩個是基極(b1和b2)。它是一種具有負阻特性的器件(電流增加而電壓降反而減小的特性)。圖3-35是它的伏安特性曲線及等效電路。雙基極管可組成弛張振蕩器、自激多諧振蕩器以及定時延時等電路，具有電路結構簡單、熱穩定性好等優點。從雙基極管的伏安特性可以看清其工作原理。當兩基極b1、b2間加上電壓Ubb時(參見典型應用電路(圖3-36)，等效電路中A點電壓為式中可稱為單結管的分壓比，是由管子內部結構所決定的，一般為0.30.9之間。輸入電壓UUbb時，發射極與基極之間的PN結處于反向偏置，管子截止，電流很小。當輸入電壓UbeUbb+UD時，(UD為二極管正向壓降約為0.7V)PN結正向導電，Ie明顯增加，rbl阻值迅速減小，Ue相應下降。這種電壓隨電流增加反而下降的特性就是雙基極管的負阻特性。管子由截止區進入負阻區的交界點稱為峰點。與其對應的發射極電壓和電流分別稱為峰點電壓VP和峰點電流IP，顯然UPUbb。隨著發射極電流Ie不斷增加，Ue不斷下降，降至某一點時不再下降了，這一點稱為谷點。谷點之后管子特性進入了飽和區。與谷點對應的發射極電壓Uu與發射極電流Iu分別稱為谷點電壓和谷點電流。顯然Uu是維持單結管導通的最小發射極電壓，只要UeUu管子又會重新截止。特性進入飽和區后，發射極與第一基極間的電流達到飽和狀態，所以Ue繼續增加時，