可控硅

可控硅整流器 (SCR)

可控硅整流器（SCR），又称晶闸管，是一种大功率电气元件。具有体积小、效率高、使用寿命长等优点。在自动控制系统中，它可以作为大功率驱动器，以低功耗控制来控制大功率设备。已广泛应用于交、直流电机调速系统、功率调节系统、伺服系统等。

晶闸管有两种类型：单向晶闸管和双向晶闸管。双向晶闸管，又称三端双向晶闸管，简称TRIAC。双向晶闸管在结构上相当于两个单向晶闸管反向连接，这种晶闸管具有双向导通功能。它的通断状态由控制极G决定。在控制极G上加一个正（或负）脉冲可以使其正向（或反向）导通。该器件的优点是控制电路简单，不存在反向耐压问题，因此特别适合用作交流无触点开关。

1 可控硅结构

我们使用的是单向晶闸管，也称为普通晶闸管。它们由四层半导体材料组成，具有三个PN结和三个外部电极[图2(a)]：从第一层P型半导体引出的电极称为阳极A，从第一层P型半导体引出的电极称为阳极A，从第一层P型半导体引出的电极称为阳极A。第三层P型半导体称为控制电极G，从第四层N型半导体引出的电极称为阴极K。 从晶闸管的电子符号来看[图1]：如图2(b)]，我们可以看到它是一个像二极管一样的单向导电器件。关键是增加了控制电极G，这使得它具有与二极管完全不同的工作特性。

P1N1P2N2四层三端器件，以硅单晶为基本材料，始于1957年。由于其特性与真空晶闸管相似，国际上通称为硅晶闸管，简称晶闸管T。另外，由于晶闸管最初用于静态整流，又称为可控硅元件，简称晶闸管SCR。

从性能上来说，可控硅不仅具有单一的导电性，而且比硅整流元件（俗称可控硅）更具有可贵的可控性。"死硅"）。它只有两种状态：开和关。

晶闸管可以控制毫安级电流的大功率机电设备。如果超过这个功率，由于元件开关损耗显着增加，允许通过的平均电流将会减少。此时应降低标称电流使用。

晶闸管的优点很多，比如用小功率控制大功率，功率放大倍数可达几十万倍；极快响应，微秒级开启和关闭；无接触操作，无火花，无噪音；高效率、低成本等。

晶闸管从外观上主要分为螺栓形、平板形、平底形。

晶闸管元件结构

无论晶闸管的外观如何，其核心都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。如图1所示，具有三个PN结（J1、J2、J3），阳极A从J1结构的P1层引入，阴极K从N2层引入，控制电极G从P2层引入。因此，它是一个四层、三端子的半导体器件。

2 工作原理

结构元素

晶闸管是具有三个PN结的P1N1P2N2四层三端子结构元件。分析原理时，可以认为是由一个PNP晶体管和一个NPN晶体管组成，其等效图如右图所示。双向晶闸管：双向晶闸管是一种可控硅整流器件，又称TRIAC。该装置可以实现电路中交流电源的无接触控制，以小电流控制大电流。具有无火花、动作快、寿命长、可靠性高、电路结构简化等优点。从外观上看，双向晶闸管与普通晶闸管非常相似，具有三个电极。然而，除了一个电极G仍称为控制电极外，另外两个电极通常不再称为阳极和阴极，而是统称为主电极T1和T2。其符号也与普通晶闸管不同，是由两个晶闸管颠倒连接在一起绘制而成，如图2所示。其型号一般表示为"3CTS"或者"KS"在中国; 国外数据也可以用“TRIAC”来表示。双向晶闸管的规格、型号、外观、电极引脚排列因厂家而异，但其电极引脚大多从左到右按T1、T2、G的顺序排列（观察时，电极引脚为朝下且面向有字符的一面）。市场上最常见的塑封结构双向晶闸管的外观及电极引脚排列如图1所示。

3 可控硅特性

为了直观地了解晶闸管的工作特性，我们来看看这个教学板（图3）。晶闸管VS与小灯泡EL串联，通过开关S与直流电源相连。注意阳极A接电源正极，阴极K接电源负极控制极G通过按钮开关SB接1.5V直流电源正极（此处采用KP1型晶闸管，若采用KP5型晶闸管则应接1.5V直流电源正极） 3V直流电源）。晶闸管与电源的连接方式称为正向连接，即在晶闸管的阳极和控制极上都施加正电压。打开电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管不导通；再次按下按钮开关SB，向控制极输入触发电压。小灯泡亮起，表明晶闸管导通。这个演示实验给了我们什么启示呢？

这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在其阳极A和阴极K之间施加正向电压，二是在其控制极G和阴极K之间输入正向触发电压。晶闸管导通后接通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍保持导通状态。

4 可控硅的特点

一触即达。然而，如果在阳极或控制电极上施加反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过施加正向触发脉冲来导通晶闸管，但不能关断。那么，可以用什么方法来关断导通晶闸管呢？通过关断导通晶闸管，可以断开阳极电源（图3中的开关S）或将阳极电流减小到保持连续性所需的最小值（称为维持电流）。如果在晶闸管的阳极和阴极之间施加交流电压或脉动直流电压，当电压过零时，晶闸管将自动关断。

应用类型

图4为双向晶闸管的特性曲线。

如图所示，双向晶闸管的特性曲线由第一象限和第三象限内的曲线组成。第一象限的曲线表明，当施加在主电极上的电压使Tc具有朝向T1的正极性时，称为正向电压，用符号U21表示。当该电压逐渐增大到转折点电压UBO时，图3(b)左侧的晶闸管触发导通，此时的导通电流为I21，从T2流向Tl。从图中可以看出，触发电流越大，转折电压越低。这种情况与普通晶闸管的触发导通规律是一致的。当施加到主电极的电压导致Tl具有朝向T2的正极性时，称为反向电压，用符号U12表示。当该电压达到转折点电压值时，图3(b)右侧的晶闸管触发导通，此时的电流为I12，方向从T1流向T2。此时，双向晶闸管的特性曲线如图4第三象限所示。

四种触发方式

由于在双向晶闸管的主极上，无论施加正向还是反向电压，无论触发信号是正向还是反向，它都能被触发导通，因此有以下四种触发方式：（ 1)当主电极T2对T1施加的电压为正向电压时，控制电极G对第一电极T1施加的电压也是正向触发信号(图5a)。双向晶闸管触发导通后，电流I2l的方向从T2流向T1。从特性曲线可以看出，双向晶闸管触发器的导通规律是根据第二象限的特性进行的，又由于触发信号为正向，因此这种触发器称为"第一象限正向触发"或I+触发方法。(2) 如果主极T2仍加正向电压，触发信号改为反向信号(图5b)，则双向晶闸管触发导通后，通态电流方向仍为从T2到T1。我们称这个触发器为"第一象限负触发"或 I 触发方法。(3)在两个主电极上施加反向电压U12(图5c)，并输入正向触发信号。双向晶闸管导通后，导通电流从T1流向T2。双向晶闸管按第三象限特性曲线工作，因此这种触发方式称为III+触发方式。(4)两个主电极仍施加反向电压U12，输入为反向触发信号(图5d)。双向晶闸管导通后，导通电流仍从T1流向T2。这种触发器称为 III touch

(4)两个主电极仍施加反向电压U12，输入为反向触发信号(图5d)。双向晶闸管导通后，导通电流仍从T1流向T2。这种触发方式称为III触发方式。双向晶闸管虽然有以上四种触发方式，但负信号触发所需的触发电压和电流都比较小。工作比较可靠，因此在实际使用中广泛采用负触发方式。

5 目的

普通晶闸管最基本的用途是可控整流。我们所熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果用晶闸管代替二极管，就可以组成可控整流电路。以最简单的单相半波可控整流电路为例，在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极不输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通。只有当U2处于正半周，且触发脉冲Ug加到控制极时，晶闸管才被触发导通。画出其波形（c）和（d），只有当触发脉冲Ug到来时，负载RL上才会有电压UL输出。ug到达早，晶闸管导通时间早；乌格来晚了，且晶闸管导通时间较晚。通过改变触发脉冲Ug到达控制极的时间，可以调节负载上的平均输出电压UL。在电气技术中，常将交流电的半周期定为180°，称为电角。这样，U2从零到触发脉冲到达时刻所经历的每个正半周所经历的电角称为控制角α；每个正半周内晶闸管导通的电角称为导通角θ显然，α和θ都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期内的导通或截止范围。通过改变控制角α或导通角θ，通过改变负载上的脉冲直流电压的平均值UL，

1：小功率塑封双向可控硅通常用作声光照明系统。额定电流：IA小于2A。

2：大；功率型可控稳压电路常用中功率塑封和铁封晶闸管。如可调电压输出直流电源等。

3：工业上常用大功率高频晶闸管；高频熔炼炉等