可控硅的工作原理及型號(hào)參數(shù)
一． 可控硅是可控硅整流器的簡(jiǎn)稱。它是由三個(gè)PN結(jié)四層結(jié)構(gòu)硅芯片和三個(gè)電極組成的半導(dǎo)體器件。號(hào)。
二． 可控硅圖3-29是它的結(jié)構(gòu)、外形和圖形符.
可控硅的三個(gè)電極分別叫陽(yáng)極(A)、陰極(K)和控制極(G)。當(dāng)器件的陽(yáng)極接負(fù)電位(相對(duì)陰極而言)時(shí)，從符號(hào)圖上可以看出PN結(jié)處于反向，具有類似二極管的反向特性。當(dāng)器件的陽(yáng)極上加正電位時(shí)(若控制極不接任何電壓)，在一定的電壓范圍內(nèi)，器件仍處于阻抗很高的關(guān)閉狀態(tài)。但當(dāng)正電壓大于某個(gè)電壓(稱為轉(zhuǎn)折電壓)時(shí)，器件迅速轉(zhuǎn)變到低阻通導(dǎo)狀態(tài)。加在可控硅陽(yáng)極和陰極間的電壓低于轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，器件處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)如果在控制極上加有適當(dāng)大小的正電壓(對(duì)陰極)，則可控硅可迅速被激發(fā)而變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。可控硅一旦導(dǎo)通，控制極便失去其控制作用。就是說(shuō)，導(dǎo)通后撤去柵極電壓可控硅仍導(dǎo)通，只有使器件中的電流減到低于某個(gè)數(shù)值或陰極與陽(yáng)極之間電壓減小到零或負(fù)值時(shí)，器件才可恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)。
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(wú)控制極信號(hào)時(shí)，可控硅正向?qū)妷簽檎蜣D(zhuǎn)折電壓(UB0)；當(dāng)有控制極信號(hào)時(shí)，正向轉(zhuǎn)折電壓會(huì)下降(即可以在較低正向電壓下導(dǎo)通)，轉(zhuǎn)折電壓隨控制極電流的增大而減小。當(dāng)控制極電流大到一定程度時(shí)，就不再出現(xiàn)正向阻斷狀態(tài)了。
曲線Ⅱ為導(dǎo)通工作特性。可控硅導(dǎo)通后內(nèi)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(fù)載上，并流過(guò)比較大的負(fù)載電流，特性曲線與二極管正向?qū)ㄌ匦韵嗨?。若?yáng)極電壓減小(或負(fù)載電阻增加)，致使陽(yáng)極電流小于維持電流IH時(shí)，可控硅從導(dǎo)通狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為正向阻斷狀態(tài)，回到曲線I狀態(tài)。
曲線Ⅲ為反向阻斷特性。當(dāng)器件的陽(yáng)極加以反向電壓時(shí)，盡管電壓較高，但可控硅不會(huì)導(dǎo)通(只有很小的漏電流)。只有反向電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，電流才突然增大，若不加限制器件就會(huì)燒毀。正常工作時(shí)，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(diǎn)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(fā)器件導(dǎo)通，器件中就可以通過(guò)較大的電流。利用這種特性可用于整流、開(kāi)關(guān)、變頻、交直流變換、電機(jī)調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)光及其它自動(dòng)控制電路中。
1．正向阻斷峰值電壓(VPFU)
是指在控制極開(kāi)路及正向阻斷條件下，可以重復(fù)加在器件上的正向電壓的峰值。此電壓規(guī)定為正向轉(zhuǎn)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(jié)溫度下，可以重復(fù)加在器件上的反向電壓的峰值。此電壓規(guī)定為最高反向測(cè)試電壓值的80％。
3．額定正向平均電流(IF)
在環(huán)境溫度為+40C時(shí)，器件導(dǎo)通(標(biāo)準(zhǔn)散熱條件)可連續(xù)通過(guò)工頻(即指供電網(wǎng)供給的電源頻率．一般為50Hz或60Hz，我國(guó)規(guī)定為50Hz)正弦半波電流的平均值。
4．正向平均壓降(UF)
在規(guī)定的條件下，器件通以額定正向平均電流時(shí)，在陽(yáng)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(kāi)時(shí)，器件保持導(dǎo)通狀態(tài)所必需的最小正向電流。
6．控制極觸發(fā)電流(Ig)
陽(yáng)極與陰極之間加直流6V電壓時(shí)，使可控硅完全導(dǎo)通所必需的最小控制極直流電流。
7．控制極觸發(fā)電壓(Ug)
是指從阻斷轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)控制極上所加的最小直流電壓。
普通小功率可控硅參數(shù)見(jiàn)表3-lO。
表3-10 普通小功率可控硅參數(shù)
型號(hào) | 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(fā)電壓 （V） | 控制 極電流 （mA） | 控制極最大允許正向電壓 （V） |
3CT1 | 1 | 30～3000 | 30～3000 | 1.2 | ＜20 | ＜2.5 | ＜20 | 10 |
3CT5 | 5 | 30～3000 | 30～3000 | 1.2 | ＜40 | ＜3.5 | ＜50 | 10 |
3CT10 | 10 | 30～3000 | 30～3000 | 1.2 | ＜60 | ＜3.5 | ＜70 | 10 |
3CT20 | 20 | 30～3000 | 30～3000 | 1.2 | ＜60 | ＜3.5 | ＜71 | 10 |
*正向阻斷峰值電壓及反向阻斷峰值電壓在30～3000范圍內(nèi)分檔。
根據(jù)結(jié)構(gòu)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；①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(kāi)關(guān)、電脈沖加工電源、激光電源和雷達(dá)調(diào)制器等電路中。②雙向可控硅。它的特點(diǎn)是可以使用正的或負(fù)的控制極脈沖，控制兩個(gè)方向電流的導(dǎo)通。它主要用于交流控制電路，如溫度控制、燈光調(diào)節(jié)及直流電極調(diào)速和換向電路等。③逆導(dǎo)可控硅。主要用于直流供電車輛(如無(wú)軌電車)的調(diào)速。④可關(guān)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(fā)導(dǎo)通，而用負(fù)的控制極脈沖可以關(guān)斷陽(yáng)極電流，恢復(fù)阻斷狀態(tài)。利用這種特性可以做成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或用于直流調(diào)壓、電視機(jī)中行掃描電路及高壓脈沖發(fā)生器電路等。
可控硅的用途很廣泛，下面僅舉兩例來(lái)說(shuō)明可控硅電路的工作過(guò)程。
圖3-31是采用雙基極管的可控硅調(diào)壓電路，D1～D2組成全波橋式整流電路。BG雙基極管構(gòu)成可控硅的同步觸發(fā)電路(是一個(gè)張弛振蕩器)。整流電壓經(jīng)電阻R1降壓后加在A、B兩點(diǎn)。整流后脈動(dòng)電壓的正半周通過(guò)R4、W向電容C充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到雙基極管峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，BG由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，電容C通過(guò)b1e結(jié)及R。迅速放電，其放電電流在R。上產(chǎn)生一個(gè)尖脈沖，成為觸發(fā)可控硅(SCR)極的觸發(fā)信號(hào)，從而導(dǎo)致可控硅導(dǎo)通?？煽毓鑼?dǎo)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(guò)零時(shí)(由于無(wú)濾波電容，故為單向脈動(dòng)電壓)可控硅就自動(dòng)關(guān)斷。待下一個(gè)正半周到來(lái)時(shí)，電容C又充電，重復(fù)上述過(guò)程。因而串聯(lián)于整流電路的負(fù)載RL上就得到～個(gè)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(guān)，所以調(diào)節(jié)W之值，即能改變電容C充電到U，值的時(shí)間．也就可以改變可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變了負(fù)載上電壓的大小。
圖3-32是一種利用可控硅做成的感應(yīng)(接近)開(kāi)關(guān)。它是利用人體電容和電阻與電路上電容C1，并聯(lián)促使氖管N導(dǎo)通點(diǎn)燃，從而在電阻R1上產(chǎn)生可控硅的觸發(fā)信號(hào)，使可控硅導(dǎo)通，點(diǎn)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(dòng)其他電器裝置的開(kāi)啟或關(guān)閉。
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