可控硅的基本工作原理及在调光器中的使用

2019-04-18

可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个pn 结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成。它的功能不仅是整流,还可以用作无触点开关的快速接通或切断;实现将直流电变成交流电的逆变;将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样,有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现,使半导体技术从弱电领域进入了强电领域,成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。 目前可控硅在自动控制、机电应用、工业电气及家电等方面都有广泛的应用。

可控硅从外形上区分主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺旋式应用较多。

可控硅有三个极----阳极(a)、阴极(c)和控制极(g),管芯是p型导体和n型导体交迭组成的四层结构,共有三个pn 结,与只有一个pn结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入,为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时,只要在控制极加上很小的电流或电压,就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅,50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。 0 && image.height>0){if(image.width>=510){this.width=510;this.height=image.height*510/image.width;}}" border=0>

我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只npn型号晶体管,而二、三、四层组成另一只pnp型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。可画出图1的等效电路图。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压e,又在控制极g和阴极c之间(相当bg2的基一射间)输入一个正的触发信号,bg2将产生基极电流ib2,经放大,bg2将有一个放大了β2 倍的集电极电流ic2 。因为bg2集电极与bg1基极相连,ic2又是bg1 的基极电流ib1 。bg1又把ib1(ib2)放大了β1的集电极电流ic1送回bg2的基极放大。如此循环放大,直到bg1、bg2完全导通。事实上这一过程是“一触即发”的,对可控硅来说,触发信号加到控制极,可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。

可控硅一经触发导通后,由于循环反馈的原因,流入bg2基极的电流已不只是初始的ib2 ,而是经过bg1、bg2放大后的电流(β1*β2*ib2),这一电流远大于ib2,足以保持bg2的持续导通。此时触发信号即使消失,可控硅仍保持导通状态,只有断开电源e或降低e的输出电压,使bg1、bg2 的集电极电流小于维持导通的最小值时,可控硅方可关断。当然,如果e极性反接,bg1、bg2受到反向电压作用将处于截止状态。这时,即使输入触发信号,可控硅也不能工作。反过来,e接成正向,而触动发信号是负的,可控硅也不能导通。另外,如果不加触发信号,而正向阳极电压大到超过一定值时,可控硅也会导通,但已属于非正常工作情况了。

可控硅这种通过触发信号(小触发电流)来控制导通(可控硅中通过大电流)的可控特性,正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。

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

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