第七章可控硅及其应用
第一节可控硅的结构和工作原理
教学目的：1、了解单向可控硅与双向可控硅的结构与符号。
2、掌握单向可控硅及双向可控硅的工作原理.
教学重点：单向可控硅及双向可控硅的工作原理。
教学难点:单向可控硅及双向可控硅的工作原理。
教学方法与手段：1、教师讲授与多媒体课件相结合；实习实训相结合。
课时计划:２课时
一、单向可控硅
一)、单向可控硅的结构与符号
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1所示.
图1可控硅等效图解图二）、单向可控硅的工作原理
当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2.因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2.此时，电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2.这个电流又流回到BG2的基极,表成正反馈，使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即
使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的. 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，此条件如下：
三）、单向可控硅的主要参数
可控硅的主要参数有：
1、额定正向平均电流在规定环境温度和散热条件下，允许通过阳极———阴极间电流的平均值。
2、正向阻断峰值电压在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时,可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。
一、可控硅的工作原理 可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。 图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
双向可控硅及其触发电路 双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管，在单片机控制系统中，可作为功率驱动器件，由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。（过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通，由于采用过零触发，因此需要正弦交流电过零检测电路） 双向可控硅分为三象限、四象限可控硅，四象限可控硅其导通条件如下图： 总的来说导通的条件就是：G极与T1之间存在一个足够的电压时并能够提供足够的导通电流就可以使可控硅导通，这个电压可以是正、负，和T1、T2之间的电流方向也没有关系。因为双向可控硅可以双向导通，所以没有正极负极，但是有T1、T2之分 再看看BT134-600E的简介：（飞利浦公司的，双向四象限可控硅，最大电流4A）
推荐电路： 为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V ，脉冲宽度应大于20us.图中BT 为变压器，TPL521 - 2 为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管T1基极的偏置电阻电位使之导通，产生负脉冲信号，T1的输出端接到单片机80C51 的外部中断0 的输入引脚，以引起中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。过零检测电路A、B 两点电压输出波形如图2 所示。
可控硅工作原理 一种以硅单晶为基本材料的Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２四层三端器件，创制于１９５７年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅Ｔ。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅ＳＣＲ。 在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称死硅）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。 可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。 可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。 可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。 可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。 １、可控硅元件的结构 不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由Ｐ型硅和Ｎ型硅组成的四层Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２结构。见图１。它有三个ＰＮ结（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３），从Ｊ１结构的Ｐ１层引出阳极Ａ，从Ｎ２层引出阴级Ｋ，从Ｐ２层引出控制极Ｇ，所以它是一种四层三端的半导体器件。 ２、工作原理 可控硅是Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２四层三端结构元件，共有三个ＰＮ结，分析原理时，可以把它看作由一个ＰＮＰ管和一个ＮＰＮ管所组成，其等效图解如图１所示 图１、可控硅结构示意图和符号图 当阳极Ａ加上正向电压时，ＢＧ１和ＢＧ２管均处于放大状态。此时，如果从控制极Ｇ输入一个正向触发信号，ＢＧ２便有基流ｉｂ２流过，经ＢＧ２放大，其集电极电流ｉｃ２＝β２ｉｂ２。因为ＢＧ２的集电极直接与ＢＧ１的基极相连，所以ｉｂ１＝ｉｃ２。此时，电流ｉｃ２再经ＢＧ１放大，于是ＢＧ１的集电极电流ｉｃ１＝β１ｉｂ１＝β１β２ｉｂ２。这个电流又流回到ＢＧ２的基极，表成正反馈，使ｉｂ２不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于ＢＧ１和ＢＧ２所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极Ｇ的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 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
双向可控硅MAC97A6的电路应用 家电维修2010-08-22 00:08:15 阅读2916 评论2 字号：大中小订阅 MAC97A6为小功率双向可控硅（双向晶闸管），最多应用于电风扇速度控制或电灯的亮度控制，市场上流行的“电脑风扇”或“电子程控风扇”，不外乎是用集成电路控制器与老式风扇相结合的新一代产品。这里介绍的电路就是利用一块市售的专用集成电路RY901及MAC97A6，将普通电扇改装为具有多功能的高档电扇，很适宜无线电爱好者制作与改 装。 这种新型IC的主要特点是：（1）集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，外围元件少、电路简单、易于制作；（2）省掉了体积较大的机械定时器和调速器，采用轻触式开关和电脑控制脉冲触发，因而无机械磨损，使用寿命长；（3）各种动作电脑程序具备相应的发光管指示，耗电量少，体积小，重量轻，显示直观，便于操作；（4）适合开发或改造成多路家电的定时控制等。RY901采用双列直插式16脚塑封结构，为低功耗CMOS集成电路。其外形、引出脚排列及各脚功能如图1所示。工作原理
典型应用电路如图2所示（[url=https://www.doczj.com/doc/2316524387.html,/ad/ykkz/fsdlkz.rar]点击下载原理图[/url] ）。市电220V由C1、R1降压VD9稳压，经VD10、C2整流滤波后, 提供5V－6V左右的直流电源作为RY901IC组成的控制器电压。在刚接通电源时，电脑控制器暂处于复位（静止）状态，面板上所有发光二极管VD1－VD8均不亮，电风扇不转。若这时每按动一次风速选择键SB3，可依次从IC的11－13脚输出控制电平（脉冲信号），经发光管VDl－VD3和限流电阻R2－R4，分别触发双向晶闸管VS1－VS3的G极，用以控制它的导通与截止，再经电抗器L进行阻抗变换，即可按强风、中风、弱风、强风……的顺序来改变其工作状态，并且风速指示管VD1－VD3（红色）对应点亮或熄灭；当按风型选择键SB4，电风扇即按连续风（常风）、阵风（模拟自然风）、连续风……的方式循环改变其工作状态，在连续风状态下，风型指示管VD4（黄色）熄灭，在阵风状态下，VD4闪光；当按动定时时间选择键SB2，定时指示管VD5－VD8依次对应点亮或熄灭，即每按动一次SB2，可选择其中一种定时时间，共有0.5、l、2、4小时和不定时5种工作方式供选择。当定时时间一到，IC内部的定时电路停止工作，相应的定时指示管熄灭同时IC的11－13脚也无控制信号输出，双向晶闸管VS1－VS3截止，从而导致风扇自动停止运转；在风扇不定时工作时，欲停止风扇转动，只要按动一下复位开关SB1，所有指示灯熄灭，电源被切断，风扇停转；如欲启动风扇，照上述方法操作即可。元器件选择与制作图中除降压电容C1用优质的CBB-400V聚苯电容；泄放保护电阻R1用1W金属膜电阻或线绕电阻外，其余元器件均为普通型。电阻为1/8W；电解电容的耐压值取10V－16V，C1取值范围为0.47u－lu之间；稳压管VD9为5V－6V/1W,可选用ZCW104（旧型号为ZCW21B）硅稳压管；VS1－VS3为1A/400V小型塑封双向晶闸管，可选用MAC94A4型或MAC97A6型；L为电抗器，可以自制，亦可采用原调速器中的电抗器；SB1－SB4为轻触型按键开关（也叫微动或点动开关），有条件的可采用导电橡胶组合按键开关。电路焊接无误，一般不用调试就能工作。改装方法该电路对所有普通风扇都能进行改装。将焊接好的电路板装进合适的塑料肥皂盒或原调速器盒中，将原分线器开关拆除不用，留出空余位置便于安装印制板电路。一般风扇用电抗器均采取5挡。不妨利用其中①、③、⑤挡，将强风（第1挡）、中风（第2挡）弱风（第3挡）分别接到电抗器的各挡中。若有的调速器中无电抗器，风扇电机则是采取抽头方式改变风速的，同样将三种风速分别接至分线器的三极引线中。在改装中特别要注意安全，印制板上220V交流电源接线端及所有导电部位应与调整器盒的金属件严格隔离。改装完毕，可用测电笔碰触调速器有否漏电。否则应进一步采取绝缘措施。通电试验时，用万用表DC10V档测C2两端电压应为5V－6V之间，若不正常，应重点检查整流稳压电路，然后再分别按动SB1－SB4开关，观察各路指示管VD1－VD8应按对应的选择功能发光或熄灭，风扇也应同步工作于不同状态。
Philips Semiconductors
Application Note 三象限双向可控硅 - 给初始产品生产厂带来利益 AN10119 Author Nick Ham Number of pages : 6 Date: 2002 Jan 11 ? 2002 Koninklijke Philips Electronics N.V. All rights are reserved. Reproduction in whole or in part is prohibited without the prior written consent of the copyright owner. The information presented in this document does not form part of any quotation or contract, is believed to be accurate and reliable and may be changed without notice. No liability will be accepted by the publisher for any consequence of its use. Publication thereof does not convey nor imply any license under patent- or other industrial or intellectual property rights.
在日常生活中我们已习惯于使用各种电器和电动工具。我们期待这些电器能可靠运行，使我们的生活更方便，或者更舒适。至于是什么使得这些电器能可靠工作，并且使用方便呢，正是电器的电子功率控制装置。作为很多现代电器的核心，精选的控制器件是简单、可靠，但价格不高的双向可控硅。对于带有电动机或其它电感性、电容性负载的电器，采用三象限（3Q）双向可控硅给生产厂和最终用户都带来好处，因为能节约成本，并改善性能。本文的内容就是说明，三象限（3Q）双向可控硅为什么优于传统的四象限（4Q）双向可控硅。 触发象限说明 一个3Q 双向可控硅（亦可称之为Hi-Com 双向可控硅）能在三种方式下触发，而4Q 双向可控硅则能在四种方式下触发。其原理及命名说 明如下。 触发象限有时写作，例如，（T2+，G -），有时用象限1至4表示。后面这种表示法容易和特性曲线的象限相混淆。表1中汇总了各种命名法。 表1: 双向可控硅触发象限 — 通用命名法 普通写法T2+，G + T2+，G- T2-，G-T2-，G + 简化写法1+ 1- 3- 3+ 通用写法 1 Ⅰ 2 Ⅱ 3 Ⅲ 4 Ⅳ 为什么采用三象限双向可控硅？ 为了防止假脉冲触发双向可控硅，造成失控导通，引起电机运行不稳定，噪声增大，4Q 双向可控硅的电路中总是包括外加的保护元件。典型电路中，RC 缓冲电路并联在双向可控硅的主端子之间，用来限止电压变化率(dV/dt),有些情况下还需要大容量的电感，以限制切换时的电流变化率(dI com /dt)。这些元件增加电路的成本和尺寸。 甚至，还可能降低长期可靠性。选择不佳的缓冲元件能导致破坏性的峰值电流和电流上升率。假如双向可控硅阻断高电压时被触发，或者缓冲电容通过双向可控硅放电过快，这时就可能发生前述问题。 缓冲电路由串联的电容和碳质电阻构成，两元件都按电源电压选用。元件的典型数值是0.1μF 及≧100Ω。所用碳质电阻应能承受反复的浪涌电流而不烧毁。缓冲电路元件的选择是为了限制dV COM /dt 或dV D /dt 在一定水平下，确保不触发双向可控硅。在这
[转载] 双向可控硅原理与应用 普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。 构造原理 尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合，但实 际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率 双向晶闸管一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所 示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、 BCM3AM(3A／600V)、 2N6075(4A／600V)，MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向晶 闸管大多采用RD91型封装。双向晶闸管的主要参数见附表。 双向晶闸管的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三 个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G 以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳 极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正 时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向晶闸管的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。 检测方法 下面介绍利用万用表RXl档判定双向晶闸管电极的方法，同时还检查触发能力。 1. 判定T2极由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，G—T1之间的正、反向电阻 都很小。在用RXl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几 十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都 不通，就肯定是T2极。，另外，采用TO—220封装的双向晶闸管，T2极通常与小散热板连通， 据此亦可确定T2极 2. 区分G极和T1极 (1)找出T2极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极，另一脚为G极。 (2)把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G短路，给G极加 上负触发信号，电阻值应为十欧左右(参见图4(a))，证明管子已经导通，导通方向为T1一T2。再将 红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))。 3)把红表笔接T1极，黑表笔接T2极，然后使T2与G短路，给G极加上正触发信号，电阻值仍为十欧左右，与G极脱开后若阻值不变，则说明管子经触发后， 在T2一T1方向上也能维持导通状态，因此具有双向触 发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符， 需再作出假定，重复以上测量。显见，在识别G、T1， 的过程中，也就检查了双向晶闸管的触发能力。如果按哪 种假定去测量，都不能使双向晶闸管触发导通，证明管于 巳损坏。对于lA的管子，亦可用RXl0档检测，对于3A 及3A以上的管子，应选RXl档，否则难以维持导通状态。 典型应用 双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实 现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、 温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于 固态继电器(SSR)和固态接触器电路中。图5是由双向晶 闸管构成的接近开关电路。R为门极限流电阻，JAG为干式舌簧管。平时JAG断开，双向晶闸管TRIAC也关断。仅当小磁铁移近时JAG吸合，使双向晶闸管导通，将负载电源接通。由于通过 干簧管的电流很小，时间仅几微秒，所以开关的寿命很长. 图6是过零触发型交流固态继电器(AC-SSR)的内部电路。主要包括输入电路、光电耦合器、过零触发电路、开关电路(包括双向晶闸管)、保护电路(RC吸收网络)。当加上输入信号VI(一般为高电平)、并且交流负载电源电压通过零点时，双向晶闸管被触发，将负载电源接通。固态继电器具有驱动功率小、无触点、噪音低、抗干扰能力强，吸合、释放时间短、寿命长，能与TTL＼CMOS电路兼容，可取代传统的电磁继电器。
尽管从形式上可将双向可控硅瞧成两只普通可控硅的组合,但实际上它就是由7只晶体管与多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装,有的还带散热板,外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、 BCM3AM(3A／600V)、2N6075(4A／600V),MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。双向可控硅的主要参数见附表。 双向可控硅的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件,三个电极分别就是T1、T2、G。因该器件可以双向导通,故除门极G以外的两个电极统称为主端子,用T1、T2。表示,不再划分成阳极或阴极。其特点就是,当G极与T2极相对于T1,的电压均为正时,T2就是阳极,T1就是阴极。反之,当G极与T2 极相对于T1的电压均为负时,T1变成阳极,T2为阴极。双向可控硅的伏安特性见图3,由于正、反向特性曲线具有对称性,所以它可在任何一个方向导通。检测方法 下面介绍利用万用表RXl档判定双向可控硅电极的方法,同时还检查触发能力。 1、判定T2极 由图2可见,G极与T1极靠近,距T2极较远。因此,G—T1之间的正、反向电阻都很小。在肦Xl档测任意两脚之间的电阻时,只有在G-T1之间呈现低阻,正、反向电阻仅几十欧,而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明,如果测出某脚与其她两脚都不通,就肯定就是T2极。,另外,采用TO—220封装的双向可控硅,T2极通常与小散热板连通,据此亦可确定T2极。 2.区分G极与T1极 (1)找出T2极之后,首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极,另一脚为G极。 (2)把黑表笔接T1极,红表笔接T2极,电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G 短路,给G极加上负触发信号,电阻值应为十欧左右(参见图4 (a)),证明管子已经导通,导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2),若电阻值保持不变,证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))。
一、晶闸管的基本结构 晶闸管(Semi ｃo ｎdu ｃｔo ｒC ｏnt ｒoll ｅｄ Ｒe ｃｔifier 简称SCR)是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极,即阳极（A ）、阴极(Ｋ）和门极（G)。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。 图１ 符号表示法和器件剖面图 普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散Ｐ型杂质(铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质(磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极,在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。 图2、晶闸管载流子分布 二、晶闸管的伏安特性 晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定
的。通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系,如图3所示。 图3 晶闸管的伏安特性曲线 当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏,2J 反偏,外加电压几乎全部降落在2J 结上,2J 结起到阻断电流的作用。随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当AK V 增大超过BO V 以后,阳极电流突然增大,特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为１Ｖ左右，特性曲线ＣＤ段对应的状态称为导通状态。通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时,如果使得门极相对于阴极为正,给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数,G I 越大，BO V 越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号,器件仍然然导通。 当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要RO AK V V <， A I 很小,且与G I 基本无关。但反向电压很大时(RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大,表现出晶闸管击穿，因此称RO V 为反向转折电压和转折电流。
可控硅元件的工作原理及基本特性 1、工作原理 可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示 图1 可控硅等效图解图 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 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 状态条件说明 从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可 2 可控硅的基本伏安特性见图2 图2 可控硅基本伏安特性 （1）反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。
双向可控硅结构原理及应用 时间：2010-01-19 09:58:05 来源：作者： 普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。 双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。 构造原理 尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向晶闸管一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、BCM3AM(3A／600V)、2N6075(4A／600V)，MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向晶闸管大多采用RD91型封装。双向晶闸管的主要参数见附表。 双向晶闸管的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向晶闸管的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。 检测方法 下面介绍利用万用表RXl档判定双向晶闸管电极的方法，同时还检查触发能力。 1.判定T2极 由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，G—T1之间的正、反向电阻都很小。在用RXl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T2极。，另外，采用TO—220封装的双向晶闸管，T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极。
双向可控硅的工作原理 双向可控硅的工作原理双向可控硅的工作原理1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以 双向可控硅的工作原理 双向可控硅的工作原理1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN 结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流 ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。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2,触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 TRIAC的特性 什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。 TRIAC为三端元件，其三端分别为T1 (第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR 最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。
双向可控硅的工作原理 1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 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 2,触发导通 在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 一、可控硅的概念和结构？ 晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
双向可控硅的工作原理及原理图 双向可控硅的工作原理1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2i b2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。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2,触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IG T。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA 段左移，IGT越大，特性左移越快。 TRIAC的特性 什么是双向可控硅:IAC(TRI-ELECTRODE AC SWITCH)为三极交流开关，亦称为双向晶闸管或双向可控硅。TRIA C为三端元件，其三端分别为T1(第二端子或第二阳极)，T 2(第一端子或第一阳极)和G(控制极)亦为一闸极控制开关，与SCR最大的不同点在于TRIAC无论于正向或反向电压时皆可导通，其符号构造及外型，如图1所示。因为它是双向元件，所以不管T1 ,T2的电压极性如何，若闸极有信号加入时，则T1 ,T2间呈导通状态；反之，加闸极触发信号，则T1 ,T2间有极高的阻抗。 (a)符号(b)构造 图1 TRIAC 二.TRIAC的触发特性: 由于TRIAC为控制极控制的双向可控硅,控制极电压VG极性与阳极间之电压VT1T2四种组合分别如下： (1). VT1T2为正, VG为正。 (2). VT1T2为正,VG为负。 (3). VT1T2为负, VG为正。 (4). VT1T2为负, VG为负。
双向可控硅详解 双向可控硅是一种硅可控整流器件，也称作晶闸管。这种器件在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，具有无火花、动作快、寿命长、可靠性高以及简化电路结构等优点。因此，它被广泛应用于各种电器调速、调光、调压、调温以及各种电器过载自动保护等电子电路中。 双向可控硅的外型及内部结构 从外表上看，双向可控硅和普通可控硅很相似，也有三个电极。但是，它除了其中一个电极G仍叫做控制极外，另外两个电极通常却不再叫做阳极和阴极，而统称为主电极Tl和T2。它的符号也和普通可控硅不同，是把两个可控硅反接在一起画成的，如图2所示。它的型号，在我国一般用“3CTS”或“KS”表示；国外的资料也有用“TRIAC”来表示的。 双向可控硅的规格、型 号、外形以及电极引脚排列 依生产厂家不同而有所不 同，但其电极引脚多数是按 T1、T2、G的顾序从左至右 排列(观察时，电极引脚向 下，面对标有字符的一面)。 目前市场上最常见的几种 塑封外形结构双向可控硅 的外形及电极引脚排列如 下图1所示。 双向可控硅的电路符号如图2所示。双向可控硅的外形结构和普通可控硅没有多大区别，几十安以下的，则通常采用图1所示塑封外形结构。几十安到一百余安电流大小的则采用螺栓型；额定电流在200安以上的一般都是平板型的； 从内部结构来看，双向可控 硅是一种N—P—N—P—N型五 层结构的半导体器件，见图3(a)。 为了便于说明问题，我们不妨把 图3(a）看成是由左右两部分组
合而成的，如图3(b)。这样一来，原来的双向可控硅就被分解成两个P—N—P—N型结构的普通可控硅了。如果把左边从下往上看的p1—N1—P2—N2部分叫做正向的话，那么右边从下往上看的N3—P1—N1—P2部分就成为反向，它们之间正好是一正一反地并联在一起。我们把这种联接叫做反向并联。因此，从电路功能上可以把它等效成图3(c)，也就是说，一个双向可控硅在电路中的作用是和两只普通可控硅反向并联起来等效的。这也正是双向可控硅为什么会有双向控制导通特性的根本原因。 对于两只反向并联的普通可控硅来说，因为它们各自都有自己的控制极，所以必须通过两个控制极的协调工作，才能达到控制电路的目的。而双向可控硅却不同，它只有一个控制极，通过这唯一的控制极就能控制双向可控硅的正常工作。显然，它的触发电路、比起两只反向并联的普通可控硅的触发电路要简单得多。这不仅给设计和制造带来很多方便，而且也使电路的可靠性得到提高，设备的体积缩小，重量减轻，这是双向可控硅的一个突出的优点。 双向可控硅的特性曲线． 既然一个双向可控硅是由两只普通可控 硅反向并联而成的，那么，我们会很自然地想 到，它的特性曲线就应该是由这两只普通可控 硅的特性曲线组合而成。图4示出了双向可控 硅的特性曲线。 由图可见，双向可控硅的特性曲线是由 一、三两个象限内的曲线组合成的。第一象限的曲线说明当加到主电极上的电压使Tc 对T1的极性为正时，我们称为正向电压，并用符号U21表示。当这个电压逐渐增加到等于转折电压UBO时，图3(b)左边的可控硅就触发导通，这时的通态电流为I21，方向是从T2流向Tl。从图中可以看到，触发电流越大，转折电压就越低，这种情形和普通可控硅的触发导通规律是一致的，当加到主电极上的电压使Tl对T2的极性为正时，叫做反向电压，并用符号U12表示。当这个电压达到转折电压值时，图3（b)右边的可控硅便触发导通，这时的电流为I12，其方向是从T1到T2。这时双向可控硅的特性曲线，如图4中第三象限所示。在上述两种情况中，除了加到主电极上的电压和通态电流的方向相反外，它们的触发导通规律却是同的。如果这两个并联连接的管子特性完全相同的话，一，三象限的特性曲线就应该是对称的。 通过对双向可控硅特性曲线的分析可以知道；双向可控硅不象普通可控硅那样，必须在阳极和阴极之间加上正向电压，管子才能导通。对双向可控硅来说，无所谓阳极和
双向可控硅的特性和使用 普通可控硅(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只可控硅反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。 双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。 构造原理 尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装，有的还带散热板，外形如图l所示。典型产品有BCMlAM(1A／600V)、BCM3AM(3A ／600V)、2N6075(4A／600V)，MAC218-10(8A／800V)等。大功率双向可控硅大多采用RD91型封装。双向可控硅的主要参数见附表。 双向可控硅的结构与符号见图2。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2 极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向可控硅的伏安特性见图3，由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。检测方法 下面介绍利用万用表RXl档判定双向可控硅电极的方法，同时还检查触发能力。 1.判定T2极 由图2可见，G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，G—T1之间的正、反向电阻都很小。在肦Xl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T2极。，另外，采用TO—220封装的双向可控硅，T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极。 2．区分G极和T1极 (1)找出T2极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为Tl极，另一脚为G极。 (2)把黑表笔接T1极，红表笔接T2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2与G短路，给G极加上负触发信号，电阻值应为十欧左右(参见图4 (a))，证明管子已经导通，导通方向为T1一T2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接T2)，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图4(b))。
可控硅的工作原理（带图） 一．可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。 可控硅的重要特点是：只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件导通，器件中就可以通过较大的电流。利用这种特性可用于整流、开关、变频、交直流变换、电机调速、调温、调光及其它自动控制电路中。 二、可控硅的主要技术参数
三端双向可控硅应用 电路
第五章三端双向可控硅元件和其他硅控整流器（半导体闸流管） Triacs and other Thyristors 前言： Triac和SCR动作相同，只不过可双向导火，此两元件都为半导体闸流管（闸流体）家族成员。 有些半导体闸流管由闸极信号控制进入导火状态，如SCR和Triac，有些由外加电压至其转态值时转入导通状态，如四层二极管和Diac，不能开关传入主负载电流的小型半导体闸流管，称为电压转态元件（有时称崩溃元件），通常只作为SCR、Triac等可开关大负载电流的半导体闸流管的闸极触发电路。学习目标： 1 解释Triac在控制交流电源推动电阻性负载的工作原理 2 正确定义并讨论Triac的重要电气参数，如，闸极触发电流，保持电流等 3 说明作为Triac触发电路的定电压转态元件的工作原理，并讨论其优点 4 祥述下列定电压转态型元件的电流对电压特性，包括：Diac、四层二极管、硅双向开关（SBS）、硅单向开关（SUS） 5 祥述Triac触发电路上，电阻反馈/电压反馈使之导火的工作原理，计算在Triac触发电路上，使用电阻反馈和电压反馈的电阻值和电容值 6 解释半导体闸流管的特性曲线，读出转态电压，转回电压，保持电流 5-1 Triac的理论与工作原理（Theory and Operation of Triacs） Triac是一三端元件，用以控制流向负载的平均电流，与SCR最大不同在于：Triac在电源的正负半周都能导通。
当Triac处于截止状态时（off），无论外加电压极性如何，两主端点间无电流流动，如开启的开关。处于导通转态时（on），两主端点间构成一电阻极低的电流通路，电流流向根据外加电压而定（方向一致），如闭合的开关。 负载的平均电流取决与每周期内，Triac处于导通的时间多少，可以调整，与SCR类似，长，电流大，短，电流小。 Triac的导通角度可达360°，可做全波控制（与SCR半波不同）。 Triac优于机械手开关：无接触反弹、无接触火化、动作较迅速、更准确地控制电流。 5-2 Triac的波形（Triac Waveform）