单向可控硅的原理及测试

1 单向可控硅的原理及测试

可控硅的意思：可控的硅整流器，其整流输出电压是受控的，常与移相或过零触发电路配合，应用于交、直流调压电路。可控硅是在晶体管基础上发展起来的一种集成式半导体器件。单向可控硅的等效原理及测量电路见下图1：

AKGPNPNAKGGAKHL1KGA+6V6V0.25A

图1 可控硅器件等效及测量电路

单向可控硅为具有三个PN结的四层结构，由最外层的P层、N层引出两个电极——阳极A和阴极K，由中间的P层引出控制极G。电路符号好像为一只二极管，但好多一个引出电极——控制极或触发极G。SCR或MCR为英文缩写名称。

从控制原理上可等效为一只PNP三极管与一只NPN三极管的连接电路，两管的基极电流和集电极电流互为通路，具有强烈的正反反馈作用。一旦从G、K回路输入NPN管子的基极电流，由于正反馈作用，两管将迅即进入饱合导通状态。可控硅导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，即使控制电流（电压）消失，可控硅仍处于导通状态。控制信号UGK的作用仅仅是触发可控硅使其导通，导通之后，控制信号便失去控制作用。

单向可控硅的导通需要两个条件：

1）、A、K之间加正向电压；

2）、G、K之间输入一个正向触发电流信号，无论是直流或脉冲信号。

若欲使可控硅关断，也有两个关断条件：

1）、使正向导通电流值小于其工作维持电流值；

2）、使A、K之间电压反向。

可见，可控硅器件若用于直流电路，一旦为触发信号开通，并保持一定幅度的流通电流的话，则可控硅会一直保持开通状态。除非将电源开断一次，才能使其关断。若用于交流电路，则在其承受正向电压期间，若接受一个触发信号，则一直保持导通，直到电压过零点到来，因无流通电流而自行关断。在承受反向电压期间，即使送入触发信号，可控硅也因A、K间电压反向，而保持于截止状态。

2 可控硅器件因工艺上的离散性，其触发电压、触发电流值与导通压降，很难有统一的标准。可控硅器件控制本质上如同三极管一样，为电流控制器件。功率越大，所需触发电流也越大。触发电压范围一般为1.5V—3V左右，触发电流为10mA—几百mA左右。峰值触发电压不宜超过10V，峰值触发电流也不宜超过2A。A、K间导通压降为1—2V。主要工作参数有正、反向耐压值和正向平均电流、触发电流（电压）值、维持电流值等。

单向可控硅工作原理

单向可控硅（Unidirectional SCR）是一种特殊的半导体器件，也被称为双极性电流控制整流器件。它是由四层半导体材料构成的PNPN结构。

单向可控硅的工作原理如下：

1. 正向偏置：当单向可控硅的正极与负极之间施加一个正向电压时，正极PN结和负极PN结之间形成一个正向偏置。此时，整个PNPN结构处于高阻态，没有电流流过。

2. 触发脉冲：若在正向偏置下施加一个触发脉冲信号（例如正脉冲或负脉冲），使得正极PN结上的电压高于触发电压，那么正极PN结中形成一个反向击穿。这个击穿会导致整个PNPN结构中产生一个高电流，被称为触发电流或激流。触发脉冲的宽度和幅值可以控制触发电流的大小。

3. 区域导通：一旦触发电流形成后，它会持续通过PNPN结，使得整个结构转变为低阻态，这被称为区域导通。在区域导通状态下，即使触发脉冲结束，电流仍然会持续流过。只有在电流减小到低于保持电流（持续电流）时，区域导通状态才会终止。

4. 关断：要使得单向可控硅停止导通，需要通过减小电流来实现。可以通过降低电压或加大负载电流来降低电流。一旦电流降到保持电流以下，整个结构重新回到高阻态，停止导通。

通过合理选择触发脉冲的幅值和宽度，以及保持电流的大小，可以实现对单向可控硅的控制，从而实现整流和电流开关等功能。

单向可控硅工作原理

单向可控硅（Silicon Controlled Rectifier，简称SCR）是一种半导体器件，可以实现电流的单向控制和关断。

单向可控硅主要由四层半导体材料组成，包括P型硅和N型硅交替堆叠形成的三个PN结。其中，中间的PN结为控制电流的结，两侧为正向和反向的结。当施加正向电压时，只有当控制电流达到一定的阈值时，单向可控硅才能开始导通。

具体的工作原理如下：

1.施加正向电压：当正向电压施加到正极（即P区），负极（即N区）时，如果控制电流为零，SCR处于关断状态。

2.达到门极电流阈值：当控制电流（也称为门极电流）超过一个特定的阈值（通常为几微安到几毫安之间），SCR开始工作。

3.进入导通状态：当控制电流大于门极电流阈值时，SCR进入导通状态。此时，正向电压施加在SCR上，导致PNP结两侧的PN结被硬导通，电流通过SCR流向电路负载。

4.维持导通状态：一旦SCR处于导通状态，只需维持较小的控制电流即可持续导通。这是因为PNP结两侧的PN结被硬导通，只有施加相反的反向电压或减小电流才能使SCR恢复到关断状态。

5.关断状态：当控制电流降低到一定程度或施加反向电压时，SCR会立即进入关断状态，电流无法通过。

单向可控硅的具体工作原理使其在许多电子设备中得到广泛应用，如调光器、电动机控制器、电源稳压器等。

双向可控硅工作原理

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输入一个正向触发讯号，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，如此正向馈迴圈的结果，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，由于触发讯号只起触发作用，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？

闸流体又叫可控硅。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闸流体、双向闸流体、光控闸流体、逆导闸流体、可关断闸流体、快速闸流体，等等。今天大家使用的是单向闸流体，也就是人们常说的普通闸流体，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。从闸流体的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极体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体完全不同的工作特性。