2019-电子技术第20讲可控硅-文档资料
可控硅的基本工作原理及使用
可控硅的基本工作原理及使用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。
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。
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。
可控硅的工作原理
可控硅的工作原理
可控硅（也叫做晶闸管）是一种用于控制电流流动的半导体器件。
它的工作原理基于PN结的特性和未加偏压时的绝缘行为。
可控硅的结构由三个不同区域形成：P型区、N型区和P型区。
根据不同的控制电压，可控硅可以处于三种不同的工作状态：封锁状态、导通状态和关断状态。
在封锁状态下，当两个P-N结之间未加控制电压时，可控硅
表现出绝缘行为，电流无法通过。
然而，一旦加上一个正向偏压，使得P结和N结之间的电势差大于某个阈值电压（称为
开启电压），可控硅进入导通状态。
在导通状态下，可控硅的P-N结产生了电子和空穴对，使得
电流可以通过器件。
而且，一旦可控硅进入导通状态，即使控制电压被移除，它仍将维持导通状态直到电流降至零或反向电压被施加。
为了将可控硅从导通状态切换到关断状态，需要施加一个反向电压或者减小电流至其维持电流以下。
这样，可控硅就会进入关断状态，电流无法通过。
总结来说，可控硅的工作原理是通过施加正向偏压使其进入导通状态，而施加反向电压或减小电流使其进入关断状态。
这使得可控硅成为一种非常有用的电力控制器件。
可控硅的工作原理及应用电路
可控硅的工作原理及应用电路一、可控硅的基本工作原理可控硅，又称为可控整流二极管（SCR），是一种半导体器件，具有单向导通性的特点。
可控硅最基本的结构是由P型硅及N型硅构成的PN结，还通过额外的控制极（称为G极）控制导通与截止。
其基本工作原理如下：1.正向导通状态：当正向电压施加在可控硅的阳极和阴极之间时，若G极未施加正向信号，则可控硅处于截止状态；若G极施加正向信号，则电流开始流过可控硅，进入导通状态。
2.正向截止状态：当正向电压施加在可控硅的阳极和阴极之间时，若G极未施加正向信号，则可控硅处于截止状态，不导电；即使G极施加正向信号，只有当电压达到一定的阈值（称为触发电压）时，可控硅才能进入导通状态。
3.反向阻断状态：当反向电压施加在可控硅的阳极和阴极之间时，可控硅处于完全截止状态，不导电。
二、可控硅的应用电路可控硅由于其可控性和高功率特点，广泛应用于各种控制电路和电力电子器件中。
以下是一些常见的可控硅应用电路：1. 灯光控制电路可控硅可以用来控制灯光的亮度，常见的应用是使用可控硅作为调光器。
这种电路通过控制可控硅的导通角度来改变交流电路中的功率，从而达到调节灯光亮度的目的。
2. 电动机控制电路可控硅可以用来控制电动机的启动和停止，常见的应用是使用可控硅作为电动机的触发器。
通过控制可控硅的导通时间，可以控制电动机的转速和转向。
3. 直流电源电路可控硅可以用来控制直流电源的电压和电流输出，常见的应用是使用可控硅作为直流电源的调节器。
通过控制可控硅的导通角度和触发时间，可以实现直流电源的稳压和稳流功能。
4. 温度控制电路可控硅可以用来控制温度传感器和加热器之间的电流流动，常见的应用是使用可控硅作为温度控制电路的关断开关。
通过控制可控硅的导通角度和触发时间，可以实现温度的精确控制。
5. 电化学电源电路可控硅可以用来控制电化学电源中的电流输出，常见的应用是使用可控硅作为电化学电源的控制器。
通过控制可控硅的导通角度和触发时间，可以实现电化学过程的精确控制。
电子技术-可控硅培训
向可控硅基本特性
向可控硅基本特性
电压低于规定VDRM 电压低于规定VDRM、 VDRM、 M时，可控硅处于关 当一端为“ 态。当一端为“＋”， 端为“ 端为“－”门极相对 极为“ 极为“＋”或“－” 由门极引入的电流或 等于或超过相应的触 流IGT和触发电压VGT IGT和触发电压 和触发电压VGT 可控硅由断态立即改 态，此时的管压降仅 伏，此时撤除触发电 触发电压时， 触发电压时，可控硅 处于导通状态， 处于导通状态，门极 再起作用
录
控硅简介 控硅电参数 控硅的导通 控硅的十条黄金应用规则
控硅简介
阻断三极晶闸管（单向可控硅）结构是一种普通的 阻断三极晶闸管（单向可控硅）结构是一种普通的PNPN四 四 构的晶闸管，双向三极晶闸管（双向可控硅） 构的晶闸管，双向三极晶闸管（双向可控硅）结构是 PN五层结构的晶闸管。 五层结构的晶闸管。 五层结构的晶闸管
t、di/dt
态电压临界上升率dv/dt: dv/dt: 义：从零施加电压以近似线性方式上升的电压 从零施加电压以近似线性方式上升的电压 率最大值。 态电压临界上升率(di/dt) (di/dt)： 义：通态时通态电流上升速率最大值 通态时通态电流路图相当于左图。当门极施加 当门极施加 电流IG时，经晶体管V2放大为电 放大为电 C2，又可将IC2视为V1管的基极 管的基极 ，经V1管放大为电流IC1 IC1。若V1， 的电流放大系数分别为a1、 、a2，那 下列关系式： ＝a1*IA (1) =a2*Ik (2) IK=IG+IA (3) =IC1+IC2 (4) 、(3)代入(4) 有IA＝
向可控硅基本特性
电压低于规定VDRM 电压低于规定VDRM、VRRM VDRM、 可控硅处于关断状态。 可控硅处于关断状态。当阳极 阴极为“ ＋”，阴极为“－”门极相对 极为“ 极为“＋”时，由门极引入的 或电压等于或超过相应的触发 GT和触发电压VGT时 和触发电压VGT GT和触发电压VGT时，可控硅 态立即改为通态， 态立即改为通态，此时的管压 为几伏， 为几伏，此时撤除触发电流和 电压时， 电压时，可控硅仍然处于导通 门极已不再起作用。 ，门极已不再起作用。
可控硅
可控硅常用可控硅的图片可控硅元件—可控硅元件的结构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，简称晶闸管T。
又由于晶闸管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。
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。
图1、可控硅结构示意图和符号图晶闸管的工作原理--------------------------------------------------------------------------在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内，逆变侧关短时间采用KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
可控硅知识点总结
可控硅知识点总结一、可控硅的基本原理1. 可控硅的结构可控硅由四层P-N结构组成，其中包括一个门极、一个阳极和一个阴极。
在无外加电压的情况下，可控硅处于高阻态，不导通。
当给门极施加一个正脉冲，可控硅就会导通。
当导通后，再给门极加一个负脉冲，可控硅仍在导通状态。
只有当可控硅的阳极电流降到零时，它才会恢复到高阻态。
2. 可控硅的触发方式可控硅有两种触发方式：电压触发和电流触发。
电压触发是指在管子上的门偏置电压随着门极电流而变化，当管子上门极电流增加到一定值时，管子就导通了。
电流触发是指管子的门极没有电压，以一定的电流偏置管子，当外加电流增大到一定值时，管子导通。
3. 可控硅的保持电流可控硅导通后，在继续放大触发电流时，在两极没有电压的条件下，管子会保持导通。
只有当阳阳极或阴极电流小于一定值时，管子才能关断。
这一点和二极管是不同的，二极管只要电流一减小，就关断。
二、可控硅的结构特点1. 由于可控硅为四层P-N-P-N结，无论是阻态还是导通状态都相当于引入了一个完整的PNPN结构，可形象地看作两个晶体三极管反并联，并且两个三极管共享一个发射区。
2. 可控硅的触发特性好，只需很小的功率即可对其进行触发，因此特别适用于大功率系统。
同时，可控硅的闭合速度很快，传导损耗小，导通电压降也小。
3. 可控硅在导通状态时，是一个单向导电器件，在阻态时则是一个双向封锁电压的器件。
4. 可控硅的温度稳定性好，一般情况下在温度变化范围内，其电气性能几乎不变。
5. 可控硅的电流承受能力、耐压能力和耐冲击能力都很强，因此适用于各种复杂的工况。
三、可控硅的工作特性1. 可控硅的导通和关断特性可控硅的导通和关断特性是指在不同条件下，可控硅的导通和关断状态的变化规律。
主要包括可控硅的触发电压、导通电流、关断电流等参数。
2. 可控硅的温度特性随着温度的升高，可控硅的导通和关断特性会发生变化。
一般情况下，可控硅的触发电压会随着温度的升高而降低，而导通电流和关断电流则会随着温度的升高而增加。
可控硅的工作原理带图word精品文档5页
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)；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电压(UB0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。
H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。
可控硅的一些基本知识
可控硅的一些基本知识摘要：可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。
它具有体积小、效率高、寿命长等优点。
在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。
它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。
它具有体积小、效率高、寿命长等优点。
在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。
它在交直流电机调速系统、调功系统及随动系统中得到了广泛的应用。
可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。
双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。
双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。
其通断状态由控制极G决定。
在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。
这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因此特别适合做交流无触点开关使用。
结构编辑大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸可控硅管，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。
以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件,起始于1957年，因为它的特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称晶闸管T，又因为晶闸管最初的在静止整流方面，所以又被称之为硅可控整流元件，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。
可控硅文档
可控硅可控硅可控硅知识一、可控硅的概念和结构？晶闸管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。
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。
可控硅二、晶闸管的主要工作特性为了能够直观地认识晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板(图3)。
晶闸管VS 与小灯泡EL串联起来，通过开关S接在直流电源上。
注意阳极A是接电源的正极，按阴极K接电源的负极，控制极G通过钮开关SB接在3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.5V直流电源的正极)。
晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。
现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。
这个演示实验给了我们什么启发呢?可控硅这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。
晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。
晶闸管的特点：是“一触即发”。
但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。
控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。
那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。
可控硅的使用方法大全
可控硅的使用方法大全可控硅是一种电子元件，常用于电路中进行开关控制和调制。
以下是可控硅的使用方法的详细介绍。
一、可控硅的结构和工作原理：可控硅由四个半导体材料层交替形成。
正负极端称为阳极（A）和阴极（K），在阳极上有一个晶闸管结（G）。
可控硅的工作原理是通过给晶闸管结加正向电压，让它的势垒变小，形成导电通道，从而控制电流的流动。
二、可控硅的特点：1.可控硅具有可靠的开关能力和较低的电压下降。
2.具有电流调节范围广、控制方便、寿命长等优点。
3.可控硅适用于大功率的交流电控制，例如调光、电机启动、电炉温控等。
三、可控硅的基本参数：1.额定电压（VDRM）：晶闸管稳定工作的最大电压。
2.额定电流（IDRM）：晶闸管最大稳定电流。
3.触发电流（IGT）：晶闸管开通的最小电流。
4.持续电流（ID）：晶闸管可以承受的最大电流。
5.导通压降（VFM）：晶闸管导通时的正向电压降。
6.关断电压（VRM）：晶闸管切断时的电压。
四、可控硅的触发方式：1.正向电压触发：通过在控制极加正向电压以达到触发的目的。
2.电流触发：通过在控制极加控制电流以达到触发的目的。
3.光电触发：通过光电耦合器产生的光信号触发，用于绝缘高压干系进行控制。
4.外部触发：通过外部信号触发，例如电脉冲触发、磁场触发等。
五、可控硅的使用方法：1.选择合适的可控硅：根据具体的应用场景，选择合适的可控硅型号和参数，以满足电流、电压要求。
2.安装可控硅：将可控硅正确焊接或插入电路板中。
3.连接可控硅：根据电路要求，正确连接可控硅的阳极、阴极和控制极，以及外部触发方式的相关连接。
4.电路测试：将已连接的电路连接到电源和负载，并通过合适的设备进行测试，确保电路工作正常。
5.触发方式控制：根据所选的触发方式，进行相应的控制操作，例如提供正向电压、控制电流或进行外部触发。
6.监控和保护：根据需要，监控可控硅和电路的工作状态，例如电压、电流、温度等，采取相应的保护措施，以确保电路和可控硅的安全运行。
可控硅简介演示
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目录
• 可控硅概述 • 可控硅的结构与工作原理 • 可控硅的种类与性能参数 • 可控硅的应用案例与优势分析 • 可控硅的常见故障与排除方法 • 未来发展趋势与展望
01
可控硅概述
可控硅的定义与特点
定义
可控硅（Silicon Controlled Rectifier，SCR）是一种具有三 个PN结的四层结构的大功率半导 体器件。
高效能
随着科技的不断进步，对能源的 需求日益增加，可控硅的高效能 特性将在未来得到进一步开发和
应用。
智能化
随着工业4.0和物联网的快速发展 ，可控硅的智能化控制和监测将成 为未来的发展趋势。
环保化
随着环保意识的提高，可控硅的环 保性能将得到进一步提升，例如降 低能耗、减少废弃物排放等。
未来可控硅在各领域的应用前景展望
根据电路的触发方式选择合适 的可控硅。
04
可控硅的应用案例与优势分析
可控硅在电机控制中的应用案例
电机调速
可控硅可以用于电机调速控制，通过调节可控硅的导通角，实现电机转速的调 节。
电机保护
可控硅可以用于电机过载、过流等保护，通过监测电机的电流、电压等参数， 实现电机的保护。
可控硅在电源开关中的应用案例
特点
可控硅具有耐高压、耐高温、承 受电流大、开关速度快、控制方 便、体积小、重量轻等优点。
可控硅的发展历程
01
02
03
04
20世纪50年代
可控硅技术开始发展，主要用 于大功率整流和开关控制。
20世纪60年代
可控硅在电力系统中得到广泛 应用，用于高压直流输电和交
流调速系统。
20世纪70年代
可控硅原理
可控硅原理硅（Silicon）是最为重要的半导体材料，也是最常见的实现电子元件的材料。
近半个世纪以来，硅的可控性能已经成为半导体行业发展的核心技术，并经历了从简单的可控分布硅（Litho-FET）到新型可控硅（NVMFET），最近到可再编程硅（CPRF）的不断发展。
可控性能是硅电子元件能够实现特定功能的重要基础，它可以使元件具有可控制、可操作和持续可编程等功能。
可控硅结构以及它的工作原理是至关重要的。
可控硅元件结构按照功能可以分为三种：可控分布硅（Litho-FET）、新型可控硅（NVMFET）和可再编程硅（CPRF）。
可控分布硅元件是基于半导体表面形貌拉曼效应（SRM）的反馈环路。
分布硅元件被用于分级硅芯片中控制非常小的电流，并且能够实现微妙的控制效果。
新型可控硅（NVMFET）是最近发展的可控硅，它更加精确地控制电信号，可以用于处理复杂的逻辑和数字信息。
NVMFET的工作原理与分布硅不同，是基于内部配置使用的。
NVMFET的结构包括一个晶体管和一个配置存储器，它利用内部改变晶体管的表面结构，以改变元件的功能，这种可控性能使NVMFET能够处理复杂的信号，并且可以重复编程，使用寿命更长。
最后，可再编程硅（CPRF）是最新型可控硅，它具有可靠性较高，可编程次数较多，耐久性较好以及灵活性较强等优点。
CPRF的工作原理与NVMFET相似，但它不是通过晶体管表面结构来控制信号，而是通过建立内部配置存储器来控制电信号。
CPRF的内部配置存储器有一定的容量，它可以在内部存储更多的信息，从而实现更复杂的控制操作。
综上所述，可控硅是一种结构精密、性能可控且多功能的半导体元件，它的发展极大地推动了电子元件可控性的进步。
可控分布硅（Litho-FET）可以控制非常小的电流，实现微妙的控制效果；新型可控硅（NVMFET）可以处理复杂的逻辑和数字信息；可再编程硅（CPRF）具有可靠性较高，可编程次数较多，耐久性较好以及灵活性较强等特性。
可控硅内部结构范文
可控硅内部结构范文
可控硅（也称为晶闸管）是一种半导体器件，它具有可控性和放大功能，在电力系统中起到重要的作用。
可控硅的内部结构包括控制极、主极
和触发极等组成部分。
首先，控制极是可控硅的一个重要组成部分。
控制极是用于控制可控
硅通断的部分，通过控制极的信号变化，可以改变可控硅的导通状态。
控
制极一般由金、铬等金属材料制成，具有良好的导电性能和耐高温的特点。
控制极的电压信号可以通过控制电路加在控制极上，当电压达到一定的阈
值时，可控硅会导通。
其次，主极也是可控硅内部的一个重要组成部分。
主极是可控硅的电
流流动部分，主要承担起传导电流的任务。
主极一般由硅材料制成，硅材
料具有良好的导电性和热稳定性。
主极上的电流信号可以通过外部电路加
在主极上，当电流达到一定的阈值时，可控硅会导通，从而将电流继续传导。
最后，触发极是可控硅内部的一个辅助部分。
触发极是用来触发可控
硅导通的信号源，通过触发极的信号变化，可以控制可控硅的导通与否。
触发极一般由金属材料制成，与控制极相连。
触发极上的信号可以通过触
发电路产生，当信号达到一定的阈值时，可控硅会导通。
综上所述，可控硅的内部结构包括控制极、主极和触发极等重要组成
部分。
通过控制极的信号变化、主极的电流传导和触发极的触发信号，可
控硅可以实现对电流的控制和放大功能。
可控硅在电力系统中的应用十分
广泛，如调光、调速、逆变器等方面，对于现代电力系统的稳定运行和节
能降耗起到了重要的作用。
可控硅工作原理及参数详解
随着脉冲直流电压VP通过可调电阻RP1、R1对电容C1进行充电，当电容C1上的电压足以触发可控硅VT时，可控硅导通后负载回路畅通，从而使电灯泡点亮，如下图所示：
这两个值与之前介绍的IDRM、VDRM是一样的，只不过IDRM、VDRM是在控制G极断开、可控硅阻断状态下测量的，而IRRM、VRRM是在可控硅A、K极接反向电压下测量的。
如果在可控硅阳极A与阴极K间加上反向电压时，开始可控硅处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流流过。当反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增大，这时，所对应的电压称为反向不重复峰值电压VRSM（Peak Non-Repetitive Surge Voltage）。
如果反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增大，此时所对应的电压称为反向门极峰值电压IGM（Reverse Peak Gate Voltage），使用时不应超过此值。
上面我们讨论的是常用的P型门极、阴极端受控的可控硅，还有一种不常用的N型门极、阳极端受控的可控硅，其原理图符号如下图所示，两者的原理是完全一样的，读者可自行分析一下。
调节可调电位器RP1即可控制电容C1的充电速度（充电常数越大充电速度越慢），这样施加在灯泡上的交流电压的平均值就可以随之调整，从而调节电灯泡的高度。
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但问题是，大多数时候VAK的电压不会那么容易（主动）下降，我帮主当得好好的，凭什么让我下台？老子有的是钱！
狡兔死，走狗烹，电压VGK深谙其中道理，也早早从“门极关断可控硅”手中重金买下简单的办法让灯泡熄灭。你丫的，我给你立下汗马功劳不让我当帮主，只有拆你的台了。如下图所示：
可控硅有关知识
可控硅有关知识为了保证晶闸管电路能正常可靠地工作触发电路必须满足以下要求一、引爆脉冲信号理应足够多的功率和宽度为了使所有的元件在各种可能的工作条件下均能可靠的触发。
触发电路所送出的触发电压和电流必须大于元件门极规定的触发电压ugt与触发电流igt的最大值，并且留有足够的余量。
另外，由于晶闸管的触发是有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间，不是一触即通，只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的擎住电流il 以上时，管子才能导通。
所以触发脉冲信号应有一定的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠导通。
例如：一般晶闸管的导通时间在6μs左右，故触发脉冲的宽度至少在6μs以上，一般取20-50μs。
对于大电感负载，由于电流上升较慢，触发脉冲宽度还应加大，否则脉冲终止时主回路电流还未上升到晶闸管的擎任电流以上则晶闸管又重新关断。
所以脉冲宽度不应小于300μs，通常取1ms，相当广50hz正弦波的18°电角度。
二、引爆脉冲的型式必须有利于就是晶闸管导通时间的一致性对于晶闸管串并联电路，要求并联或者串联的元件要同一时刻导通，使两个管子中流过的电流及或承受的电压及相同，否则，由于元件特性的分散性，在并联电路中使导通较早的元件超出允许范围，在串联电路中使导通较晚的元件超出允许范围而被损坏。
所以，针对上述问题，通常采取强触发措施使并联或者串联的晶闸管尽量在同一时间内导通。
三、引爆脉冲必须存有足够多的移相范围并且必须与主电路电源同步为了保证晶闸管变流装置能在给定的控制范围内工作，必须使触发脉冲能在相应的范围内进行移相。
同时，无论是在受控整流，有源低电压，还是在交流调压的引爆电路中，为了并使每-周波重复在相同边线上引爆晶闸管，引爆信号必须与电源同步，即为引爆信号必须与主电路电源维持紧固的增益关系。
否则，引爆电路就无法对主电路的输入电压ud展开精确的掌控，低电压运转时甚至可以导致短路事故。
而同步就是由相主电路直奔在同一个电源上的同步变压器输入的同步信号去同时实现的。
可控硅的结构及工作原理、主要技术参数及可控硅的种类
可控硅一、可控硅的结构及工作原理可控硅是一种新型的半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、操作维护方便等许多显著优点，应用日益广泛。
主要用于整流、逆变、调压、开关四个方面。
1、可控硅结构可控硅是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件，它具有三个PN结的四层结构，如图7—1最外的P层和N层引出两个电极，分别称为阳极A和阴极K，由中间的P 层引出控制极G。
AGGK图7—1 可控硅结构和符号2、可控硅的工作原理根据可控硅结构将其分成两个晶体管，一个是PNP型管T1，另一个是NPN型管T2，如图7—2。
图7—2 可控硅工作原理可控硅导通必须同时具备的外部条件：1）可控硅的阳极电路加正向电压E A；2）控制极电路加适当的正向电压E B（实际工作中，控制极加正触发脉冲信号）。
设晶体管T1和T2的电流放大系数为β1和β2。
当阳极连接电源E A的正极，控制极也接在电源E G的正极，参见图1—17（C）。
晶体管T2发射结处于正向偏置，E G产生的控制电流I G，I G也就是T2的基极电流I B2 ，此时，T2的集电极电流I C2 = β2 I G。
而I C2又PNPN是晶体管T1的基极电流，此时，T1的集电极电流I C1=β1I C2 =β1β2 I G。
此电流又流进T2的基极，经过再一次放大。
这样循环下去，形成强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通。
导通后，其压降很小，约1V左右。
可控硅一旦导通，这时即使撤掉电源E G，可控硅仍能继续保持导通状态。
若要关断可控硅，一是使流过阳极电流减小到使之不能维持正反馈过程，另一个是断开阳极电源，再者是在阳极与阴极之间加一个反向电压，这三种方法都可以关断可控硅。
二、可控硅的主要技术参数1、正向重复峰值电压UFRM在控制极开路，可控硅阳极加正向电压，但是可控硅在不导通的条件下，可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压。
按规定此电压为正向转折电压的80%。
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t u2 < 0 时，晶闸
管不通，uL = 0 。
t 故称可控整流。
：控制角 ：导通角
(3) 输出电压及电流的平均值 uL
U L
=
1
2p
p
u Ld w t
p
= 1 p
2p
2U2 sin wtd wt
IL
==0U.4L5U21c2os
RL
wt
2p
承受的最高反向电压: uT t
四
个
层
N1
PN
半
结
导
P2
体
G（控制极）
N2
K（阴极）
2. 工作原理 符号
阳极
A
控制极
G
A
P1 N1 G P2
K 阴极
N2 K
A
P
NN G
PP N
K
A
等效为由二个三极
管组成
P
A
G NN
RL
ßßig
T2
PP
N K
G
T1
UGK ig
UAK
ßig
K
T1、T2都导通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然导通
IFI
平均
电流 IH
URRM
UDRM
U U 正向转折
DSM 电压
(3) IF：额定正向平均电流： 通用系列为：
1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
反向击穿电压
URSM
I 额定
正向 平均
IF
电流
IH
URRM
UDRM
U U 正向转折
反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍
有增加，当 U = URSM （反向击穿电压）时， 反向击穿。正常工作时，反向电压必须小于 URSM。
2. 主要参数
(1) UDRM：正向阻断电压
晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM （正向 转折电压）。
普通晶闸管UDRM 为 100V---3000V
特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大（正 向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。
应用领域：
• 整流（交流 直流） • 逆变（直流 交流） • 变频（交流 交流） • 斩波（直流 直流）
此外还可作无触点开关等。
17.1 工作原理
1. 结构
PNPN四层半导体结构
A（阳极）
三
P1
第20讲
第17章 可控硅及其应用
17.1 晶闸管工作原理 17.2 晶闸管特性与参数 17.3 可控整流电路 17.4 触发电路 17.5 单结管触发的可控整流电路 17.6 晶闸管的其它应用 17.7 晶闸管的保护及其它类型
晶闸管（Thyristor）
别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier） 是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它 的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领 域。
UDRM= 2U2
电感性负载（如直流电动机的激磁线圈）
电路及工作原理
G
A
K
uL
u1
uT
u2
D
R –
L
+
u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，电感产生 反电动势。
由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内 仍维持导通，失去单向导电作用。
解决办法：加续流二极管D,加入D的目的就是消 除反电动势的影响，使晶闸管在u2过零时关断
B
uL
T1
T2 RL
D1 D2
均值的最大值和承受的最大反
向电压。
UL =0.9U21c2os
IL
= UL RL
=191/3=64A
=191V， =15 =0V， =180
承受的最高反向电压: UDRM= 2U2 =311V
二、电感性负载桥式可控整流电路
2. 单相全波可控整流电路
一、电阻性负载桥式可控整流电路
uG
(1) 电路及工作原理
•
u2 > 0的导通路径：
A +
u2 (A) u2 (B)
T1
u2
RL
-
B D2
T1 、D2导通， T2 、D1截止
uL
T1
T2
RL
D1
D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --二极管
• u2 < 0的导通路径：
反向击穿电压
额定 正向
IFI
URSM
平均
电流 IH
U
U UDRM
正向转折
DSM 电压
(2) URRM：反向峰值电压
控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反 向重复电压。一般取URRM = 80% URSM（反向击 穿电压）。普通晶闸管URRM为100V--3000V）
反向击穿电压
URSM
额定 正向
uG
u2 (B) u2 (A)
T2
A
-
RL u2
D1
+
B
uL
T1
T2
RL
D1
D2
T2 、D1导通， T1 、D2截止
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
(2) 工作波形 u2
uG
uL uT1
A +
uL
u2
T1
T2 RL
B
D1 D2
t
பைடு நூலகம்
t t t
(3) 输出电压及电流的平均值
UL
=
DSM 电压
17.3 可控整流电路
1. 单相半波可控整流电路
(1) 电路及工作原理 uG
A
G
K
u1
uT u2
RL
uL
(2) 工作波形(设u1为正弦波)
u2
u1
uG
uL uT
uG
A
G
K
u2 uT
RL uL
t
u2 > 0 时，加上触
发电压 uG ，晶闸
t 管导通 。且 uL
的大小随 uG 加入
的早晚而变化；
1
p
p
u Ld (w t )
uL
p
= 1 p
p
2U2 sin wtd (wt )
=0.9U2
1c os
2
IL
= UL RL
wt
2p
例：桥式可控整流电路中， A U2=220V，RL=3,可控硅控制 + 角=15~180，求输出电压平 u2
均值Uo的调节范围，以及可 控硅（包括二极管）的电流平
A
RL
ßßig T
可控硅导通的条件： （1）阳极A加正电压 （2）控制极G加正的触发电压
2
UAK 可控硅截止的条件：
G
T1 ßig
UGK ig
K
A
(1)阳极A加反向电压，或不加 触发信号（即UGK= 0 ）。
(2)可控硅正向导通后，若令其关 断，必须减小UAK（或使UAK 反向），使可控硅中电流小于
G
某一最小电流IH （ IH称为维持
电流）
K
晶闸管的工作原理小结
（1）晶闸管具有单向导电性。
正向导通条件：A、K间加正向电 压，G、K间加正的触发信号。
（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。 若使其关断，必须降低 UAK 或加 大回路电阻，把阳极电流减小到 维持电流以下。
17.2 特性与参数
1. 特性
反向击穿电压
URSM
I
IF
额定正向 平均电流
IH
维持电流
导通后管压降约1V
导通
截止
有IG时
IG=0时
U
反向
正向
UDSM
正向转折电压
U -- 阳极、阴极间的电压 I -- 阳极电流
正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极
电流逐渐增加。当U = UDSM（正向转折电压）
时，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应 小于 UDSM 。