可控硅工作原理及参数详解

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）。
上面我们只是把 R2（与 R1）作为象征性的限流电阻，其实 R2 完全可以是负载，如电 灯泡，如下图所示：
所谓人多好办事，这个更大的基极电流 IB2 第二次被三极管 Q2 放大，此时的 IC2 就是（IB2 ×β2×β1×β2），然后又重复被两个三极管交互进行正反馈放大，周而复始。
在这个过程中，三极管 Q2 的集电极‐发射极压降越来越小，阳极电流 IAA 的电流也越来越 大，最终 Q2 饱和了（Q1 也不甘示弱，节奏妥妥地跟上），最后就成为下图所示的：
可控硅完全导通后，流过 A、K 两极的电流即为通态电流 IT（On‐State Current），实际应 用时，VAK 通常是交流电压（如 220VAC），因此常将此参数标记为通态平均电流 IT（RMS），指 可控硅元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，而此时流过 G、 K 两极的电流即为门极电流 IG（Gate Current），这个门极控制电流不应超过门极最大峰值电 流 IGM（Forward Peak Gate Voltage）
当 Q1 与 Q2 充分导通后（可控硅导通），A、K 两极之间的压降很小，其实就是 Q1 发射
结电压 + VBE2 Q2 集电极‐发射极饱和电压 VCE1，这个电压称为正向通态电压 VTM（Forward
On‐State Voltage）
可以看到，VAK 的电压值最终全部加到电阻 R2 上面，整个过程就是由电压 VGK 引发的“血 案”，原来 R2 电阻上没有任何压降，VGK 电压触发可控硅后，VAK 电压就全部加在电阻 R2 上 面了。
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
在门极 G 开路时，要保持可控硅能处于导通状态所必须的最小正向电流，称为维持电 流 IH（Holding current）。还有一个擎住电流 IL（Latch current），是可控硅刚从断态转入通态 并移除 G 极触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对于同一可控硅，通常 IL 约为 IH 的 数倍 。
当 VAK 是交流电源的负半周时，可控硅因为 A、K 两极加反向电压而阻断，此时允许施 加的最大电压称为反向重复峰值电压 VRRM（Peak Repetitive Reverse Blocking Voltage），由于 可控硅阻断时的电阻不是无穷大，此时的电流称之为反向重复峰值电流 IRRMM（Peak Repetitive Reverse Blocking Current）。
5
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
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。
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。
更多精彩文章可关注《电子制作站中国》微信号 dzzzzcn
11
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
下面我们来看看可控硅的工作原理： 如下图所示，初始状态下，电压 VAK 施加到可控硅的 A、K 两个端，此时三极管 Q1 与 Q2 都处于截止状态，两者地盘互不侵犯。
1
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
此时 VAK 电压全部施加到 A、K 两极之间，这个允许施加的最大电压 VAK 即断态重复峰值 电压 VDRM（Peak Repetitive Off‐State Voltage），相应的有断态重复峰值电流 IDRM（Peak Repetitive Off‐State Current）
如下图所示，电压 VGK 施加到 G、K 两极后，Q2 的发射结因正向偏置而使其导通，从而 产生了基极电流 IB2，此时 Q2 尚处于截止状态，可控硅阳极电流 IA 为 0，Q1 的基极电流 IB1 也为 0，电阻 R2 上也没有压降，因此 Q2 的集电极‐发射电压 VCE2 为 VAK，这个电压值通常远 大于 VBE2，即使是在测试数据手册中的参数时，VAK 也至少有 6V，实际应用时 VAK 会有几百 伏，因此，三极管 Q2 的发射结正偏、集电结反偏，开始处于放大状态。
由地盘之争引发的血案就此完结！
但是还有下文哦！
如果在 A、K 之间充分导通后，我们拿掉电压 VGK 企图让灯泡熄灭，如下所示：
7
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
很遗憾，没有成功，灯泡还是一往 无前地发射出嘲笑我们的刺眼光芒 ，因为这个时候 VGK 已经没有利用价值了，尽管没有 VGK，可控硅内部还是会有三极管电流正反馈维持可控 硅的继续导通。
9
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
行分析一下。
Author: Jackie Long
下图的典型可控硅应用电路，可以用来调节灯泡的亮度。电路输入的 220V 交流电 压经桥式整流后得到脉冲直流电压 VP，此时可控硅 VT 为阻断状态，电路是不导通的；
刚刚进入放大状态（微导通）的三极管 Q2 将基极电流 IB2 进行放大，相应集电极的电流 为 IC2，其值为（IB2×β2），尽管放大了β2 倍，但此时的 IC2 还比较小，因此 IA 与 IB1 也比较 小（但是已经不为 0 了），电阻 R2 中也有微小电流，可以看成一个完整的电流回路，但此 时的 Q2 的集电极‐发射极压降仍然很大。
当 G、K 两极没有加正向电压时，A、K 之间相当于是断开的，灯泡不亮
6
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
当 G、K 加上正向电压后，A、K 之间相当于短路，所以 VAK 电压全部加在电灯泡上使其 发光。
3
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
与此同时，三极管 Q1 的发射极一直是 VA（K 最高电压），集电极一直是较低的电压（VBE2）， 只要基极设置合适的电压，就可以进入放大状态，所以一直卧薪尝胆、蛰伏待机。Q2 集电 极电流 IC2 的出现，使得三极管 Q1 有机可乘。
处于微导通状态的三极管 Q2 形成的回路使三极管 Q1 基极所欠缺的电压一步到位，时 机终于成熟了，三极管 Q1 也因此刚刚进入放大状态（微导通）！由于 IB1 与 IC2 是相同的，IB1 经 Q1 放大后，其集电极电流 IC1=（IB2×β2×β1），这个电流值又比 IC2 增大了β1 倍。
4
All rights reserved, NO Spreading without Authorizong
三极管 Q1 放大后的集电极电流 IC1 无处可逃，只好往 Q2 的基极去钻（不会跑到电阻 R1 这边来，因为电压 VGK 肯定比 VBE2 要高，水往低处走），IC1 就变成了 IB2，三极管 Q2 的基极 电流 IB2 被替换成了（IB2×β2×β1），比原来增加了（β2×β1）倍。
Author: Jackie Long
可控硅参数详解
可控硅全称“可控硅整流元件”（Silicon Controlled Rectifier），简写为 SCR，别名晶体闸 流管（Thyristor），是一种具有三个 PN 结、四层结构的大功率半导体器件。可控硅体积小、 结构简单、功能强，可起到变频、整流、逆变、无触点开关等多种作用，因此现已被广泛应 用于各种电子产品中，如调光灯、摄像机、无线电遥控、组合音响等。
其原理图符号如下图所示：
从可控硅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，只是多了一 个控制极 G，正是它使得可控硅具有与二极管完全不同的工作特性。可控硅是可以处理耐高 压、大电流的大功率器件，随着设计技术和制造技术的进步，越来越大容量化 。
可控硅的基本结构如下图所示：
三个 PN 结（J1、J2、J3）组成 4 层 P1‐N1‐P2‐N2 结构的半导体器件对外有三个电极， 由最外层 P 型半导体材料引出的电极作为阳极 A，由中间的 P 型半导体材料引出的电极称为 控制极 G，由最外层的 N 型半导体材料引出的电极称为阴极 K，它可以等效成如图所示的两 只三极管电路。
2
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
只有在 G、K 加上正向电压后，才可以触发可控硅的导通，这个触发电压的最小值称为 门极触发电压 VGT（Gate Trigger Voltage），这个值就是一个 PN 结的结电压（不是电池电压 VGK），此时流过控制极的电流称为门极触发电流 IGT（Gate Trigger Voltage）