可控硅工作原理及参数详解

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。
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
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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。
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。
那么有什么办法让电灯泡灭呢？
有一种办法很明显，就是使电流 IA 下降到不足以维持内部正反馈过程，可控硅自然就 阻断了，灯泡也会随之熄灭，也就是把 VAK 电压降下来。这个地球人都知道，你 VAK 虽然是 大 BOSS，但让我为你开路总得留下点买路钱吧！只要降低电压 VAK 让 IA 小于 IH，那么可控 硅就断开了（或在 A、K 两极加反向电压，其实这与降低电压 VAK 是一个道理）。
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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。
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行分析一下。
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；
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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）
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。
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
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：
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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。
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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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。
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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：
将电压 VGK 反向接入 G、K 两极后，想让三极管 Q2 截止继而让可控硅进入阻断状态， 但还是无法成功，因为可控硅导通后处于深度饱和状态，就算加反向电压也是无效的。
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。
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 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）。
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：
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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。
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。
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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 。
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：