可控硅模塊

概念
可控硅又稱晶閘管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從20世紀50年代問世以來已經發展成了一個大的家族，
它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶  可控硅
閘管、快速晶閘管，等等。
可控硅整流器件是一種非常重要的功率器件，可用來做高電壓和高電流的控制。可控硅器件主要用在開關方面，使器
件從關閉或是阻斷的狀態轉換為開啟或是導通的狀態，反之亦然。可控硅器件與雙極型晶體管有密切的關系，二者的
傳導過程皆牽涉到電子和空穴，但可控硅的開關機制和雙極晶體管是不同的，且因為器件結構不同，可控硅器件有較
寬廣范圍的電流、電壓控制能力。現今的可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到5000A以上，額定電壓可以超過10000
V。下面將討論基本可控硅器件的工作原理，然后給出一些高功率和高頻率的可控硅器件。

結構
今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有
三個電極〔圖2(a）〕：**層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半
導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號〔圖2(b）〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方向導電的器件，關
鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始于1957年，因為它的特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為
硅晶體閘流管，簡稱晶閘管T，又因為晶閘管*初的在靜止整流方面，所以又被稱之為硅可控整流元件，簡稱為可控
硅SCR.
在性能上，可控硅不僅具有單向導電性，而且還具有比硅整流元件（俗稱"死硅")更為可貴的可控性.它只有導通和關
斷兩種狀態.
可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，如果超過此頻率，因元件開關損耗顯著增加，允許通過的平均電流相
降低，此時，標稱電流應降級使用.
可控硅的優點很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬倍；反應極快，在微秒級內開通、關斷；
無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等.
可控硅的弱點：靜態及動態的過載能力較差；容易受干擾而誤導通.
可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形.
可控硅元件的結構
不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結構.見圖1.它有三個PN結（J1、J2、J
3），從J1結構的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導體器件.

晶閘管的特點
“一觸即發”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通。控制極的作用是通過外加正向觸發
脈沖使晶閘管導通，卻不能使它關斷。那么，用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷，可以斷開
陽極電源（圖3中的開關S）或使陽極電流小于維持導通的*小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽極和陰極之間外加
的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關斷。
典型應用電路
鎖存器電路[1]
單向可控硅SCR振蕩器
SCR半波整流穩壓電源
SCR全波整流穩壓電源
雙向可控硅和固體繼電器（SSR）
抑制RF干擾的輔助電路

測試
用萬用表可以區分晶閘管的三個電極嗎?怎樣測試晶閘管的好壞呢?
普通晶閘管的三個電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測。大家知道，晶閘管G、K之間是一個PN結〔圖2(a)〕，
相當于一個二極管，G為正極、K為負極，所以，按照測試二極管的方法，找出三個極中的兩個極，測它的正、反向電阻
，電阻小時，（模擬）萬用表黑表筆接的是控制極G，紅表筆接的是陰極K，剩下的一個就是陽極A了。測試晶閘管的好
壞，可以用剛才演示用的示教板電路（圖3）。接通電源開關S，按一下按鈕開關SB，燈泡發光就是好的，不發光就是壞
的。

分類可控硅有多種分類方法。
（一）按關斷、導通及控制方式分類：可控硅按其關斷、導通及控制方式可分為普通可控硅、雙向可控硅、逆導可控硅、
門極關斷可控硅（GTO）、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種。
（二）按引腳和極性分類：可控硅按其引腳和極性可分為二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅。
（三）按封裝形式分類：可控硅按其封裝形式可分為金屬封裝可控硅、塑封可控硅和陶瓷封裝可控硅三種類型。
其中，金屬封裝可控硅又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封可控硅又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。
 可控硅開關
（四）按電流容量分類：可控硅按電流容量可分為大功率可控硅、**率可控硅和小功率可控硅三種。通常，大功
率可控硅多采用金屬殼封裝，而中、小功率可控硅則多采用塑封或陶瓷封裝。
（五）按關斷速度分類：可控硅按其關斷速度可分為普通可控硅和高頻（快速）可控硅。

封裝
常用可控硅的封裝形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220ABC、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252、SOT-23、
SOT23-3L等

主要用途
普通晶閘管*基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，
就可以構成可控整流電路。以*簡單的單相半波可控整流電路為例，在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制
極沒有輸入觸發脈沖Ug，VS仍然不能導通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發脈沖Ug時，晶閘管被觸發導通。
畫出它的波形（c）及（d），只有在觸發脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來得早，晶閘管導通的時間
就早；Ug到來得晚，晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發脈沖Ug到來的時間，就可以調節負載上輸出電壓
的平均值UL。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始
到觸發脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ
都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖
直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。
1：小功率塑封雙向可控硅通常用作聲光控燈光系統。額定電流：IA小于2A。
2：大；**率塑封和鐵封可控硅通常用作功率型可控調壓電路。像可調壓輸出直流電源等等。
3：大功率高頻可控硅通常用作工業中；高頻熔煉爐等。