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可控硅相关知识介绍

2015-04-09    来源:    作者:  阅读:次  【打印此页】

可控硅又称晶闸管(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  可控硅闸管、快速晶闸管,等等。   

可控硅整流器件是一种非常重要的功率器件,可用来做高电压和高电流的控制。可控硅器件主要用在开关方面,使器件从关闭或是阻断的状态转换为开启或是导通的状态,反之亦然。可控硅器件与双极型晶体管有密切的关系,二者的传导过程皆牵涉到电子和空穴,但可控硅的开关机制和双极晶体管是不同的,且因为器件结构不同,可控硅器件有较宽广范围的电流、电压控制能力。现今的可控硅器件的额定电流可以从几毫安到5000A以上,额定电压可以超过10000V。下面将讨论基本可控硅器件的工作原理,然后给出一些高功率和高频率的可控硅器件。

结构

  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。   

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.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,因元件开关损耗显着增加,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.

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