向強(qiáng)電沖擊的先鋒—可控硅

可控硅是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。實(shí)際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電，等等。可控硅和其它半導(dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電 領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件。1. 可控硅的結(jié)構(gòu)和特性 可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式的應(yīng)用較多。可控硅有三個(gè)電極——陽(yáng)極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P 型導(dǎo)體和N 型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個(gè)PN 結(jié)。可控硅和只有一個(gè)PN 結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引用，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。在應(yīng)用可控硅時(shí)，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽(yáng)極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達(dá)幾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。可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢？首先，我們可以把從陰極向上數(shù)的第一、二、三層看面是一只NPN 型號(hào)晶體管，而二、三四層組成另一只PNP 型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。當(dāng)在陽(yáng)極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓Ea ，又在控制極G和陰極C之間（相當(dāng)B_G1 的基一射間）輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號(hào)，B_G1 將產(chǎn)生基極電流I_b1 ，經(jīng)放大，B_G1 將有一個(gè)放大了β₁ 倍的集電極電流I_C1 。因?yàn)?I>B_G1 集電極與B_G2 基極相連，I_C1 又是B_G2 的基極電流Ib2 。B_G2 又把比I_b2 （I_b1 ）放大了β2 的集電極電流I_C2 送回B_G1 的基極放大。如此循環(huán)放大，直到B_G1 、B_G2 完全導(dǎo)通。實(shí)際這一過(guò)程是“一觸即發(fā)”的過(guò)程，對(duì)可控硅來(lái)說(shuō)，觸發(fā)信號(hào)加入控制極，可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能。可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入B_G1 基極的電流已不只是初始的I_b1 ，而是經(jīng)過(guò)B_G1 、B_G2 放大后的電流（β₁ *β₂ *I_b1 ）這一電流遠(yuǎn)大于I_b1 ，足以保持B_G1 的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)信號(hào)即使消失，可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)只有斷開(kāi)電源Ea 或降低Ea ，使B_G1 、B_G2 中的集電極電流小于維持導(dǎo)通的最小值時(shí)，可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然，如果Ea 極性反接，B_G1 、B_G2 由于受到反向電壓作用將處于截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，即使輸入觸發(fā)信號(hào)，可控硅也不能工作。反過(guò)來(lái)，Ea 接成正向，而觸動(dòng)發(fā)信號(hào)是負(fù)的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號(hào)，而正向陽(yáng)極電壓大到超過(guò)一定值時(shí)，可控硅也會(huì)導(dǎo)通，但已屬于非正常工作情況了。可控硅這種通過(guò)觸發(fā)信號(hào)（小的觸發(fā)電流）來(lái)控制導(dǎo)通（可控硅中通過(guò)大電流）的可控特性，正是它區(qū)別于普通硅整流二極管的重要特征。 2. 可控硅的主要參數(shù) 可控硅的主要參數(shù)有： (1) 額定通態(tài)平均電流IT在一定條件下，陽(yáng)極---陰極間可以連續(xù)通過(guò)的50赫茲正弦半波電流的平均值。 (2) 正向阻斷峰值電壓V_PF 在控制極開(kāi)路未加觸發(fā)信號(hào)，陽(yáng)極正向電壓還未超過(guò)導(dǎo)能電壓時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓。可控硅承受的正向電壓峰值，不能超過(guò)手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。 (3) 反向陰斷峰值電壓VPR當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過(guò)手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。 (4) 控制極觸發(fā)電流I_g1 、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽(yáng)極——陰極間加有一定電壓時(shí)，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。 (5) 維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽(yáng)極正向電流。近年來(lái)，許多新型可控硅元件相繼問(wèn)世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負(fù)的觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通，用負(fù)觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷的可控硅等等。