可控矽是可控矽整流元件的簡稱,是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件,一般由兩晶閘管反向連線而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現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。可控矽和其它半導體器件一樣，其有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方面爭相採用的元件。
基本介紹
- 中文名：可控矽原理
- 原稱：可控矽整流元件
工作過程,主要用途,整流,無觸點開關,產品特性,
工作過程
晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連線，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連線，組成晶閘管的控制電路
雙向晶閘管的結構與符號見圖2。它屬於NPNPN五層器件，三個電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙嚮導通，故除門極G以外的兩個電極統稱為主端子，用T1、T2。表示，不再劃分成陽極或陰極。其特點是，當G極和T2極相對於T1，的電壓均為正時，T2是陽極，T1是陰極。反之，當G極和T2極相對於T1的電壓均為負時，T1變成陽極，T2為陰極。雙向晶閘管的伏安特性見圖3，由於正、反向特性曲線具有對稱性，所以它可在任何一個方嚮導通。
從晶閘管的內部分析工作過程：
晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結圖一，可以把它中間的NP分成兩部分，構成一個PNP型三極體和一個NPN型三極體的複合管圖二.
當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導通，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖2中每個電晶體的集電極電流同時就是另一個電晶體的基極電流。因此，兩個互相複合的電晶體電路，當有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩電晶體飽和導通，電晶體飽和導通。
設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2；發射極電流相應為Ia和Ik；電流放大係數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,
晶閘管的陽極電流等於兩管的集電極電流和漏電流的總和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig
從而可以得出晶閘管陽極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）） （1—1）
矽PNP管和矽NPN管相應的電流放大係數a1和a2隨其發射極電流的改變而急劇變化如圖三所示。
當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關處於正向阻斷狀態。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由於足夠大的Ig流經NPN管的發射結，從而提高起點流放大係數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發射結，並提高了PNP管的電流放大係數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3，當a1和a2隨發射極電流增加而（a1+a2）≈1時，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時，流過晶閘管的電流完全由主迴路的電壓和迴路電阻決定。晶閘管已處於正嚮導通狀態。
式（1—1）中，在晶閘管導通後，1-（a1+a2）≈0,即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續導通。晶閘管在導通後，門極已失去作用。
在晶閘管導通後，如果不斷的減小電源電壓或增大迴路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，由於a1和a1迅速下降，當1-（a1+a2）≈0時，晶閘管恢復阻斷狀態。
主要用途
整流
普通可控矽最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極體整流電路屬於不可控整流電路。如果把二極體換成可控矽，就可以構成可控整流電路。現在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。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衝Ug，VS仍然不能導通，只有在U2處於正半周，在控制極外加觸發脈衝Ug時，可控矽被觸發導通。現在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，只有在觸發脈衝Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，可控矽導通的時間就早；Ug到來得晚，可控矽導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發脈衝Ug到來的時間，就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。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衝到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內可控矽導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示可控矽在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷範圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈衝直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。
常見可控矽
常見可控矽無觸點開關
可控矽一個關鍵用途在於做為無觸點開關。在自動化設備中,用無觸點開關代替通用繼電器已被逐步套用。其顯著特點是無噪音,壽命長。
產品特性
可控矽第一陽極A1與第二陽極A2間，無論所加電壓極性是正向還是反向，只要控制極G和第一陽極A1間加有正負極性不同的觸發電壓，就可觸發導通呈低阻狀態。此時A1、A2間壓降也約1V。雙向可控矽一旦導通，即使失去觸發電壓，也能繼續保持導通狀態。只有當第一陽極A1、第二陽極A2電流減小，小於維持電流或A1、A2間當電壓極性改變且沒有觸發電壓時，雙向可控矽才截斷，此時只有重新加觸發電壓方可導通。
