可控硅的基本工作原理及在調(diào)光器中的使用

可控硅是可控硅整流元件的簡稱，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，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)的快速接通或切斷；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，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)、民用電器等方面爭相采用的元件。 目前可控硅在自動控制、機(jī)電應(yīng)用、工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用。

可控硅從外形上區(qū)分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式應(yīng)用較多。

可控硅有三個(gè)極----陽極(a)、陰極(c)和控制極(g)，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)，與只有一個(gè)pn結(jié)的硅整流二極管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引入，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。可控硅應(yīng)用時(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。 0 && image.height>0){if(image.width>=510){this.width=510;this.height=image.height*510/image.width;}}" border=0>

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。可畫出圖1的等效電路圖。當(dāng)在陽極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓e，又在控制極g和陰極c之間(相當(dāng)bg2的基一射間)輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號，bg2將產(chǎn)生基極電流ib2，經(jīng)放大，bg2將有一個(gè)放大了β2 倍的集電極電流ic2 。因?yàn)閎g2集電極與bg1基極相連，ic2又是bg1 的基極電流ib1 。bg1又把ib1(ib2)放大了β1的集電極電流ic1送回bg2的基極放大。如此循環(huán)放大，直到bg1、bg2完全導(dǎo)通。事實(shí)上這一過程是“一觸即發(fā)”的，對可控硅來說，觸發(fā)信號加到控制極，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bg2基極的電流已不只是初始的ib2 ，而是經(jīng)過bg1、bg2放大后的電流(β1*β2*ib2)，這一電流遠(yuǎn)大于ib2，足以保持bg2的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)信號即使消失，可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，只有斷開電源e或降低e的輸出電壓，使bg1、bg2 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e極性反接，bg1、bg2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，可控硅也不能工作。反過來，e接成正向，而觸動發(fā)信號是負(fù)的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時(shí)，可控硅也會導(dǎo)通，但已屬于非正常工作情況了。

可控硅這種通過觸發(fā)信號(小觸發(fā)電流)來控制導(dǎo)通(可控硅中通過大電流)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。

由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表1