可控硅的基本工作原理及在調光器中的使用

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接而成。
可控硅是可控硅整流元件的簡稱，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接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無觸點開關的快速接通或切斷；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。可控硅和其它半導體器件一樣，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采用的元件。 目前可控硅在自動控制、機電應用、工業電氣及家電等方面都有廣泛的應用。
可控硅從外形上區分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式應用較多。
可控硅有三個極----陽極(a)、陰極(c)和控制極(g)，管芯是p型導體和n型導體交迭組成的四層結構，共有三個pn 結，與只有一個pn結的硅整流二極管在結構上迥然不同。可控硅的四層結構和控制極的引入，為其發揮“以小控大”的優異控制特性奠定了基礎。可控硅應用時，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。
 
我們可以把從陰極向上數的第一、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。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓e，又在控制極g和陰極c之間(相當bg2的基一射間)輸入一個正的觸發信號，bg2將產生基極電流ib2，經放大，bg2將有一個放大了β2 倍的集電極電流ic2 。因為bg2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。如此循環放大，直到bg1、bg2完全導通。事實上這一過程是“一觸即發”的，對可控硅來說，觸發信號加到控制極，可控硅立即導通。導通的時間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經觸發導通后，由于循環反饋的原因，流入bg2基極的電流已不只是初始的ib2 ，而是經過bg1、bg2放大后的電流(β1*β2*ib2)，這一電流遠大于ib2，足以保持bg2的持續導通。此時觸發信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態，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通的最小值時，可控硅方可關斷。當然，如果e極性反接，bg1、bg2受到反向電壓作用將處于截止狀態。這時，即使輸入觸發信號，可控硅也不能工作。反過來，e接成正向，而觸動發信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發信號(小觸發電流)來控制導通(可控硅中通過大電流)的可控特性，正是它區別于普通硅整流二極管的重要特征。
由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見表1
表1 可控硅導通和關斷條件