可控硅的工作過程及原理

                                                                可控硅的工作過程及原理    

         可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個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.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(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?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，具有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。

         晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，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接，組成晶閘管的控制電路。

雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號。它屬于NPNP四層器件，三個電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙向?qū)?，故除門極G以外的兩個電極統(tǒng)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(dāng)G極和T2極相對于T1，的電壓均為正時，T2是陽極，T1是陰極。反之，當(dāng)G極和T2極相對于T1的電壓均為負(fù)時，T1變成陽極，T2為陰極。雙向晶閘管的伏安特性，由于正、反向特性曲線具有對稱性，所以它可在任何一個方向?qū)ā?/span>

從晶閘管的內(nèi)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(jié)，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管。

當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)通，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。

設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Ic1和Ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik；電流放大系數(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設(shè)流過J2結(jié)的反相漏電電流為Ic0,

晶閘管的陽極電流等于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）

硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。

當(dāng)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(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反饋過程迅速進(jìn)行。當(dāng)a1和a2隨發(fā)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*由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。

式（1—1）中，在晶閘管導(dǎo)通后，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(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。

在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，由于a1和a1迅速下降，當(dāng)1-（a1+a2）≈0時，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。