124可控硅1可控硅的结构与工作原理是在硅二极管基础上DOC

  1.2.4可控硅1.可控硅的结构与工作原理可控硅是在硅二极管基础上.DOC

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  1.2.4 可控硅 1. 可控硅的结构与工作原理 可控硅是在硅二极管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它又称“晶体闸 流管”简称“晶闸管”。它具有三个PN结四层结构。可控硅有三个电极，分别为阳 极（A）、阴极（K）、控制极（G）。其外形及电路符号如图1-20所示。可控 硅主要有螺栓型、平板型、塑封型和三极管型。通过的电流可能从几安培到千安 培以上。 图1-20 可控硅及电路符号 图1-21 可控硅工作原理 可控硅的工作原理能够最终靠下面的实验电路加以说明。如图1-21（a）所示，接 好电源，阴极与阳极间加正向电压，即阳极接电源E1的正极，阴极接电源E1 的负极，控制极接E2的正极，这时S为断开状态，灯泡不亮，说明可控硅不导 通。如将S闭合，即给控制极加上正电压，这时灯泡亮了，说明可控硅处于导通 状态。可控硅导通后，将S断开，去掉控制极上的电压，灯泡仍然亮了，说明可 控硅一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 如果给阴极与阳极间加反向电压，如图1-21（b）即阳极接E负极，阴极接E的 正极。这时给控制极加电压，灯泡不亮，说明可控硅不导通。如将E极性对调， 即控制极加反向电压如图1-21（c）所示，阳极与阴极间无论加正、反向电压， 可控硅都不导通。 通过以上说明，可控硅导通一定要具有两个条件：一是可控硅阴极与阳极间必须加 正向电压，二是控制极电路也要接正向电压。另外，可控硅一旦导通后，即使降 低控制极电压或去掉控制极电压，可控硅仍然导通。 如图1-21（d），当改变RP的触点位置时可使灯泡的亮度慢慢地减少，并完全熄 灭。当灯泡熄灭后，不论如何改变RP触点的位置，灯都不会再亮，这说明了可 控硅已不再导通。此试验进一步表明，当可控硅导通后控制极就起动了控制作用， 此时要使可控硅再度处于关断状态，就要降低可控硅阳极电压或通态的电流。 可控硅的控制极电压、电流，一般是比较低的，电压只有几伏，电流只有几十至 几百毫安，但被控制的器件中能够最终靠很大的电压和电流，电压可达几千伏、电 流可达到千安以上。因为可控硅是一个可控的单向导电开关，它能以弱电去控制 强电的各种电路。利用可控硅的这种特点，将它用于整流、调速、交直流变换、 开关、调光等自动控制电路中，同时可控硅还有控制特性好、反应快、寿命长、 体积小、重量轻等优点。 2. 可控硅的主要参数 （1）正向阻断峰值电压 指在控制极断路和可控硅正向阻断的条件下，可以重复加在可控硅两端的正向的 峰值，此电压规定为正向转折电压的80%。平常所说的多少伏可控硅就是针对 这个参数而言。 （2）反向阻断值电压 指在控制极断路时，可以重复加在可控硅元件上的反向峰值电压，此电压规定为 反向击穿电压的80%。 （3）额定正向平均电流 在环境和温度不大于40℃时，在标准散热条件下，可以连续通过50Hz正弦半波电 流的平均值，称为额定正向平均电流。 （4）维持电流 在控制极断路时，维持器件继续导通的最小正向电流。 （5）控制极触发电流 阳极与阴极之间加直流6V电压时，使可控硅完全导通所必须的最小控制极电流。 （6）控制极触发电压 从阻断转变成导通状态时控制极上所加的最小直流电压。 可控硅的类型有很多种，并各有不同的用途。双向可控硅，大多数都用在交流控制电 路，例如灯光的控制、温度的调整等。还有快速可控硅，主要用在频率较高的条 件下，比如激光电源、电脉冲加工电源的电路中。可关断可控硅，它能弥补可控 硅一旦导通后，控制极失去控制作用的不足，能很方便地控制通和断，例如用它 作无触点开关等。它们的型号有3CT001、3CT010、3CT00103等。几种3CT系 列的可控硅参数见表1-14。 表1-14 几种3CT系列可控硅参数 型号 参数 3CT1 3CT3 3CT5 3CT10 3CT20 额定正向平均电流(A) 1 3 5 10 20 正向阻断峰值电压(V) 30~3000 30~3000 30~3000 30~3000 30~3000 反向阻断峰值电压(V) 30~3000 30~3000 30~3000 30~3000 30~3000 维持电流(mA) 20 40 40 60 60 控制极触发电压(V) 2.5 3.5 3.5 3.5 3.5 控制极电流(mA) 20 50 50 70 70 控制极最大允许正向电压(V) 10 10 10 10 10 3. 可控硅的简易测试 （1）可控硅极性的判断 对可控硅的电极有的可从外形封装加以判别，如外壳就为阳极，阴极引线比控制 极引线长。从外形无法判断的可控硅，可用万用表进行判别。将万用表拨至R×1k 或R×100挡，分别测量各脚间的正反向电阻，如测得某两脚之间的电阻较大（约 80kΩ左右），再将两表笔对调，重测这两脚之间的电阻，如阻值较小（大约2kΩ 左右），这时黑表笔所接触的引脚为控制极G，红表笔所接触的引脚为阴极C， 当然剩余的一个引脚就为阳极A。在测量中如出现正反向阻值都很大，则应更换 引脚位置重新测量，直到出现上述的情况为止。 （2）可控硅质量优劣的判别 可控硅质量优劣的判别可以从四个方面做。第一是三个PN结应完好；第二是 当阴极与阳极间电压反向连接时能够阻断，不导通；第三是当控制极开路时，阴 极与阳极间的电压正向连接时也不导通；第四是给控制极加上正向电流，给阴极 与阳极加正向电压时，可控硅应当导通，把控制极电流去掉，仍处于导通状态。 用万用表的欧姆挡测量可控硅的极间电阻，就可对前三个方面的好坏进行判断。 具体方法是：用R×1k或R×10k挡测阴极与阳极之间的正反向电阻（控制极不 接电压），此两个阻值均应很大。电阻值越大，表明正反向漏电电流愈小。如果 测得的阻值很低，或近于无穷大，说明可控硅已经击穿短路或已经开路，此可控 硅不可以使用了。 用R×1k或R×10k挡测阳极与控制极之间的电阻，电阻值很小表明可控硅已经 损坏。 用R×1k或R×100挡，测控制极和阴极之间的PN结的正反向电阻，如出现正向 阻值接近于零值或为无穷大，表明控制极与阴极之间的PN结已经损坏。反向阻 值应很大，但不能为无穷大。一般的情况是反向阻值明显大于正向阻值。 可控硅有没有可控特性，仅通过电流的测量是看不出来的，应通过下面的实验 电路加以判断。首先按图1-22接好电路。电源为6V直流，电阻R都为47Ω， 电流表量程大于100mA。先不合开关时，电流应很小为正常，如表针指示数很 大，表明管子已坏。当合上开关K时，表针应有几十毫安以上为正常，如此时电 流很小，或表针几乎不动，说明可控硅已坏。最后将开关K打开，这时表针的指 示应与打开前一样，说明可控硅是好的。如打开开关K后，表针指示降为零，说 明可控硅没有维持导通的功能。 4. 可控硅的选用 选用可控硅的需要注意的几点： （1）选用可控硅时，元件的正向、反向标称电压应选为实际电压最大值的1.5~2 倍以上，而可控硅的电流容量的选择则一定要考虑多种因素，如导电角的大小、工 作频率的高低、散热器的大小、冷却方式和环境和温度等，因此必须考虑、合 理选用。 （2）可控硅一定要使用产品规定的散热器（一般为螺旋型散热器或平板型散热器） 及采用规定的冷却方式（如自然冷却、强迫风冷或强迫水冷）。 （3）由于可控硅过载时极易损坏，因此使用时一定要采取过流保护的方法。常用的 方法为： λ 装设过流继电器及快速开关。由于继电器及开关动作需要一段时间，故短路电 流较大时并不很有效，但在大功率设备上为了整个设备的安全仍是必须的。 λ 可在输入侧或与元件串联设置快速熔断器，快速熔断器的电流定额必须由回路 电流的有效值而不是平均值来选用。 （4）使用可控硅一定要采用过压保护的方法。常用的方法为： λ 采用硒堆保护，因硒整流元件具有较陡的反向非线性特性，即超过转折电压不 多，达到吸收过电压的目的。硒片的片数可按每片承受有效值电压18~20V来决 定。 本文转载自：维修者之家－技术论坛 /bbs/,本贴地址:/bbs/viewthread.php?tid=21753 一、可控硅的概念和结构？  晶闸管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自从20世纪50年代问世以来已发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕能够正常的看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。 可控硅 二、晶闸管的主要工作特性  为了可以直观地认识晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来，通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极，阴极K接电源的负极，控制极G通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.5V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢? 可控硅 这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，

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