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可控硅的结构和特性

www.p-e-china.com 2013/9/16 10:24:54 来源:中国电力电子产业网 电力电子论坛|免费发布亚博国际

  ■可控硅从外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三种(见图表-25)。螺旋式的应用较多。

  ■可控硅有三个电极----阳极(A)阴极(C)和控制极(G)。它有管芯是P 型导体和N 型导体交迭组成的四层结构,共有三个PN 结。其结构示意图和符号见图表-26。

  ■从图表-26中可以看到,可控硅和只有一个PN 结的硅整流二极度管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引用,为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。在应用可控硅时,只要在控制极加上很小的电流或电压,就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几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。

  ■可控硅为什么其有“以小控大”的可控性呢?下面我们用图表-27来简单分析可控硅的工作原理。

  ■首先,我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN 型号晶体管,而二、三四层组成另一只PNP 型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。这样就可画出图表-27(C)的等效电路图来分析。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压Ea ,又在控制极G和阴极C之间(相当BG1 的基一射间)输入一个正的触发信号,BG1 将产生基极电流Ib1 ,经放大,BG1 将有一个放大了β1 倍的集电极电流IC1 。因为BG1 集电极与BG2 基极相连,IC1 又是BG2 的基极电流Ib2 。BG2 又把比Ib2 (Ib1 )放大了β2 的集电极电流IC2 送回BG1 的基极放大。如此循环放大,直到BG1 、BG2 完全导通。实际这一过程是“一触即发”的过程,对可控硅来说,触发信号加入控制极,可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。

  ■可控硅一经触发导通后,由于循环反馈的原因,流入BG1 基极的电流已不只是初始的Ib1 ,而是经过BG1 、BG2 放大后的电流(β1 *β2 *Ib1 )这一电流远大于Ib1 ,足以保持BG1 的持续导通。此时触发信号即使消失,可控硅仍保持导通状态只有断开电源Ea 或降低Ea ,使BG1 、BG2 中的集电极电流小于维持导通的最小值时,可控硅方可关断。当然,如果Ea 极性反接,BG1 、BG2 由于受到反向电压作用将处于截止状态。这时,即使输入触发信号,可控硅也不能工作。反过来,Ea 接成正向,而触动发信号是负的,可控硅也不能导通。另外,如果不加触发信号,而正向阳极电压大到超过一定值时,可控硅也会导通,但已属于非正常工作情况了。

  ■可控硅这种通过触发信号(小的触发电流)来控制导通(可控硅中通过大电流)的可控特性,正是它区别于普通硅整流二极管的重要特征。

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