可控硅的測量方法解析-可控硅工作原理及基本特性

可控硅概述

本文主要講可控硅的測量方法、可控硅的特性及工作原理一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創(chuàng )制于1957年，由于它特性類(lèi)似于真空閘流管，所以國際上通稱(chēng)為硅晶體閘流管，簡(jiǎn)稱(chēng)晶閘管T。又由于晶閘管最初應用于可控整流方面所以又稱(chēng)為硅可控整流元件，簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅SCR。

可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，如果超過(guò)此頻率，因元件開(kāi)關(guān)損髦顯著(zhù)增加，允許通過(guò)的平均電流相降低，此時(shí)，標稱(chēng)電流應降級使用。

可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬(wàn)倍；反應極快，在微秒級內開(kāi)通、關(guān)斷；無(wú)觸點(diǎn)運行，無(wú)火花、無(wú)噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過(guò)載能力較差；容易受干擾而誤導通。可控硅從外形上分類(lèi)主要有：螺栓形、平板形和平底形。

可控硅的測量方法-怎樣用萬(wàn)用表測量可控硅的各電極

1.可控硅的測量方法-單向可控硅的檢測

萬(wàn)用表選用電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻直至找出讀數為數十歐姆的一對引腳，此時(shí)黑筆接的引腳為控制極G，紅筆接的引腳為陰極K，另一空腳為陽(yáng)極A。此時(shí)將黑表筆接已判斷了的陽(yáng)極A，紅表筆仍接陰極K。此時(shí)萬(wàn)用表指針應不動(dòng)。用短接線(xiàn)瞬間短接陽(yáng)極A和控制極G，此時(shí)萬(wàn)用表指針應向右偏轉，阻值讀數為10歐姆左右。如陽(yáng)極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時(shí)，萬(wàn)用表指針發(fā)生偏轉，說(shuō)明該單向可控硅已擊穿損壞。

2.可控硅的測量方法-雙向可控硅的檢測

用萬(wàn)用表電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測任意兩引腳正反向電阻，結果其中兩組讀數為無(wú)窮大。若一組為數十歐姆時(shí)，該組紅黑表筆所接的兩引腳為第一陽(yáng)極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽(yáng)極A2。

確定A、G極后，再仔細測量A1、G極間正反向電阻，讀數相對較小的那次測量的黑表筆所接的引腳為第一陽(yáng)極A1，紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定了的第二陽(yáng)極A2，紅表筆接第一陽(yáng)極A1，此時(shí)萬(wàn)用表指針應不發(fā)生偏轉，阻值為無(wú)窮大。再用短接線(xiàn)將A2、G極瞬間短接，給G極加上正向觸發(fā)電壓，A2、A1間阻值約為10歐姆左右。

隨后斷開(kāi)A2、G極短接線(xiàn)，萬(wàn)用表讀數應保持10歐姆左右。互換紅黑表筆接線(xiàn)，紅表筆接第二陽(yáng)極A2，黑表筆接第一陽(yáng)極A1。同樣萬(wàn)用表指針應不發(fā)生偏轉，阻值為無(wú)窮大。

用短接線(xiàn)將A2、G極間再次瞬間短接，給G極加上負向的觸發(fā)電壓，A1、A2間阻值也是10歐姆左右。隨后斷開(kāi)A2、G極間短接線(xiàn)，萬(wàn)用表讀數應不變，保持10歐姆左右。符合以上規律，說(shuō)明被測雙向可控硅管未損壞且三個(gè)引腳極性判斷正確。

可控硅的的結構

1、結構

不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結構。見(jiàn)圖1。它有三個(gè)PN結（J1、J2、J3），從J1結構的P1層引出陽(yáng)極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導體器件。

可控硅的測量方法

圖1 可控硅結構示意圖和符號圖

可控硅元件的工作原理及基本特性

1、工作原理

可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個(gè)PN結，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如圖2所示

可控硅的測量方法

圖2 可控硅等效圖解圖

當陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過(guò)，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。

由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。

由于可控硅只有導通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見(jiàn)表三

表三、可控硅導通和關(guān)斷條件

可控硅的測量方法

2、基本伏安特性

可控硅的基本伏安特性見(jiàn)圖3

可控硅的測量方法

圖3 可控硅基本伏安特性

（1）反向特性當控制極開(kāi)路，陽(yáng)極加上反向電壓時(shí)（見(jiàn)圖4），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時(shí)只能流過(guò)很小的反向飽和電流，當電壓進(jìn)一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓后，接差J3結也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開(kāi)始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時(shí)，可控硅會(huì )發(fā)生永久性反向擊穿。

（2）正向特性當控制極開(kāi)路，陽(yáng)極上加上正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖5），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過(guò)很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓

可控硅的測量方法

由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發(fā)生雪崩倍增效應，在結區產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入N1區，空穴時(shí)入P2區。進(jìn)入N1區的電子與由P1區通過(guò)J1結注入N1區的空穴復合，同樣，進(jìn)入P2區的空穴與由N2區通過(guò)J3結注入P2區的電子復合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區的電子與進(jìn)入P2區的空穴各自不能全部復合掉，這樣，在N1區就有電子積累，在P2區就有空穴積累，結果使P2區的電位升高，N1區的電位下降，J2結變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現所謂負阻特性，見(jiàn)圖3的虛線(xiàn)AB段。

這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向導電狀態(tài)---通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見(jiàn)圖3中的BC段

3、觸發(fā)導通

在控制極G上加入正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖6）因J3正偏，P2區的空穴時(shí)入N2區，N2區的電子進(jìn)入P2區，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用（見(jiàn)圖2）的基礎上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通，導致圖3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

可控硅的測量方法