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，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱晶閘管T。又由于晶閘管最初應(yīng)用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。

可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設(shè)備，如果超過此頻率，因元件開關(guān)損髦顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標稱電流應(yīng)降級使用。

可控硅的優(yōu)點很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱點：靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差；容易受干擾而誤導(dǎo)通。可控硅從外形上分類主要有：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(shù)為數(shù)十歐姆的一對引腳，此時黑筆接的引腳為控制極G，紅筆接的引腳為陰極K，另一空腳為陽極A。此時將黑表筆接已判斷了的陽極A，紅表筆仍接陰極K。此時萬用表指針應(yīng)不動。用短接線瞬間短接陽極A和控制極G，此時萬用表指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，阻值讀數(shù)為10歐姆左右。如陽極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時，萬用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說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(jié)果其中兩組讀數(shù)為無窮大。若一組為數(shù)十歐姆時，該組紅黑表筆所接的兩引腳為第一陽極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽極A2。

確定A、G極后，再仔細測量A1、G極間正反向電阻，讀數(shù)相對較小的那次測量的黑表筆所接的引腳為第一陽極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極A2，紅表筆接第一陽極A1，此時萬用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無窮大。再用短接線將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A2、G極短接線，萬用表讀數(shù)應(yīng)保持10歐姆左右。互換紅黑表筆接線，紅表筆接第二陽極A2，黑表筆接第一陽極A1。同樣萬用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，阻值為無窮大。

用短接線將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A2、G極間短接線，萬用表讀數(shù)應(yīng)不變，保持10歐姆左右。符合以上規(guī)律，說明被測雙向可控硅管未損壞且三個引腳極性判斷正確。

可控硅的的結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)。見圖1。它有三個PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極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(dǎo)體器件。

可控硅的測量方法

圖1 可控硅結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個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(dāng)陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，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，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到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(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。

由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導(dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(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(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表三

表三、可控硅導(dǎo)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(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖4），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性O(shè)R段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向擊穿。

（2）正向特性當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖5），J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性O(shè)A段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓

可控硅的測量方法

由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時入N1區(qū)，空穴時入P2區(qū)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負阻特性，見圖3的虛線AB段。

這時J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏，可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)---通態(tài)，此時，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，見圖3中的BC段

3、觸發(fā)導(dǎo)通

在控制極G上加入正向電壓時（見圖6）因J3正偏，P2區(qū)的空穴時入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋作用（見圖2）的基礎(chǔ)上，加上IGT的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖3的伏安特性O(shè)A段左移，IGT越大，特性左移越快。

可控硅的測量方法