可控硅的基本工作原理及在调光器中的使用

一、可控硅基本原理

　　可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，一般由两晶闸管反向连接而成。它的功能不仅是整流，还可以用作无触点开关的快速接通或切断；实现将直流电变成交流电的逆变；将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。 目前可控硅在自动控制、机电应用、工业电气及家电等方面都有广泛的应用。

　　可控硅从外形上区分：主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺旋式应用较多。

　　可控硅有三个极----阳极（A）、阴极（C）和控制极（G），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，与只有一个PN结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时，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。

　　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。可画出图1的等效电路图。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压E，又在控制极G和阴极C之间（相当BG2的基一射间）输入一个正的触发信号，BG2将产生基极电流Ib2，经放大，BG2将有一个放大了β2 倍的集电极电流IC2 。因为BG2集电极与BG1基极相连，IC2又是BG1 的基极电流Ib1 。BG1又把Ib1（Ib2）放大了β1的集电极电流IC1送回BG2的基极放大。如此循环放大，直到BG1、BG2完全导通。事实上这一过程是“一触即发”的，对可控硅来说，触发信号加到控制极，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BG2基极的电流已不只是初始的Ib2 ，而是经过BG1、BG2放大后的电流（β1*β2*Ib2），这一电流远大于Ib2，足以保持BG2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E或降低E的输出电压，使BG1、BG2 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E极性反接，BG1、BG2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，E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。

　　由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化。

　　可控硅主要参数有：

　　1、 额定通态平均电流

　　在一定条件下，阳极---阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。

　　2、 正向阻断峰值电压

　　在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。

　　3、 反向阴断峰值电压

　　当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。

　　4、 控制极触发电流

　　在规定的环境温度下，阳极---阴极间加一定电压，使可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。

　　5、 维持电流

　　在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。

二、应用举例

　　可控硅在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路，概括起来有直流触发电路，交流触发电路，相位触发电路等等。

　　1、直流触发电路：

　　如图2是一个电视机常用的过压保护电路，当E+电压过高时A点电压也变高，当它高于稳压管DZ的稳压值时DZ道通，可控硅D受触发而道通将E+短路，使保险丝RJ熔断，从而起到过压保护的作用。

　　2、相位触发电路：

相位触发电路实际上是交流触发电路的一种，如图3，这个电路的方法是利用RC回路控制触发信号的相位。当R值较少时，RC时间常数较少，触发信号的相移A1较少，因此负载获得较大的电功率；当R值较大时，RC时间常数较大，触发信号的相移A2较大，因此负载获得较少的电功率。这个典型