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1、整理可控硅知识问答双向可控硅的工作原理及原理图一、可控硅的概念和结构？ 晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经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)可以看到，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

2、的工作特性。图2二、晶闸管的主要工作特性 为了能够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?图3 这个

3、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，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。晶闸管的特点： 是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。三、用万用表可以区分晶

4、闸管的三个电极吗?怎样测试晶闸管的好坏呢? 普通晶闸管的三个电极可以用万用表欧姆挡R100挡位来测。大家知道，晶闸管G、K之间是一个PN结图2(a)，相当于一个二极管，G为正极、K为负极，所以，按照测试二极管的方法，找出三个极中的两个极，测它的正、反向电阻，电阻小时，万用表黑表笔接的是控制极G，红表笔接的是阴极K，剩下的一个就是阳极A了。测试晶闸管的好坏，可以用刚才演示用的示教板电路(图3)。接通电源开关S，按一下按钮开关SB，灯泡发光就是好的，不发光就是坏的四、晶闸管在电路中的主要用途是什么? 普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶

5、闸管，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路图4(a)。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS的控制极没有输入触发脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。现在，画出它的波形图图4(c)及(d)，可以看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早，晶闸管导通的时间就早；Ug到来得晚，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180，称为电角度。这样，在

6、U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角。很明显，和都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角或导通角，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。五、在桥式整流电路中，把二极管都换成晶闸管是不是就成了可控整流电路了呢? 在桥式整流电路中，只需要把两个二极管换成晶闸管就能构成全波可控整流电路了。现在画出电路图和波形图(图5)，就能看明白了。六、晶闸管控制极所需的触发脉冲是怎么产生的呢? 晶闸管触发电路的形式很多，常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利

7、用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路，等等。今天大家制作的调压器，采用的是单结晶体管触发电路。七、什么是单结晶体管?它有什么特殊性能呢? 单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件(图6)。我们先画出它的结构示意图图7(a)。在一块N型硅片两端，制作两个电极，分别叫做第一基极B1和第二基极B2；硅片的另一侧靠近B2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出的电极叫发射极E。为了分析方便，可以把B1、B2之间的N型区域等效为一个纯电阻RBB，称为基区电阻，并可看作是两个电阻RB2、RB1的串联图7(b)。值得注意的是RB1的阻值会随发射极电流IE的变化而改变，具有可变

8、电阻的特性。如果在两个基极B2、B1之间加上一个直流电压UBB，则A点的电压UA为：若发射极电压UEUA，二极管VD截止；当UE大于单结晶体管的峰点电压UP(UP=UDUA)时，二极管VD导通，发射极电流IE注入RB1，使RB1的阻值急剧变小，E点电位UE随之下降，出现了IE增大UE反而降低的现象，称为负阻效应。发射极电流IE继续增加，发射极电压UE不断下降，当UE下降到谷点电压UV以下时，单结晶体管就进入截止状态。八、怎样利用单结晶体管组成晶闸管触发电路呢? 单结晶体管组成的触发脉冲产生电路在今天大家制作的调压器中已经具体应用了。为了说明它的工作原理，我们单独画出单结晶体管张弛振荡器的电路(

9、图8)。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成的。合上电源开关S后，电源UBB经电位器RP向电容器C充电，电容器上的电压UC按指数规律上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管突然导通，基区电阻RB1急剧减小，电容器C通过PN结向电阻R1迅速放电，使R1两端电压Ug发生一个正跳变，形成陡峭的脉冲前沿图8(b)。随着电容器C的放电，UE按指数规律下降，直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这样，在R1两端输出的是尖顶触发脉冲。此时，电源UBB又开始给电容器C充电，进入第二个充放电过程。这样周而复始，电路中进行着周期性的振荡。调节RP可以改变振荡周期。九、在可控整流电路的波形图中，发现

10、晶闸管承受正向电压的每半个周期内，发出第一个触发脉冲的时刻都相同，也就是控制角和导通角都相等，那么，单结晶体管张弛振荡器怎样才能与交流电源准确地配合以实现有效的控制呢? 为了实现整流电路输出电压“可控”，必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。十、怎样才能做到同步呢? 大家再看调压器的电路图(图1)。请注意，在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在晶闸管没有导通时，张弛振荡器的电容器C被电源充电，UC按指数规律上升到峰点电压UP时，单结晶体管VT导通，在VS导通期间，负载

11、RL上有交流电压和电流，与此同时，导通的VS两端电压降很小，迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零瞬间，晶闸管VS被迫关断，张弛振荡器得电，又开始给电容器C充电，重复以上过程。这样，每次交流电压过零后，张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。调节RP的阻值，就可以改变电容器C的充电时间，也就改变了第一个Ug发出的时刻，相应地改变了晶闸管的控制角，使负载RL上输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的。 双向晶闸管的T1和T2不能互换。否则会损坏管子和相关的控制电路。2008年05月15日半导体技术双向可控硅简介 双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，

12、它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。1、产品命名双向可控硅为什么称为“TRIAC”? 三端：TRIode(取前三个字母)交流半导体开关：ACsemiconductorswitch(取前两个字母)以上两组名词组合成“TRIAC”中文译意“三端双向可控硅开关”。由此可见“TRIAC”是双向可控硅的统称。双向：Bi-directional(取第一个字母)控制：Controlled(取第一个字母)整流器：Rectifier(取第一个字母)再由这三组英文名词的首个字母组合而成:“BCR”中文译意:双向可控硅。以“

13、BCR”来命名双向可控硅的典型厂家如日本三菱，如:BCR1AM-12、BCR8KM、BCR08AM等等。双向：Bi-directional(取第一个字母)三端：Triode(取第一个字母) 由以上两组单词组合成“BT”，也是对双向可控硅产品的型号命名，典型的生产商如：意法ST公司、荷兰飞利浦-Philips公司，均以此来命名双向可控硅。代表型号如：PHILIPS的BT131-600D、BT134-600E、BT136-600E、BT138-600E、BT139-600E、等等。这些都是四象限/非绝缘型/双向可控硅；Philips公司的产品型号前缀为“BTA”字头的，通常是指三象限的双向可控硅。

14、而意法ST公司，则以“BT”字母为前缀来命名元件的型号并且在“BT”后加“A”或“B”来表示绝缘与非绝缘组合成：“BTA”、“BTB”系列的双向可控硅型号，如：四象限/绝缘型/双向可控硅:BTA06-600C、BTA12-600B、BTA16-600B、BTA41-600B等等；四象限/非绝缘/双向可控硅:BTB06-600C、BTB12-600B、BTB16-600B、BTB41-600B等等；ST公司所有产品型号的后缀字母(型号最后一个字母)带“W”的，均为“三象限双向可控硅”。如“BW”、“CW”、“SW”、“TW”；代表型号如:BTB12-600BW、BTA26-700CW、BTA08

15、-600SW、等等。至于型号后缀字母的触发电流，各个厂家的代表含义如下：PHILIPS公司：D=5mA，E=10mA，C=15mA，F=25mA，G=50mA，R=200uA或5mA，型号没有后缀字母之触发电流，通常为25-35mA；PHILIPS公司的触发电流代表字母没有统一的定义，以产品的封装不同而不同。意法ST公司：TW=5mA，SW=10mA，CW=35mA，BW=50mA，C=25mA，B=50mA，H=15mA，T=15mA，注意：以上触发电流均有一个上下起始误差范围，产品PDF文件中均有详细说明一般分为最小值/典型值/最大值，而非“=”一个参数值。12、参数符号IT(AV)-通态

16、平均电流VRRM-反向反复峰值电压IDRM-断态重复峰值电流ITSM-通态一个周波不反复浪涌电流VTM-通态峰值电压IGT-门极触发电流VGT-门极触发电压IH-维持电流dv/dt-断态电压临界上升率di/dt-通态电流临界上升率Rthjc-结壳热阻VISO-模块绝缘电压Tjm-额定结温VDRM-断态重复峰值电压IRRM-反向重复峰值电流IF(AV)-正向平均电流3、元件简介 一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似 于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅S

17、CR。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。 可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。 可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。4、产品分类可控硅有多种分类方法。（一）按关断、导通及控制方式分类：可控硅按其

18、关断、导通及控制方式可分为普通可控硅、双向可控硅、逆导可控硅、门极关断可控硅（GTO）、BTG可控硅、温控可控硅和光控可控硅等多种。（二）按引脚和极性分类：可控硅按其引脚和极性可分为二极可控硅、三极可控硅和四极可控硅。（三）按封装形式分类：可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。其中，金属封装可控硅又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封可控硅又分为带散热片型和不带散热片型两种。（四）按电流容量分类：可控硅按电流容量可分为大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三种。通常，大功率可控硅多采用金属壳封装，而中、小功率可控硅则多采用塑封或陶瓷封装。(五）按关断速

19、度分类：可控硅按其关断速度可分为普通可控硅和高频（快速）可控硅。5、封装形式 常用可控硅的封装形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220AB、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252等。6、构造原理 尽管从形式上可将双向可控硅看成两只普通可控硅的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。小功率双向可控硅一般采用塑料封装，有的还带散热板。典型产品有BCMlAM(1A/600V)、BCM3AM(3A/600V)、2N6075(4A/600V)，MAC218-10(8A/800V)等。大功率双向可 控硅大多采用RD91型封装。 双向可控

20、硅属于NPNPN五层器件，三个电极分别是T1、T2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用T1、T2。表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是，当G极和T2极相对于T1，的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极。反之，当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。双向可控硅由于正、反向特性曲线具有对称性，所以它可在任何一个方向导通。7、产品特性 双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约1V。双向可控硅一旦导通，即使失去

21、触发电压，也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。2?8、触发电路 将两只单向可控硅SCRl、SCR2反向并联再将控制板与本触发电路连接，就组成了 一个简单实用的大功率无级调速电路。这个电路的独特之处在于可控硅控制极不需外加电源，只要将负载与本电路串联后接通电源，两个控制极与各自的阴极之间便有5V8V脉动直流电压产生，调节电位器R2即可改变两只可控硅的导通角，增大R2的阻值到一定程度,便可使两个主可控硅阻断，因此R2还可起开关的作用。该电路的另一个特点是两只主可控

22、硅交替导通，一个的正向压降就是另一个的反向压降，因此不存在反向击穿问题。但当外加电压瞬时超过阻断电压时，SCR1、SCR2会误导通，导通程度由电位器R2决定。SCR3与周围元件构成普通移相触发电路，其原理这里从略。SCR1、SCR2选用封装好的可控硅模块(110A/1000V)，SCR3选用BTl36，即600V的双向可控硅。本电路如用于感性负载，应增加R4，C3阻容吸收电路及压敏电阻RV作过压保护，防止负载断开和接通瞬间产生很高的感应电压损坏可控硅。9、工作原理 1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成。当阳极A

23、加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic。 2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是

24、不可关断的。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，条件如下：A、从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位，2、控制极有足够的正向电压和电流，两者缺一不可。B、维持导通1、阳极电位高于阴极电位，2、阳极电流大于维持电流，两者缺一不可。C、从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位，2、阳极电流小于维持电流，任一条件即可。触发导通 在控制极G上加入正向电压时因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

25、10、产品判别 双向可控硅等效于两只单向可控硅反向并联而成。即其中一只单向硅阳极与另一只阴极相边连，其引出端称T1极，其中一只单向硅阴极与另一只阳极相连，其引出端称T2极，剩下则为控制极（G）。 1、单、双向可控硅的判别：先任测两个极，若正、反测指针均不动（R1挡），可能是A、K或G、A极（对单向可控硅）也可能是T2、T1或T2、G极（对双向可控硅）。若其中有一次测量指示为几十至几百欧，则必为单向可控硅。且红笔所接为K极，黑笔接的为G极，剩下即为A极。若正、反向测批示均为几十至几百欧，则必为双向可控硅。再将旋钮拨至R1或R10挡复测，其中必有一次阻值稍大，则稍大的一次红笔接的为G极，黑笔所接为

26、T1极，余下是T2极。2、性能的差别：将旋钮拨至R1挡，对于16A单向可控硅，红笔接K极，黑笔同时接通G、A极，在保持黑笔不脱离A极状态下断开G极，指针应指示几十欧至一百欧，此时可控硅已被触发，且触发电压低（或触发电流小）。然后瞬时断开A极再接通，指针应退回位置，则表明可控硅良好。 对于16A双向可控硅，红笔接T1极，黑笔同时接G、T2极，在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极，指针应指示为几十至一百多欧（视可控硅电流大小、厂家不同而异）。然后将两笔对调，重复上述步骤测一次，指针指示还要比上一次稍大十几至几十欧，则表明可控硅良好，且触发电压（或电流）小。若保持接通A极或T2极时断开G极，指针立

27、即退回位置，则说明可控硅触发电流太大或损坏。对于单向可控硅，闭合开关K，灯应发亮，断开K灯仍不息灭，否则说明可控硅损坏。 对于双向可控硅，闭合开关K，灯应发亮，断开K，灯应不息灭。然后将电池反接，重复上述步骤，均应是同一结果，才说明是好的。否则说明该器件已损坏。11、测量方法 带3伏电池的指针万用表电阻R*1挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红、黑表所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G，另一空脚即为第二阳极A2。确定A1、G极后，再仔细测量A1、G极间正、反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极A1，红表笔所接

28、引脚为控制极G。将黑表笔接已确定的第二阳极A2，红表笔接第一阳极A1，此时万用表指针不应发生偏转，阻值为无穷大。再用短接线将A2、G极瞬间短接，给G极加上正向触发电压，A2、A1间阻值约10欧姆左右。随后断开A2、G间短接线，万用表读数应保持10欧姆左右。互换红、黑表笔接线，红表笔接第二阳极A2，黑表笔接第一阳极A1。同样万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接，给G极加上负的触发电压，A1、A2间的阻值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线，万用表读数应不变，保持在10欧姆左右。符合以上规律，说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确。检测较大功率可

29、控硅时，需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池，以提高触发电压。参数符号IT(AV)-通态平均电流VDRM-通态重复峰值电压VRRM-反向重复峰值电压IRRM-反向重复峰值电流IDRM-断态重复峰值电流IF(AV)-正向平均电流VTM-通态峰值电压Tjm-额定结温VGT-门极触发电压VISO-模块绝缘电压IH-维持电流Rthjc-结壳热阻IGT-门极触发电流di/dt-通态电流临界上升率ITSM-通态一个周波不重复浪涌电流dv/dt-断态电压临界上升率12、伏安特性反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时，J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J

30、1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅 速增加，特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向。正向特性 当控制极开路，阳极上加上正向电压时，J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压，由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J

31、3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性。这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似13、检测方法DIP4管脚型ZC三端双向可控硅光电耦合器利用万用表RXl档判定双向可控硅电极的方法，同时还检查触发能力。判定T2极G极与T1极靠近，距T2极较远。因此，GT1之间的正、反向电阻都很小。在肦Xl档测任意两脚之间的电阻时，只有在G-T1之间呈现低阻，正、反向电阻仅几十欧，而T2-G、T2-T1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚和其他两脚都不通，就肯定是T2极。另外，采用TO220封装的双向可控硅，T2极通常与小散热板连通，据此亦可确定T2极。区