可控硅的工作原理
可控硅,全称为硅可控整流元件,是一种四层三端结构的半导体器件,由P1N1P2N2四层材料构成。其工作原理是基于内部的PNP管和NPN管的正反馈机制。当阳极A加上正向电压,并且控制极G输入正向触发信号时,NPN管BG2开始放大基流ib2,进而导致PNP管BG1的基极电流ib1增加,形成正向反馈循环,最终导致两管饱和导通,可控硅开始导电。值得注意的是,可控硅一旦导通,即使控制极G的信号消失,它仍能维持导通状态,因为其不具备自我关断的能力。 可控硅的工作状态分为导通和关断两种。从关断到导通需要满足两个条件:阳极电位高于阴极电位,同时控制极有足够的正向电压和电流。一旦导通,为了维持这一状态,需要阳极电位持续高于阴极电位且阳极电流大于维持电流。要使可控硅从导通变为关断,只需阳极电位低于阴极电位或者阳极电流小于维持电流即可。 可控硅的伏安特性是其重要的电气特性。反向特性表现为在反向电压作用下,只有很小的反向饱和电流,当电压增加到一定值,器件会反向击穿。正向特性则是器件在正向电压下,先经历正向阻断状态,随着电压升高,达到正向转折电压后,器件进入正向导电状态,呈现负阻特性。 触发导通时,阳极和控制极均需施加正向电压。可控硅因其独特的可控性、高功率放大倍数、快速响应、无触点运行等优点,广泛应用于电力控制、整流等领域。尽管可控硅有过载能力相对较弱和易受干扰的问题,但其在工业控制和电源管理等方面的应用依然非常广泛。 可控硅根据外形可分为螺栓形、平板形和平底形。不论何种外形,其内部结构均为四层P-N结构,有三个PN结,即J1、J2和J3。阳极A连接P1层,阴极K连接N2层,控制极G连接P2层。可控硅家族还包括双向晶闸管、光控晶闸管等多种变体,满足不同应用场景的需求。 可控硅作为电力电子领域的重要元件,其工作原理、伏安特性以及在电路中的应用都是理解和操作可控硅的基础。了解这些知识点对于设计和维护涉及可控硅的电路系统至关重要。