可控硅工作原理与应用详解

"电子技术第20讲(可控硅)"\n\n可控硅，又称为晶闸管（Silicon Controlled Rectifier，SCR），是大功率半导体器件中的重要一员，首次出现在20世纪70年代。它使得半导体技术能够应用于强电领域。可控硅的主要特点是体积小、重量轻、低噪音、长寿命且能承受高电流和高压。它在电气工程中有多种应用，如整流、逆变、变频和斩波等，并可作为无触点开关。\n\n晶闸管的工作原理基于其独特的四层PNPN结构，由阳极A、阴极K和控制极G构成。当阳极A接正电压，控制极G接正向触发电压时，晶闸管导通。此时，即便撤去控制极的触发电压，晶闸管仍能保持导通状态，直到阳极电流低于维持电流IH。反之，要让晶闸管截止，需降低阳极-阴极间的电压或增大负载电阻，使电流降至IH以下。\n\n晶闸管的特性主要体现在其电压-电流关系上。在控制极未加触发信号时，晶闸管呈现反向阻断状态；当加正向电压并施加适当的触发电压，晶闸管正向导通，此时控制极失去作用，电流仅受阳极电压和负载电阻的影响。晶闸管的几个关键参数包括：正向转折电压UDSM（标志着正向导通的开始）、额定正向平均电流IF（器件可安全通过的最大平均电流）、维持电流IH（维持导通所需的最小电流）以及反向击穿电压URSM（器件反向耐受的最大电压）。\n\n17.2章节中，还提到了晶闸管的选型和应用。例如，在设计可控整流电路时，需考虑负载特性和电源特性，选择合适的晶闸管以确保其能在规定的工作条件下稳定工作。触发电路的设计则至关重要，因为它决定了晶闸管的精确导通和截止时间。单结管触发的可控整流电路是其中一种实现方式，通过单结管产生的脉冲来触发晶闸管。\n\n晶闸管还有其他的应用形式，如逆变电路，将直流电转换为交流电；变频电路，改变交流电的频率；以及斩波电路，用于调节直流电压。此外，晶闸管作为无触点开关，可以用于控制电机的启动、停止和调速，以及在电力系统中实现电压调节。\n\n在实际应用中，对晶闸管的保护同样重要，这通常涉及过电压保护、过电流保护和热保护措施。除此之外，还有多种类型的晶闸管，如双向晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）等，它们各有特定的性能优势和应用场景。了解和掌握这些基本知识对于初学者来说，是进入电子技术领域的坚实基础。