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可控矽 |
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可控矽，是可控矽整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結的四層結構的大功率半導體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應用於各種電子設備和電子產品中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調壓、無觸點開關等。家用電器中的調光燈、調速風扇、空調機、電視機、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響、聲光電路、定時控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機及工業控制等都大量使用了可控矽器件。概念 可控矽又稱晶閘管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從20世紀50年代問世以來已經發展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管，等等。 可控矽整流器件是一種非常重要的功率器件，可用來做高電壓和高電流的控制。可控矽器件主要用在開關方面，使器件從關閉或是阻斷的狀態轉換為開啟或是導通的狀態，反之亦然。可控矽器件與雙極型晶體管有密切的關係，二者的傳導過程皆牽涉到電子和空穴，但可控矽的開關機制和雙極晶體管是不同的，且因為器件結構不同，可控矽器件有較寬廣範圍的電流、電壓控制能力。現今的可控矽器件的額定電流可以從幾毫安到5000A以上，額定電壓可以超過10000V。下面將討論基本可控矽器件的工作原理，然後給出一些高功率和高頻率的可控矽器件。 結構 大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有三個電極〔圖2(a）〕：第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號〔圖2(b）〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方嚮導電的器件，關鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。 以矽單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始於1957年，因為它的特性類似於真空閘流管，所以國際上通稱為矽晶體閘流管，簡稱晶閘管T，又因為晶閘管最初的在靜止整流方面，所以又被稱之為矽可控整流元件，簡稱為可控矽SCR. 在性能上，可控矽不僅具有單嚮導電性，而且還具有比矽整流元件（俗稱"死矽")更為可貴的可控性.它只有導通和關斷兩種狀態. 可控矽能以毫安級電流控制大功率的機電設備，如果超過此頻率，因元件開關損耗顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標稱電流應降級使用. 可控矽的優點很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬倍；反應極快，在微秒級內開通、關斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等. 可控矽的弱點：靜態及動態的過載能力較差；容易受干擾而誤導通. 可控矽從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形. 可控矽元件的結構 不管可控矽的外形如何，它們的管芯都是由P型矽和N型矽組成的四層P1N1P2N2結構.見圖1.它有三個PN結（J1、J2、J3），從J1結構的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體器件. 工作原理 結構原件 可控矽是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如右圖所示 晶閘管特性 為了能夠直觀地認識晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板（圖3）。晶閘管VS與小燈泡EL串聯起來，通過開關S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極，陰極K接電源的負極，控制極G通過按鈕開關SB接在1.5V直流電源的正極（這裡使用的是KP1型晶閘管，若採用KP5型，應接在3V直流電源的正極）。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓。合上電源開關S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導通；再按一下按鈕開關SB，給控制極輸入一個觸發電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導通了。這個演示實驗給了我們什麼啟發呢? 這個實驗告訴我們，要使晶閘管導通，一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個正向觸發電壓。晶閘管導通後，鬆開按鈕開關，去掉觸發電壓，仍然維持導通狀態。 晶閘管特點 “一觸即發”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通。控制極的作用是通過外加正向觸發脈衝使晶閘管導通，卻不能使它關斷。那麼，用什麼方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷，可以斷開陽極電源（圖3中的開關S）或使陽極電流小於維持導通的最小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那麼，在電壓過零時，晶閘管會自行關斷。 典型應用電路 鎖存器電路[1] 單向可控矽SCR振盪器 SCR半波整流穩壓電源 SCR全波整流穩壓電源 雙向可控矽和固體繼電器（SSR） 抑制RF干擾的輔助電路 形式 |
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