可控矽工作原理圖及應用圖解(圖文)

 可控矽工作原理圖及應用圖解
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，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無觸點開關的快速接通或切斷；實現將直流電變成交流電的逆變；將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。可控矽和其它半導體器件一樣，有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方麵爭相采用的元件。 目前可控矽在自動控製、機電應用、工業電氣及家電等方麵都有廣泛的應用。
可控矽從外形上區分主要有螺旋式、平板式和平底式三種。螺旋式應用較多。
可控矽有三個極----陽極(A)、陰極(C)和控製極(G)，管芯是P型導體和N型導體交迭組成的四層結構，共有三個PN 結，與隻有一個PN結的矽整流二極管在結構上迥然不同。可控矽的四層結構和控製極的引入，為其發揮“以小控大”的優異控製特性奠定了基礎。可控矽應用時， 隻要在控製極加上很小的電流或電壓，就能控製很大的陽極電流或電壓。目前已能製造出電流容量達幾百安培以至上千安培的可控矽元件。一般把5安培以下的可控 矽叫小功率可控矽，50安培以上的可控矽叫大功率可控矽。

我們可以把從陰極向上數的第一、二、三層看麵是一隻NPN型號晶體管，而二、三、四層組成另一隻PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。可畫出圖 1的等效電路圖。當在陽極和陰極之間加上一個正向電壓E，又在控製極G和陰極C之間(相當BG2的基一射間)輸入一個正的觸發信號，BG2將產生基極電流 Ib2，經放大，BG2將有一個放大了β2 倍的集電極電流IC2 。因為BG2集電極與BG1基極相連，IC2又是BG1 的基極電流Ib1 。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集電極電流IC1送回BG2的基極放大。如此循環放大，直到BG1、BG2完全導通。事實上這一過程是“一觸即 發”的，對可控矽來說，觸發信號加到控製極，可控矽立即導通。導通的時間主要決定於可控矽的性能。
可控矽一經觸發導通後，由於循環反饋的原因，流入BG2基極的電流已不隻是初始的Ib2 ，而是經過BG1、BG2放大後的電流(β1*β2*Ib2)，這一電流遠大於Ib2，足以保持BG2的持續導通。此時觸發信號即使消失，可控矽仍保持導 通狀態，隻有斷開電源E或降低E的輸出電壓，使BG1、BG2 的集電極電流小於維持導通的最小值時，可控矽方可關斷。當然，如果E極性反接，BG1、BG2受到反向電壓作用將處於截止狀態。這時，即使輸入觸發信號， 可控矽也不能工作。反過來，E接成正向，而觸動發信號是負的，可控矽也不能導通。另外，如果不加觸發信號，而正向陽極電壓大到超過一定值時，可控矽也會導 通，但已屬於非正常工作情況了。
可控矽這種通過觸發信號(小觸發電流)來控製導通(可控矽中通過大電流)的可控特性，正是它區別於普通矽整流二極管的重要特征。
由於可控矽隻有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見表1
表1 可控矽導通和關斷條件

應用舉例：
可控矽在實際應用中電路花樣最多的是其柵極觸發回路，概括起來有直流觸發電路，交流觸發電路，相位觸發電路等等。
1、直流觸發電路：
如圖2是一個電視機常用的過壓保護電路，當E+電壓過高時A點電壓也變高，當它高於穩壓管DZ的穩壓值時DZ道通，可控矽D受觸發而道通將E+短路，使保險絲RJ熔斷，從而起到過壓保護的作用。

2、相位觸發電路：
相位觸發電路實際上是交流觸發電路的一種，如圖3，這個電路的方法是利用RC回路控製觸發信號的相位。當R值較少時，RC時間常數較少，觸發信號的相移A1較少，因此負載獲得較大的電功率；當R值較大時，RC時間常數較大，觸發信號的相移A2較大，因此負載獲得較少的電功率。這個典型的電功率無級調整電路在日常生活中有很多電氣產品中都應用它。

可控矽主要參數有：
1、 額定通態平均電流
在一定條件下，陽極---陰極間可以連續通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。
2、 正向阻斷峰值電壓
在控製極開路未加觸發信號，陽極正向電壓還未超過導能電壓時，可以重複加在可控矽兩端的正向峰值電壓。可控矽承受的正向電壓峰值，不能超過手冊給出的這個參數值。
3、 反向陰斷峰值電壓
當可控矽加反向電壓，處於反向關斷狀態時，可以重複加在可控矽兩端的反向峰值電壓。使用時，不能超過手冊給出的這個參數值。
4、 控製極觸發電流
在規定的環境溫度下，陽極---陰極間加一定電壓，使可控矽從關斷狀態轉為導通狀態所需要的最小控製極電流和電壓。
5、 維持電流
在規定溫度下，控製極斷路，維持可控矽導通所必需的最小陽極正向電流。
采用可控矽技術對照明係統進行控製具有:電壓調節速度快，精度高，可分時段實時調整，有穩壓作用，采用電子元件，相對來說體積小、重量輕、成本低。但該調壓方式存在一致命缺陷，由於斬波，使電壓無法實現正弦波輸出，還會出現大量諧波，形成對電網係統諧波汙染，危害極大，不能用在有電容補償電路中。(現代照明設計要求規定，照明係統中功率因數必須達到0.9以上，而氣體放電燈的功率因數在一般在0.5以下，所以都設計用電容補償功率因數)在國外發達國家，已有明文規定對電氣設備諧波含量的限製，在國內，北京、上海、廣州等大城市，已對諧波含量超標的設備限製並入電網使用。容－源－電－子－網－為你提供技術支持