概述
可控硅元件一、概述一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創製於1957年，由於它特性類似於真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱晶閘管T。又由於晶閘管最初應用於可控整流方面所以……
| 一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創製於1957年，由於它特性類似於真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱晶閘管T。又由於晶閘管最初應用於可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。
在性能上，可控硅不僅具有單嚮導電性，而且還具有比硅整流元件（谷稱“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導通和關斷兩種狀態。
可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，如果超過此頻率，因元件開關損髦顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標稱電流應降級使用。
可控硅的優點很多，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。
可控硅的弱點：靜態及動態的過載能力較差；容易受干擾而誤導通。
可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。 | 1、結構
不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層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 |  圖1、可控硅結構示意圖和符號圖 | | 目前國產可控硅的型號有部頒新、舊標準兩種，新型號將逐步取代舊型號。 | | 參數 | 部頒新標準（JB1144-75） | 部頒舊標準（JB1144-71） | | 序號 | KP型右控硅整流元件 | 3CT系列可控硅整流元件 | | 1 | 額定通態平均電流（IT（AV）） | 額定正向平均值電流（IF） | | 2 | 斷態重複峰值電壓（UDRM） | 正向阻斷峰值電壓（UPF） | | 3 | 反向重複峰值電壓（URRM） | 反向峰值電壓（VPR） | | 4 | 斷態重複平均電流（IDR（AV）） | 正向平均漏電流（I） | | 5 | 反向重複平均電流（IRR（AV）） | 反向平均漏電電流（IRL） | | 6 | 通態平均電壓（UT（AV）） | 最大正向平均電壓降（VF） | | 7 | 門極觸發電流（IGT） | 控制極觸發電流（Ig） | | 8 | 門極觸發電壓（UGT） | 控制極觸發電壓（Vg） | | 9 | 斷態電壓臨界上升率（du/dt） | 極限正向電壓上升率(dV/dt） | | 10 | 維持電流（IH） | 維持電流（IH） | | 11 | 額定結溫（TjM） | 額定工作結溫（Tj） | | KP型可控硅的電流電壓級別見表二
表二、KP型可控硅電流電壓級別 | 額定通態平均
電流IT（AV）（A） | 1，5，10，20，30，50，100，200，300，400，500，600，700，800，100 | 正反向重複
峰值電壓UDRM，
URRM（×100）（V） | 1～10，12，14，16，18，20，22，24，26，，28，30 | 通態平均電壓
UT(AV)(V) | A | B | C | D | E | F | G | H | I | | ≤0.4 | 0.4～0.5 | 0.5～0.6 | 0.6～0.7 | 0.7～0.8 | 0.8～0.9 | 0.9～1.0 | 1.0～1.1 | 1.1～1,2 | | 示例：
（1）KP5-10表示通態平均電流5安，正向重複峰值電壓1000伏的普通反向阻斷型可控硅元件。
（2）KP500-12D表示通態平均電流500安，正、反向重複峰值電壓1200伏，通態平均電壓0.7伏的業通反向阻斷型可控硅元件。
（3）3CT5/600表示通態平均電流5安，正、反向重複峰值電壓600伏的舊型號普通可控硅元件。 | 1、工作原理
可控硅是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，其等效圖解如圖2所示 |  圖2、可控硅等效圖解圖 |
由於BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態，由於觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。
由於可控硅只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，此條件見表三 | | ״̬ | 條件 | 說明 | | 從關斷到導通 | 1、陽極電位高於是陰極電位
2、控制極有足夠的正向電壓和電流 | 兩者缺一不可 | | 維持導通 | 1、陽極電位高於陰極電位
2、陽極電流大於維持電流 | 兩者缺一不可 | | 從導通到關斷 | 1、陽極電位低於陰極電位
2、陽極電流小於維持電流 | 任一條件即可 | |  圖3、可控硅基本伏安特性 | （1）反向特性 當控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖4），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓后，接差J3結也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時，可控硅會發生永久性反向擊穿。
（2）正向特性 當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖5），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態，當電壓增加，圖3的特性發生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓 |  圖4、陽極加反向電壓 |  圖5、陽極加正向電壓 | | 由於電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結髮生雪崩倍增效應，在結區產生大量的電子和空穴，電子時入N1區，空穴時入P2區。進入N1區的電子與由P1區通過J1結注入N1區的空穴複合，同樣，進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子複合，雪崩擊穿，進入N1區的電子與進入P2區的空穴各自不能全部複合掉，這樣，在N1區就有電子積累，在P2區就有空穴積累，結果使P2區的電位升高，N1區的電位下降，J2結變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現所謂負阻特性，見圖3的虛線AB段。
這時J1、J2、J3三個結均處於正偏，可控硅便進入正嚮導電狀態---通態，此時，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見圖3中的BC段
3、觸發導通
在控制極G上加入正向電壓時（見圖6）因J3正偏，P2區的空穴時入N2區，N2區的電子進入P2區，形成觸發電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用（見圖2）的基礎上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通，導致圖3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。 |  圖6、陽極和控制極均加正向電壓 | |
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