可控矽整流器原理及結構

可控矽整流器，是一種以晶閘管(電力電子功率器件)為基礎，以智能數字控制電路為核心的電源功率控制電器。具有效率高、無機械噪聲和磨損、響應速度快、體積小、重量輕等諸多優點。

晶閘管(Thyristor)是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控矽整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR)，以前被簡稱為可控矽。由於其能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的應用場合仍然具有比較重要的地位。

可控矽整流器的特點：是「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。

　　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。今天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，它和二極體一樣是一種單方向導電的器件，關鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極體完全不同的工作特性。

　　可控矽整流器的工作原理

　　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，其等效圖解如圖所示

　　

　　當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處於放大狀態。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經BG1放大，於是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，可控矽使飽和導通。

　　由於BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控矽導通後，即使控制極G的電流消失了，可控矽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，所以這種可控矽是不可關斷的。

　　可控矽整流器的結構

　　◆從外形上來看，可控矽整流器也主要有螺栓型和平板型兩種封裝結構 。

　　◆引出陽極A、陰極K和門極(控制端)G三個聯接端。

　　◆內部是PNPN四層半導體結構。

　　

　　可控矽整流器的外形、結構和電氣圖形符號

　　a) 外形 b) 結構 c) 電氣圖形符號

　　可控矽整流器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3V直流電源的正極(這裡使用的是KP5型晶閘管，若採用KP1型，應接在1.5V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。現在我們合上電源開關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，要使可控矽整流器導通，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。

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