可控硅的工作原理、分類、作用、與三極管的區(qū)別、與場效應(yīng)管區(qū)別、典型應(yīng)用接線圖

　　可控硅，是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能強(qiáng)等特點，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點開關(guān)等。家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、照相機(jī)、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(jī)及工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件。

可控硅的工作原理

　　可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，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。雙向可控硅：雙向可控硅是一種硅可控整流器件，也稱作雙向晶閘管。這種器件在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，具有無火花、動作快、壽命長、可靠性高以及簡化電路結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。從外表上看，雙向可控硅和普通可控硅很相似，也有三個電極。但是，它除了其中一個電極G仍叫做控制極外，另外兩個電極通常卻不再叫做陽極和陰極，而統(tǒng)稱為主電極Tl和T2。它的符號也和普通可控硅不同，是把兩個可控硅反接在一起畫成的，如圖2所示。它的型號，在我國一般用“3CTS”或“KS”表示；國外的資料也有用“TRIAC”來表示的。雙向可控硅的規(guī)格、型號、外形以及電極引腳排列依生產(chǎn)廠家不同而有所不同，但其電極引腳多數(shù)是按T1、T2、G的顧序從左至右排列（觀察時，電極引腳向下，面對標(biāo)有字符的一面）。目前市場上最常見的幾種塑封外形結(jié)構(gòu)雙向可控硅的外形及電極引腳排列如下圖所示。

可控硅的分類

　　1、按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式分類：可控硅按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通可控硅、雙向可控硅、逆導(dǎo)可控硅、門極關(guān)斷可控硅（GTO）、BTG可控硅、溫控可控硅和光控可控硅等多種。

　　2、按引腳和極性分類：可控硅按其引腳和極性可分為二極可控硅、三極可控硅和四極可控硅。

　　3、按封裝形式分類：可控硅按其封裝形式可分為金屬封裝可控硅、塑封可控硅和陶瓷封裝可控硅三種類型。其中，金屬封裝可控硅又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封可控硅又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

　　4、按電流容量分類：可控硅按電流容量可分為大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三種。通常，大功率可控硅多采用金屬殼封裝，而中、小功率可控硅則多采用塑封或陶瓷封裝。

　　5、按關(guān)斷速度分類：可控硅按其關(guān)斷速度可分為普通可控硅和高頻（快速）可控硅。

　　6、過零觸發(fā)-一般是調(diào)功，即當(dāng)正弦交流電交流電電壓相位過零點觸發(fā)，必須是過零點才觸發(fā)，導(dǎo)通可控硅。

　　7、非過零觸發(fā)-無論交流電電壓在什么相位的時候都可觸發(fā)導(dǎo)通可控硅，常見的是移相觸發(fā)，即通過改變正弦交流電的導(dǎo)通角（角相位），來改變輸出百分比。

可控硅的作用

　　1、控整流作用

　　可控硅的作用之一就是可控整流，這也是可控硅最基本也最重要的作用。大家所熟知的二極管整流電路只可完成整流的功能，并沒有實現(xiàn)可控，而一旦把二極管換做可控硅，便構(gòu)成了一個可控整流電路。

　　在一個最基本的單相半波可控整流電路中，當(dāng)正弦交流電壓處于正半周時，只有在控制極外加觸發(fā)脈沖時，可控硅才被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載上才會有電壓輸出，因此可以通過改變控制極上觸發(fā)脈沖到來的時間，來進(jìn)一步調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓的平均值，達(dá)到可控整流的作用。

　　2、用做無觸點開關(guān)

　　可控硅的作用之二就是用作無觸點開關(guān)，經(jīng)常用于自動化設(shè)備中，代替通用繼電器，具有無噪音、壽命長的特點。

　　3、開關(guān)和調(diào)壓作用

　　可控硅的作用之三就是起到開關(guān)和調(diào)壓的作用，經(jīng)常應(yīng)用于交流電路中，由于其被觸發(fā)時間不同，因此通過它的電流只有其交流周期的一部分，通過它的電壓只有全電壓的一部分，因而起到調(diào)節(jié)輸出電壓的作用。

可控硅與三極管的區(qū)別

　　1、三極管必須用在直流供電的電路中，這是它的特性決定的。他可以處于放大狀態(tài)，用于模擬電路中。也可以僅處于飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，用于開關(guān)電路或數(shù)字電路中。可控硅可以工作在直流電路中，也可以工作在在交流電路中。不過當(dāng)它用在直流電路中時，一旦觸發(fā)，即便觸發(fā)電壓消失了，只有陽陰極間電壓存在，它就仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。這種特性也就限制了它在直流電源中的應(yīng)用。不過這種特性也有應(yīng)用，比如很多電路中的保護(hù)，都用到這個特性，就是一旦保護(hù)動作，如果不斷電，這種保護(hù)不會自行消失的，這給使用者提供了一個明顯的提示，提示使用者進(jìn)行檢查，以找到保護(hù)發(fā)生的原因。這種保護(hù)一旦動作，只有切斷電源再重啟，才能恢復(fù)。

　　可控硅也可以工作在交流電路中，用來控制諸如燈泡、電機(jī)、接觸器之類的部件。來代替諸如開關(guān)等器件?？煽毓枰部梢杂脕碚{(diào)整輸出電壓，如可調(diào)溫的電腦、單片機(jī)控制的大功率的熱處理設(shè)備，直流電焊機(jī)的電流控制，甚至家用的調(diào)光臺燈等，都是可控硅的強(qiáng)項。這是三極管代替不了的。

　　2、三極管必須用在直流供電的電路中，這是它的特性決定的?？煽毓杩梢怨ぷ髟谥绷麟娐分?，也可以工作在在交流電路中。不過當(dāng)它用在直流電路中時，一旦觸發(fā)，即便觸發(fā)電壓消失了，只有陽陰極間電壓存在，它就仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。

　　3、可控硅。四層器件，陽極與陰極間有兩只反向PN結(jié)，用表測量電阻極大;只有門極與陰極是PN結(jié)，正反間電阻相差很大;只要電極間符合這個現(xiàn)象的，那就是可控硅了。因為三極管的基極對其它兩極都是一個PN結(jié)，當(dāng)你用表循環(huán)測量到某個電極對其它兩極都能呈現(xiàn)出低阻或高阻時，那么基本可以斷定這是三極管。
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可控硅與場效應(yīng)管區(qū)別

　　1、場效應(yīng)管的源極s、柵極g、漏極d分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。

　　2、場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由vGS控制iD，其放大系數(shù)gm一般較小，因此場效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流控制電流器件，由iB（或iE）控制iC。

　　3、場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流（ig?0）；而三極管工作時基極總要吸取一定的電流。因此場效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。

　　4、場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電，而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管。

　　5、場效應(yīng)管在源極水與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時，其特性差異很大，b值將減小很多。

　　6、場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。

　　7、 場效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開路電路，但由于前者制造工藝簡單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。

可控硅典型應(yīng)用接線圖

　　可控硅在實際應(yīng)用中的柵極觸發(fā)回路有多種形式，概括起來有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等。

　　直流觸發(fā)電路：如圖4是一個電視機(jī)常用的過壓保護(hù)電路，當(dāng)E+電壓過高時A點電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值時DZ導(dǎo)通，可控硅D受觸發(fā)而導(dǎo)通將E+短路，使保險絲RJ熔斷，從而起到過壓保護(hù)的作用。

　　相位觸發(fā)電路：相位觸發(fā)電路實際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖5，這個電路是利用RC回路控制觸發(fā)信號的相位。當(dāng)R值較小時，RC時間常數(shù)較小，觸發(fā)信號的相移較小，因此負(fù)載獲得較大的電功率;當(dāng)R值較大時，RC時間常數(shù)較大，觸發(fā)信號的相移較大，因此負(fù)載獲得較小的電功率。這個典型的電功率無級調(diào)整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應(yīng)用它。