可控硅的工作原理及基本特性有哪些?
可控硅的工作原理及基本特性有哪些?
1、工作原理
可控硅是p1n1p2n2四层三端结构元件，共有三个pn结，分析原理时，可以把它看作由一个pnp管和一个npn管所组成，其等效图解如图1所示
图1 可控硅等效图解图
当阳极a加上正向电压时，bg1和bg2管均处于放大状态。此时，如果从控制极g输入一个正向触发信号，bg2便有基流ib2流过，经bg2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为bg2的集电极直接与bg1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经bg1放大，于是bg1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到bg2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于bg1和bg2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极g的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1
表1 可控硅导通和关断条件
状态 条件 说明
从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位
2、控制极有足够的正向电压和电流
两者缺一不可
维持导通 1、阳极电位高于阴极电位
2、阳极电流大于维持电流
两者缺一不可
从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位
2、阳极电流小于维持电流
任一条件即可
2、基本伏安特性
可控硅的基本伏安特性见图2
图2 可控硅基本伏安特性
（1）反向特性
当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），j2结正偏，但j1、j2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到j1结的雪崩击穿电压后，接差j3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性or段所示，弯曲处的电压uro叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。
图3 阳极加反向电压
（2）正向特性
当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），j1、j3结正偏，但j2结反偏，这与普通pn结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性oa段所示，弯曲处的是ubo叫：正向转折电压
图4 阳极加正向电压
由于电压升高到j2结的雪崩击穿电压后，j2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入n1区，空穴时入p2区。进入n1区的电子与由p1区通过j1结注入n1区的空穴复合，同样，进入p2区的空穴与由n2区通过j3结注入p2区的电子复合，雪崩击穿，进入n1区的电子与进入p2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在n1区就有电子积累，在p2区就有空穴积累，结果使p2区的电位升高，n1区的电位下降，j2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线ab段。
这时j1、j2、j3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的pn结正向特性相似，见图2中的bc段
3、触发导通
在控制极g上加入正向电压时（见图5）因j3正偏，p2区的空穴时入n2区，n2区的电子进入p2区，形成触发电流igt。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上igt的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性oa段左移，igt越大，特性左移越快。
图5 阳极和控制极均加正向电压
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1、工作原理
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图1 可控硅等效图解图
当阳极a加上正向电压时，bg1和bg2管均处于放大状态。此时，如果从控制极g输入一个正向触发信号，bg2便有基流ib2流过，经bg2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为bg2的集电极直接与bg1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经bg1放大，于是bg1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到bg2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于bg1和bg2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极g的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1
表1 可控硅导通和关断条件
状态 条件 说明
从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位
2、控制极有足够的正向电压和电流
两者缺一不可
维持导通 1、阳极电位高于阴极电位
2、阳极电流大于维持电流
两者缺一不可
从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位
2、阳极电流小于维持电流
任一条件即可
2、基本伏安特性
可控硅的基本伏安特性见图2
图2 可控硅基本伏安特性
（1）反向特性
当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），j2结正偏，但j1、j2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到j1结的雪崩击穿电压后，接差j3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性or段所示，弯曲处的电压uro叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。
图3 阳极加反向电压
（2）正向特性
当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），j1、j3结正偏，但j2结反偏，这与普通pn结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性oa段所示，弯曲处的是ubo叫：正向转折电压
图4 阳极加正向电压
由于电压升高到j2结的雪崩击穿电压后，j2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入n1区，空穴时入p2区。进入n1区的电子与由p1区通过j1结注入n1区的空穴复合，同样，进入p2区的空穴与由n2区通过j3结注入p2区的电子复合，雪崩击穿，进入n1区的电子与进入p2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在n1区就有电子积累，在p2区就有空穴积累，结果使p2区的电位升高，n1区的电位下降，j2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线ab段。
这时j1、j2、j3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的pn结正向特性相似，见图2中的bc段
3、触发导通
在控制极g上加入正向电压时（见图5）因j3正偏，p2区的空穴时入n2区，n2区的电子进入p2区，形成触发电流igt。在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上igt的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性oa段左移，igt越大，特性左移越快。
图5 阳极和控制极均加正向电压
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