可控硅的工作原理及基本特性

1、可控硅元件的工作原理

可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個(gè)PN結，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如圖1所示

圖1 可控硅等效圖解圖

當陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過(guò)，經(jīng)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(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)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(huán)的結果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。

由于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(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。

由于可控硅只有導通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見(jiàn)表1

表1 可控硅導通和關(guān)斷條件

2、基本伏安特性

可控硅的基本伏安特性見(jiàn)圖2

圖2 可控硅基本伏安特性

（1）反向特性

當控制極開(kāi)路，陽(yáng)極加上反向電壓時(shí)（見(jiàn)圖3），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時(shí)只能流過(guò)很小的反向飽和電流，當電壓進(jìn)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(kāi)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(shí)，可控硅會(huì )發(fā)生永久性反向擊穿。

圖3 陽(yáng)極加反向電壓

（2）正向特性

當控制極開(kāi)路，陽(yáng)極上加上正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖4），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(guò)很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當電壓增加，圖3的特性發(fā)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(yáng)極加正向電壓

由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發(fā)生雪崩倍增效應，在結區產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入N1區，空穴時(shí)入P2區。進(jìn)入N1區的電子與由P1區通過(guò)J1結注入N1區的空穴復合，同樣，進(jìn)入P2區的空穴與由N2區通過(guò)J3結注入P2區的電子復合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區的電子與進(jìn)入P2區的空穴各自不能全部復合掉，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(jiàn)圖3的虛線(xiàn)AB段。

這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向導電狀態(tài)---通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見(jiàn)圖2中的BC段

3、觸發(fā)導通

在控制極G上加入正向電壓時(shí)（見(jiàn)圖5）因J3正偏，P2區的空穴時(shí)入N2區，N2區的電子進(jìn)入P2區，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用（見(jiàn)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5 陽(yáng)極和控制極均加正向電壓