可控硅的用途？

ycy926 2021-03-30

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朋友们好，我是电子及工控技术，我来回答这个问题。其实可控硅是我们对晶闸管的一种俗称，它是电力半导体的重要器件。其实晶闸管的种类也是很多的，比如有单向可控硅、双向可控硅等，它是弱电控制强电的重要控制器件，就是由于这种器件的“诞生”，它把“电子”领域、“电力”领域和“控制”领域紧密地联系在一起了，下面我们就着重聊聊这个可控硅这个半导体元器件。

单向可控硅硅的诞生

说起可控硅这个电力半导体器件的诞生，掐指算起来也有６０多年了。第一个作为真正用在工业上的可控硅是在１９５８年，当时的美国通用电气公司用在调压和变流上使用时获得了较大的成功。从此之后，可控硅就用在了电压的变换、电流的变换、频率的变换以及波形和交流电的相数变换等方面得到了广泛的使用，经过这么多年来，可控硅家族已经衍生了许多品种，比如到了二十世纪７０年代已经出现了全控型的可控硅，到了上个世纪八十年代又出现了第三代可控硅，这种可控硅制成一种集成的功率器件，其品种发展出了双向可控硅（ＫＳ）、门极可关断可控硅（ＧＴＯ）、绝缘栅晶闸管（ＩＧＢＴ）和功率集成电路（Ｐower IC）等。这些新可控硅器件的“诞生”为它们在电力的整流技术、逆变技术、斩波技术以及变频技术等方面都有了广阔的使用。

单向可控硅的工作原理

１、可控硅的内部结构

为了好说明问题，我们以单向可控硅为例谈谈它的工作过程，我们先从它的内部看看可控硅的结构，我们从内部结构图可以看到可控硅是一个四层三端的半导体器件，它有三个ＰＮ结，它从两个Ｐ型半导体上分别引出一个引脚叫阳极，我们用Ａ表示、另一个叫栅极，我们用Ｇ表示。第三个引脚从Ｎ型半导体引出，被称为阴极用Ｋ表示。其结构示意图与电路图符号如下图表示的那样。

２、可控硅的工作过程

我们从下面第一幅图看，可控硅的阳极电压高于阴极电压，此时门控极的开关Ｓ没闭合，这时灯泡是不亮的，说明了可控硅没有导通；第二幅图我们再把门控极的开关Ｓ闭合，灯泡被点亮了，这说明可控硅导通了，第三幅图，当灯泡被点亮后，我们再把门控极的开关Ｓ打开，这时灯泡仍然在亮，这说明可控硅仍然在导通；第四幅图可以看到我们把控制门极的电源极性反接，这时灯泡就熄灭了，说明单向可控硅不导通了。

由以上可控硅的工作情况可以看出，可控硅的导通条件是：可控硅的门极要加一定电压的正向触发信号，同时它的阳极（Ａ）电压要高于阴极（Ｋ）电压，这时可控硅就会导通。它的关闭条件是可以让可控硅的阳极电流小到一定值时它就可以关闭，或者阳极与阴极之间加上反向电压它也会关闭。由此可见可控硅就像一个无触点的开关一样来控制负载的通电与断电。

单向可控硅的用途

我们从可控硅的工作过程可以看出，它想一个开关一样通过一定的条件可以控制可控硅的导通与关断，这样我们可以把它用在声光控制电路中、调光电路和单相半波以及单向全波电路中。

１单向可控硅在调光电路的应用

当开关Ｓ闭合时，首先２２０Ｖ交流市电经过整流二极管ＶＤ１到ＶＤ４组成桥式整流电路，经过桥式整流后得到了脉动的直流电。得到的脉动直流电经过分压限流电阻Ｒ１和充电定时电阻Ｒ４、ＲＰ后向电容Ｃ进行充电。电容Ｃ上的电压会按指数规律逐渐升高，当电容Ｃ上的电压大于单结晶体管ＢＴ３３的峰点电压时，单结晶体管就会导通，这时电容就会通过ＢＴ３３的ＥＢ１极和电阻Ｒ３进行放电，这时会在电阻Ｒ３上输出脉冲电压，触发晶闸管ＭＣＲ１００－６的导通，从而使电灯ＨＬ就会被点亮。

当调节可调电阻ＲＰ可以改变电容Ｃ充放电的快慢时间，这也就控制了晶闸管ＭＣＲ１００－６的导通时间，从而控制灯泡的ＨＬ的亮度。当电位ＲＰ调小时，电容器Ｃ充电就快，在电阻Ｒ３上形成的触发电压的时间就会变短，这样就会使晶闸管的导通时间就会延长，灯泡ＨＬ的亮度就会增加。反之，当电位ＲＰ调大时，电容器Ｃ充电就变慢，在电阻Ｒ３上形成的触发电压的时间就会变长，这样就会使晶闸管的导通时间就会变短，灯泡ＨＬ的亮度就会暗，其电路原理图如下图所示。

２、单向可控硅在声控和光控电路

从图中可以看到，当白天时由于光敏电阻阻值降的低了，这时ＣＤ４０１１组成的与非门电路的第二脚输入了低电平，不管这时是有声音还是没有声音单向可控硅的门极都是低电平信号，无法打开可控硅；当天黑后光敏电阻阻值升高了，这时ＣＤ４０１１组成的与非门电路的第二脚输入了高电平，这时有声音时，单向可控硅的门极就会的到高电平信号，符合了可控硅的导通条件，这时灯泡就会点亮。

３、单向可控硅在整流电路中的应用

单相桥式半控整流电路是由三部分子电路组成，其分别是同步取样给定电路、触发电路以及桥式整流电路。

同步取样给定电路：是由二极管组成的桥式整流电路，然后通过１ＫΩ电阻的分压和限流，再通过１０Ｖ的稳压二极管进行稳压，稳压后再通过电解电容Ｃ６进行滤波，得到了稳定的１０Ｖ直流电，最后再通过可调电阻ＲＰ３和ＲＰ２进行电压取样。

脉冲触发电路：也是由二极管组成的桥式整流电路，然后通过２ＫΩ电阻的分压和限流，再通过１５Ｖ的稳压二极管进行稳压，稳压后再通过电解电容Ｃ５和Ｃ４进行滤波，得到了稳定的１５Ｖ直流电压，这个１５Ｖ的电压为单结晶体管提供了工作电压，首先同步取样电压加到三极管ＶＴ１的基极，促使三极管ＶＴ１导通，ＶＴ１导通后使ＰＮＰ三极管ＶＴ２导通，这样１５Ｖ的直流电就通过２４ＫΩ电阻，ＶＴ２三极管的发射极Ｅ和集电极Ｃ对电解电容Ｃ１进行充电，电容Ｃ１上的电压会按指数规律逐渐升高，当电容Ｃ１上的电压大于单结晶体管ＶＴ３的峰点电压时，单结晶体管就会导通，这时电容Ｃ１就会通过单结晶体管ＶＴ３的Ｅ极和Ｂ极以及１００Ω的电阻进行放电，这时就会在１００Ω电阻上产生一个高脉冲电压，这个高脉冲电压会促使ＮＰＮ三极管ＶＴ４的导通，一但ＶＴ４导通了，就会在两个具有同名端的电感上产生两个同步的高脉冲电压信号，这两个同步的高脉冲信号分别加在晶闸管ＶＴ５和ＶＴ６的门极上，就会使晶闸管ＶＴ５和ＶＴ６随时准备着导通。其电路图如下图所示的那样。

主电路：分别由两个整流二极管ＶＤ８和ＶＤ９以及两个晶闸管ＶＴ５和ＶＴ６组成，以及负载灯泡和阻容保护环节构成。当电压处于正半周时，整流二极管ＶＤ９承受正向电压处于导通状态，与此同时晶闸管ＶＴ５也承受正向电压，在此时刻又有触发脉冲的到来，这样ＶＴ５就会导通，其电流流过的路径由电源正向端到晶闸管ＶＴ１再到灯泡，然后经过整流二极管ＶＤ９，最后到达电源的负极，这样就会在负载灯泡上得到一个从上到下的电流；同样，当电压处于负半周时，其电流流过的路径由电源负向端到晶闸管ＶＴ６再到灯泡，然后经过整流二极管ＶＤ８，最后到达电源的正极，这样也会在负载灯泡上得到一个从上到下的电流。由此可见在单相交流电的整个周期内，负载上的电流始终都是从上到下流过灯泡的，其电路原理图如下图所示。