可控硅又稱晶閘管(Silicon?Controlled?Rectifier,SCR)。自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)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、可關斷晶可控硅閘管、快速晶閘管,等等。
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)構的大功率半導體器件,亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構相對簡單、功能強等特點,是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應用于各種電子設備和電子產(chǎn)品中,多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點開關等。家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風扇、空調(diào)機、電視機、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響、聲光電路、定時控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機及工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件。
大家使用的是單向晶閘管,也就是人們常說的普通晶閘可控硅管,它是由四層半導體材料組成的,有三個PN結(jié),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,它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷P鍵是多了一個控制極G,這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件,起始于1957年,因為它的特性類似于真空閘流管,所以國際上通稱為硅晶體閘流管,簡稱晶閘管T,又因為晶閘管最初的在靜止整流方面,所以又被稱之為硅可控整流元件,簡稱為可控硅SCR.
在性能上,可控硅不僅具有單向?qū)щ娦?,而且還具有比硅整流元件(俗稱”死硅”)更為可貴的可控性.它只有導通和關斷兩種狀態(tài).
可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備,如果超過此功率,因元件開關損耗顯著增加,允許通過的平均電流相降低,此時,標稱電流應降級使用.
可控硅的優(yōu)點很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數(shù)高達幾十萬倍;反應極快,在微秒級內(nèi)開通、關斷;無觸點運行,無火花、無噪音;效率高,成本低等等.
可控硅的弱點:靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差;容易受干擾而誤導通.
可控硅從外形上分類主要有:螺栓形、平板形和平底形.
可控硅元件的結(jié)構
不管可控硅的外形如何,它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構.見圖1.它有三個PN結(jié)(J1、J2、J3),從J1結(jié)構的P1層引出陽極A,從N2層引出陰級K,從P2層引出控制極G,所以它是一種四層三端的半導體器件.