可控硅的测量方法解析-可控硅工作原理及基本特性

可控硅概述

本(ben)文(wen)主要(yao)讲可(ke)控硅的(de)(de)测(ce)量(liang)方法(fa)、可(ke)控硅的(de)(de)特性及工作(zuo)原理一种以(yi)硅单晶(jing)为基本(ben)材料(liao)的(de)(de)P1N1P2N2四层三端器件，创制于(yu)1957年，由于(yu)它特性类似于(yu)真空闸(zha)流(liu)管(guan)，所(suo)(suo)以(yi)国(guo)际(ji)上(shang)通称(cheng)为硅晶(jing)体闸(zha)流(liu)管(guan)，简(jian)称(cheng)晶(jing)闸(zha)管(guan)T。又(you)由于(yu)晶(jing)闸(zha)管(guan)最初(chu)应用于(yu)可(ke)控整(zheng)(zheng)流(liu)方面(mian)所(suo)(suo)以(yi)又(you)称(cheng)为硅可(ke)控整(zheng)(zheng)流(liu)元件，简(jian)称(cheng)为可(ke)控硅SCR。

可(ke)控(kong)硅(gui)能以毫安级电(dian)流(liu)(liu)(liu)控(kong)制大功率的(de)机电(dian)设备，如(ru)果(guo)超过(guo)此频率，因元件(jian)开关损(sun)髦显著增(zeng)加，允许通过(guo)的(de)平均电(dian)流(liu)(liu)(liu)相降低(di)，此时，标(biao)称电(dian)流(liu)(liu)(liu)应降级使(shi)用。

可控(kong)硅的优点很多，例如：以小功(gong)率控(kong)制大(da)功(gong)率，功(gong)率放大(da)倍数高达几十万倍；反应极快，在(zai)微秒级内开(kai)通(tong)、关断；无触(chu)点运行，无火(huo)花、无噪音；效率高，成(cheng)本(ben)低等等。可控(kong)硅的弱点：静(jing)态及动态的过载能力较差；容(rong)易受(shou)干扰而误(wu)导(dao)通(tong)。可控(kong)硅从外(wai)形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底(di)形。

可控硅的测量方法-怎样用万用表测量可控硅的各电极

1.可控硅的测量方法-单向可控硅的检测

万(wan)用(yong)(yong)(yong)表(biao)(biao)选用(yong)(yong)(yong)电阻(zu)R×1档(dang)，用(yong)(yong)(yong)红(hong)黑两表(biao)(biao)笔(bi)(bi)分别测任意两引(yin)(yin)脚(jiao)(jiao)间正(zheng)反向(xiang)电阻(zu)直至找(zhao)出读数为(wei)数十欧姆的一(yi)对(dui)引(yin)(yin)脚(jiao)(jiao)，此时(shi)黑笔(bi)(bi)接(jie)(jie)(jie)(jie)的引(yin)(yin)脚(jiao)(jiao)为(wei)控制(zhi)极(ji)(ji)G，红(hong)笔(bi)(bi)接(jie)(jie)(jie)(jie)的引(yin)(yin)脚(jiao)(jiao)为(wei)阴极(ji)(ji)K，另一(yi)空脚(jiao)(jiao)为(wei)阳(yang)极(ji)(ji)A。此时(shi)将(jiang)黑表(biao)(biao)笔(bi)(bi)接(jie)(jie)(jie)(jie)已(yi)判(pan)断了(le)的阳(yang)极(ji)(ji)A，红(hong)表(biao)(biao)笔(bi)(bi)仍接(jie)(jie)(jie)(jie)阴极(ji)(ji)K。此时(shi)万(wan)用(yong)(yong)(yong)表(biao)(biao)指(zhi)针应(ying)不动。用(yong)(yong)(yong)短接(jie)(jie)(jie)(jie)线瞬间短接(jie)(jie)(jie)(jie)阳(yang)极(ji)(ji)A和(he)控制(zhi)极(ji)(ji)G，此时(shi)万(wan)用(yong)(yong)(yong)表(biao)(biao)指(zhi)针应(ying)向(xiang)右偏(pian)转(zhuan)，阻(zu)值读数为(wei)10欧姆左右。如阳(yang)极(ji)(ji)A接(jie)(jie)(jie)(jie)黑表(biao)(biao)笔(bi)(bi)，阴极(ji)(ji)K接(jie)(jie)(jie)(jie)红(hong)表(biao)(biao)笔(bi)(bi)时(shi)，万(wan)用(yong)(yong)(yong)表(biao)(biao)指(zhi)针发生偏(pian)转(zhuan)，说(shuo)明(ming)该单向(xiang)可(ke)控硅已(yi)击穿损(sun)坏。

2.可控硅的测量方法-双向可控硅的检测

用(yong)(yong)万用(yong)(yong)表(biao)电(dian)阻(zu)(zu)R×1档，用(yong)(yong)红(hong)黑两(liang)表(biao)笔分别测任意(yi)两(liang)引脚正反向(xiang)电(dian)阻(zu)(zu)，结果其(qi)中两(liang)组读数为(wei)无(wu)穷大(da)。若一(yi)组为(wei)数十(shi)欧(ou)姆时，该组红(hong)黑表(biao)笔所接的两(liang)引脚为(wei)第(di)一(yi)阳极(ji)A1和(he)控制(zhi)极(ji)G，另一(yi)空脚即(ji)为(wei)第(di)二(er)阳极(ji)A2。

确(que)定A、G极(ji)后，再(zai)仔细测(ce)量A1、G极(ji)间正反(fan)向(xiang)(xiang)电(dian)阻，读数相对(dui)较小的(de)(de)那次测(ce)量的(de)(de)黑表(biao)笔(bi)所接(jie)的(de)(de)引(yin)脚为(wei)(wei)第一(yi)阳(yang)极(ji)A1，红表(biao)笔(bi)所接(jie)引(yin)脚为(wei)(wei)控制(zhi)极(ji)G。将黑表(biao)笔(bi)接(jie)已确(que)定了的(de)(de)第二(er)阳(yang)极(ji)A2，红表(biao)笔(bi)接(jie)第一(yi)阳(yang)极(ji)A1，此时万用(yong)表(biao)指针应不(bu)发(fa)生偏转，阻值为(wei)(wei)无穷大。再(zai)用(yong)短接(jie)线将A2、G极(ji)瞬间短接(jie)，给(ji)G极(ji)加上正向(xiang)(xiang)触发(fa)电(dian)压，A2、A1间阻值约为(wei)(wei)10欧姆左(zuo)右(you)。

随后断(duan)开A2、G极(ji)(ji)短(duan)接(jie)线，万用(yong)表(biao)读数应保持10欧姆(mu)左右。互换红黑(hei)表(biao)笔(bi)接(jie)线，红表(biao)笔(bi)接(jie)第(di)二(er)阳极(ji)(ji)A2，黑(hei)表(biao)笔(bi)接(jie)第(di)一阳极(ji)(ji)A1。同样万用(yong)表(biao)指针(zhen)应不发生偏转，阻值为(wei)无穷(qiong)大。

用(yong)短接(jie)线(xian)将A2、G极间再次瞬间短接(jie)，给G极加上(shang)负向的触(chu)发电压，A1、A2间阻值也是(shi)10欧姆左右(you)。随后断(duan)开A2、G极间短接(jie)线(xian)，万用(yong)表读数应不变，保(bao)持10欧姆左右(you)。符合以上(shang)规律，说(shuo)明(ming)被测(ce)双向可控硅管(guan)未损坏且三个引(yin)脚极性判断(duan)正确。

可控硅的的结构

1、结构

不(bu)管可控硅的(de)外形如何，它们的(de)管芯都是由P型硅和(he)N型硅组(zu)成的(de)四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的(de)P1层引(yin)出(chu)阳(yang)极(ji)A，从N2层引(yin)出(chu)阴级(ji)K，从P2层引(yin)出(chu)控制(zhi)极(ji)G，所以它是一种四层三端的(de)半导体器件。

可控硅的测量方法

图(tu)1 可控硅(gui)结(jie)构示意图(tu)和(he)符号图(tu)

可控硅元件的工作原理及基本特性

1、工作原理

可(ke)(ke)控硅是P1N1P2N2四层(ceng)三端结构元件，共有(you)三个(ge)(ge)PN结，分析(xi)原理时(shi)，可(ke)(ke)以把它看作(zuo)由一个(ge)(ge)PNP管(guan)和(he)一个(ge)(ge)NPN管(guan)所组成，其等效图解如图2所示

可控硅的测量方法

图2 可控硅等效图解(jie)图

当(dang)阳极(ji)A加上(shang)正向(xiang)电(dian)压时，BG1和(he)BG2管(guan)(guan)均处于放(fang)(fang)大(da)状(zhuang)态。此(ci)时，如果从(cong)控制极(ji)G输(shu)入一个正向(xiang)触发信号，BG2便有基流(liu)(liu)ib2流(liu)(liu)过，经BG2放(fang)(fang)大(da)，其集(ji)电(dian)极(ji)电(dian)流(liu)(liu)ic2=β2ib2。因为BG2的(de)(de)(de)集(ji)电(dian)极(ji)直接与(yu)BG1的(de)(de)(de)基极(ji)相连，所以ib1=ic2。此(ci)时，电(dian)流(liu)(liu)ic2再经BG1放(fang)(fang)大(da)，于是BG1的(de)(de)(de)集(ji)电(dian)极(ji)电(dian)流(liu)(liu)ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电(dian)流(liu)(liu)又流(liu)(liu)回到BG2的(de)(de)(de)基极(ji)，表成(cheng)正反馈，使(shi)ib2不断增(zeng)大(da)，如此(ci)正向(xiang)馈循(xun)环的(de)(de)(de)结果，两(liang)个管(guan)(guan)子的(de)(de)(de)电(dian)流(liu)(liu)剧增(zeng)，可控硅(gui)使(shi)饱和(he)导通。

由于BG1和(he)BG2所(suo)构成(cheng)的正反馈作(zuo)用，所(suo)以(yi)一旦可控(kong)硅导(dao)通后，即(ji)使控(kong)制极G的电流消(xiao)失了，可控(kong)硅仍然能够(gou)维(wei)持导(dao)通状态，由于触(chu)发信号只起触(chu)发作(zuo)用，没有(you)关(guan)断(duan)功能，所(suo)以(yi)这种可控(kong)硅是不可关(guan)断(duan)的。

由(you)于可控硅只有(you)导通(tong)和(he)关断两(liang)种工作状态，所以它具有(you)开(kai)关特(te)性，这(zhei)种特(te)性需要(yao)一定(ding)的条(tiao)件(jian)才能转化，此条(tiao)件(jian)见表三

表(biao)三、可(ke)控硅导通和关断条件(jian)

可控硅的测量方法

2、基本伏安特性

可控硅(gui)的基本(ben)伏(fu)安特性见图3

可控硅的测量方法

图3 可控硅基(ji)本伏安特性

（1）反(fan)(fan)(fan)向特性当控制极开路(lu)，阳(yang)极加上反(fan)(fan)(fan)向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)时（见图4），J2结(jie)(jie)正偏，但J1、J2结(jie)(jie)反(fan)(fan)(fan)偏。此(ci)时只能流过很小(xiao)的(de)反(fan)(fan)(fan)向饱(bao)和电(dian)(dian)流，当电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)进(jin)一(yi)步提高到J1结(jie)(jie)的(de)雪崩击(ji)穿电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)后，接差J3结(jie)(jie)也击(ji)穿，电(dian)(dian)流迅速增加，图3的(de)特性开始弯曲，如特性OR段所示(shi)，弯曲处的(de)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)URO叫(jiao)“反(fan)(fan)(fan)向转折电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)”。此(ci)时，可控硅(gui)会发(fa)生永久性反(fan)(fan)(fan)向击(ji)穿。

（2）正(zheng)(zheng)(zheng)向(xiang)特(te)性(xing) 当控制(zhi)极开路，阳极上加(jia)上正(zheng)(zheng)(zheng)向(xiang)电(dian)压时（见图5），J1、J3结(jie)正(zheng)(zheng)(zheng)偏，但J2结(jie)反偏，这(zhei)与普通PN结(jie)的(de)反向(xiang)特(te)性(xing)相(xiang)似，也只(zhi)能流过很小电(dian)流，这(zhei)叫正(zheng)(zheng)(zheng)向(xiang)阻(zu)断(duan)状态，当电(dian)压增加(jia)，图3的(de)特(te)性(xing)发生了弯曲，如特(te)性(xing)OA段所示，弯曲处的(de)是UBO叫：正(zheng)(zheng)(zheng)向(xiang)转折电(dian)压

可控硅的测量方法

由于电(dian)压(ya)升高到J2结的(de)(de)(de)(de)(de)雪崩击(ji)穿(chuan)电(dian)压(ya)后，J2结发生雪崩倍增(zeng)效(xiao)应，在(zai)结区(qu)产生大量的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)子和空(kong)(kong)穴(xue)(xue)，电(dian)子时入(ru)(ru)N1区(qu)，空(kong)(kong)穴(xue)(xue)时入(ru)(ru)P2区(qu)。进(jin)入(ru)(ru)N1区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)子与(yu)由P1区(qu)通过J1结注入(ru)(ru)N1区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)复(fu)合(he)，同样(yang)，进(jin)入(ru)(ru)P2区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)与(yu)由N2区(qu)通过J3结注入(ru)(ru)P2区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)子复(fu)合(he)，雪崩击(ji)穿(chuan)，进(jin)入(ru)(ru)N1区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)子与(yu)进(jin)入(ru)(ru)P2区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)各自不能全部(bu)复(fu)合(he)掉，这样(yang)，在(zai)N1区(qu)就有电(dian)子积(ji)累(lei)，在(zai)P2区(qu)就有空(kong)(kong)穴(xue)(xue)积(ji)累(lei)，结果(guo)使P2区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)位升高，N1区(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)位下降，J2结变成正偏，只要电(dian)流稍增(zeng)加，电(dian)压(ya)便(bian)迅速下降，出(chu)现所谓负阻特(te)性，见图(tu)3的(de)(de)(de)(de)(de)虚线AB段。

这时(shi)(shi)J1、J2、J3三个结(jie)均(jun)处(chu)于正偏，可控硅便进入正向导(dao)电状态---通态，此时(shi)(shi)，它的(de)特(te)性与普通的(de)PN结(jie)正向特(te)性相似，见图(tu)3中的(de)BC段

3、触发导通

在(zai)(zai)控(kong)制(zhi)极G上加入正向电压时（见图6）因(yin)J3正偏(pian)，P2区(qu)的空(kong)穴时入N2区(qu)，N2区(qu)的电子进入P2区(qu)，形成触发电流IGT。在(zai)(zai)可(ke)(ke)控(kong)硅的内部正反馈作用(yong)（见图2）的基础上，加上IGT的作用(yong)，使可(ke)(ke)控(kong)硅提前导(dao)通，导(dao)致图3的伏安(an)特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

可控硅的测量方法