可控闸流管,以
硅单晶为基本材料的、具有三个PN结的四层结构硅芯片和三个电极组成的
半导体可控整流器(图1),简称可控硅。
三个电极分别称为阳极A、阴极 K和控制极G。器件的阳极和阴极间的基本电流-电压特性如图2。加反向(阳极接负)偏压时,可控闸流管特性和PN结二极管的反向特性相似。当加正向(阳极接正)偏压时,在一定电压范围内,可控闸流管处于阻抗很高的关闭状态(正向阻断)。当正向电压大于转折电压(转折点1处的电压)时,器件迅速转变到低电压大电流的通导状态。
当器件处于关闭状态时,如果使控制极有适当大小的电流,则器件可迅速被触发而转变到通导状态,此后控制极失去作用。当器件的电流减小到低于维持电流(图中点2处的电流),或使阴极-阳极电压减小到零或负值,器件又恢复到关闭状态。
通导过程用 P1N1P2和N1P2N2两个晶体管的等效结构来表示(图3)。当加上正向电压时,外面两个PN结J1、J3处于正偏置,中间J2结处于反偏置。这两个晶体管的每个晶体管的基区与另一晶体管的集电区相联,若α1、α2为两个晶体管的电流放大系数,它们随电流大小而变化,当α1+α2<1时,可控硅处于关断状态;当α1+α2>1时,可控硅处于通导状态;当控制极通入适当电流,两个晶体管的基极及集电极电流都增大,当α1及α2增加到α1+α2>1时,器件由关断状态迅速转变到通导状态。
当晶体管处于通导状态时,即使把控制极电流切断,
晶体闸流管仍维持通导。只有将硅晶体闸流管的电流减小到比α1+α2=1相对应的维持电流还小时,它才重新回到关断状态。因此可控闸流管除具有整流特性外,还具有开关特性。
螺旋型可控闸流管电流小于100安;平板型可控闸流管一般在200安以上,工作电压从几十伏到几千伏,多用于整流相位控制、低频开关、逆变、变频、斩波、调速以及脉冲调制等。