可控硅元件的工作原理及基本特性

1、工作原理

可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個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

當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經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，電流ic2再經BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，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，由于觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。

由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見表1

表1 可控硅導通和關斷條件

狀態	條件	說明
從關斷到導通	1、陽極電位高于是陰極電位 2、控制極有足夠的正向電壓和電流	兩者缺一不可
維持導通	1、陽極電位高于陰極電位 2、陽極電流大于維持電流	兩者缺一不可
從導通到關斷	1、陽極電位低于陰極電位 2、陽極電流小于維持電流	任一條件即可

2、基本伏安特性

可控硅的基本伏安特性見圖2

圖2 可控硅基本伏安特性

（1）反向特性

當控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖3），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到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，可控硅會發生永久性反向擊穿。

圖3 陽極加反向電壓

（2）正向特性

當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖4），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態，當電壓增加，圖3的特性發生了彎曲，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結發生雪崩倍增效應，在結區產生大量的電子和空穴，電子時入N1區，空穴時入P2區。進入N1區的電子與由P1區通過J1結注入N1區的空穴復合，同樣，進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區的電子與進入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，見圖3的虛線AB段。

這時J1、J2、J3三個結均處于正偏，可控硅便進入正向導電狀態---通態，此時，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見圖2中的BC段

3、觸發導通

在控制極G上加入正向電壓時（見圖5）因J3正偏，P2區的空穴時入N2區，N2區的電子進入P2區，形成觸發電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用（見圖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 陽極和控制極均加正向電壓