【精品】第七章可控硅及其应用
双向可控硅结构原理及应用
双向可控硅结构原理及应用双向可控硅（BTR）是一种半导体器件，常用于交流电路中的电力控制和转换。
它包含两个PN结的二极管，通过控制发射极电流来实现对电流的控制。
双向可控硅的工作原理如下：当发射极电流为零时，BTR处于关断状态，两个PN结都正向偏置。
当正向电压施加在结P1-N2上时，结P1-N2导通，形成一个PNPN结构，此时电流在BTR上开始流动。
当BTR被激活（发射极电流增大），整个结构开始导通，电流正常传输。
当电流通过零点时，BTR会自动关闭，因为BTR的极间电容会阻断电流。
双向可控硅主要有三种工作模式：正向基本模式、反向基本模式和反向脉冲模式。
正向基本模式：当BTR处于关断状态时，施加正向电压，当电流达到触发电流时，BTR将被激活，形成导通状态。
一旦BTR导通，就可以实现晶闸管和电流管的控制，可以控制交流电的电力转换。
反向基本模式：与正向基本模式相反，当BTR处于关断状态时，施加反向电压，当电流达到触发电流时，BTR将被激活。
在正向基本模式下无法实现的应用中，反向基本模式可以用于电力控制和转换。
反向脉冲模式：在反向基本模式下，当电流通过BTR时，施加一个脉冲电压，可以使BTR重复导通和关断，实现更精确的控制。
双向可控硅具有许多应用领域。
以下是一些常见的应用：1.交流电路控制：双向可控硅可以用于控制交流电路中的电流和功率，如照明控制、电动机控制和电压调节等。
2.变频调速：通过控制双向可控硅的导通时间和关断时间，可以实现电动机的变频调速，以满足不同负载要求。
3.电器控制和保护：双向可控硅可以用于电器控制和保护电路，如电压保护、过载保护和短路保护等。
4.电力系统：在电力系统中，双向可控硅可以用于电力控制和转换，如电力因数校正、电能调度和电力传输等。
5.电动车充电：双向可控硅可以用于电动车充电系统中，实现对电动车的充电和放电控制，提高充电效率。
6.数码产品：双向可控硅还可以用于数码产品的电源控制和电流保护，增强产品的稳定性和安全性。
可控硅的几种典型应用
可控硅的几种典型应用2008-3-13 10:46:00 kzcd 供稿晶闸管，又称可控硅（单向SCR、双向BCR）是一种4层的（PNPN）三端器件。
在电子技术和工业控制中，被派作整流和电子开关等用场。
在这里，笔者介绍它们的基本特性和几种典型应用电路。
1．锁存器电路图1是一种由继电器J、电源（+12V）、开关K1和微动开关K2组成的锁存器电路。
当电源开关K1闭合时，因J 回路中的开关K2和其触点J－1 是断开的，继电器J不工作，其触点J－2也未闭合，所以电珠L不亮。
一旦人工触动一下K2，J得电激活，对应的触点J－1、J－2闭合，L点亮。
此时微动开关K2不再起作用（已自锁）。
要使电珠L熄灭，只有断开电源开关K1使继电器释放，电珠L才会熄灭。
所以该电路具有锁存器（J－1自锁）的功能。
图2电路是用单向可控硅SCR代替图1中的继电器J，仍可完成图1的锁存器功能，即开关K1闭合时，电路不工作，电珠L不亮。
当触动一下微动开关 K2时，SCR因电源电压通过R1对门极加电而被触发导通且自锁，L点亮，此时K2不再起作用，要使L熄灭，只有断开K1。
由此可见，图2电路也具有锁存器的功能。
图2与图1虽然都具有锁存器功能，但它们的工作条件仍有区别：（1）图1的锁存功能是利用继电器触点的闭合维持其J线圈和L的电流，但图2中，是利用SCR自身导通完成锁存功能。
（２）图1的J与控制器件L完全处于隔离状态，但图2中的SCR与L不能隔离。
所以在实际应用电路中，常把图1和图2 电路混合使用，完成所需的锁存器功能。
2．单向可控硅SCR振荡器图3电路是利用SCR的锁存性制作的低频振荡器电路。
图中的扬声器LA（8Ω／0.5W）作为振荡器的负载。
当电路接上电源时，由于电源通过R1 对C1充电，初始时，C1电压很低，A、B端的电位器W的分压不能触发SCR，SCR不导通。
当C1充得电压达到一定值时，A、B端电压升高，SCR被触发而导通。
一旦SCR导通，电容器C1通过SCR和LS放电，结果A、B端的电压又下降，当A、B端电压下降到很低时，又使SCR截止，一旦SCR截止，电容器C1又通过R1充电，这种充放电过程反复进行形成电路的振荡，此时LS发出响声。
可控硅的结构和工作原理PPT
7.1.3 伏安特性
I IF U U RS M RRM IH
反向
IG3 > IG2 > IG1 IG3 IG2 IG1=0A
U
UDRM UDS M
正向
10
7.1.4 主要参数
UDRM：断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管 UDRM 为 100V---3000V）
（1）晶闸管开始工作时 ，UAK加反向电压， 或不加触发信号（即UGK = 0 ）；
（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须 减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管 中电流的正反馈效应不能维持。
8
结论
1. 晶闸管具有单向导电性 2. （正向导通条件：A、K间加正向电
压，G、K间加触发信号）； 2.晶闸管一旦导通，控制极失去作用 若使其关断，必须降低UAK或加大回路电 阻，把阳极电流减小到维持电流以下。
直流） 交流） 交流） 直流）
此外还可作无触点开关等
3
7.1.１ 基本结构
四 层 半 导 体
A（阳极）
三 P1
个 PN N1 结 P2 G（控制极） N2
K（阴极）
4
20.1.2 工作原理 A
A
A G
K 符号
P1
P
Байду номын сангаас
N1 G
P2
NN G
PP
N2 K
N
K 示意图
5
工作原理分析
A
P G NN
PP N
第七章 晶闸管及应用电路
1
7．1 晶闸管(可控硅SCR)
一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出 现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域 。
可控硅的应用范围有哪些
可控硅的应用范围有哪些？
我们知道单向可控硅具有一触即发，实现自锁的功能。
关断单向可控硅的方式有两种：其中一种是众所周知的，就是可控硅在阳极电位低于阴极电位或阳极电流小于维持电流时，可由导通转换为关断。
另一种则是将可控硅的控制极对地短路，也可直接将其关断，本人利用它的这个特性制作了下面这款简单的红外遥控开关电路。
今天我们就先来了解一下，可控硅遥控开关电路的输出和输入过程。
开启过程静态时脉冲放大管V1处于饱和状态，集电极输出0.1V的低电平，此时可控硅触发电路不工作。
瞬间按压遥控器（各类彩电、VCD遥控器均可），接收头接收到红外遥控信号，其输出端输出解调后的序列指令脉冲，经V1放大信号分成两路：一路经R6对C6进行充电，另一路经R5对C5进行充电，由于C5的容量远大于C6，所以充电速度较慢，不能使V2导通，而C6上充得的瞬间脉冲电压足以使单向可控硅SCR触发导通，继电器K得电，常开触点CJ1闭合，插座CZ中的负载得电工作。
LED作工作状态指示用。
关闭过程：再次按压遥控器按键超过3秒时，C5上充得的电压足以使V2由截止进入饱和导通状态，从而将可控硅控制极对地短路，可控硅被关断。
继电器失电，触点断开，负载停止工作。
随后C5上充得的电压很快通过R5、V1的集射极对地放电，电路进入等待状态。
双向可控硅原理与应用
双向可控硅原理与应用双向可控硅（Bidirectional Controlled Silicon, BCR）是一种电子器件，也称为双向可控整流器。
它是在普通可控硅的基础上进行改进，具备双向导电特性。
双向可控硅可同时实现正向和反向的控制，对于交流电路的控制和变换具有重要的意义。
本文将详细介绍双向可控硅的工作原理和应用。
一、工作原理：双向可控硅是由两个普通可控硅组成的，其中一个被定义为正向控制侧（PCT）可控硅，另一个被定义为反向控制侧（NCT）可控硅。
正向控制侧可控硅和反向控制侧可控硅之间通过一个电感L连接。
当正向控制侧可控硅的阳极与交流电源相连时，其阴极通过反向控制侧可控硅的阳极来接地，形成一个旁路通路，使交流电流能够流过它，实现正向电流通路的导通控制。
同样的，当反向控制侧可控硅的阳极与交流电源相连时，其阴极通过正向控制侧可控硅的阳极来接地，形成另一个旁路通路，使交流电流能够流过它，实现反向电流通路的导通控制。
通过正向和反向控制侧可控硅的互相控制，可以实现双向电流的导通控制。
二、应用：1.双向开关控制：双向可控硅作为双向电流开关可以控制交流电路中的开关状态。
例如，在照明系统中，可以使用双向可控硅控制灯光的亮度和开关状态。
2.交流电源控制：双向可控硅可以用于交流电源的开关控制。
通过对双向可控硅的正向和反向控制，可以控制交流电源的输出电压和电流。
3.调光控制：双向可控硅可以实现交流电路的调光控制。
通过调节双向可控硅的导通角度，可以控制交流电路中的电流大小，从而实现灯光的调光效果。
4.电动机控制：双向可控硅可以用于交流电动机的控制。
通过对双向可控硅的正向和反向控制，可以控制交流电动机的转向和转速。
5.逆变器：双向可控硅可以用于逆变器的控制。
通过对双向可控硅的正向和反向控制，可以实现直流电源向交流电源的变换。
总结：双向可控硅是一种重要的电子器件，通过对其正向和反向控制，可以实现双向电流的导通控制。
它在交流电路的控制和变换中具有广泛的应用。
可控硅的专业应用
可控硅应用使用四比较器的恒温控制器使用一个负温度系数（NTC）的热敏电阻，用如图1a的电路可以用最少的元件、成本和复杂性将温度控制到1℃或更好的精度。
该电路含有保护以防止温度传感器短路或开路，且所有的元器件都是常用件。
该控制器是PWM类型的，但它有指数的传递特性，而不是线性的。
这个设计是基于一个LM339（四比较器），并包含了温度补偿。
由于比较器的温漂会产生的Vos 的变化，并导致了振荡器输出改变。
然而，在产生工作周期的比较器上，也发生了同样的变化，两者相抵消从而消除了控制器的温漂。
该控制器的核心是由IC1a、IC1b和相关元件组成的振荡器。
振荡器输出的电压峰值和最小电压值是决定控制器精度的主要因素。
关于这个振荡器有以下一些公式：PERIOD=[R5×R6/(R5+R6)+R4]×C1×Ln[(Vas-Vmin)/(Vas-Vmax)] secondsDutyCycle=Ln[(Vas-Vtemp)/(Vas-Vmax)] / Ln[(Vas-Vmax)/(Vas-Vmin)]Vmax=Vcc×R3/(R1+R3)Vmin=Vcc×R2×R3/[R2×R3+R1×(R2+R3)]Vas=Vc c×R6/(R5+R6)Vtemp=Vcc×(R7+R8)/(Rtherm+R7+R8)振荡器的输出直接接到产生工作周期的比较器IC1c的输入端。
R8决定温度的设置点。
R8到Rtherm的分压为产生工作周期的比较器提供比较电压，比较的输出驱动一个光隔离的双向可控硅驱动器。
图1所示出的元件参数值的温度系列是25～115℃。
D1和D2用于温度传感器错误和工作周期指示。
R9和R10设置IC1d的反相端电平，用以检测到温度传感器的开路。
图1（a）电路图全数字双向可控硅电路图1所示的简单数字电路可以用来精确地控制交流电源，电路没有任何的数字到模拟转换电路。
可控硅的应用
浅析可控硅原理及其典型应用摘要从目前电子工业的发展来看，尽管有各种新型的半导体材料不断出现，但是半导体材料中98％仍是硅材料，硅材料仍是集成电路产业的基础，其中可控硅具有体积小、重量轻、功率高、寿命长等优点而得到了广泛的应用。
本文主要通过论述单向可控硅（普通可控硅）、双向可控硅的基本原理、以及其典型应用，以此给读者简单介绍一下可控硅。
关键词：半导体可控硅集成电路Abstract From the current perspective of the development of the electronics industry, in spite of a variety of new semiconductor materials continue to appear, but the semiconductor material is still 98% of the silicon material, silicon material is still the basis of the integrated circuit industry, in which SCR has a small size, weight light, high power, long life and other advantages have been widely used. This paper discusses a one-way through the SCR (general SCR), the basic principles of bi-directional thyristor and application in the commonly used so as to give the reader a brief SCR.Key words: semiconductor silicon integrated circuits一、可控硅元件简介可控硅又叫晶闸管，是半导体晶体闸流管的简称，它是一种用小电流控制大电流开关型半导体器件, 常用的有普通可控硅（又称单向可控硅）和双向可控硅两大类，由于具有体积小、质量轻、效率高、寿命长、耐振、无噪声、使用方便等优点。
可控硅
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此功率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平 均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、 关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。
工作原理
ห้องสมุดไป่ตู้
结构原件 晶闸管特性
图4示出了双向可控硅的特性曲线。
由图可见，双向可控硅的特性曲线是由一、三两个象限内的曲线组合成的。第一象限的曲线说明当加到主电 极上的电压使Tc对T1的极性为正时，我们称为正向电压，并用符号U21表示。当这个电压逐渐增加到等于转折电 压UBO时，图3(b)左边的可控硅就触发导通，这时的通态电流为I21，方向是从T2流向Tl。从图中可以看到，触发 电流越大，转折电压就越低，这种情形和普通可控硅的触发导通规律是一致的，当加到主电极上的电压使Tl对T2 的极性为正时，叫做反向电压，并用符号U12表示。当这个电压达到转折电压值时，图3（b)右边的可控硅便触发 导通，这时的电流为I12，其方向是从T1到T2。这时双向可控硅的特性曲线，如图4中第三象限所示。
晶闸管特点 应用类型
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管 所组成，其等效图解如右图所示。双向可控硅：双向可控硅是一种硅可控整流器件，也称作双向晶闸管。这种器 件在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，具有无火花、动作快、寿命长、可靠性高以及 简化电路结构等优点。从外表上看，双向可控硅和普通可控硅很相似，也有三个电极。但是，它除了其中一个电 极G仍叫做控制极外，另外两个电极通常却不再叫做阳极和阴极，而统称为主电极Tl和T2。它的符号也和普通可 控硅不同，是把两个可控硅反接在一起画成的，如图2所示。它的型号，在我国一般用“3CTS”或“KS”表示； 国外的资料也有用“TRIAC”来表示的。双向可控硅的规格、型号、外形以及电极引脚排列依生产厂家不同而有 所不同，但其电极引脚多数是按T1、T2、G的顾序从左至右排列(观察时，电极引脚向下，面对标有字符的一面)。 市场上最常见的几种塑封外形结构双向可控硅的外形及电极引脚排列如下图1所示。
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第七章可控硅及其应用
第一节可控硅的结构和工作原理
教学目的：1、了解单向可控硅与双向可控硅的结构与符号。
2、掌握单向可控硅及双向可控硅的工作原理.
教学重点：单向可控硅及双向可控硅的工作原理。
教学难点:单向可控硅及双向可控硅的工作原理。
教学方法与手段：1、教师讲授与多媒体课件相结合；实习实训相结合。
课时计划:２课时
一、单向可控硅
一)、单向可控硅的结构与符号
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1所示.
图1可控硅等效图解图二）、单向可控硅的工作原理
当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2.因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2.此时，电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2.这个电流又流回到BG2的基极,表成正反馈，使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即
使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的. 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件如下：
三）、单向可控硅的主要参数
可控硅的主要参数有：
1、额定正向平均电流在规定环境温度和散热条件下，允许通过阳极———阴极间电流的平均值。
2、正向阻断峰值电压在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时,可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。
可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。
3、反向阴断峰值电压当可控硅加反向电压,处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。
使用时，不能超过手册给出的这个参数值.
4、控制极触发电流Ig1 触发电压VGT在规定的环境温度下，阳极——-阴极间加有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压.
5、维持电流在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。
二、双向可控硅
一）、双向可控硅的结构与符号
双向晶闸管是由N—P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。
双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。
二)、双向可控硅的工作特点
双向晶闸管与单向晶闸管一样,也具有触发控制特性.不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同,这就是无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的,都可以便双向晶闸管导通。
由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极，将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极,将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。
由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反同峰值电压之分，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。
本课小结：１、单向可控硅导通的条件：阳极与阴极之间加正向电压，控制极与阴极之间加正向电压.
２、单向可控硅一旦导通，控制极失去了控制作用。
３、双向可控硅的主电极T1与T2之间无论加正向电压，还是加反向电压，都导通，因此双向可控硅可以应用在交流电路中作无触点的开关电路。
作业：《电子技术基础》教材P1407-1、7—2、7—3。
第二节可控硅触发电路
教学目的：１、了解单结晶体管的结构与符号。
２、掌握单向可控硅触发电路的工作原理。
３、掌握双向可控硅触发电路的工作原理
教学重点:单向可控硅及双向可控硅触发电路的工作原理.
教学难点:单向可控硅及双向可控硅触发电路的工作原理。
教学方法与手段：1、教师讲授与多媒体课件相结合;实习实训相结合。
课时计划：２课时
一、单向可控硅触发电路
一）、单结晶体管的结构和型号
二）、单结晶体管的基本特性
上图为单结晶体管的等效电路，r b1表示e与b1间的电阻，它随发射极电流而变，,即I E上升，r b1下降，r b2表示e与b2间的电阻，数值与I E无关.
单结晶体管导通的条件是：
G2>ηG1+V D(其中G2是加在E上的正向电压。
η是R B1与R B2的分压比，G2是加在B2上的正向电压)。
二、三）、单结晶体管触发电路
三、双
向可控硅触发电路
一）、双向可控硅触发电路
本课小结：１、学习了单结晶体管的结构及工作原理。
２、了解了单向可控硅触发电路的工作情况。
３、学习了双向可控硅触发电路的工作原理。
作业:《电子技术基础》教材P140 ７-４、７—５、７-９、７—１０、７—１１
第三节可控硅应用电路
教学目的：１、掌握可控硅整流电路的工作原理.
２、了解音乐彩灯控制器的工作原理。
３、了解安全感应开关电路的工作原理。
教学重点：可控硅整流电路的工作原理。
教学难点:安全感应开关电路的工作原理。
教学方法与手段：1、教师讲授与多媒体课件相结合；实习实训相结合。
课时计划：２课时
一、可控硅整流电路
一)、单相半波可控整流电路
二)、工作原理
1、工作原理
电路和波形如图所示，设u2=U2sinω。
正半周：0＜t＜t1,u g=0，T正向阻断，i d=0，u T=u2，u d=0
t=t时，加入u g脉冲，T导通，忽略其正向压降,u T=0，u d=u2，i d=u d/R d。
负半周：π≤t＜2π当u2自然过零时，T自行关断而处于反向阻断状态,u t=0,u d=0，i d=0。
四、从0到t1的电度角为α,叫控制角。
从t1到π的电度角为θ，
叫导通角，显然α+θ=π.当α=0,θ=180度时，可控硅全导通，与不控整流一样，当α=180度，θ=0度时，可控硅全关断，
输出电压为零.
五、
音乐彩灯控制器
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从收录机等音响设备的扬声器两端，引出音频信号，经升压变压器T 升压后，作为单向可控硅的触发信号。
由于音频信号的幅度会随着音乐的节奏而不断变化，因此，当幅度大时，使可控硅导通,而幅度小时,可控硅仍处于阻断状态。
这样可控硅就工作在导通、阻断或非全导通状态，使彩灯随音乐的旋律而不断闪烁。
本课小结：可控硅整流电路输出电压是可调的,通过控制触发器电压到来的时间，触发电压来得越早，输出电压就越高,触发电压来得越迟，输出电压就越低。
作业：《电子技术基础》教材 P1417—11、7—12
R P。