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可控矽元件—可控矽元件的工作原理及基本特性

時間:2016-8-29 12:09:53


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可控矽元件—可控矽元件的工作原理及基本特性

三、可控矽元件的工作原理及基本特性

1、工作原理

可控矽是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 可控矽等效圖解圖

當陽極A加上正向電壓時,BG1和BG2管均處於放大狀態。此時,如果從控製極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,於是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,可控矽使飽和導通。

由於BG1和BG2所構成的正反饋作用,所以一旦可控矽導通後,即使控製極G的電流消失了,可控矽仍然能夠維持導通狀態,由於觸發信號隻起觸發作用,沒有關斷功能,所以這種可控矽是不可關斷的。

由於可控矽隻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 可控矽導通和關斷條件

狀態 條件 說明
從關斷到導通

1、陽極電位高於是陰極電位 2、控製極有足夠的正向電壓和電流

兩者缺一不可
維持導通

1、陽極電位高於陰極電位 2、陽極電流大於維持電流

兩者缺一不可
從導通到關斷

1、陽極電位低於陰極電位 2、陽極電流小於維持電流

任一條件即可

2、基本伏安特性

可控矽的基本伏安特性見圖2

圖2 可控矽基本伏安特性

(1)反向特性

當控製極開路,陽極加上反向電壓時(見圖3),J2結正偏,但J1、J2結反偏。此時隻能流過很小的反向飽和電流,當電壓進一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓後,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,可控矽會發生永久性反向擊穿。

圖3 陽極加反向電壓

(2)正向特性

當控製極開路,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,也隻能流過很小電流,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

由於電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓後,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區的空穴複合,同樣,進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子複合,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複合掉,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,隻要電流稍增加,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、J3三個結均處於正偏,可控矽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

在控製極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。在可控矽的內部正反饋作用(見圖2)的基礎上,加上IGT的作用,使可控矽提前導通,導致圖3的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性左移越快。

圖5 陽極和控製極均加正向電壓



 
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