可控硅的测量

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1、一、概述一种以硅单品为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特 性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅品体闸流管，简称品闸管T。又由于 品闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅 SCR。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（谷称“死 硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损 髦显著增加，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

2、触点运行，无火花、无噪音；效率高，成 本低等等。可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。二、可控硅元件的结构和型号1、结构不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2 结构。见图1。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A， 从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器 件图1、可控硅结构示意图和符号图2、型号目前国产可控硅的型号有部颁新、旧标准两种，新型号将逐步取代旧型号。表一 KP型可控硅新旧标准主要特性参数对照表参数部颁新标准（JB1

3、144-75）部颁旧标准（JB1144-71）序号KP型右控硅整流元件3CT系列可控硅整流元件1额定通态平均电流（IT（AV）额定正向平均值电流（IF）2断态重复峰值电压（UDRM）正向阻断峰值电压（UPF）3反向重复峰值电压（URRM）反向峰值电压（VPR）4断态重复平均电流（IDR（AV）正向平均漏电流（I）5反向重复平均电流（IRR（AV）反向平均漏电电流（IRL）6通态平均电压（UT（AV）最大正向平均电压降（VF）7门极触发电流（IGT）控制极触发电流（Ig）8门极触发电压（UGT）控制极触发电压（Vg）9断态电压临界上升率（du/dt）极限正向电压上升率（dV/dt）10维持电流（

4、IH）维持电流（IH）11额定结温（TjM）额定工作结温（Tj）KP型可控硅的电流电压级别见表二 表二、KP型可控硅电流电压级别额定通态平均 电流IT（AV）（A）1， 5， 10， 20， 30， 50， 100， 200， 300， 400， 500， 600， 700， 800， 100正反向重复峰值电压UDRM，URRM （X100）（V）1 10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30通态平均电压UT（AV）（V）ABr CDEFGHI5 40.40.50.50.60.60.70.70.80.80.90.9 1.01.01.11.11,2示例：（1）KP5-10表

5、示通态平均电流5安，正向重复峰值电压1000伏的普通反向阻 断型可控硅元件。（2）KP500-12D表示通态平均电流500安，正、反向重复峰值电压1200伏，通 态平均电压0.7伏的业通反向阻断型可控硅元件。（3）3CT5/600表示通态平均电流5安，正、反向重复峰值电压600伏的旧型号 普通可控硅元件。三、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2所示图2、可控硅等效图解图当阳极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

6、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=p 2ib2。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=p 1ib1=p 1p 2ib2。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

7、以它具有开关特性，这种特性需要 一定的条件才能转化，此条件见表三表三、可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位彳低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可2、基本伏安特性可控硅的基本伏安特性见图3图3、可控硅基本伏安特性（1）反向特性当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图4），J2结正偏，但 J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结 的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特

8、性开始弯曲， 如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发 生永久性反向击穿。（2）正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图5），J1、J3结正 偏，但乃结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫 正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压图5、阳极加正向电压图4、阳极加反向电压 由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生 大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1 区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴

9、与由N2区通过J3 结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自 不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使 P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便 迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时， 它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图3中的BC段3、触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图6）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2 区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图2） 的基础上，加

10、上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左 移，IGT越大，特性左移越快。 11 iMhi fi 丈 h?JI J3图6、阳极和控制极均加正向电压怎样用万用表测量可控硅的各电极1.单向可控硅的检测万用表选用电阻RX1档，用红黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直 全找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑笔接的引脚为控制极G，红笔接的引 脚为阴极K，另一空脚为阳极A。此时将黑表笔接已判断了的阳极A，红表笔仍 接阴极K。此时万用表指针应不动。用短接线瞬间短接阳极A和控制极G，此时 万用表指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。如阳极A接黑表笔，阴极K 接红表笔时，万用表指针发生偏转

11、，说明该单向可控硅已击穿损坏。2.双向可控硅的检测用万用表电阻RX1档，用红黑两表笔分别测任意两引脚正反向电阻，结果 其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红黑表笔所接的两引脚为第 一阳极A1和控制极G,另一空脚即为第二阳极A2。确定A、G极后，再仔细测量 A1、G极间正反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳 极A1，红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定了的第二阳极A2,红表 笔接第一阳极A1，此时万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。再用短接线 将A2、G极瞬间短接，给G极加上正向触发电压，A2、A1间阻值约为10欧姆左 右。随后断开A2、G极短接线，万用表读数应保持10欧姆左右。互换红黑表笔 接线，红表笔接第二阳极A2,黑表笔接第一阳极A1。同样万用表指针应不发生 偏转，阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接，给G极加上负向的 触发电压，A1、A2间阻值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线，万用 表读数应不变，保持10欧姆左右。符合以上规律，说明被测双向可控硅管未损 坏且三个引脚极性判断正确。检测较大功率可控硅管，需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池，以提 高触发电压。