可控硅的用途有哪些？

朋友們好，我是電子及工控技術(shù)，我來回答這個問題。其實可控硅是我們對晶閘管的一種俗稱，它是電力半導(dǎo)體的重要器件。其實晶閘管的種類也是很多的，比如有單向可控硅、雙向可控硅等，它是弱電控制強電的重要控制器件，就是由于這種器件的“誕生”，它把“電子”領(lǐng)域、“電力”領(lǐng)域和“控制”領(lǐng)域緊密地聯(lián)系在一起了，下面我們就著重聊聊這個可控硅這個半導(dǎo)體元器件。

單向可控硅硅的誕生

說起可控硅這個電力半導(dǎo)體器件的誕生，掐指算起來也有６０多年了。第一個作為真正用在工業(yè)上的可控硅是在１９５８年，當(dāng)時的美國通用電氣公司用在調(diào)壓和變流上使用時獲得了較大的成功。從此之后，可控硅就用在了電壓的變換、電流的變換、頻率的變換以及波形和交流電的相數(shù)變換等方面得到了廣泛的使用，經(jīng)過這么多年來，可控硅家族已經(jīng)衍生了許多品種，比如到了二十世紀７０年代已經(jīng)出現(xiàn)了全控型的可控硅，到了上個世紀八十年代又出現(xiàn)了第三代可控硅，這種可控硅制成一種集成的功率器件，其品種發(fā)展出了雙向可控硅（ＫＳ）、門極可關(guān)斷可控硅（ＧＴＯ）、絕緣柵晶閘管（ＩＧＢＴ）和功率集成電路（Ｐower IC）等。這些新可控硅器件的“誕生”為它們在電力的整流技術(shù)、逆變技術(shù)、斬波技術(shù)以及變頻技術(shù)等方面都有了廣闊的使用。

單向可控硅的工作原理

１、可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

為了好說明問題，我們以單向可控硅為例談?wù)勊墓ぷ鬟^程，我們先從它的內(nèi)部看看可控硅的結(jié)構(gòu)，我們從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可以看到可控硅是一個四層三端的半導(dǎo)體器件，它有三個ＰＮ結(jié)，它從兩個Ｐ型半導(dǎo)體上分別引出一個引腳叫陽極，我們用Ａ表示、另一個叫柵極，我們用Ｇ表示。第三個引腳從Ｎ型半導(dǎo)體引出，被稱為陰極用Ｋ表示。其結(jié)構(gòu)示意圖與電路圖符號如下圖表示的那樣。

２、可控硅的工作過程

我們從下面第一幅圖看，可控硅的陽極電壓高于陰極電壓，此時門控極的開關(guān)Ｓ沒閉合，這時燈泡是不亮的，說明了可控硅沒有導(dǎo)通；第二幅圖我們再把門控極的開關(guān)Ｓ閉合，燈泡被點亮了，這說明可控硅導(dǎo)通了，第三幅圖，當(dāng)燈泡被點亮后，我們再把門控極的開關(guān)Ｓ打開，這時燈泡仍然在亮，這說明可控硅仍然在導(dǎo)通；第四幅圖可以看到我們把控制門極的電源極性反接，這時燈泡就熄滅了，說明單向可控硅不導(dǎo)通了。

由以上可控硅的工作情況可以看出，可控硅的導(dǎo)通條件是：可控硅的門極要加一定電壓的正向觸發(fā)信號，同時它的陽極（Ａ）電壓要高于陰極（Ｋ）電壓，這時可控硅就會導(dǎo)通。它的關(guān)閉條件是可以讓可控硅的陽極電流小到一定值時它就可以關(guān)閉，或者陽極與陰極之間加上反向電壓它也會關(guān)閉。由此可見可控硅就像一個無觸點的開關(guān)一樣來控制負載的通電與斷電。

單向可控硅的用途

我們從可控硅的工作過程可以看出，它想一個開關(guān)一樣通過一定的條件可以控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷，這樣我們可以把它用在聲光控制電路中、調(diào)光電路和單相半波以及單向全波電路中。

１單向可控硅在調(diào)光電路的應(yīng)用

當(dāng)開關(guān)Ｓ閉合時，首先２２０Ｖ交流市電經(jīng)過整流二極管ＶＤ１到ＶＤ４組成橋式整流電路，經(jīng)過橋式整流后得到了脈動的直流電。得到的脈動直流電經(jīng)過分壓限流電阻Ｒ１和充電定時電阻Ｒ４、ＲＰ后向電容Ｃ進行充電。電容Ｃ上的電壓會按指數(shù)規(guī)律逐漸升高，當(dāng)電容Ｃ上的電壓大于單結(jié)晶體管ＢＴ３３的峰點電壓時，單結(jié)晶體管就會導(dǎo)通，這時電容就會通過ＢＴ３３的ＥＢ１極和電阻Ｒ３進行放電，這時會在電阻Ｒ３上輸出脈沖電壓，觸發(fā)晶閘管ＭＣＲ１００－６的導(dǎo)通，從而使電燈ＨＬ就會被點亮。

當(dāng)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻ＲＰ可以改變電容Ｃ充放電的快慢時間，這也就控制了晶閘管ＭＣＲ１００－６的導(dǎo)通時間，從而控制燈泡的ＨＬ的亮度。當(dāng)電位ＲＰ調(diào)小時，電容器Ｃ充電就快，在電阻Ｒ３上形成的觸發(fā)電壓的時間就會變短，這樣就會使晶閘管的導(dǎo)通時間就會延長，燈泡ＨＬ的亮度就會增加。反之，當(dāng)電位ＲＰ調(diào)大時，電容器Ｃ充電就變慢，在電阻Ｒ３上形成的觸發(fā)電壓的時間就會變長，這樣就會使晶閘管的導(dǎo)通時間就會變短，燈泡ＨＬ的亮度就會暗，其電路原理圖如下圖所示。

２、單向可控硅在聲控和光控電路

從圖中可以看到，當(dāng)白天時由于光敏電阻阻值降的低了，這時ＣＤ４０１１組成的與非門電路的第二腳輸入了低電平，不管這時是有聲音還是沒有聲音單向可控硅的門極都是低電平信號，無法打開可控硅；當(dāng)天黑后光敏電阻阻值升高了，這時ＣＤ４０１１組成的與非門電路的第二腳輸入了高電平，這時有聲音時，單向可控硅的門極就會的到高電平信號，符合了可控硅的導(dǎo)通條件，這時燈泡就會點亮。

３、單向可控硅在整流電路中的應(yīng)用

單相橋式半控整流電路是由三部分子電路組成，其分別是同步取樣給定電路、觸發(fā)電路以及橋式整流電路。

同步取樣給定電路：是由二極管組成的橋式整流電路，然后通過１ＫΩ電阻的分壓和限流，再通過１０Ｖ的穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后再通過電解電容Ｃ６進行濾波，得到了穩(wěn)定的１０Ｖ直流電，最后再通過可調(diào)電阻ＲＰ３和ＲＰ２進行電壓取樣。

脈沖觸發(fā)電路：也是由二極管組成的橋式整流電路，然后通過２ＫΩ電阻的分壓和限流，再通過１５Ｖ的穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后再通過電解電容Ｃ５和Ｃ４進行濾波，得到了穩(wěn)定的１５Ｖ直流電壓，這個１５Ｖ的電壓為單結(jié)晶體管提供了工作電壓，首先同步取樣電壓加到三極管ＶＴ１的基極，促使三極管ＶＴ１導(dǎo)通，ＶＴ１導(dǎo)通后使ＰＮＰ三極管ＶＴ２導(dǎo)通，這樣１５Ｖ的直流電就通過２４ＫΩ電阻，ＶＴ２三極管的發(fā)射極Ｅ和集電極Ｃ對電解電容Ｃ１進行充電，電容Ｃ１上的電壓會按指數(shù)規(guī)律逐漸升高，當(dāng)電容Ｃ１上的電壓大于單結(jié)晶體管ＶＴ３的峰點電壓時，單結(jié)晶體管就會導(dǎo)通，這時電容Ｃ１就會通過單結(jié)晶體管ＶＴ３的Ｅ極和Ｂ極以及１００Ω的電阻進行放電，這時就會在１００Ω電阻上產(chǎn)生一個高脈沖電壓，這個高脈沖電壓會促使ＮＰＮ三極管ＶＴ４的導(dǎo)通，一但ＶＴ４導(dǎo)通了，就會在兩個具有同名端的電感上產(chǎn)生兩個同步的高脈沖電壓信號，這兩個同步的高脈沖信號分別加在晶閘管ＶＴ５和ＶＴ６的門極上，就會使晶閘管ＶＴ５和ＶＴ６隨時準備著導(dǎo)通。其電路圖如下圖所示的那樣。

主電路：分別由兩個整流二極管ＶＤ８和ＶＤ９以及兩個晶閘管ＶＴ５和ＶＴ６組成，以及負載燈泡和阻容保護環(huán)節(jié)構(gòu)成。當(dāng)電壓處于正半周時，整流二極管ＶＤ９承受正向電壓處于導(dǎo)通狀態(tài)，與此同時晶閘管ＶＴ５也承受正向電壓，在此時刻又有觸發(fā)脈沖的到來，這樣ＶＴ５就會導(dǎo)通，其電流流過的路徑由電源正向端到晶閘管ＶＴ１再到燈泡，然后經(jīng)過整流二極管ＶＤ９，最后到達電源的負極，這樣就會在負載燈泡上得到一個從上到下的電流；同樣，當(dāng)電壓處于負半周時，其電流流過的路徑由電源負向端到晶閘管ＶＴ６再到燈泡，然后經(jīng)過整流二極管ＶＤ８，最后到達電源的正極，這樣也會在負載燈泡上得到一個從上到下的電流。由此可見在單相交流電的整個周期內(nèi)，負載上的電流始終都是從上到下流過燈泡的，其電路原理圖如下圖所示。

其它種類的可控硅

除了單向可控硅以外還有雙向可控硅，它可以在交流開關(guān)電路中、可逆直流調(diào)速電路中以及交流調(diào)壓電路中都可以使用它，這樣能夠簡化電路，減小電路的體積；另外還有快速可控硅，主要用在逆變器和斬波器電路當(dāng)中，有時也會用在中頻電源電路當(dāng)中；現(xiàn)在用的比較多的是功率場效應(yīng)晶體管，它在變頻器中用的很普遍。

以上就是我對這個問題的解答，歡迎朋友們參與討論這個問題，敬請關(guān)注電子及工控技術(shù)，感謝點贊。