电气百科:单向可控硅(晶闸管)、双向可控硅(晶闸管)的介绍

电气百科:单向可控硅(晶闸管)、双向可控硅(晶闸管)的介绍
2020年12月25日 10:36 工业电器网官博

电气百科:单向可控硅(晶闸管)、双向可控硅(晶闸管)的介绍及发展史

可控硅(晶闸管)的发展历史

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、主要参数以及在常用电器中的应用,以此给读者简单介绍一下可控硅。

半导体硅材料自从60年代被广泛应用于各类电子元器件以来,其用量平均大约以每年12~ 16%的速度增长。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。六十年代末七十年代初,在全国曾掀起过一一个“可控硅”热。这个热潮持续甚久,影响很大,因而国内至今仍有人认为功率半导体的主体就是可控硅。七十年代末,可控硅发展成为一个大家族并冠以--个标准化的名称“晶闸管”。

由于以开关技术调节功率,所以在器件上的损耗很小,因此被誉为节能的王牌。其应用更是遍及各个领域。

六七十年代,各种类型的晶闸管有很大的发展,其服务对象是以工业应用为主,包括电力系统、机车牵引等。到了八九十年代,由于功率MOSFET的兴起,使电力电子步入了一个新的领域,为近代蓬勃发展的4C产业:即communication、computer、consumer、car (通信、计算机、消费电子、汽车)提供了新的活力。

二十一世纪前后,功率半导体器件的发展进入了第三阶段,即集成电路结合愈来愈紧密的阶段。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,但硅仍是集成电路产业的基础,半导体材料中98%是硅。半导体器件的95%以.上是用硅材料制作的,90%以上的大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅抛光片和外延片上的。硅片被称作集成电路的核心材料,硅材料产业的发展和集成电路的发展紧密相关。

半导体硅材料分为多晶硅、单晶硅、硅外延片以及非晶硅、浇注多晶硅、淀积和溅射非晶硅等。晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族,它的主要成员有单向晶闸管(就是人们常说的普通晶闸管)、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管,等等。

当功率半导体器件不断发展时,前阶段的主导产品并未退出历史舞台,晶闸管至今仍是一种重要产品。

单向可控硅(晶闸管)、双向可控硅(晶闸管)的介绍

1.单向可控硅的检测

万用表选用电阻R×1档,用红黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至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,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 R×1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,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。

3.可控硅的控制极G和阴极K之间是正向导通的.阳极A和阴极K,控制极G之间都不导通,所以用万用表很容易判断出控制极和阴极,剩下的便是阳极了.

4.可控硅检测方法与经验

可控硅(SCR)国际通用名称为Thyyistoy,中文简称晶闸管。它能在高电压、大电流条件下工作,具有耐压高、容量大、体积小等优点,它是大功率开关型半导体器件,广泛应用在电力、电子线路中。

1.可控硅的特性。

可控硅分单向可控硅、双向可控硅。单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引出脚。双向可控硅有第一阳极A1 (T1),第二阳极A2(T2)、控制极G三个引出脚。

只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压,同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时,方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态,阳极A与阴极K间压降约1V。单向可控硅导通后,控制器G即使失去触发电压,只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压,单向可控硅继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压拆除或阳极A、阴极K间电压极性发生改变(交流过零)时,单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。单向可控硅一旦截止,即使阳极A和阴极K间又重新加上正向电压,仍需在控制极G和阴极K间有重新加上正向触发电压方可导通。单向可控硅的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态,用它可制成无触点开关。

双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间,无论所加电压极性是正向还是反向,只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压,就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约为1V。双向可控硅一旦导通,即使失去触发电压,也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小,小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时,双向可控硅才截断,此时只有重新加触发电压方可导通。

2.单向可控硅的检测。

万用表选电阻R*1Q挡,用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚,此时黑表笔的引脚为控制极G,红表笔的引脚为阴极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。用短线瞬间短接阳极A和控制极G,此时万用表电阻挡指针应向右偏转,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,说明该单向可控硅已击穿损坏。

3.双向可控硅的检测。

用万用表电阻R*1Q挡,用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻,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A1、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。将黑表笔接已确定的第二阳极A2,红表笔接第一阳极A1,此时万用表指针不应发生偏转,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10欧姆左右。随后断开A2、G间短接线,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极加上负的触发电压,A1、A2间的阻值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线,万用表读数应不变,保持在10欧姆左右。符合以上规律,说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确。

检测较大功率可控硅时,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。

晶闸管(可控硅)的管脚判别

晶闸管管脚的判别可用下述方法:先用万用表R*1K挡测量三脚之间的阻值,阻值小的两脚分别为控制极和阴极,所剩的一脚为阳极。再将万用表置于R*10K挡,用手指捏住阳极和另一脚,且不让两脚接触,黑表笔接阳极,红表笔接剩下的一脚,如表针向右摆动,说明红表笔所接为阴极,不摆动则为控制极。

来源:网络、工业科普、电气百科、电器百科等综合

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