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② 怎樣測量可控硅
可控硅的測量方法
一、概述
一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創制於1957年，由於它特性類似於真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱晶閘管T。又由於晶閘管最初應用於可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。
在性能上，可控硅不僅具有單向導電性，而且還具有比硅整流元件（谷稱「死硅」）更為可貴的可控性。它只有導通和關斷兩種狀態。
可控硅能以毫安級電流控制大功率的機電設備，如果超過此頻率，因元件開關損髦顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標稱電流應降級使用。
可控硅的優點很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬倍；反應極快，在微秒級內開通、關斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱點：靜態及動態的過載能力較差；容易受干擾而誤導通。
可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。
二、可控硅元件的結構和型號
1、結構
不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結構。見圖1。它有三個PN結（J1、J2、J3），從J1結構的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導體器件
圖1、可控硅結構示意圖和符號圖
2、型號
目前國產可控硅的型號有部頒新、舊標准兩種，新型號將逐步取代舊型號。
表一 KP型可控硅新舊標准主要特性參數對照表
參數部頒新標准（JB1144-75）部頒舊標准（JB1144-71）
序號KP型右控硅整流元件3CT系列可控硅整流元件
1額定通態平均電流（IT（AV））額定正向平均值電流（IF）
2斷態重復峰值電壓（UDRM）正向阻斷峰值電壓（UPF）
3反向重復峰值電壓（URRM）反向峰值電壓（VPR）
4斷態重復平均電流（IDR（AV））正向平均漏電流（I）
5反向重復平均電流（IRR（AV））反向平均漏電電流（IRL）
6通態平均電壓（UT（AV））最大正向平均電壓降（VF）
7門極觸發電流（IGT）控制極觸發電流（Ig）
8門極觸發電壓（UGT）控制極觸發電壓（Vg）
9斷態電壓臨界上升率（/dt）極限正向電壓上升率(dV/dt）
10維持電流（IH）維持電流（IH）
11額定結溫（TjM）額定工作結溫（Tj）
KP型可控硅的電流電壓級別見表二
表二、KP型可控硅電流電壓級別
額定通態平均
電流IT（AV）（A）1，5，10，20，30，50，100，200，300，400，500，600，700，800，100
正反向重復
峰值電壓UDRM，
URRM（×100）（V）1～10，12，14，16，18，20，22，24，26，，28，30
通態平均電壓
UT(AV)(V) ABCDEFGHI
≤0.40.4～0.50.5～0.60.6～0.70.7～0.80.8～0.90.9～1.01.0～1.11.1～1,2
示例：
（1）KP5-10表示通態平均電流5安，正向重復峰值電壓1000伏的普通反向阻斷型可控硅元件。
（2）KP500-12D表示通態平均電流500安，正、反向重復峰值電壓1200伏，通態平均電壓0.7伏的業通反向阻斷型可控硅元件。
（3）3CT5/600表示通態平均電流5安，正、反向重復峰值電壓600伏的舊型號普通可控硅元件。
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2所示
圖2、可控硅等效圖解圖
當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處於放大狀態。此時，如果從控制極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，可控硅使飽和導通。
由於BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通後，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態，由於觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。
由於可控硅只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，此條件見表三
表三、可控硅導通和關斷條件
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、控制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
可控硅的基本伏安特性見圖3
圖3、可控硅基本伏安特性
（1）反向特性 當控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖4），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時只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，可控硅會發生永久性反向擊穿。
（2）正向特性 當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖5），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過很小電流，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、陽極加反向電壓
圖5、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區的空穴復合，同樣，進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子復合，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復合掉，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，只要電流稍增加，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，可控硅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3中的BC段
3、觸發導通
在控制極G上加入正向電壓時（見圖6）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。在可控硅的內部正反饋作用（見圖2）的基礎上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通，導致圖3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。
圖6、陽極和控制極均加正向電壓
怎樣用萬用表測量可控硅的各電極
1.單向可控硅的檢測
萬用表選用電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測任意兩引腳間正反向電阻直至找出讀數為數十歐姆的一對引腳，此時黑筆接的引腳為控制極G，紅筆接的引腳為陰極K，另一空腳為陽極A。此時將黑表筆接已判斷了的陽極A，紅表筆仍接陰極K。此時萬用表指針應不動。用短接線瞬間短接陽極A和控制極G，此時萬用表指針應向右偏轉，阻值讀數為10歐姆左右。如陽極A接黑表筆，陰極K接紅表筆時，萬用表指針發生偏轉，說明該單向可控硅已擊穿損壞。
2.雙向可控硅的檢測
用萬用表電阻R×1檔，用紅黑兩表筆分別測任意兩引腳正反向電阻，結果其中兩組讀數為無窮大。若一組為數十歐姆時，該組紅黑表筆所接的兩引腳為第一陽極A1和控制極G，另一空腳即為第二陽極A2。確定A、G極後，再仔細測量A1、G極間正反向電阻，讀數相對較小的那次測量的黑表筆所接的引腳為第一陽極A1，紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定了的第二陽極A2，紅表筆接第一陽極A1，此時萬用表指針應不發生偏轉，阻值為無窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接，給G極加上正向觸發電壓，A2、A1間阻值約為10歐姆左右。隨後斷開A2、G極短接線，萬用表讀數應保持10歐姆左右。互換紅黑表筆接線，紅表筆接第二陽極A2，黑表筆接第一陽極A1。同樣萬用表指針應不發生偏轉，阻值為無窮大。用短接線將A2、G極間再次瞬間短接，給G極加上負向的觸發電壓，A1、A2間阻值也是10歐姆左右。隨後斷開A2、G極間短接線，萬用表讀數應不變，保持10歐姆左右。符合以上規律，說明被測雙向可控硅管未損壞且三個引腳極性判斷正確。
檢測較大功率可控硅管，需要在萬用表黑筆中串接一節1.5V干電池，以提高觸發電壓。
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④ 兩極雙向可控硅怎樣用萬用表測量好壞
用萬用表即可判斷雙向可控硅的好壞，但具體參數測不出來。
用萬用表測量的方法如下：
1、T2極的確定：用萬用表R*1檔或R*100檔，分別測量各管腳的反向電阻，其中若測得兩管腳的正反向電阻都很小（約100歐姆左右），即為T1和G極，而剩下的一腳為T2極。
2、T1和G極的區分：將這兩極其中任意一極假設為T1極而另一極假設為G極，萬用表設置為R*1檔，用兩表筆（不分正負極）分別接觸已確定的T2極和假設的T1極，並將接觸T1的表筆同時接觸假設的G極，在保證不斷開假設的T1極的情況下，斷開假設的G極，萬用表仍顯示導通狀態。
3、將表筆對換，用同樣的方法進行測量，如果萬用表仍然顯示同樣的結果，那麼所假設的T1極和G極是正確的。如果在保證不斷開假設的T1極的情況下，斷開假設的G極，萬用表顯示斷開狀態，說明假設的T1和G極相反了，從新假設再進行測量，結果一定正確。
如果測量不出上述結果，說明該雙向可控硅是壞的。這種方法雖然不能測出具體參數，但判斷是否可用還是可行的。
(4)可控硅時間參數怎樣測試擴展閱讀
兩極雙向可控硅使用需有條件：
（1）外加電壓下允許超過正向轉折電壓，否則控制極將不起作用。
（2）可控硅的通態平均電流從安全形度考慮一般按最大電流的1.5~2倍來取。
（3）為保證控制極可靠觸發，加到控制極的觸發電流一般取大於其額值，除此以外，還必須採取保護措施，一般對過流的保護措施是在電路中串入快速熔斷器，其額定電流取可控硅電流平均值的1.5倍左右，其接入的位置可在交流側或直流側，當在交流側時額定電流取大些。
一般多採用前者，過電壓保護常發生在存在電感的電路上，或交流側出現干擾的浪涌電壓或交流側的暫態過程產生的過壓。由於，過電壓的尖峰高，作用時間短，常採用電阻和電容吸收電路加以抑制。
⑤ 雙向可控硅的測量方法
根據P-N結的原理，只要用萬用表測量一下三個極之間的電阻值就可以。陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上，陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上（它們之間有兩個P-N結，而且方向相反，因此陽極和控制極正反向都不通）。
控制極與陰極之間是一個P-N結，因此它的正向電阻大約在幾歐-幾百歐的范圍，反向電阻比正向電阻要大。
可是控制極二極體特性是不太理想的，反向不是完全呈阻斷狀態的，可以有比較大的電流通過，因此，有時測得控制極反向電阻比較小，並不能說明控制極特性不好。另外，在測量控制極正反向電阻時，萬用表應放在R*10或R*1擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。
若測得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短路，或控制極與陰極反向短路，或控制極與陰極斷路，說明元件已損壞。
(5)可控硅時間參數怎樣測試擴展閱讀
可控硅第一陽極A1與第二陽極A2間，無論所加電壓極性是正向還是反向，只要控制極G和第一陽極A1間加有正負極性不同的觸發電壓，就可觸發導通呈低阻狀態。此時A1、A2間壓降也約1V。雙向可控硅一旦導通，即使失去觸發電壓，也能繼續保持導通狀態。
只有當第一陽極A1、第二陽極A2電流減小，小於維持電流或A1、A2間當電壓極性改變且沒有觸發電壓時，雙向可控硅才截斷，此時只有重新加觸發電壓方可導通。