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② 怎样测量可控硅
可控硅的测量方法
一、概述
一种以硅单晶为基本材料的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晶体闸流管，简称晶闸管T。又由于晶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，因元件开关损髦显着增加，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（JB1144-75）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（/dt）极限正向电压上升率(dV/dt）
10维持电流（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（×100）（V）1～10，12，14，16，18，20，22，24，26，，28，30
通态平均电压
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=β2ib2。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=β1ib1=β1β2ib2。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J2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4、阳极加反向电压
图5、阳极加正向电压
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。
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。
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④ 两极双向可控硅怎样用万用表测量好坏
用万用表即可判断双向可控硅的好坏，但具体参数测不出来。
用万用表测量的方法如下：
1、T2极的确定：用万用表R*1档或R*100档，分别测量各管脚的反向电阻，其中若测得两管脚的正反向电阻都很小（约100欧姆左右），即为T1和G极，而剩下的一脚为T2极。
2、T1和G极的区分：将这两极其中任意一极假设为T1极而另一极假设为G极，万用表设置为R*1档，用两表笔（不分正负极）分别接触已确定的T2极和假设的T1极，并将接触T1的表笔同时接触假设的G极，在保证不断开假设的T1极的情况下，断开假设的G极，万用表仍显示导通状态。
3、将表笔对换，用同样的方法进行测量，如果万用表仍然显示同样的结果，那么所假设的T1极和G极是正确的。如果在保证不断开假设的T1极的情况下，断开假设的G极，万用表显示断开状态，说明假设的T1和G极相反了，从新假设再进行测量，结果一定正确。
如果测量不出上述结果，说明该双向可控硅是坏的。这种方法虽然不能测出具体参数，但判断是否可用还是可行的。
(4)可控硅时间参数怎样测试扩展阅读
两极双向可控硅使用需有条件：
（1）外加电压下允许超过正向转折电压，否则控制极将不起作用。
（2）可控硅的通态平均电流从安全角度考虑一般按最大电流的1.5~2倍来取。
（3）为保证控制极可靠触发，加到控制极的触发电流一般取大于其额值，除此以外，还必须采取保护措施，一般对过流的保护措施是在电路中串入快速熔断器，其额定电流取可控硅电流平均值的1.5倍左右，其接入的位置可在交流侧或直流侧，当在交流侧时额定电流取大些。
一般多采用前者，过电压保护常发生在存在电感的电路上，或交流侧出现干扰的浪涌电压或交流侧的暂态过程产生的过压。由于，过电压的尖峰高，作用时间短，常采用电阻和电容吸收电路加以抑制。
⑤ 双向可控硅的测量方法
根据P-N结的原理，只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上，阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上（它们之间有两个P-N结，而且方向相反，因此阳极和控制极正反向都不通）。
控制极与阴极之间是一个P-N结，因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围，反向电阻比正向电阻要大。
可是控制极二极管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻断状态的，可以有比较大的电流通过，因此，有时测得控制极反向电阻比较小，并不能说明控制极特性不好。另外，在测量控制极正反向电阻时，万用表应放在R*10或R*1挡，防止电压过高控制极反向击穿。
若测得元件阴阳极正反向已短路，或阳极与控制极短路，或控制极与阴极反向短路，或控制极与阴极断路，说明元件已损坏。
(5)可控硅时间参数怎样测试扩展阅读
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。