可控硅整流器及其测试技术

党悦

华刚矿业股份有限公司

摘要：可控硅整流器是一种利用内部反馈来实现开关作用的半导体器件，可以实现对大电流的开关控制，广泛应用在无线发射台站的许多设备中，掌握这一器件的基本原理及其测试技术对于相关工程技术人员的维护水平具有重要意义。

关键词：闩锁电路；可控硅整流器；测试

1闩锁电路

可控硅整流器是在闩锁电路的基础上发展起来的，如果理解了闩锁电路，可控硅整流器就没有那么神秘了。闩锁电路的核心思想是正反馈。闩锁电路如图1所示。上方的晶体管Q1是PNP管，下方的晶体管是NPN管，Q1的集电极作为Q2基极的驱动，同时，Q2的集电极作为Q1基极的驱动。图1所示电路的特殊连接方式构成了正反馈，Q2基极电流的任何变化都将被放大并且通过Q1的反馈得到增强。这种正反馈将持续改变Q2的基极电流直至两个晶体管都进入饱和或者截止状态。一方面，如果Q2的基极电流增加，则其集电极电流也增加，从而使Q1的基极和集电极电流增加，Q1集电极电流的增加将会进一步增大Q2的基极电流。这种放大反馈作用会一直持续到两个晶体管均达到饱和，此时，电路的功能类似于闭合的开关。另一方面，当Q2的基极电流由于某种原因减小，则其集电极电流也减小，从而使Q1的基极和集电极电流减小，Q1集电极电流的减小将会使Q2的基极电流进一步减小。这种作用会一直持续到两个晶体管均进入截止区。此时，电路的功能类似于断开的开关。

图1闩锁电路

图1所示电路在断开或闭合状态下都是稳定的。该电路可以一直保持在任意一个状态，直至有外力作用于它。如果电路是开路状态，它将一直处于开路状态直至某个原因导致Q2的基极电流增加。如果电路是闭合状态，它将一直处于闭合状态直至某个原因导致Q2的基极电流减小。由于该电路能够一直保持在任意一个状态，因此称为闩锁电路。

2可控硅整流器的工作原理

可控硅是P1、N1、P2、N2的四层三端结构元件，共有三个PN结。当阳极A加上正向电压时，g1和g2管均处于放大状态。

从控制极G输入一个正向触发信号时，g2便有基流b2经过，此时g2放大，其集电极电流c2=β2b2。g2的集电极直接与g1的基极相连，因此b1=c2。电流c2再经g1放大作用，g1的集电极电流c1=β1b1=β1β2b2。此时，电流又流回到g2的基极，表成正反馈，b2不断增大正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅即可饱和流通。

3可控硅整流器在电路中的主要用途

可控硅是一种极为重要的功率电子器件，可以以极小的控制功率控制兆瓦级的电力，常用于整流、开关、变频、逆变等电路中，高功率可控硅采用甚大面积的硅片，需封装在带散热器的管壳中。

可控硅整流器是一种常用的电力半导体电子器件，具有控制开关数千瓦乃至兆瓦级电功率的能力。

从结构上说，它是一种反向截止三极管型的闸流晶体管，由三个pn结构成.器件的外引线有阴极、阳极、控制极三个电极，器件的反向特性和pn结二极管的反向特性相似。

其正向特性，在一定范围内器件处于阻抗很高的关闭状态。

当正向瞬间电压大于转折电压时，器件迅速转变到低电压大电流的通导状态。

4可控硅整流器

可控硅整流器(SCR，Silicon Controlled Rectifier)的结构如图2-a所示，输入端称为栅极，顶端为阳极，底端为阴极。将四个掺杂的区域拆分为两个晶体管。如图2-b所示，更进一步，可控硅整流器可以等效为一个带有触发输入端的闩锁电路，如图2-c所示。可控硅整流器的电路符号如图2-d所示，这个符号的含义是带有触发输入端的闩锁电路。

为了闭合可控硅整流器，加入一个触发信号到栅极，触发信号使Q2的基极电流瞬间增加，启动正反馈机制，驱使两个晶体管进入饱和状态，此时，阳极和阴极近似于短路。当可控硅整流器闭合后，即使将栅极输入电压减小到零，它仍然保持原状态。为了使整流器断开，必须将阳极到阴极的电流减小，可以通过减小阳极电压来实现电流的减小。

（a）（b）（c）（d）

图2可控硅整流器

5可控硅整流器的测试

可控硅整流器处理的是大电流，并且要耐受高压，在这些条件下，器件有可能会失效，常见的失效有A-K开路、A-K短路以及栅极失控。图3是可控硅整流器的测试电路。在S1闭合前，I应该为0，V应该近似等于VA。在S1闭合后瞬间，I应该上升到接近VA/R1的水平，VA应该下降到1V左右。在选择VA和R1的值时，要求必须能提供所需的电流和功率。当S1断开时，可控硅整流器应该保持导通状态。随后，使阳极电源电压减小直至可控硅整流器脱离导通状态，进入断开状态。

另一种简单的测试可控硅整流器的方法是使用指针式万用表的欧姆档。万用表必须能够提供使整流器导通所需的栅极电压和电流，同时能够提供维持其处于导通状态所需的保持电流。许多指针式万用表在R×1档上能够输出约1.5V电压和100mA电流。万用表跨接在阳极-阴极引脚上，无论连接的极性如何，输出结果都应该是很大的电阻。将黑表笔连接到阳极，红表笔连接到阴极，并且在阳极和栅极之间连接一根导线，这时可控硅整流器应该闭合导通，显示一个很低的电阻值。当栅极的引线断开后，它应该维持闭合状态不变。将阳极的黑表笔暂时拿开，则可以使其截止。

图3可控硅整流器的测试电路

6结束语

可控硅整流器虽然只是一个小小的器件，但想要彻底理解了它的工作原理并不容易。也只有彻底理解了其工作原理，才能在实际工作中应付自如。以上内容是本文作者在经过长期的摸索实践以及查阅资料后得出的一些肤浅见解，仅供抛砖引玉之用。

参考文献

[1]李冬梅.电子电路原理（第一版）[M].北京：机械工业出版社；2021:371-381.

[2]周玲玲.电路分析基础(第一版）[M]北京：机械工业出版社；2021:492-560.