1957年制造出基于硅單晶的P1N1P2N2四層三端器件。由于其特性類似于真空閘流管，國際上稱為硅閘流管，簡稱SCR T。因為可控硅最早應用于可控整流器，所以又叫可控硅整流元件，簡稱可控硅。

　　在性能上，SCR不僅具有單向導通性，還具有比硅整流器(俗稱“死硅”)更有價值的可控性。它只有兩種狀態:開和關。

　　可控硅整流器可以控制毫安級電流的大功率機電設備。如果超過這個頻率，由于元件的開關損耗顯著增加，允許通過的平均電流將會降低。此時，標稱電流應該下降。

　　可控硅有很多優點，比如:用小功率控制大功率，功率放大高達幾十萬倍；反應極快，微秒級開關；無觸點操作，無火花，無噪音；效率高，成本低等等。

　　SCR的缺點:靜態和動態過載能力差；容易被干擾誤導。

　　可控硅主要有螺栓形、平板形和平底形。

　　1、晶閘管的結構。

　　不管可控硅的形狀如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結構。參見圖1。它有三個PN結(J1、J2、JBOY3樂隊)，分別來自J1結構的P1層、陽極A、陰極K和控制電極G，所以它是一個四層三端半導體器件。

　　2.工作原理

　　可控硅是四層三端結構元件，有三個PN結。分析原理時，可以認為是由一個PNP晶體管和一個NPN晶體管組成，其等效圖如圖1所示。

　　圖一。SCR結構示意圖和符號圖。

　　當直流電壓加到陽極A時，BG1和BG2管都處于放大狀態。此時，如果從控制電極G輸入正觸發信號，基極電流ib2將在BG2中流動，該電流將被BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接連接到BG1的基極，所以ib1=ic2。此時電流ic2被BG1放大，所以BG1 = β 1b1 = β 1b2的集電極電流IC1。這個電流流回BG2的基極，呈現正反饋，使得ib2不斷增大。由于這種正反饋循環，兩個管的電流急劇增加，晶閘管飽和導通。

　　由于BG1和BG2形成的正反饋作用，一旦晶閘管導通，即使控制極G的電流消失，晶閘管仍能保持導通狀態。因為觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以晶閘管不能關斷。

　　因為可控硅只有兩種工作狀態:導通和關斷，所以它具有開關特性，需要一定的條件才能轉換，如表1所示。

　　SCR的基本伏安特性如圖2所示。

　　圖2可控硅整流器的基本伏安特性

　　(1)反向特性

　　當控制電極開路，陽極施加反向電壓時(見圖3)，J2結正偏置，但J1和J2結反偏置。此時只有很小的反向飽和電流可以流過。當電壓進一步增加到J1結的雪崩擊穿電壓時，結JBOY3樂隊也擊穿，電流迅速增加。如圖3的特性曲線或剖面圖所示，彎曲處的電壓URO稱為“反向轉折電壓”。此時，SCR將被反轉。

　　(2)積極的特征

　　當控制極開路，陽極加直流電壓時(見圖4)，J1和JBOY3樂隊的結正偏，而J2的結反偏，類似于普通PN結的反向特性，只有很小的電流可以流過，稱為正向阻斷狀態。當電壓升高時，圖3的特性曲線發生彎曲，如特性曲線OA部分所示，彎曲部分為UBO，稱為正向轉折電壓。

　　圖4陽極加直流電壓

　　電壓上升到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發生雪崩倍增效應，結區產生大量電子和空穴，電子進入N1區，空穴進入P2區。進入N1區的電子通過J1結與從P1區注入N1區的空穴復合。同樣，進入P2區的空穴與從N2區通過JBOY3樂隊結注入P2區的電子復合，產生雪崩擊穿。進入N1區的電子和進入P2區的空穴不能完全復合，使得電子在N1區積累，空穴在P2區積累。結果，只要電流稍微增加，P2區的電位增加，N1區的電位降低，J2結變成正的。

　　此時，三個結J1、J2和JBOY3樂隊都處于正偏置，晶閘管進入正向導通狀態——導通狀態。此時，其特性與普通PN結相似，如圖2中的BC部分所示。

　　2、觸發傳導

　　圖5直流電壓被加到陽極和控制電極上。

　　3.可控硅在電路中的主要用途是什么？

　　普通可控硅基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成可控硅,就可以構成可控整流電路?，F在我畫一個簡單的單相半波可控整流電路〔圖第四條(甲)款.在正弦交流電壓U2的正半周期間,如果對的控制極沒有輸入觸發脈沖Ug，VS仍然不能導通,只有在U2處于正半周,在控制極外加觸發脈沖地下（underground的縮寫）時,可控硅被觸發導通?，F在,畫出它的波形圖〔圖第4條(c)及(d)?，可以看到,只有在觸發脈沖地下（underground的縮寫）到來時,負載RL上才有電壓(美)保險商實驗所(Underwriters' Laboratories)輸出（波形圖上陰影部分)。地下（underground的縮寫）到來得早,可控硅導通的時間就早；地下（underground的縮寫）到來得晚,可控硅導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發脈沖地下（underground的縮寫）到來的時間,就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術中,常把交流電的半個周期定為180 ,稱為電角度。這樣,在U2的每個正半周,從零值開始到觸發脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α;在每個正半周內可控硅導通的電角度叫導通角θ。很明顯,α和θ都是用來表示可控硅在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ,改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。

　　4.在橋式整流電路中，用可控硅代替所有的二極管是可控整流電路嗎？

　　在橋式整流電路中，只需用可控硅代替兩個二極管就可以構成全波可控整流電路?，F在畫電路圖和波形圖(圖5)，你就能看懂了。

　　5.SCR控制電極所需的觸發脈沖是如何產生的？

　　晶閘管觸發電路的類型很多，有阻容移相橋式觸發電路、單結晶體管觸發電路、晶體管觸發電路、用小晶閘管觸發大晶閘管的觸發電路等等。

　　6.什么是單結晶體管？它有什么特殊性質？

　　單結晶體管，也稱為雙基二極管，是一種由PN結和三個電極組成的半導體器件(圖6)。我們先畫出它的結構示意圖[圖7 (a)]。在N型硅片的兩端制作兩個電極，即基極B1和第二基極B2；在硅片的另一側，靠近B2的地方，制作了一個PN結，相當于一個二極管。從P區引出的電極稱為發射極E..為了分析方便，B1和B2之間的N型區可以等效為一個純電阻RBB，稱為基極電阻，可以看作是兩個電阻RB2和RB1的串聯[圖7 (b)]。值得注意的是，RB1的電阻會隨著發射極電流IE的變化而變化，具有可變電阻的特點。如果DC電壓UBB施加在兩個基極B2和B1之間， A點的電壓UA如下:如果發射極電壓UE

　　7.如何用單結晶體管組成晶閘管觸發電路？

　　我們單獨畫出單結晶體管張弛振蕩器的電路(圖8)。它由單結晶體管和RC充放電電路組成。接通電源開關S后，電源UBB通過電位器RP給電容C充電，電容上的電壓UC呈指數上升。當UC上升到單結晶體管的峰值電壓UP時，單結晶體管突然導通，基極電阻RB1急劇下降，電容C通過PN結迅速向電阻R1放電，使R1兩端電壓Ug發生正跳變，形成陡峭的脈沖前沿[圖8 (b)]。隨著電容器C的放電，UE呈指數下降，直到單結晶體管在低于谷電壓UV時截止。這樣，峰值觸發脈沖在R1的兩端輸出。這時， 電源UBB再次開始給電容C充電，進入第二次充放電過程。這樣，電路周期性振蕩。調整RP可以改變振蕩周期。

　　8.在可控整流電路的波形圖中發現，晶閘管受直流電壓時，每半個周期發出一個觸發脈沖的時間是相同的，即控制角α和導通角θ相等。那么，單結晶體管張弛振蕩器如何精確配合交流電源實現有效控制呢？

　　為了實現整流電路輸出電壓的“可控”，需要使觸發電路在直流電壓的每半個周期內同時發出一個觸發脈沖。這種協同工作模式稱為與電源的觸發脈沖同步。如何才能做到同步？讓我們看看電壓調節器的電路圖(圖1)。請注意，這里的單結晶體管張弛振蕩器的電源是橋式整流電路輸出的全波脈沖DC電壓。當晶閘管不導通時，張弛振蕩器的電容器C由電源充電。當UC指數上升到峰值電壓UP時，單結晶體管VT導通。在VS導通期間，負載RL上有交流電壓和電流。同時，導通的VS兩端的電壓降非常小， 迫使張弛振蕩器停止工作。當交流電壓過零時，可控硅VS強制關斷，張弛振蕩器上電，電容C再次充電，重復上述過程。這樣，每次交流電壓過零，張弛振蕩器發出觸發脈沖的時間都是一樣的，這取決于RP的阻值和C的電容，通過調節RP的阻值，可以改變電容C的充電時間，這也改變了Ug發出的時間，相應地改變了SCR的控制角，使負載RL上輸出電壓的平均值發生變化，從而達到調壓的目的。

　　三端雙向可控硅開關的T1和T2不能互換。否則，管道和相關控制電路將會損壞。

　　常用的SCR模型:

　　1.KK系列快速可控硅整流器:電流？Xml:命名空間前綴= st1/200 a-3000 a/電壓800V-3000V。

　　2.KP系列普通可控硅整流器:電流200 a-3500 a/電壓400V-4000V。

　　3.KS系列雙向晶閘管:電流200 a-800 a/電壓500V-1800V。

　　4.KA系列高頻可控硅:電流200 a-1200 a/電壓800V-1400V。

　　5.KE系列逆變焊機專用可控硅:電流200A，300 a/電壓800V-1300V。

　　6.ZE系列逆變焊機專用二極管:電流300A，500 a/電壓600V-1300V。

　　7.ZK系列快恢復二極管:電流200 a-3500 a/電壓200V-2000V。

　　8.ZP系列整流二極管:電流200 a-6300 a/電壓200V-3800V。