晶閘管的發(fā)展歷史及制約因素
半導體的出現(xiàn)成為20世紀現(xiàn)代物理學其中一項重大的突破，標志著電子技術(shù)的誕生。而由于不同領(lǐng)域的實際需要，促使半導體器件自此分別向兩個分支快速發(fā)展，其中一個分支即是以集成電路為代表的微電子器件，特點為小功率、集成化，作為信息的檢出、傳送和處理的工具；而另一類就是電力電子器件，特點為大功率、快速化。1955年，美國通用電氣公司研發(fā)了世界上個以硅單晶為半導體整流材料的硅整流器（SR），1957年又開發(fā)了全球用于功率轉(zhuǎn)換和控制的可控硅整流器（SCR）。由于它們具有體積小、重量輕、、壽命長的優(yōu)勢，尤其是SCR能以微小的電流控制較大的功率，令半導體電力電子器件成功從弱電控制領(lǐng)域進入了強電控制領(lǐng)域、大功率控制領(lǐng)域。在整流器的應(yīng)用上，晶閘管迅速取代了整流器（引燃管），實現(xiàn)整流器的固體化、靜止化和無觸點化，并獲得的節(jié)能效果。從1960年始，由普通晶閘管相繼出了快速晶閘管、光控晶閘管、不對稱晶閘管及雙向晶閘管等各種特性的晶閘管，形成一個龐大的晶閘管家族。
但晶閘管本身存在兩個制約其繼續(xù)發(fā)展的重要因素。一是控制功能上的欠缺，普通的晶閘管屬于半控型器件，通過門極（控制極）只能控制其開通而不能控制其關(guān)斷，導通后控制極即不再起作用，要關(guān)斷切斷電源，即令流過晶閘管的正向電流小于維持電流。由于晶閘管的關(guān)斷不可控的特性，另外配以由電感、電容及開關(guān)器件等組成的強迫換流電路，從而使裝置體積，成本增加，而且系統(tǒng)更為復雜、可靠性降低。二是因為此類器件立足于分立元件結(jié)構(gòu)，開通損耗大，工作頻率難以提高，限制了其應(yīng)用范圍。1970年代末，隨著可關(guān)斷晶閘管（GTO）日趨成熟，成功克服了普通晶閘管的缺陷，標志著電力電子器件已經(jīng)從半控型器件發(fā)展到全控型器件

可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導體器件，一般由兩晶閘管反向連接而成。它的功能不僅是整流，還可以用作無觸點開關(guān)的快速接通或切斷；實現(xiàn)將直流電變流電的逆變；將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽w器件一樣，有體積小、、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。目前可控硅在自動控制、機電應(yīng)用、工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用。
可控硅從外形上區(qū)分主要有螺旋式、平板式底式三種。螺旋式應(yīng)用較多。
可控硅有三個----陽(A)、陰(C)和控制(G)，管芯是P型導體和N型導體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個PN結(jié)，與只有一個PN結(jié)的硅整流二管在結(jié)構(gòu)上迥然不同?？煽毓璧乃膶咏Y(jié)構(gòu)和控制的引入，為其發(fā)揮“以小控大”的控制特性奠定了基礎(chǔ)?？煽毓钁?yīng)用時，只要在控制加上很小的電流或電壓，能控制很大的陽電流或電壓。目前已能制造出電流容量達幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。
我們可以把從陰向上數(shù)的、二、三層看面是一只N管，而二、三、四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用?？僧嫵鰣D1的等效電路圖。當在陽和陰之間加上一個正向電壓E，又在控制G和陰C之間(相當BG2的基一射間)輸入一個正的觸發(fā)信號，BG2將產(chǎn)生基電流Ib2，經(jīng)放大，BG2將有一個放大了β2倍的集電電流IC2。因為BG2集電與BG1基相連，IC2又是BG1的基電流Ib1。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集電電流IC1送回BG2的基放大。如此循環(huán)放大，直到BG1、BG2完全導通。事實上這一過程是“一觸即發(fā)”的，對可控硅來說，觸發(fā)信號加到控制，可控硅立即導通。導通的時間主要決定于可控硅的性能。
可控硅一經(jīng)觸發(fā)導通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG2基的電流已不只是初始的Ib2，而是經(jīng)過BG1、BG2放大后的電流(β1*β2*Ib2)，這一電流遠大于Ib2，足以保持BG2的持續(xù)導通。此時觸發(fā)信號即使消失，可控硅仍保持導通狀態(tài)，只有斷開電源E或降低E的輸出電壓，使BG1、BG2的集電電流小于維持導通的小值時，可控硅方可關(guān)斷。當然，如果E性反接，BG1、BG2受到反向電壓作用將處于截止狀態(tài)。這時，即使輸入觸發(fā)信號，可控硅也不能工作。反過來，E接成正向，而觸動發(fā)信號是負的，可控硅也不能導通。另外，如果不加觸發(fā)信號，而正電壓大到超過一定值時，可控硅也會導通，但已屬于非正常工作情況了。
可控硅這種通過觸發(fā)信號(小觸發(fā)電流)來控制導通(可控硅中通過大電流)的可控特性，正是它區(qū)別于普通硅整流二管的重要特征。

測量方法
鑒別可控硅三個極的方法很簡單，根據(jù)P-N結(jié)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(jié)，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(jié)，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?？墒强刂茦O二極管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻斷狀態(tài)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，并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(yīng)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。
可控硅是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導體器件。實際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電，等等?？煽毓韬推渌雽w器件一樣，其有體積小、、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。

晶閘管特點“一觸即發(fā)”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通?？刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導通的晶閘管關(guān)斷呢?使導通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源(圖3中的開關(guān)S)或使陽極電流小于維持導通的小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關(guān)斷。
電磁爐、變頻器、逆變器、UPS電源、EPS電源、開關(guān)電源、電機控制、變焊機、固態(tài)繼電器、有源濾波器、風力發(fā)電設(shè)備、工業(yè)傳動裝置、電梯或傳動設(shè)備、機車與列車用電源、電能表、照明電器等各種產(chǎn)品上。

可控硅的弱點：靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差;容易受干擾而誤導通?？煽毓鑿耐庑晤愔饕校郝菟ㄐ?、平板形和平底形?？煽毓柙慕Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。
電磁爐、變頻器、逆變器、UPS電源、EPS電源、開關(guān)電源、電機控制、變焊機、固態(tài)繼電器、有源濾波器、風力發(fā)電設(shè)備、工業(yè)傳動裝置、電梯或傳動設(shè)備、機車與列車用電源、電能表、照明電器等各種產(chǎn)品上。

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