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法学可控硅整流器——工作原理及应用
一个SCR（可控硅整流器） 是一种三端、三结、四层半导体器件，用于在电力电路中执行开关功能。
有时 SCR 也被称为晶闸管。
SCR 的结构细节
SCR 具有三个 pn 结和四层p 型和 n 型半导体，交替连接形成 pnpn 器件。三个端子分别是从外部 p 型层引出的阳极 (A)、从外部 n 型层引出的阴极 (K) 和从内部 p 型层引出的栅极 (G)。
SCR 的工作原理
在 SCR 中，负载与阳极串联连接。阳极始终保持相对于阴极的正电位。
当栅极开路时
当没有电压施加到栅极端子时，J2 结反向偏置，而 J1 和 J3 结正向偏置。由于三个结中的一个反向偏置，因此没有电流可以流过负载，因此 SCR 关闭。但是，如果逐渐增加施加的电压，则会达到一个阶段，此时反向偏置的结 (J2) 击穿。此时，SCR 开始导通并接通。反向偏置结击穿并使 SCR 接通时的施加电压值称为击穿电压。
当栅极相对于阴极呈正电位时
通过在栅极端子上施加小的正电压，可以在较小的施加电压下使 SCR 接通。当施加栅极电压时，J3 结正向偏置，J2 结反向偏置。因此，来自 n 型层的电子开始穿过 J3 结向 p 型材料移动，而来自 p 型材料的空穴向 n 型材料移动。由于空穴和电子穿过 J3 结的移动，栅极电流开始流动。由于栅极电流，阳极电流增加。增加的阳极电流使 J2 结处有更多电子可用。由于这个过程，在很短的时间内，J2 结击穿，SCR 接通。
即使移除了栅极端子的电压，SCR 的阳极电流也不会减小。只有将施加的电压降至零才能关闭 SCR。
SCR 的参数
击穿电压 − 这是在不施加栅极电压的情况下，SCR 接通的施加电压的最小值。对于市售的 SCR，击穿电压范围为 50 V 至 500 V。
峰值反向电压 (PRV) − 这是可以在不反向导通的情况下施加到 SCR 的最大反向电压（即阴极相对于阳极呈正电位）。市售的 SCR 的 PRV 高达 2.5 kV。
保持电流 − 当栅极开路时，这是 SCR 从导通状态关断时的阳极电流的最大值。
正向电流额定值 − 这是 SCR 可以通过而不损坏的最大阳极电流值。
电路熔断额定值 − 它表示 SCR 的最大正向浪涌电流能力。它定义为浪涌电流的平方与浪涌持续时间的乘积。
如果 SCR 电路中的电路熔断额定值超过，则器件会因过大的功率损耗而损坏。
$$ \mathrm{电路熔断额定值=I^2t} $$
SCR 的 I-V 特性
它是根据恒定栅极电流下 SCR 的阳极-阴极电压 (V) 和阳极电流 (I) 绘制的曲线。
正向特性 − 当阳极相对于阴极呈正电位时，V 和 I 之间的曲线称为 SCR 的正向特性。如果从零开始增加电源电压，则会达到一个点（A 点，电压称为击穿电压），此时 SCR 开始导通。在此条件下，SCR 两端的电压突然下降（曲线中用虚线表示），并且大部分电源电压出现在负载两端。
反向特性 − 当阳极相对于阴极呈负电位时，V 和 I 之间绘制的曲线称为反向特性。如果逐渐增加反向电压，则起初阳极电流保持较小（称为漏电流），并且在某个反向电压下，会发生雪崩击穿，SCR 开始反向导通（由第三象限中的曲线所示）。SCR 开始反向导通时的最大反向电压称为反向击穿电压。
SCR 的应用
SCR 可用于以下应用：
- 电力开关电路
- 受控整流器
- 交流电源控制电路
- 直流分流电动机的速度控制
- SCR 钳位电路
- 计算机逻辑电路
- 定时电路
- 逆变器
- 电池充电调节器
- 温度控制系统
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