一種以矽單晶為(wei) 基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創製於(yu) 1957年，由於(yu) 它特性類似於(yu) 真空閘流管，所以國際上通稱為(wei) 矽晶體(ti) 閘流管，簡稱可控矽T。又由於(yu) 可控矽最初應用於(yu) 可控整流方麵所以又稱為(wei) 矽可控整流元件，簡稱為(wei) 可控矽SCR。
     在性能上，可控矽不僅(jin) 具有單向導電性，而且還具有比矽整流元件（俗稱“死矽”）更為(wei) 可貴的可控性。它隻有導通和關(guan) 斷兩(liang) 種狀態。
可控矽能以毫安級電流控製大功率的機電設備，如果超過此頻率，因元件開關(guan) 損耗顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時，標稱電流應降級使用。
     可控矽的優(you) 點很多，例如：以小功率控製大功率，功率放大倍數高達幾十萬(wan) 倍；反應極快，在微秒級內(nei) 開通、關(guan) 斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。
     可控矽的弱點：靜態及動態的過載能力較差；容易受幹擾而誤導通。
     可控矽從(cong) 外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。

1、可控矽元件的結構
不管可控矽的外形如何，它們(men) 的管芯都是由P型矽和N型矽組成的四層P1N1P2N2結構。見圖1。它有三個(ge) PN結（J1、J2、J3），從(cong) J1結構的P1層引出陽極A，從(cong) N2層引出陰級K，從(cong) P2層引出控製極G，所以它是一種四層三端的半導體(ti) 器件。
  

2、 工作原理
       可控矽是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個(ge) PN結，分析原理時，可以把它看作由一個(ge) PNP管和一個(ge) NPN管所組成，其等效圖解如圖1所示
  
       當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處於(yu) 放大狀態。此時，如果從(cong) 控製極G輸入一個(ge) 正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為(wei) BG2的集電極直接與(yu) BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經BG1放大，於(yu) 是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(ge) 電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環的結果，兩(liang) 個(ge) 管子的電流劇增，可控矽使飽和導通。
      由於(yu) BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控矽導通後，即使控製極G的電流消失了，可控矽仍然能夠維持導通狀態，由於(yu) 觸發信號隻起觸發作用，沒有關(guan) 斷功能，所以這種可控矽是不可關(guan) 斷的。
由於(yu) 可控矽隻有導通和關(guan) 斷兩(liang) 種工作狀態，所以它具有開關(guan) 特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見表1
 
可控矽的基本伏安特性見圖2
 
 圖2 可控矽基本伏安特性
（1）反向特性
當控製極開路，陽極加上反向電壓時（見圖3），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時隻能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓後，接差J3結也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時，可控矽會(hui) 發生永久性反向
 
（2）正向特性
當控製極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖4），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與(yu) 普通PN結的反向特性相似，也隻能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態，當電壓增加，圖3的特性發生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓
 
圖4 陽極加正向電壓
由於(yu) 電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓後，J2結發生雪崩倍增效應，在結區產(chan) 生大量的電子和空穴，電子時入N1區，空穴時入P2區。進入N1區的電子與(yu) 由P1區通過J1結注入N1區的空穴複合，同樣，進入P2區的空穴與(yu) 由N2區通過J3結注入P2區的電子複合，雪崩擊穿，進入N1區的電子與(yu) 進入P2區的空穴各自不能全部複合掉，這樣，在N1區就有電子積累，在P2區就有空穴積累，結果使P2區的電位升高，N1區的電位下降，J2結變成正偏，隻要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現所謂負阻特性，見圖3的虛線AB段。
這時J1、J2、J3三個(ge) 結均處於(yu) 正偏，可控矽便進入正向導電狀態---通態，此時，它的特性與(yu) 普通的PN結正向特性相似，見圖2中的BC段
2、 觸發導通
  
圖5 陽極和控製極均加正向電壓
圖1、可控矽結構示意圖和符號圖
3、可控矽在電路中的主要用途是什麽(me) ?
       普通可控矽最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬於(yu) 不可控整流電路。如果把二極管換成可控矽，就可以構成可控整流電路。現在我畫一個(ge) 最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a)〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控製極沒有輸入觸發脈衝(chong) Ug，VS仍然不能導通，隻有在U2處於(yu) 正半周，在控製極外加觸發脈衝(chong) Ug時，可控矽被觸發導通。現在，畫出它的波形圖〔圖4(c)及(d)〕，可以看到，隻有在觸發脈衝(chong) Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，可控矽導通的時間就早；Ug到來得晚，可控矽導通的時間就晚。通過改變控製極上觸發脈衝(chong) Ug到來的時間，就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的麵積大小)。在電工技術中，常把交流電的半個(ge) 周期定為(wei) 180°，稱為(wei) 電角度。這樣，在U2的每個(ge) 正半周，從(cong) 零值開始到觸發脈衝(chong) 到來瞬間所經曆的電角度稱為(wei) 控製角α；在每個(ge) 正半周內(nei) 可控矽導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示可控矽在承受正向電壓的半個(ge) 周期的導通或阻斷範圍的。通過改變控製角α或導通角θ，改變負載上脈衝(chong) 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，把二極管都換成可控矽是不是就成了可控整流電路了呢?
       在橋式整流電路中，隻需要把兩(liang) 個(ge) 二極管換成可控矽就能構成全波可控整流電路了。現在畫出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了

5、可控矽控製極所需的觸發脈衝(chong) 是怎麽(me) 產(chan) 生的呢?
      可控矽觸發電路的形式很多，常用的有阻容移相橋觸發電路、單結晶體(ti) 管觸發電路、晶體(ti) 三極管觸發電路、利用小可控矽觸發大可控矽的觸發電路，等等。

6、什麽(me) 是單結晶體(ti) 管?它有什麽(me) 特殊性能呢?
      單結晶體(ti) 管又叫雙基極二極管，是由一個(ge) PN結和三個(ge) 電極構成的半導體(ti) 器件(圖6)。我們(men) 先畫出它的結構示意圖〔圖7(a)〕。在一塊N型矽片兩(liang) 端，製作兩(liang) 個(ge) 電極，分別叫做第一基極B1和第二基極B2；矽片的另一側(ce) 靠近B2處製作了一個(ge) PN結，相當於(yu) 一隻二極管，在P區引出的電極叫發射極E。為(wei) 了分析方便，可以把B1、B2之間的N型區域等效為(wei) 一個(ge) 純電阻RBB，稱為(wei) 基區電阻，並可看作是兩(liang) 個(ge) 電阻RB2、RB1的串聯〔圖7(b)〕。值得注意的是RB1的阻值會(hui) 隨發射極電流IE的變化而改變，具有可變電阻的特性。如果在兩(liang) 個(ge) 基極B2、B1之間加上一個(ge) 直流電壓UBB，則A點的電壓UA為(wei) ：若發射極電壓UE<UA，二極管VD截止；當UE大於(yu) 單結晶體(ti) 管的峰點電壓UP(UP=UD＋UA)時，二極管VD導通，發射極電流IE注入RB1，使RB1的阻值急劇變小，E點電位UE隨之下降，出現了IE增大UE反而降低的現象，稱為(wei) 負阻效應。發射極電流IE繼續增加，發射極電壓UE不斷下降，當UE下降到穀點電壓UV以下時，單結晶體(ti) 管就進入截止狀態。

7、怎樣利用單結晶體(ti) 管組成可控矽觸發電路呢?
      我們(men) 單獨畫出單結晶體(ti) 管張弛振蕩器的電路(圖8)。它是由單結晶體(ti) 管和RC充放電電路組成的。合上電源開關(guan) S後，電源UBB經電位器RP向電容器C充電，電容器上的電壓UC按指數規律上升。當UC上升到單結晶體(ti) 管的峰點電壓UP時，單結晶體(ti) 管突然導通，基區電阻RB1急劇減小，電容器C通過PN結向電阻R1迅速放電，使R1兩(liang) 端電壓Ug發生一個(ge) 正跳變，形成陡峭的脈衝(chong) 前沿〔圖8(b)〕。隨著電容器C的放電，UE按指數規律下降，直到低於(yu) 穀點電壓UV時單結晶體(ti) 管截止。這樣，在R1兩(liang) 端輸出的是尖頂觸發脈衝(chong) 。此時，電源UBB又開始給電容器C充電，進入第二個(ge) 充放電過程。這樣周而複始，電路中進行著周期性的振蕩。調節RP可以改變振蕩周期

8、在可控整流電路的波形圖中，發現可控矽承受正向電壓的每半個(ge) 周期內(nei) ，發出第一個(ge) 觸發脈衝(chong) 的時刻都相同，也就是控製角α和導通角θ都相等，那麽(me) ，單結晶體(ti) 管張弛振蕩器怎樣才能與(yu) 交流電源準確地配合以實現有效的控製呢?
       為(wei) 了實現整流電路輸出電壓“可控”，必須使可控矽承受正向電壓的每半個(ge) 周期內(nei) ，觸發電路發出第一個(ge) 觸發脈衝(chong) 的時刻都相同，這種相互配合的工作方式，稱為(wei) 觸發脈衝(chong) 與(yu) 電源同步。 怎樣才能做到同步呢?大家再看調壓器的電路圖(圖1)。請注意，在這裏單結晶體(ti) 管張弛振蕩器的電源是取自橋式整流電路輸出的全波脈衝(chong) 直流電壓。在可控矽沒有導通時，張弛振蕩器的電容器C被電源充電，UC按指數規律上升到峰點電壓UP時，單結晶體(ti) 管VT導通，在VS導通期間，負載RL上有交流電壓和電流，與(yu) 此同時，導通的VS兩(liang) 端電壓降很小，迫使張弛振蕩器停止工作。當交流電壓過零瞬間，可控矽VS被迫關(guan) 斷，張弛振蕩器得電，又開始給電容器C充電，重複以上過程。這樣，每次交流電壓過零後，張弛振蕩器發出第一個(ge) 觸發脈衝(chong) 的時刻都相同，這個(ge) 時刻取決(jue) 於(yu) RP的阻值和C的電容量。調節RP的阻值，就可以改變電容器C的充電時間，也就改變了第一個(ge) Ug發出的時刻，相應地改變了可控矽的控製角，使負載RL上輸出電壓的平均值發生變化，達到調壓的目的。
雙向可控矽的T1和T2不能互換。否則會(hui) 損壞管子和相關(guan) 的控製電路。