幾種特殊的可控硅及應(yīng)用

快速可控硅
　　普通可控硅不能在較高的頻率下工作。因?yàn)槠骷�的�?dǎo)通或關(guān)斷需要一定時(shí)間，同時(shí)陽極電壓上升速度太快時(shí)，會使元件誤導(dǎo)通；陽極電流上升速度太快時(shí)，會燒毀元件。人們在制造工藝和結(jié)構(gòu)上采取了一些改進(jìn)措施，做出了能適應(yīng)于高頻應(yīng)用的可控硅，我們將它稱為快速可控硅。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
一、關(guān)斷時(shí)間（toff）短
　　導(dǎo)通的可控硅，當(dāng)切斷正向電流時(shí)。并不能馬上“關(guān)斷”，這時(shí)如立即加上正向電壓，它還會繼續(xù)導(dǎo)通。從切斷正向電流直到控制極恢復(fù)控制能力需要的時(shí)間，叫做關(guān)斷時(shí)間。用t0仟表示。
　　可控硅的關(guān)斷過程，實(shí)際上是儲存載流子的消失過程。為了加速這種消失過程，制造快速可控硅時(shí)采用了摻金工藝，把金摻到硅中減少基區(qū)少數(shù)載流子的壽命。硅中摻金量越多，t0仟越小，但摻金量過多會影響元件的其它性能。
二、導(dǎo)通速度快．能耐較高的電流上升率（dI／dt）
　　控制極觸發(fā)導(dǎo)通的可控硅�？偸窃诳拷�控制極的陰極區(qū)域首先導(dǎo)通，然后逐漸向外擴(kuò)展，直到整個(gè)面積導(dǎo)通。大面積的可控硅需要50～1O0微秒以上才能全面積導(dǎo)通。初始導(dǎo)通面積小時(shí)，必須限制初始電流的上升速度，否則將發(fā)生局部過熱現(xiàn)象，影響元件的性能，甚至燒壞。高頻工作時(shí)這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為此，仿造了集成電路的方法，在可控硅同一硅片上做出一個(gè)放大觸發(fā)信號用的小可控硅。控制極觸發(fā)小可控硅后，小可控硅的初始導(dǎo)通電流將橫向經(jīng)過硅片流向主可控硅陰極，觸發(fā)主可控硅。從而實(shí)際強(qiáng)觸發(fā)，加速了元件的導(dǎo)通，提高了耐電流上升率的能力。
三、能耐較高的電壓上升率（dv／dt）
　　可控硅是由三個(gè)P—N結(jié)組成的。每個(gè)結(jié)相當(dāng)于一個(gè)電容器。結(jié)電壓急劇變化時(shí)，就有很大的位移電流流過元件，它等效于控制極觸發(fā)電流的作用。可能使可控硅誤導(dǎo)通。這就是普通可控硅不能耐高電壓上升率的原因。
　　為了有效防止上述誤導(dǎo)通現(xiàn)象發(fā)生，快速可控硅采取了短路發(fā)射結(jié)結(jié)構(gòu)。把陰極和控制極按一定幾何形狀短路。這樣一來，即使電壓上升率較高，可控硅的電流放大系數(shù)仍幾乎為零，不致使可控硅誤導(dǎo)通。只是在電壓上升率進(jìn)一步提高，結(jié)電容位移電流進(jìn)一步增大，在短路點(diǎn)上產(chǎn)生電壓降足夠大時(shí)，可控硅才能導(dǎo)通。
　　具有短路發(fā)射結(jié)結(jié)構(gòu)的可控硅，用控制極電流觸發(fā)時(shí)�？刂茦O電流首先也是從短路點(diǎn)流向陰極。只是當(dāng)控制極電流足夠大，在短路點(diǎn)電阻上的電壓降足夠大，PN結(jié)正偏導(dǎo)通電流時(shí)，才同沒有短路發(fā)射結(jié)的元件一樣，可被觸發(fā)導(dǎo)通。因此，快速可控硅的抗干擾能力較好。
快　　速可控硅的生產(chǎn)和應(yīng)用都進(jìn)展很快。目前，已有了電流幾百安培、耐壓1千余伏，關(guān)斷時(shí)間僅為20微妙的大功率快速可控硅，同時(shí)還做出了最高工作頻率可達(dá)幾十千赫茲供高頻逆變用的元件。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于大功率直流開關(guān)、大功率中頻感應(yīng)加熱電源、超聲波電源、激光電源、雷達(dá)調(diào)制器及直流電動車輛調(diào)速等領(lǐng)域。
逆導(dǎo)可控硅
以　　往的城市電車和地鐵機(jī)車為了便于調(diào)速采用直流供電，用直流開關(guān)動作增加或減小電路電阻，改變電路電流來控制車輛的速度。但它有不能平滑起動和加速。開關(guān)體積大、壽命短，而且低速運(yùn)行時(shí)耗電大（減速時(shí)消耗在啟動電阻上）等缺點(diǎn)。自有了逆導(dǎo)可控硅，采用了逆導(dǎo)可控硅控制、調(diào)節(jié)車速，不僅克服了上述缺點(diǎn)，而且還降低了功耗，提高了機(jī)車可靠性。
　　逆導(dǎo)可控硅是在普通可控硅上反向并聯(lián)一只二極管而成（同做在一個(gè)硅片上。它的等效電路和符號如圖1所示。它的特點(diǎn)是能反向?qū)�通大電流。由于它的陽極和陰極接入反向并聯(lián)的二極管，可對電感負(fù)載關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的大電流、高電壓進(jìn)行快速釋放。

　　可關(guān)斷可控硅用正控制極脈沖觸發(fā)導(dǎo)通的過程與普通可控硅完全一樣。元件導(dǎo)通以后，如果控制極加上足夠大的負(fù)脈沖，陽極電流會全部被拉到控制極流出。
　　P2-N2結(jié)無導(dǎo)通電流。這時(shí)。整個(gè)元件猶如一個(gè)電流消失后的截止晶體管P1N1P2。這就是可關(guān)控硅用負(fù)控制極脈沖關(guān)斷的基本原理�？申P(guān)斷可控硅的關(guān)斷速度，比普通可控硅快以在較高的頻率下工作。但它也具有不易制成大元件等缺點(diǎn)。主要應(yīng)用于高壓直流開關(guān)、發(fā)動機(jī)裝置、高壓脈沖發(fā)生器、過電流保護(hù)電路等方面。
雙向可控硅
　　雙向可控硅最主要的特性是，不論端1接正、端接負(fù)。還是端1接負(fù)、端2接正。都可以用對于端2為正或負(fù)的控制極脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，也就是可以用正或負(fù)的控制極脈沖控制兩個(gè)方向的導(dǎo)通。
　　有一點(diǎn)需要特別說明的是，雙向可控硅元件在交流回路中。導(dǎo)通側(cè)內(nèi)儲存的載流子會擴(kuò)散到另一側(cè)，它的作用好像給阻斷的那一側(cè)加了控制極電流，可能使元件自動導(dǎo)通而失控。導(dǎo)通側(cè)電流下降越快，或阻斷側(cè)電壓上升越迅速，這種誤導(dǎo)通現(xiàn)象越嚴(yán)重。這方面的性能比兩個(gè)可控硅反并聯(lián)的電路差。應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意。
　　雙向可控硅主要應(yīng)用于交流控制電路。如溫度控制、燈光調(diào)節(jié)、防爆交流開關(guān)以及直流電機(jī)調(diào)速和換向等電路。