可控硅，英文全稱 Silicon Controlled Rectifier，爲一種大功率器件。具有體積小、效率高、壽命長的優點。通常分爲單向可控硅（SCR）和雙向可控硅（TRIAC）。雙向可控硅相當於兩個單向可控硅的反向並聯，具有雙向導通功能，通斷由控制極G決定：在控制極G上加上正脈衝（負脈衝）可使其正向（反向）導通，常用於交流無觸點開關的應用。
我們以單向可控硅爲例來進行介紹。
單向可控硅等效結構：
單向可控硅的等效結構如下圖所示：
可控硅內部分爲四層 P-N-P-N，組成三個PN結，對外引出三個電極：
- 陽極A：最外層P型半導體材料引出；
- 門極G：中間層P型半導體材料引出；
- 陰極K：最外層N型半導體材料引出。
等效爲上圖最右側的兩個三極管電路。
單向可控硅工作原理：
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在AK之間添加電壓VAK，此時Q1、Q2未導通，A、K之間無電流流過。
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在GK之間添加電壓VGK，Q2導通，基極產生電流 IB2，Q2對基極電流IB2進行放大，得到相應的集電極電流 IC2（IB2*β2）
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此時，IC2仍然比較小，即IB1比較小，IA處已經有微弱的電流，流經電阻R2，一個初步的完整迴路已經建立
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Q1藉助微小的IB1和IA1，也進入放大狀態（微導通）。又IB1=IC2，IB1經過Q1放大之後，IC1=IB2β2β1
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IC1的電流又流入Q2基極，成爲彼時IB2的一部分，這個更大的電流逐次又被放大，周而復始
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最終Q1、Q2飽和，AK之間的壓降很小，即爲 VBE1+VCE2
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此時，VAK的電壓基本全部加在了R2上。
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實際設計中，R2通常爲某一負載，比如爲電燈泡。在可控硅導通之後，燈泡便被點亮。
如果此時我們拿掉VGK，燈泡會熄滅麼？很遺憾，並不會，燈泡依然被點亮。
單向可控硅參數：
常用的 MCR12DG V/I 特性曲線如下：
- VDRM： Peak Repetitive Off State Forward Voltage，可控硅關斷狀態下的最大正向電壓
- IDRM： Peak Forward Blocking Current，可控硅關斷狀態下的最大正向電流
- VRRM ： Peak Repetitive Off State Reverse Voltage，可控硅關斷狀態下的最大反向電壓
- IRRM ： Peak Reverse Blocking Current，可控硅關斷下的最大反向電流
- VTM ： Peak On State Voltage，可控硅導通狀態下VAK的最大正向電壓
- IH ： Holding Current ， 保持可控硅處於導通狀態所需的最小電流，又稱爲維持電流
- IL ： Latch Current，可控硅從關斷轉入導通狀態，並移除G極觸發信號後，能維持導通所需的最小電流
- VGT ： Minimum Gate Trigger Voltage，施加在GK上，可觸發可控硅導通的最小電壓值
- IGT ： Gate Trigger Voltage@VGT，GK上施加VGT時對應的G極電流值
- IT ： On State RMS Current(RMS when ac power applied)，可控硅導通後，流過AK之間的電流。若VAK爲交流電時，此參數以RMS計算
- IGM ： Forward Peak Gate Current，G極正向最大電流值
單向可控硅導通、關閉總結：
1. 從關斷到導通
- 陽極電位高於陰極電位，即VAK>0
- 控制極有足夠的正向電壓和電流
兩者缺一不可。
2. 維持導通
- 陽極電位高於陰極電位
- 陽極電流大於維持電流
兩者缺一不可。
3. 從導通到關斷
- 陽極電位低於陰極電位
- 陽極電流小於維持電流
任一條件即可。
單向可控硅簡單仿真電路：
使用 LTspice 簡單定性測試可控硅的導通性能。
電路圖如下：
仿真結果如下：
- 綠色爲V2：正弦波，50Hz，幅度20V
- 藍色爲V1：G極控制脈衝信號，脈衝幅值10V，脈衝寬度2ms，週期10ms，delay爲0.5ms
- 紅色爲U1：可控硅陽極處的波形。
正弦波正半周：G極爲高電平時，可控硅導通，U1電壓很低；G極爲低電平時，可控硅不導通；
正弦波負半周：無論G極爲高還是爲低，由於VAK<0，可控硅均不導通。
參考資料：