可控硅，英文全称 Silicon Controlled Rectifier，为一种大功率器件。具有体积小、效率高、寿命长的优点。通常分为单向可控硅（SCR）和双向可控硅（TRIAC）。双向可控硅相当于两个单向可控硅的反向并联，具有双向导通功能，通断由控制极G决定：在控制极G上加上正脉冲（负脉冲）可使其正向（反向）导通，常用于交流无触点开关的应用。
我们以单向可控硅为例来进行介绍。
单向可控硅等效结构：
单向可控硅的等效结构如下图所示：
可控硅内部分为四层 P-N-P-N，组成三个PN结，对外引出三个电极：
- 阳极A：最外层P型半导体材料引出；
- 门极G：中间层P型半导体材料引出；
- 阴极K：最外层N型半导体材料引出。
等效为上图最右侧的两个三极管电路。
单向可控硅工作原理：
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在AK之间添加电压VAK，此时Q1、Q2未导通，A、K之间无电流流过。
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在GK之间添加电压VGK，Q2导通，基极产生电流 IB2，Q2对基极电流IB2进行放大，得到相应的集电极电流 IC2（IB2*β2）
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此时，IC2仍然比较小，即IB1比较小，IA处已经有微弱的电流，流经电阻R2，一个初步的完整回路已经建立
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Q1借助微小的IB1和IA1，也进入放大状态（微导通）。又IB1=IC2，IB1经过Q1放大之后，IC1=IB2β2β1
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IC1的电流又流入Q2基极，成为彼时IB2的一部分，这个更大的电流逐次又被放大，周而复始
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最终Q1、Q2饱和，AK之间的压降很小，即为 VBE1+VCE2
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此时，VAK的电压基本全部加在了R2上。
实际设计中，R2通常为某一负载，比如为电灯泡。在可控硅导通之后，灯泡便被点亮。
如果此时我们拿掉VGK，灯泡会熄灭么？很遗憾，并不会，灯泡依然被点亮。
单向可控硅参数：
常用的 MCR12DG V/I 特性曲线如下：
- VDRM： Peak Repetitive Off State Forward Voltage，可控硅关断状态下的最大正向电压
- IDRM： Peak Forward Blocking Current，可控硅关断状态下的最大正向电流
- VRRM ： Peak Repetitive Off State Reverse Voltage，可控硅关断状态下的最大反向电压
- IRRM ： Peak Reverse Blocking Current，可控硅关断下的最大反向电流
- VTM ： Peak On State Voltage，可控硅导通状态下VAK的最大正向电压
- IH ： Holding Current ， 保持可控硅处于导通状态所需的最小电流，又称为维持电流
- IL ： Latch Current，可控硅从关断转入导通状态，并移除G极触发信号后，能维持导通所需的最小电流
- VGT ： Minimum Gate Trigger Voltage，施加在GK上，可触发可控硅导通的最小电压值
- IGT ： Gate Trigger Voltage@VGT，GK上施加VGT时对应的G极电流值
- IT ： On State RMS Current(RMS when ac power applied)，可控硅导通后，流过AK之间的电流。若VAK为交流电时，此参数以RMS计算
- IGM ： Forward Peak Gate Current，G极正向最大电流值
单向可控硅导通、关闭总结：
1. 从关断到导通
- 阳极电位高于阴极电位，即VAK>0
- 控制极有足够的正向电压和电流
两者缺一不可。
2. 维持导通
- 阳极电位高于阴极电位
- 阳极电流大于维持电流
两者缺一不可。
3. 从导通到关断
- 阳极电位低于阴极电位
- 阳极电流小于维持电流
任一条件即可。
单向可控硅简单仿真电路：
使用 LTspice 简单定性测试可控硅的导通性能。
电路图如下：
仿真结果如下：
- 绿色为V2：正弦波，50Hz，幅度20V
- 蓝色为V1：G极控制脉冲信号，脉冲幅值10V，脉冲宽度2ms，周期10ms，delay为0.5ms
- 红色为U1：可控硅阳极处的波形。
正弦波正半周：G极为高电平时，可控硅导通，U1电压很低；G极为低电平时，可控硅不导通；
正弦波负半周：无论G极为高还是为低，由于VAK<0，可控硅均不导通。
参考资料：
