可控硅，全稱為可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier, SCR），是一種具有四個引腳的半導(dǎo)體器件，通常由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成三個PN結(jié)，形成PNPN四層結(jié)構(gòu)。可控硅具有獨特的電氣特性，能夠通過控制極（門極）上的小電流或電壓來控制主電路（陽極和陰極之間）的大電流，從而實現(xiàn)對交流電通斷的控制。以下將詳細闡述可控硅如何控制交流電的通斷。

一、可控硅的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1. 基本結(jié)構(gòu)

可控硅主要由四層半導(dǎo)體材料（PNPN）構(gòu)成，具有陽極（A）、陰極（K）和控制極（G）三個電極。其中，P型區(qū)和N型區(qū)交替排列，形成三個PN結(jié)。這種結(jié)構(gòu)使得可控硅在特定條件下能夠表現(xiàn)出特殊的電學性能。

2. 工作原理

可控硅的工作原理基于PN結(jié)的正向?qū)ê头聪蚪刂固匦浴．斣诳煽毓璧年枠O和陰極之間施加正向電壓時，如果控制極上沒有觸發(fā)信號（即電壓或電流），則可控硅處于高阻態(tài)（封鎖狀態(tài)），此時陽極和陰極之間幾乎沒有電流通過。然而，當在控制極上施加一個正向觸發(fā)信號時，可控硅會被觸發(fā)導(dǎo)通，允許陽極和陰極之間的大電流通過。一旦可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通，它將保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到陽極電流減小到維持電流以下或陽極電壓降低到一定程度時才會關(guān)斷。

二、可控硅控制交流電通斷的機制

1. 觸發(fā)與導(dǎo)通

在交流電路中，可控硅通過控制極上的觸發(fā)信號來控制交流電的通斷。具體來說，當交流電壓的極性使陽極相對于陰極為正時（即正半周），如果此時在控制極上施加一個正向觸發(fā)信號，可控硅將被觸發(fā)導(dǎo)通，允許電流從陽極流向陰極。同樣地，在交流電壓的負半周，如果通過某種方式（如使用反并聯(lián)的可控硅或其他電路結(jié)構(gòu)）在控制極上施加反向觸發(fā)信號（注意：實際上在負半周通常不需要直接觸發(fā)，因為正向?qū)ǖ目煽毓柙谪摪胫軙匀唤刂梗?，也可以控制電流的通斷。但通常情況下，我們只關(guān)注正半周的觸發(fā)和導(dǎo)通過程。

2. 維持與關(guān)斷

可控硅一旦被觸發(fā)導(dǎo)通，它將保持導(dǎo)通狀態(tài)直到陽極電流減小到維持電流以下或陽極電壓降低到一定程度。在交流電路中，隨著交流電壓的周期性變化，當電壓極性反轉(zhuǎn)時（即從一個半周過渡到另一個半周），可控硅將自然截止。然而，在某些應(yīng)用場合中，可能需要提前關(guān)斷可控硅以控制電流的流動。這可以通過在控制極上施加反向電壓或減小陽極電流至維持電流以下來實現(xiàn)。

三、可控硅在交流電路中的應(yīng)用實例

1. 調(diào)壓電路

在調(diào)壓電路中，可控硅被用來控制交流電的有效值，從而實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。通過改變觸發(fā)信號的相位角（即觸發(fā)信號與交流電壓波形之間的時間差），可以控制可控硅在每個半周內(nèi)的導(dǎo)通時間，進而改變輸出電壓的有效值。這種調(diào)壓方式廣泛應(yīng)用于各種需要調(diào)節(jié)電壓的場合，如電爐、電機調(diào)速等。

2. 電機調(diào)速

在電機調(diào)速電路中，可控硅被用來控制電機的轉(zhuǎn)速。通過改變觸發(fā)信號的頻率或相位角，可以控制電機定子繞組中的電流大小和相位，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式具有調(diào)速范圍廣、平滑性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種需要調(diào)速的電機驅(qū)動系統(tǒng)中。

3. 照明控制

在照明控制系統(tǒng)中，可控硅也被廣泛應(yīng)用。例如，在日光燈觸發(fā)電路中，可控硅被用來觸發(fā)日光燈的啟動。當可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通時，會產(chǎn)生瞬時高壓使日光燈中的汞氣放電從而啟動日光燈。此外，可控硅還可以用于調(diào)光電路中通過控制觸發(fā)信號的占空比來實現(xiàn)對燈光亮度的調(diào)節(jié)。

四、總結(jié)

可控硅通過其獨特的電氣特性——即通過控制極上的小電流或電壓來控制主電路中的大電流——實現(xiàn)了對交流電通斷的有效控制。在交流電路中，可控硅通過觸發(fā)信號的施加和撤銷來控制電流的通斷和流向，從而實現(xiàn)了對電路工作狀態(tài)的精確控制。這種控制方式具有高效、可靠、靈活等優(yōu)點，在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。