可控硅是一种新型的半导体功率器件，全称为可控硅整流器。由于可控硅具有用弱电流对大功率机电设备进行控制的可控特性，所以自从1957年电流为1安的小可控硅问世以来，就引起人们的关注。可控硅的出现，使半导体器件从弱电领域进入了强电领域；今天，它已成为实现工业自动化不可缺少的重要元件了。
特性
可控硅从外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺旋式可控硅外形如图①所示。它有三个电极：螺栓端为阳极a，另一端有两个电极，其中较粗的导线接阴极c，还有一根较细的导线接控制极g。可控硅的管心是由P型半导体和N型半导体交替迭合而成的四层结构，它有三个P—N结（J\(_{1}\)、J2、J\(_{3}\)）和三个引出电极。结构模型与符号见图②。
可控硅具有怎样的可控性？它和普通硅整流元件又有什么区别呢？我们可以把可控硅等效成两只三极管组成的一对互补管进行分析。一个是PNP管（BG\(_{2}\)），另一个是NPN管（BG1），中间的NP型半导体两管共用，如图③所示。
当接入电源E\(_{a}\)以后，对可控硅来说加上了正向电压，两只晶体管BG1、BG\(_{2}\)也都承受了正向电压，处于放大工作状态。若在控制极g及阴极c之间再加入一个正的触发信号，则对晶体管BG1来说，相当于在它的基极——发射极回路中有一个控制电流Ig流过，即BG\(_{1}\)的基极电流Ibl，I\(_{b1}\)=Ig。经放大后，BG\(_{1}\)管集电极上就产生了一个比Ib1大β\(_{l}\)倍的集电极电流βlI\(_{bl}\)（β1为BG\(_{1}\)放大系数）。此电流流出BG2管的基极，成为BG\(_{2}\)管的基极电流Ib2，I\(_{b2}\)=β1I\(_{b1}\)=β1I\(_{g}\)。于是，对于BG2来说，由于基极电流I\(_{b2}\)的存在，在集电极上也产生了一个比Ib2大β\(_{2}\)倍的电流β2I\(_{b2}\)，β2Ib2=β\(_{1}\)β2I\(_{g}\)（β2为BG\(_{2}\)放大系数）。此电流又流入BG1基极，再次得到放大，就这样依次循环下去，此正反馈过程一瞬间就使得BG\(_{1}\)、 BG2两管全部导通并达到饱和。所以当可控硅加上正向电压后，一输入触发信号，可控硅立即导通；可控硅一经触发导通后，由于导致BG\(_{1}\)基极上总是流过比控制极电流Ig大得多的电流，所以即使触发信号消失，可控硅仍旧能继续保持导通状态。只有降低电源电压E\(_{a}\)，使BG1、BG\(_{2}\)中集电极电流小于某一维持导通的最小值时，可控硅才能转为关断状态。
如果把电源E\(_{a}\)极性反接，此时不论BG1还是BG\(_{2}\)，均不具备放大工作条件，而受到反向电压。即使在控制极输人触发信号，两管都不能工作，可控硅处于关断状态。同样，在控制极没有输入触发信号或信号极性相反时，即使可控硅加上了正向电压，由于BG1的基极得不到正信号而处于截止，可控硅也无法导通。
通过上面的分析，可以看出可控硅具有如下特点：
①可控硅和普通硅整流元件一样，具有单向导电的共性。
②为使可控硅导通，除要加正向电压（阳极接正，阴极接负）外，还必须在控制极输入正确的触发信号（控制极接正，阴极接负）。可控硅一旦触发导通后，触发信号便失去作用；而要使它关断，必须使其电压电流减小到一定数值，或电源反向，或电源断开。简言之，可控硅的导通是由加到控制极上的触发信号来控制的，这就是可控硅区别于普通硅整流元件的个性，即可控性。
③触发信号在可控硅承受正向电压范围内任意移动，可改变可控硅导通范围的大小，这种移动称作“移相”。移相可使输出电压数值随导通范围大小而变，从而达到可控目的。
可控硅导通和关断是其工作状态矛盾着的两个方面。这两个方面随阳极电压、电流和控制极电流等条件而转化。图④所示的伏安特性曲线进一步证明了这一点。由图中可以看出，当控制极未加触发信号即I\(_{g}\)=0，而阳极正向电压又未超过VBO时，可控硅处于正向关断状态（OP段）。当正向电压增大到V\(_{BO}\)时，可控硅突然导通，电流骤增而电压很小，这是因为J2（见图2）被雪崩击穿的缘故，处于正向导通状态（HN段）。V\(_{BO}\)称为正向转折电压。当控制极加上触发信号，即Ig＞0时，可控硅在低于V\(_{BO}\)的情况下即可导通；触发电流越大，开始导通时所需的阳极正向电压越低（特性曲线左移）。当可控硅加反向电压时，处于反向关断状态（OQ段）。反向电压数值超过VRB后，因J\(_{1}\)、J3（见图2）被击穿而进入反向雪崩状态，电流急剧增大。V\(_{RB}\)称反向最高测试电压。可控硅正向导通及反向关断、反向雪崩时的伏安特性曲线和普通硅整流元件相似。
参数
可控硅的主要参数有：
①额定平均电流I\(_{F}\)：在规定环境温度、标准散热状态下，可连续通过的工频正弦半波正向电流平均值。
②正（反）向阻断峰值电压V\(_{PF}\)（VPR）在控制极断路和正（反）向关断条件下，可以重复加于正（反）向的峰值电压。此电压规定为正向转折电压（反向最高测试电压）减100伏。
③控制极触发电流Ig、电压Vg：在规定环境温度下，阳极、阴极间加一定电压时，使元件从关断状态转为导通状态所需的最小控制极电流和电压。
④维持电流IH：在规定环境温度，控制极断路的情况下，保持元件处于导通状态时必需的最小阳极正向电流。
目前，我国可控硅型号命名为3CT系列：
应用
如前所述，可控硅具有良好的控制特性，在控制极上用微弱的重复信号（几十至几百毫安电流、几伏电压）能控制很大的阳极电流（几十安至几百安，甚至上千安）和阳极电压（几百伏至几千伏，甚至上万伏），这就使得它除具有一般硅整流元件工作稳定可靠、无磨损、无噪音及操作维护简单等优点外，还具有损耗功率小，可以节约大量电力的突出优点。因此，可控硅获得广泛应用，在很大程度上取代了水银整流器、电动机——发电机组、闸流管、磁放大器、饱和电抗器等许多设备。从钢铁工业的大型轧钢机到纺织等行业用的电熨斗，从国防工业的洲际弹道导弹到农牧业用的电栅栏，都有可控硅的足迹。近年来，我国可控硅技术发展很快。可控硅应用犹如烂漫的山花，开遍工业生产的各个部门；尤其是在节约电力方面取得了十分显著的效果。
按可控硅的工作方式，其应用大体可分为可控整流、无触点开关、逆变和变频三种：
①可控整流：即把交流电变成大小可调的直流电。可控整流已广泛应用于直流电机的调速。在轧钢机、造纸机、印染机等工业设备以及用直流电机拖动的电力传动系统中，要求在不同情况下有不同的运转速度。采用可控整流装置组成直流电机变速系统，代替过去使用的电动机——发电机组和电阻调压设备，不仅使设备大大简化，改善了劳动强度，而且降低了耗电量，提高了调速精度。此外，可控整流还大量应用于电解、电镀、充电、电焊、同步电机励磁等行业中。
②无触点开头：利用可控硅的导通与关断两种状态，能组成直流或交流无触点开关，迅速地接通和切断大功率电路。和有触点开关（如闸刀、接触器、按钮和继电器）相比较，它的突出优点是无触点，开关时不产生火花，动作快，寿命长，可靠性高，适用于防爆、防潮等场合。
③逆变和变频：利用可控硅逆变器，在触发可控硅导通一段时间后再设法使之关断，可以把直流电变成不同频率的交流电，或将某一频率的交流电变换成另一频率的交流电。这种特性是普通硅整流元件不具备的，它也是可控硅应用范围很广的原因之一。可控硅逆变器用于实现交流感应电动机变频调速以及大功率线绕式异步电机串级调速等。
最近几年来，可控硅制造技术已有很大提高，在电流、电压等指标上有了重大突破。据报道，国外已制造出一千六百安、二千五百伏和四百安、一万伏的可控硅，使用频率已高达几十千赫。还出现了多种可控硅派生器件。总的来看，是朝着大功率、高电压、大电流、高频快速和多品种方向发展，同时也积极研究提高稳定性和可靠性，努力降低成本，使得可控硅应用领域不断扩大。
必须指出，可控硅也还有它的缺点和不足之处。如过载能力低，需要较复杂的保护设备，易受干扰而误触发等。这些都是在应用中需要进一步改进的。(张国忠 王大炎)