GTO和SCR的比較
SCS的結構圖、電路符號、等效電路 及其I－V特性曲線
圖6.23 SCS的(a)結構圖，(b)電路符號，(c)等效電路，(d)I－V特性曲線
• 矽控開關（Silicon Controlled Switch，SCS）是一種具有二 個控制閘極的四層pnpn閘流體元件，為閘流體中唯一具有四 端子的裝置，結構類似SCR，但比SCR多了一個陽閘極GA， 如圖6.23(a)所示。SCS的電路符號、等效電路和I－V特性分 別示於圖6.23(b)～圖6.23(d)。
• 而反向轉態電壓－VBO則不受影響，仍維持於－8 V。 於是原來圖6.31(b)的電流／電壓特性曲線就變成了圖 6.33(b)的特性曲線。這一特性，特別在想要在正負半 週得到不同導火延遲角時，最為有用，只是SBS用得 並不普遍。
矽對稱開關之元件結構、等效電路元件符號
圖6.34 矽對稱開關(a) 元件結構，(b)和(c)等 效電路，(d)元件符號
PUT和UJT的比較
基本PUT馳張振盪器， 與陽極（電容）電壓的波形
圖6.6 (a)基本PUT馳張振盪器，與(b)陽極（電容）電壓的波形
閘極加二極體的PUT振盪器電路
• PUT的振盪電路需要 一寬範圍的負電阻區， 也就是圖6.4中的IP 必須儘量小，IV儘量 大。IP要小，RG必 須大；IV要大，RG 必須小。因此無法單 靠RG作調整。方法 之一是在閘極上加一 個矽二極體，如圖 6.7所示。
PUT的電路符號及結構圖
圖6.1 PUT的(a)電路符號，(b)結構圖
• 可程式單接面電晶體（programmable unijunction transistor, PUT）是一種pnpn四層的元件，名稱和單 接面電晶體（UJT）相似，事實上它並不是一種單接 面的元件。PUT的結構像矽控整流器（SCR），但是 它的閘極（gate，G）靠近陽極（anode，A），元件 符號和結構，如圖6.1所示。
SCS的交流延時斷電器
圖6.26 SCS的交流延時斷電器
• 圖6.26所示的電路，係用SCS的陽閘極 GA來控制的交流延時電路，其負載係接 於陰極K端。
SCS的符號、等效電路及其I－V特性曲線
圖6.27 SCS的(a)符號，(b)等效電路，(c)I－V特性曲線
• 矽單向開關（Silicon Unilateral Switch, SUS）為三端子元件，其結 構與SCR與PUT相似，唯其閘極與陰極間有一曾納二極體（zener diode）以限制其觸發極性與電壓準位（voltage level），如圖6.27(a) 所示。
工業電子學
Industrial Electronics
張勁燕 編著
工業電子學
Industrial Electronics
第六章 其他閘流體元件
本章章節
• 6.1 緒論 • 6.2 可程式單接面電晶體 • 6.3 蕭克來二極體 • 6.4 閘控開關閘流體 • 6.5 矽控開關 • 6.6 矽單向開關 • 6.7 矽雙向開關 • 6.8 矽對稱開關 • 6.9 不對稱交流觸發開關 • 6.10 矽不對稱開關 • 6.11 光控閘流體
蕭克來二極體應用於SCR激發電路 及其完整的電路
圖6.13 蕭克來二極體應用於，(a)SCR激發電路，(b)完整的電路
• 圖6.13(a)所示為蕭克來二極體應用於SCR的激發電路，當加 上電源後，電容器C兩端電壓依RC時間常數而升高，於電容 器兩端電壓上升至蕭克來二極體的轉態電壓（breakover voltage，VS）時，蕭克來二極體導電，而使電容器放電， 使SCR被激發導通，調整R的電阻值即可改變SCR的導通角 度，而控制供給負載的電功率。完整電路如圖6.13(b)所示。
PUT弛張振盪器電路圖
圖6.3 PUT弛張振盪器電路圖
• 一個PUT的弛張振盪器（或稱弛緩振盪器） （relaxation oscillator）電路，如圖6.3所示。
PUT的I－V特性曲線及觸發電路
圖6.4 PUT的(a)I－V特性曲線，(b)觸發電路
• PUT的詳細I－V特性曲線及各關鍵點和觸發電 路（triggering circuit）如圖6.4所示。
以SCS組成CUJT
圖6.24 以SCS組成CUJT
• SCS配合二個電阻R1和R2，如圖6.24所示， 可以視為一互補的單接面電晶體（CUJT）， 有等效作用。
SCS警報電路
圖6.25 SCS警報電路
• 圖6.25為一SCS的警報電路（alarm circuit），電阻RS必須對 光、溫度或輻射極為敏感。SCS的觸發與導通由陰閘極GK的 電壓控制，即VGK＞0，SCS導通VGK＜0，SCS截止。
圖6.7 閘極加二極體的PUT振盪器電路
固定斜率的斜波產生器
圖6.8 固定斜率的斜波產生器
• 圖6.8為一電壓斜坡產生器（ramp generator） 產生一斜波。輸出斜波的斜率均相同，但斜波 的高度可藉閘極電壓VG的改變而調整，換言 之，PUT為可程式的。
PUT驅動SCR的電路
圖6.9 PUT驅動SCR的電路
雙向四層二極體
圖6.15 雙向四層二極體
• 蕭克來二極體是單向導通的，如果將兩個蕭克來二極 體互相並聯反接，就變成雙向四層二極體（bilateral four layer diode），如圖6.15所示。它的特性曲線是 互相對稱的，它的符號也成兩個互相接合的四層二極 體的形狀。雙向四層二極體可用於交流控制。
• GTO在截止的時候，電路上電壓的上升率dv/dt要適當加 以抑制，否則會損壞閘極附近的接合面（junction）。一 般以如圖6.20所示的保護電路。GTO的最大耐壓可達 500 V，最大電流可達10 A，其額定功率雖不及SCR， 但比SCS和PUT大很多。
GTO鋸齒波產生電路及其電壓輸出波形
SUS的弛緩振盪器電路
圖6.30 SUS的弛緩振盪器電路
• SUS也可以構成弛緩振盪器、產生振盪 波來觸發其他閘流體，如6.30所示輸出 為正脈波。
SBS的元件符號、等效電路及I－V特性
圖6.31 SBS的(a)元件符號，(b)等效電路，(c)I－V特性
• 矽雙向開關（Silicon Bilateral Switch，SBS）的基本 結構是由兩個矽單向開關（SUS）背對背並聯組成， 為三端子雙向工作的元件。它的電路符號、等效電路 和I－V特性，如圖6.31所示。
• 矽對稱開關SSS（Silicon Symmetrical Switch，SSS）也稱 為雙向二極體閘流體（bidirectional diode thyrist-or）或五層 二極體，為一種雙向二端子閘流體，它和triac主要不同是無 閘極裝置，其基本結構相當於二只反向並聯的SCR組合而成， 如圖6.34所示。
蕭克來二極體的I－V特性曲線
圖6.11 蕭克來二極體的I－V特性曲線
• 圖6.11所示為蕭克來二極體的I－V特性曲線。當蕭克來 二極體工作於逆向電壓時，其特性與一般的矽二極體完 全一樣，VRM為其逆向可以承受的最大電壓，亦即若外 加逆向電壓超過VRM時，蕭克來二極體將被破壞。
蕭克來二極體及弛張振盪器電路， 電容器上的電壓波形
PUT的等效電路及I－V特性曲線
圖6.2 PUT的(a)等效電路，(b)I－V特性曲線
• PUT也可以用二個電晶體連接作等效電路，它的I－V特 性有負電阻現象，如圖6.2所示。使PUT 壓和直流偏壓成正比，要使PUT導通，陽極－陰極間要 加順向偏壓，即VAK＞0，同時陽極－閘極電壓VAG＞ 0.6 V，二個電晶體發生正回授（positive feedback）再 生作用，使端電壓下降，電流陡峭上升。
圖6.12 蕭克來二極體，(a)弛張振盪器電路，(b)電容器上的電壓波形
• 最簡單的蕭克來二極體構成的弛張振盪器電路，如圖 6.12(a)所示，電流經由R1向C充電，當電容上的電壓 到達蕭克來二極體的順向交換電壓VS時，二極體瞬間 導通，使電容器迅速放電。放電至低於二極體的維持 電流（holding current）以下，二極體又不通了。
GTO的電路圖及其截止特性
圖6.17 GTO的（a）電路圖，(b)截止特性

GTO的元件結構
圖6.18 GTO的元件結構
• 如圖6.18所示。截止動作之後，電荷逐漸被移開，有 一電漿區（plasma region）聚集在p基極，不會太快 消失，以免電流密度過大而燒壞元件。電漿區內部份 原子游離為帶電的離子。有時也會用交叉指狀 （interdigitated）或渦旋狀（involute）結構，以提高 元件的可靠度（reliability）。
蕭克來二極體弛張振盪應 用於SCR激發電路
圖6.14 蕭克來二極體弛張振盪應用於SCR激發電路
• 蕭克來二極體弛張振盪器用來激發SCR等閘流體，如圖6.14 所示。RD與曾納二極體（zener diode，ZD1）自整流電路 （rectifying circuit）取得弛張振盪器用的直流電壓電源，曾 納二極體可使弛張振盪器與SCR陽極電壓的頻率取得同步。
GTO的基本結構、9種元件符號 及其I－V特性曲線
圖6.16 GTO的(a)基本結構，(b)9種元件符號，(c)I－V特性曲線
• 閘控開關閘流體（gate turn off thyristor, GTO），又稱閘斷 開關（gate trun-off switch），為一四層pnpn半導體控制元 件，其基本結構和SCR相似，也是三端子裝置，如圖6.16 所示。
SUS的觸發試驗電路
圖6.28 SUS的觸發試驗電路
• SUS的觸發電壓可利用外加的參考電位而調整， 如圖6.28所示。
以SUS觸發SCR的電路
圖6.29 以SUS觸發SCR的電路
• SUS作為單向開關，再配合RC相移電路（phase shift circuit），可用來觸發SCR，如圖6.29所示。相位電路 用來改變導通角或點火延遲角。