適用與音響音頻系統(tǒng)可控硅的研發(fā)探討

譚舒凱

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，可控硅在日常應(yīng)用中也變得更加頻繁。當(dāng)今人們不斷加強(qiáng)對可控硅的研究，在現(xiàn)代音響音頻系統(tǒng)當(dāng)中也加入了可控硅，這樣可以有效提高音響性能和可調(diào)性?；诖耍疚氖紫葘煽毓柽M(jìn)行簡單闡述，分析可控硅在音響音頻上的應(yīng)用，最后提出音響音頻系統(tǒng)可控硅的工藝流程。

關(guān)鍵詞：音響音頻；可控硅；研發(fā)；應(yīng)用

中圖分類號：TN722.75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0034-02

現(xiàn)如今，可控硅在設(shè)備生產(chǎn)中的應(yīng)用愈加廣泛，可以說可控硅在實(shí)際研發(fā)過程中是一個非常漫長而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，這是由于在諸多領(lǐng)域當(dāng)中，可控硅都已經(jīng)得到了良好的適用，其中就包括音響音頻系統(tǒng)。應(yīng)用可控硅可以大大減少大電流、大電壓的沖擊力，從而延長音響音頻系統(tǒng)的使用壽命。采用可控硅的單向、雙向、三項控制方法，可以大大提高音頻的利用率，減少音頻損耗，對整個音響音頻系統(tǒng)起到了良好的作用。

1 什么是可控硅

可控硅簡稱SCR（Silicon Controlled Rectifier），是一種大功率電器元件，也稱之為晶閘管?？煽毓柙趯?shí)際應(yīng)用當(dāng)中具有壽命長、體積小、效率高等優(yōu)勢。在整個自動控制系統(tǒng)當(dāng)中，可控硅是非常重要的大功率驅(qū)動器件，可以通過小功率控件控制大功率設(shè)備?？煽毓柙诮恢绷麟姍C(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

實(shí)際上可以將可控硅劃分為兩種，即單向可控硅、雙向可控硅。雙向可控硅也稱之為三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)層面上等于兩個單項可控硅的雙向連接，從而實(shí)現(xiàn)雙導(dǎo)通功能。整個可控硅的通斷狀只要是受到了控制極G決定。在控制極G上增加將正/負(fù)脈沖即可讓其正/反方向?qū)?。該種裝置的優(yōu)點(diǎn)在于控制電路十分簡單，并且不會出現(xiàn)反耐壓等問題，所以在做交流無觸點(diǎn)開關(guān)領(lǐng)域中十分適用。

2 音響音頻系統(tǒng)與可控硅應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 音響音頻系統(tǒng)

簡單來說，音響音頻系統(tǒng)主要是傳聲器通過原發(fā)聲場，將聲波信號轉(zhuǎn)化成為音頻電信號，并按照指定的音頻調(diào)控要去對這些電子設(shè)備進(jìn)行處理。最終把揚(yáng)聲器的電信號轉(zhuǎn)化成為聲波信號向空氣中傳播實(shí)現(xiàn)音頻播放，這就是整個音響音頻系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)理。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，人們也在不斷的享受著先進(jìn)技術(shù)帶來的高品質(zhì)享受，這也提高了人們對音響音頻的要求，而可控硅在很大程度上能夠滿足人們在此方面的需求。當(dāng)今音響音頻系統(tǒng)的應(yīng)用無處不在，例如車輛、房屋等都安裝了各種類型的音響音頻系統(tǒng)，特別是在舞臺上，音響音頻的應(yīng)用更加廣泛。

以舞臺的音響音頻為例，由于舞臺規(guī)模都比較大，而音響音頻實(shí)際水平成為了衡量舞臺技術(shù)的綜合指標(biāo)之一。特別是在文化媒體市場不斷發(fā)展以及不斷完善背景下，各大舞臺都已經(jīng)進(jìn)入到了改革擴(kuò)建階段，為了能夠全面滿足客戶的實(shí)際需求，構(gòu)建更好的舞臺音頻系統(tǒng)勢在必行，舞臺規(guī)模也會變得越來越大。這就需要音頻系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)、聲學(xué)裝修、機(jī)械化提升系統(tǒng)相契合，突出了音響音頻系統(tǒng)的重要性。

音響音頻系統(tǒng)的核心內(nèi)容就是調(diào)音臺，可以實(shí)現(xiàn)舞臺音效的模擬，并且在大型舞臺當(dāng)中也有很多數(shù)字臺可供選擇。在大型舞臺音響音頻系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，需要構(gòu)建4組音頻組合形式，這樣可以實(shí)現(xiàn)一些音頻信號的雙重備份，將2組模擬矩陣作為整個音響擴(kuò)聲的調(diào)音系統(tǒng)，把舞臺聲音信號傳輸?shù)綌U(kuò)音系統(tǒng)當(dāng)中，所剩余的2組矩陣主要是負(fù)責(zé)錄音，這些音響音頻設(shè)計中的每個調(diào)音臺都配置了雙電源，這樣即可采用可控硅實(shí)現(xiàn)雙向控制，大大提高了音響音頻系統(tǒng)的安全性能。

2.2 可控硅在音響音頻系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

隨著可控硅技術(shù)的不斷發(fā)展以及研究不斷深入，可控硅的應(yīng)用范圍更加廣泛，部分需要調(diào)光、調(diào)聲的控制系統(tǒng)中都采用了可控硅。在大型音響音頻系統(tǒng)中，應(yīng)用可控硅可以有效加強(qiáng)整個系統(tǒng)的可控性，并且可以提高整個音響音頻系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量性和安全性。在音響音頻系統(tǒng)中應(yīng)用可控硅有很大的優(yōu)勢，例如應(yīng)用可控硅可以觸發(fā)整流和調(diào)壓對大型音響設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，且在調(diào)控中保證音響音頻系統(tǒng)不會受到大電流和高電壓的沖擊，確保整個音響音頻系統(tǒng)的使用壽命。在大型音響音頻系統(tǒng)中可以利用可控硅的中頻電源，從而提高整個音響音頻系統(tǒng)的性能。

對于音響音頻系統(tǒng)來說，可控硅中的單向、雙向、三項控制都是很好的利用資源，可以針對音響音頻系統(tǒng)運(yùn)行的特殊情況進(jìn)行分析，合理選擇并安裝使用，對于不同類別的音響音頻系統(tǒng)可以選擇不同型號的可控硅。這樣可以最大程度上確?？煽毓柙谝繇懸纛l系統(tǒng)中的作用?？煽毓璧闹T多優(yōu)勢都可以在音響音頻系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并且可控硅能源可以二次利用和再生，提高了整個音響音頻系統(tǒng)設(shè)計的環(huán)保性，在實(shí)際應(yīng)用中也更加新穎。

3 音響音頻系統(tǒng)可控硅生產(chǎn)工藝流程

在N型硅襯底上展開擴(kuò)散鎵鋁，讓硅轉(zhuǎn)化成PNP結(jié)構(gòu)。這樣可以提高硅片處理效率和質(zhì)量，再采用硝酸鋁和純乙醇按照2g：500ml的比例展開調(diào)配，之后再使用超聲機(jī)，在超聲影響8h之后即可把烘干的硅片放入到事先調(diào)制好的溶液當(dāng)中，待到硅片完全浸泡透之后在把硅片放入到石英架上繼續(xù)烘干，再開展鎵源處理。

在經(jīng)過上述處理完成之后，硅片的表層會生成二氧化硅薄膜，這主要是為了服務(wù)于后續(xù)的擴(kuò)磷工作。待到爐溫度上升到了1200℃時，即可打開氧氣閥門，這時把硅片和承載物進(jìn)行過氧再預(yù)熱，逐漸將硅片推入到恒溫地帶。干氧時間通常為1小時，濕氧的時間為2.5小時，在一次循環(huán)后，在對鋁片進(jìn)行干氧1小時，這時爐內(nèi)溫度可以穩(wěn)定到1500℃，之后進(jìn)行測量氧化層厚度。在整個氧化層上需要刻上陰極標(biāo)志。采用一系列的方法后續(xù)操作后再次進(jìn)行陰極標(biāo)志刻制，包括甩膠、前烘、堅膜、顯影、涂黑膠、腐蝕、去黑膠、去光刻等程序。

磷擴(kuò)散主要是采用磷擴(kuò)散方法生成N+，最終會產(chǎn)生PNPN四層結(jié)構(gòu)形式，這就需要門級的觸發(fā)特殊性質(zhì)。把烘干硅片放入到硅載皿當(dāng)中，并通過大量的氮?dú)?00ml放在爐口中進(jìn)行預(yù)防10分鐘，之后再放入到恒溫區(qū)中，采用過氧、過氮工藝，完成最終的測試。通過提高陽極表面濃度，可以改變硅片的普通態(tài)性。在對操作臺進(jìn)行清潔完畢之后，即可開展硅片氮?dú)夂娓晒に?，把硅片放入到盤中24V電壓下對硅片表面進(jìn)行處理。把硅片源面相對放入到爐中，同時也要通入氮?dú)?，完畢后將硅片取出進(jìn)行檢驗。

在管芯陰極上展開蒸鋁工藝，主要是用作電極引出，將真空鍍膜儀器打開，這樣可以將鋁完全融化掉，正式進(jìn)行蒸鋁。在蒸鋁完畢之后展開二次刻光工作接口，采用合金把所蒸發(fā)的鋁、硅進(jìn)行融合，最終會獲得更好的歐姆電阻，之后采用一些磨角等后續(xù)工作即可制作完成音響音頻系統(tǒng)可控硅，進(jìn)而開發(fā)利用。

4 應(yīng)用類型與特性

4.1 雙向可控硅特性曲線

可控硅特色曲線主要是通過一、三兩個象限內(nèi)曲線組成而成。其中，第一象限曲線表明了進(jìn)入到主電極上電壓讓Tc對T1極性為正時，則表示為正向電壓，應(yīng)用U21表示。如果電壓逐漸增加到了轉(zhuǎn)折電壓UBO時，在左邊的可控硅就會產(chǎn)生觸發(fā)導(dǎo)通，這時的通電電流就是I21，電流方向是T2→T1，如果所觸發(fā)的電流越大，其轉(zhuǎn)折就會隨之降低，該情況和普通可控硅觸發(fā)規(guī)律如出一轍，如果加到了主電極上的電壓讓T1到T2的極性為正是，也就形成了反向電壓，用U12表示。此時電壓如果到達(dá)了轉(zhuǎn)折電壓值時，因此右方會觸發(fā)導(dǎo)通，此時電流是I12主導(dǎo)，電流方向為T1→T2。這時就會形成完成的雙向可控硅特定曲線。

4.2 四種觸發(fā)方式

由于雙向可控硅的主電極中，無論是采用正向電壓還是反向電壓、出發(fā)信號是正向還是反向，都是采用被動觸發(fā)導(dǎo)通方法，所以可以劃分為四種出發(fā)形式，其主要表現(xiàn)在：

（1）如果主電極中的T2到T1所增設(shè)的電壓為正電壓，則控制極G對第一電極T1所形成的也都是正觸發(fā)信號。在雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通之后，電流I21的方向則是T2→T1。通過分析上述的特性曲線可知，此時雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通規(guī)律則是第二象特性進(jìn)行形態(tài)，再加上出發(fā)信號是正向信號，所以可以將這種出發(fā)叫做“第一象限的正向觸發(fā)”或稱為I+觸發(fā)方式。（2）如果主電極依然是正向電壓，則需要將出發(fā)信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蛐盘?，這時在雙向可控硅導(dǎo)通后，求電流方向依然是T2→T1形態(tài)。這種出發(fā)形態(tài)也被稱之為“第一象限的負(fù)觸發(fā)”或稱為I-觸發(fā)方式。（3）兩種電極同時向兩個方面轉(zhuǎn)移，在輸入了正方向信號之后，則通態(tài)電流會由T1專向T2。這時雙向可控硅會朝向第三象特性曲線工作，所以這種出發(fā)方式也被稱之為Ⅲ+觸發(fā)方式。（4）兩個主電極朝向反方向，所將輸入的信號是反向觸發(fā)形式，這時在雙向可控硅接通了之后，電流依然是從T1流向T2。這種方式是Ⅲ+觸發(fā)方式的一種。

由此可見，音響音頻系統(tǒng)可控硅有很多種觸發(fā)方式。但因為負(fù)信號出發(fā)所需要觸發(fā)的電壓和電流較少。所以在實(shí)際應(yīng)用中更加可靠，所以在選擇可控硅類型時，需要重點(diǎn)考慮負(fù)觸發(fā)方式。

4.3 特性

（1）在額定通態(tài)平均電流標(biāo)準(zhǔn)時，可以讓陽極、陰極之間持續(xù)通過50Hz的正弦半波電流平均值；（2）如果在峰值電壓VPF在控制極開路中沒有觸發(fā)信號，則陽正極電壓并未經(jīng)過導(dǎo)電電壓時，可以同時加在可控硅兩端正向峰值電壓中。這樣可控硅即可承受絕大部分的正值電壓峰值，但是不能超出可控硅的標(biāo)準(zhǔn)閾值；（3）在控制極觸發(fā)電流、電壓VGT在規(guī)定溫度下，并且陽極與陰極帶有一定的電壓時，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)可以專向為導(dǎo)通狀態(tài)所呈現(xiàn)出的最小控制極電流和電壓。

5 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)今可控硅在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用都十分廣泛，新技術(shù)的發(fā)展推動了產(chǎn)業(yè)更新。在音響音頻系統(tǒng)中做好可控硅的設(shè)計和選擇工作，可以大大提高音響音頻效率，提高音響音頻發(fā)聲質(zhì)量。在實(shí)際選擇過程中，由于不同類型的可控硅可以呈現(xiàn)出不同的性能，需要結(jié)合整個音響音頻系統(tǒng)的特性，做好不同類型可控硅的選擇，這樣才能夠發(fā)揮可控硅在音響音頻系統(tǒng)中的作用。

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