晶闸管的结构以及工作原理教学内容
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种常用的电子器件，广泛应用于电力控制和调节领域。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括晶闸管的基本结构、工作原理和应用。
一、晶闸管的基本结构1.1 PN结的构成晶闸管由四层半导体材料构成，其中包含两个PN结。
PN结是由P型半导体和N型半导体材料的结合形成的。
P型半导体富含正电荷，N型半导体富含负电荷。
1.2 门极结构晶闸管的门极结构由控制电极和发射极组成。
控制电极通常是一个金属接触，用于控制晶闸管的导通和截止。
1.3 结构特点晶闸管的结构特点是具有双向导电性，即可以在正向和反向电压下导电。
此外，晶闸管还具有高压、大电流、高频等特点。
二、晶闸管的工作原理2.1 导通状态当晶闸管的控制电极施加正向电压时，PN结会形成一个导通通道，电流可以通过晶闸管流动。
此时，晶闸管处于导通状态。
2.2 截止状态当晶闸管的控制电极施加反向电压时，PN结会被反向偏置，导通通道被阻断，电流无法通过晶闸管。
此时，晶闸管处于截止状态。
2.3 触发条件晶闸管的导通需要满足一定的触发条件。
当控制电极施加正向电压时，需要在控制电极和发射极之间加入一个触发脉冲，以激活晶闸管的导通。
三、晶闸管的应用3.1 电力控制晶闸管可以用于电力控制领域，如交流电压调节、交流电流控制、交流电压变换等。
通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现对电力的精确控制。
3.2 频率变换晶闸管的高频特性使其非常适适合于频率变换。
通过控制晶闸管的导通时间和截止时间，可以实现对输入信号频率的变换。
3.3 电动机控制晶闸管可以用于电动机控制，通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现对电动机的启动、住手和调速。
四、晶闸管的优势4.1 快速开关速度晶闸管的导通和截止速度非常快，可以实现高频率的开关操作。
4.2 大电流承载能力晶闸管具有较高的电流承载能力，可以应对大功率电路的需求。
4.3 高温工作能力晶闸管具有较好的高温工作能力，能够在高温环境下稳定工作。
晶闸管的结构以及工作原理
晶闸管的结构以及工作原理晶闸管是一种异型双极结构的电子器件，由三层PNPN结构组成。
它的结构和工作原理可以分为几个方面进行介绍。
1.结构晶闸管由P型和N型半导体材料交叉组成的四层PNPN结构，形成了三个PN结的结构，即P1-N1-P2-N2、两个P型区域称为主极（anode，A）和触发极（gate，G），两个N型区域称为P型区域的发射层（emitter，E）和P型区域的集电层（collector，C）。
晶闸管的主极两端接有外部电源，而触发极一般连接到控制电路。
2.工作原理当晶闸管的控制电极施加一个低于临界电压的阳极电压时，即晶闸管处于关断状态，没有电流通过。
当控制电极施加一个高于临界电压的阳极电压时，即晶闸管处于导通状态，电流可以通过。
晶闸管的导通过程可以分为四个阶段：保持阶段、启动阶段、加强阶段和饱和阶段。
-保持阶段：当触发电压上升时，晶闸管开始导通，但此时并没有电流通过。
主极处于反向偏置，控制电压从触发极上扩展到集电极端，使得内部的PNPN结正向偏置。
-启动阶段：当控制电压达到晶闸管的启动电压时，发射极和集电极之间的电流开始增加。
这个过程是正反馈的，因为电流的增加会引起发射层电压的降低，从而增加集电层电压。
这种正反馈的作用会使晶闸管持续导通而不需要保持电流。
-加强阶段：在启动阶段之后，电流从发射层向集电层继续增加，响应时间非常快，仅为纳秒级别。
晶闸管的涉及电压变小，其间接穿晶闸管的电流开始逐渐加强。
-饱和阶段：在集电极电流和发射极电流足够大的情况下，晶闸管进入饱和状态，其电压降只有几个伏特，并且电流保持在一个稳定的值。
晶闸管的导通和关断是通过控制电极的电压来实现的。
当控制电压去除或降低，晶闸管将自动进入关断状态。
晶闸管的关断过程相对较长，需要通过外部电路才能完全关断。
总结：晶闸管是一种PNPN结构的电子器件，由四个区域（P1-N1-P2-N2）组成。
其工作原理是通过控制电压对其导通和关断进行控制。
晶闸管及其工作原理
通过控制电极施加正向脉冲、负向脉冲 等控制信号，可实现发射极的控制。
晶闸管的工作特性和参数
电流电压特性
晶闸管的电流电压特性是非线性 的，可用电流-电压曲线表示。
保持电流
晶闸管的保持电流是指在开通过 程中，控制电极一旦断开，晶闸 管仍保持导通，不需控制电极信 号，保持电流大小是晶闸管的重 要参数。
局限性
• 仅适用于交流电源。 • 保持电流较小，升温快。 • 容易被电噪声触发，出现误动。
晶闸管的发展历程和前景展望
年代
1959 1971 1988 2010
发展 里程碑 晶闸管诞生 基础理论提出 实现大电流、高压控制 SiC晶闸管、GaN晶闸管研发成功
未来，晶闸管将更广泛地应用于新能源、节能减排、智能电力等领域。
总结和要点
• 晶闸管是一种重要的电子器件，适用于电力电子、通讯储能、控制技 术等领域。
• 晶闸管的优点是结构简单、功率大、响应速度快等；局限性是保持电 流较小和易误动等。
• 晶闸管在发展中迎来了多次里程碑，发展前景广阔。
晶闸管及其工作原理
晶闸管是一种电子器件，广泛用于电力电子领域。本次演讲将介绍晶闸管的 定义、结构、工作原理和应用领域，以及其优点、局限性、发展历程和前景。
晶闸管的定义和作用
定义
晶闸管是一种集微电子、光电、固态物理、控制论、电力电子于一身的半导体开关器件。
作用
晶闸管可用于电力调节、功率控制、频率控制、光控电路等领域。具有与可控硅相比更快的 开关速度和更大的控制范围等优点。
结构
晶闸管由PNPN四层结构和控制电极组成，具有双向导电性和可控性。
晶闸管的结构和工作原理
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控制原理
2
晶闸管控制电极的信号作用下，PNPN结 从正向双极型耗散电阻状态转为低阻状
晶闸管的结构与工作原理
2020年10月14日星期三
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学习情境第一7 单章相电可力控电整子流技电术路的制作
1.5.1.1 晶闸管的基本结构
（1）晶闸管的电路的外形、结构、符号
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学习情境第一7 单章相电可力控电整子流技电术路的制作
1.5.1.1 晶闸管的基本结构
晶闸管的外型如下图所示
螺旋式
平板式
塑封式
它有三个引出极：阳极（Ａ）、阴 极（Ｋ）、和门极（Ｇ）。螺旋式 晶闸管中，螺栓是阳极Ａ的引出端， 并利用它与散热器紧固。平板式则 由两个彼此绝缘的散热器把晶闸管 紧夹在中间，由于两面都能散热， 因而２００Ａ以上的晶闸管常采用 平板式。小功率晶闸管常采用塑封 式，其上部的金属片用螺栓与散热 片紧密接触，以利散热。
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学习情境第一7 单章相电可力控电整子流技电术路的制作
晶闸管的内部结构和符号
晶闸管内部是由ＰＮＰＮ四层 半导体构成，所以有三个ＰＮ 结J1、J２、J３。阳极Ａ从P1层 引出，阴极由N2层引出，门极 由P２层引出。普通晶闸管的结 构和符号如图所示。普通晶闸 管的型号是ＫＰ型
学习情境第一7 单章相电可力控电整子流技电术路的制作
１.5 晶闸管
晶闸管的结构与工作原理 单相可控整流电路 晶闸管的保护 晶闸管触发电路 双相晶闸管与交流调压电路
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学习情境第一7 单章相电可力控电整子流技电术路的制作
1.5.1 晶闸管的结构与 工作原理
主要要求：
1、理解晶闸管的基本结构和工作原理 2、理解晶闸管的伏安特性 3、掌握晶闸管的主要参数和型号
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第 7 章 电力电子技术 6
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的结构与工作原理晶闸管是一种电子元器件，其工作原理基于半导体材料中正负载流子的反复注入和浓缩。
晶闸管具有低损耗，高可靠性和耐受高电压和电流的特点，常用于电力电子设备和自动化控制系统中。
在本文中，我们将讨论晶闸管的结构和工作原理。
一、晶闸管的结构下面是晶闸管的主要结构：1. P型硅基板：晶片的底部是由P型硅基板组成的，其中注入了氧化物层（SiO2层）。
2. N型漂浮区：晶片的顶部是由N型漂浮区域组成的，其厚度通常约为几微米。
3. P型区：在N型区域下面，有一小块P型电极区，通常称为阳极。
在晶片上另一端同样有一块P型区，通常称为阴极。
4. 金属接触层：阳极和阴极上方均有金属接触层，以便在晶体中注入电流。
5. 控制极：在P型区和N型漂浮区中间的区域上有一个控制极，通常称为门极。
门极是一个金属电极，可以通过它来控制晶闸管的通电和断电状态。
晶闸管的主体是一个单结结构，由两个异种半导体材料组成，具有PN结的特征。
二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理主要涉及PN结中存储的大量载流子的控制。
下面是晶闸管的工作原理：1. 断电状态：当晶闸管处于正常的断电状态时，P型区和N型区之间的PN结是不导电的。
此时在晶闸管两端施加的电压低于其绝缘强度，没有足够的电子跨越PN结进入N型区域，也没有足够的空穴跨越PN结进入P型区域。
2. 触发状态：通过控制极施加一个短的脉冲电压，可以注入到N型区的少量电子，这些电子在PN结中的重复撞击产生更多的电子，这些电子在N型区域和P型区域传播，直到引起晶闸管的完全导通。
在完全导通状态下，PN结两侧形成了大量的少数载流子，这些载流子可以像导体一样流动并在晶闸管中形成一个低阻通路。
3. 导通状态：在晶闸管的导通状态下，当控制极不再施加脉冲电压时，晶体仍继续处于导通状态，并且只有在PN结两端电流降为零时才能停止导通。
因此，在应用中可以通过控制电流的大小和时间来控制晶闸管的导通状态，从而实现所需的电路控制。
第1章 晶闸管
有效值与平均值之比称为波形系数Kf则: Kf=I/Id或I= KfId 。 例:设晶闸管承受的电压有效值为２２０Ｖ，流过的电流平 均为１５７Ａ，波形系数为１.１１,考虑安全裕量，求晶 闸管电压、电流定额。 i 解：ＵＮ＝(2～3)1.414×220 IM =622 ～933Ｖ（取800Ｖ)
I K f Id I IT ( AV ) = (1.5 2) = (1.5 2) 1.57 1.57 1.11´ 157 0 （取 200 Ａ） = (1.5 2) = 166 222 A 图1-11 1.57
学习重点:
晶闸管的工作原理、基本特性、主要参数以 及选择和使用中应注意的一些问题。
1.1
引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。
第1章
1.1 引言
晶闸管
1.2 晶闸管的结构与工作原理 1.3 晶闸管的基本特性 1.4 晶闸管的主要参数 1.5 晶闸管的派生器件
1.6 电力二极管(整流二极管)
本章学习内容与重点
本章内容:
介绍晶闸管的工作原理、基本特性、主要参 数以及选择和使用中应注意的一些问题。 介绍电力二极管、晶闸管派生器件的基本特 性和使用中应注意的一些问题。
仿真实验
1.2 晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的工作原理
⊕工作原理（从其内部四层结构来 A 分析） P1 ①定性分析 J1 N1 a. UG≤0，IG=0 G J2 P2 UAK＜0时，J1，J3反偏，J2正 J 3 偏，反向阻断，晶闸管不导通， N2 解释①。 K UAK＞0时，J1，J3正偏，J2反 偏，晶闸管不导通，解释⑤。图1-2 晶闸管的内部结构图
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种重要的电子器件，广泛应用于电力控制和电子调节领域。
了解晶闸管的工作原理对于理解其应用和故障排除至关重要。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括晶闸管的结构、特性和工作方式。
一、晶闸管的结构1.1 硅基材料：晶闸管的主要材料是硅，因其具有较好的电特性和热特性而被广泛应用。
1.2 PN结：晶闸管由两个PN结组成，其中一个PN结被称为控制结，另一个PN结被称为终端结。
1.3 门极结：晶闸管的控制结上有一个附加的门极结，通过控制门极上的电压来控制晶闸管的导通和截止。
二、晶闸管的特性2.1 可控性：晶闸管的导通和截止状态可以通过控制门极上的电压来实现，具有可控性。
2.2 双向导通性：晶闸管可以在正向和反向电压下导通，具有双向导通性。
2.3 高电压和高电流承受能力：晶闸管能够承受较高的电压和电流，适用于高功率电子设备的控制。
三、晶闸管的工作方式3.1 导通状态：当门极结施加正向电压时，晶闸管处于导通状态，电流可以从终端结流过。
3.2 截止状态：当门极结施加反向电压时，晶闸管处于截止状态，电流无法通过终端结。
3.3 触发方式：晶闸管可以通过正向或负向的脉冲电压来触发，使其从截止状态转变为导通状态。
四、晶闸管的应用4.1 电力控制：晶闸管可以用于电力调节、电压变换和电流控制等领域，实现对电力的精确控制。
4.2 电子调节：晶闸管可以用于调节电子设备的亮度、速度和功率等，提高设备的性能和效率。
4.3 高频电子设备：晶闸管具有快速开关速度和较低的开关损耗，适用于高频电子设备的控制和调节。
五、晶闸管的故障排除5.1 过电流保护：晶闸管在工作过程中可能会受到过电流的影响，需要采取相应的保护措施。
5.2 过电压保护：晶闸管在工作过程中可能会受到过电压的影响，需要采取相应的保护措施。
5.3 温度控制：晶闸管在工作时会产生较高的温度，需要采取散热措施来控制温度，以避免故障发生。
结论：晶闸管作为一种重要的电子器件，具有可控性、双向导通性和高电压、高电流承受能力等特点。
第9章 晶闸管电路及其应用..
二、晶闸管的主要参数
1. 晶闸管的电压参数
（1）正向转折电压UBO（Forward break over voltage）
在额定结温（100A以上为115℃，50A以下为100℃）和门 极开路的条件下，阳极和阴极间加正弦半波正向电压使器件由 阻断状态发生正向转折变成导通状态所对应的电压峰值。
（2）断态重复峰值电压UDRM（Blocking recurrence peak voltage） 指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶 闸管上的正向峰值电压。重复频率为每秒50次，每次持续时 间不大于10ms，其值为 UDRM = UBO—100V
（3）反向转折电压UBR 就是反向击穿电压。 （4）反向重复峰值电压URRM 指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶 闸管上的反向峰值电压。
U M和URRM中较小者，再取相应于标准电压等级 中偏小的电压值作为晶闸管的标称额定电压。在1000V以下， 每100V一个等级；在1000~3000V，则是每200V一个等级。为 了防止工作中的晶闸管遭受瞬态过电压的损害，通常取电压安 全系数为2~3，例如器件在工作电路中可能承受到的最大瞬时 值电压为UTM，则取额定电压UT=（2~3）UTM。 （6）通态正向平均电压UF
流），在不同的门极触发电流IG作用下经不同的转折电压UBO
和负阻区（电流增加，电压减小），到达正向导通状态（低 电压，大电流）。
正向导通特性和一般二要管的正向导通特性一样，门极
触发电流IG越大，转折电压UBO越低。
当IG=0时，晶闸管正向电压UAK增大到转折电压UBO前，器 件处于正向阻断状态，其正向漏电流随UAK电压增高而逐渐增 大，当UAK达到UBO时管子将突然从阻断状态转为导通状态， 导通后器件的特性与整流二极管正向伏安特性相似。 当通入门极电流IG且足够大时，正向转折电压降至极小， 使晶闸管像整流二极管一样，一加上正向阳极电压就导通，这
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种常用的电子器件，广泛应用于电力控制和电子变换领域。
它具有双向导电性和开关特性，可以实现高电压和高电流的控制。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理及其相关特性。
一、晶闸管的结构晶闸管由四个半导体材料层叠而成，主要由P型半导体（阳极），N型半导体（阴极），P型半导体（门极）和N型半导体（门极）组成。
晶闸管的结构类似于二极管，但多了一个控制极（门极），因此也被称为四层结构。
二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、触发状态、导通状态和关断状态。
1. 关断状态：在晶闸管未被触发时，处于关断状态。
此时，晶闸管的正向电压（阳极对阴极）和反向电压（阴极对阳极）均无法导通。
晶闸管的结构中存在一个PN结，阻止了电流的流动。
2. 触发状态：当给予晶闸管的门极一个正向电压脉冲时，晶闸管将进入触发状态。
在触发状态下，晶闸管的正向电压依然无法导通，但是反向电压下的电流开始流动。
这个过程被称为触发。
3. 导通状态：一旦晶闸管被触发，它将进入导通状态。
在导通状态下，晶闸管的正向电压和反向电压均能导通。
当正向电压大于晶闸管的导通电压（通常为0.7V）时，晶闸管会导通电流。
此时，晶闸管相当于一个导电通道，允许电流从阳极流向阴极。
4. 关断状态：当导通电流下降到一个很低的水平时，晶闸管将进入关断状态。
在关断状态下，晶闸管的正向电压和反向电压均无法导通。
晶闸管需要重新触发才能再次导通。
三、晶闸管的特性晶闸管具有以下几个特性：1. 双向导电性：晶闸管可以在正向和反向电压下导通电流。
这使得晶闸管在交流电路中起到了重要的作用，可以实现电流的双向控制。
2. 开关特性：晶闸管具有开关特性，可以实现高电压和高电流的控制。
通过控制门极电压的变化，可以控制晶闸管的导通和关断状态。
3. 快速开关速度：晶闸管具有快速的开关速度，可以在微秒的时间内完成导通和关断状态的切换。
这使得晶闸管在高频电路和脉冲电路中得到广泛应用。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种常用的电子器件，广泛应用于电力控制和电子调节领域。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括结构组成、工作方式和特点等方面。
一、晶闸管的结构组成1.1 PN结构：晶闸管由PN结构组成，其中P层和N层分别为P型半导体和N 型半导体。
PN结构是晶闸管的基本单元，它决定了晶闸管的导通和截止。
1.2 控制极：晶闸管还包括一个控制极，通常称为G极或者门极。
控制极通过控制电流来控制晶闸管的导通和截止。
1.3 金属触发极：晶闸管还具有一个金属触发极，用于触发晶闸管的导通。
触发极通常由金属片组成，通过施加正向电压来触发晶闸管的导通。
二、晶闸管的工作方式2.1 导通状态：当晶闸管的控制极施加正向电压时，PN结的正向偏置会导致电流从P层流向N层，形成导通状态。
此时，晶闸管的电阻很小，电流可以通过。
2.2 截止状态：当晶闸管的控制极施加反向电压时，PN结的反向偏置会阻挠电流流动，晶闸管处于截止状态。
此时，晶闸管的电阻很大，电流无法通过。
2.3 触发导通：当晶闸管的触发极施加正向电压时，触发电流会通过触发极和控制极，使得晶闸管从截止状态变为导通状态。
触发导通后，即使控制极的电压变为零，晶闸管仍然保持导通状态。
三、晶闸管的特点3.1 可控性：晶闸管具有良好的可控性，可以通过控制极的电压来控制晶闸管的导通和截止。
3.2 高电压和高电流：晶闸管能够承受较高的电压和电流，适合于高功率电力控制。
3.3 快速开关速度：晶闸管的开关速度较快，能够实现高频率的开关操作。
3.4 低功耗：晶闸管在导通状态时的功耗较低，能够提高电路的效率。
四、晶闸管的应用领域4.1 电力控制：晶闸管广泛应用于电力控制领域，如交流电调光、电动机控制等。
4.2 电子调节：晶闸管也被用于电子调节领域，如变频调速、电炉温度控制等。
4.3 电子开关：由于晶闸管具有快速开关速度，它还可以用作电子开关，实现高频率的开关操作。
结论：本文详细介绍了晶闸管的工作原理，包括结构组成、工作方式和特点等方面。
晶闸管结构和工作原理
晶闸管结构和工作原理晶闸管是一种电力电子器件，主要用于交流电的控制。
它具有可控硅的性质，可用于控制高功率电路中的电流和电压。
下面将详细介绍晶闸管的结构和工作原理。
晶闸管的结构：晶闸管主要由四个层状结构的半导体材料构成，分别为N型半导体层、P型半导体层、N型半导体层和P型半导体层。
其中，两个N型半导体层分别为阳极和阴极，两个P型半导体层分别为控制电极和控制极。
这四个层状结构组成了一个PNPN的结构，在两个P型半导体层之间形成一个N型的电流通道。
晶闸管的工作原理：晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、触发状态、导通状态和自关断状态。
1.关断状态：当晶闸管两端的电压低于其耐压能力时，晶闸管处于关断状态。
此时，晶闸管的正向和反向电阻非常大，几乎不导电。
2.触发状态：当控制电极施加一个正向电压时，会在控制电极和阳极之间形成一个小电流。
这个小电流被称为触发电流，它可以激活和控制晶闸管的导通。
3.导通状态：当晶闸管的控制电极施加一个足够的触发电流时，晶闸管可以从关断状态转变为导通状态。
此时，晶闸管会变为低电阻状态，导通电流流过。
4.自关断状态：当晶闸管处于导通状态时，只有当电流降至零或通过一个负电流触发时，晶闸管才能自动返回关断状态。
此时，通过断开控制电路或通过反向电流将晶闸管的控制电极电压逆向极化，晶闸管会自动关断。
晶闸管的应用：晶闸管作为一种可控硅器件，具有广泛的应用。
主要有以下几个方面：1.交流电控制：晶闸管可以用于控制交流电的电流和电压，如家电中的电炉、实验室中的变压器和电机控制等。
2.电力调节器：晶闸管可以用于电力调节器中，用于控制电能的输出和稳定电路。
3.变频器：晶闸管可以用于变频器中，将交流电转换为不同频率的电流，广泛应用于电机调速、光伏发电和风电发电等领域。
4.焊接设备：晶闸管可以用于电子焊接设备中，控制焊接电流的大小和稳定性。
5.逆变器：晶闸管可以用于逆变器中，将直流电转换为交流电，并可调节输出电压和频率，应用于太阳能发电和电动汽车等领域。
《电工电子技术》课件——晶闸管
电流 参数
维持电流 IH
晶闸管被触发导通以后，在室温和门极开路条件下，减小阳极电流，使晶闸 管维持通态所必需的最小阳极电流。
擎住电流 IL
晶闸管一经触发导通就去掉触发信号，使晶闸管保持导通所需要的最小阳极 电流。
总结
晶闸管的工作原理 晶闸管的特性 晶闸管的参数
iA
IH
UBR
0
反向 击穿
正向 导通
Ig2>Ig1>0
Ig2 Ig1
阻断 状态
Ig=0
uAK UBO
图3 晶闸管的伏安特性
晶闸管稳态特性——伏安特性
1
当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极是否加上触发信号，晶闸管
总是处于反向阻断状态，只流过很小的反向漏电流。
2
反向电压增加，反向漏电流也逐渐增大。
3
反向电压增加到反向转折电压UBR时，晶闸管反向击穿，反向漏电流
晶闸管广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种大功 率电能转换场合。
晶闸管的基本结构
电气符号
GK
N2 P2 N2 N1 P1
钼片 硅片 钼片
A
内部管芯结构
四层半导体结构
图1 晶闸管的内部管芯结构图与电气符号
晶闸管工作原理
(a)双晶体管模型
图2 晶闸管双晶体模型与等效电路
晶闸管工作原理
A
Ig2>Ig1>0
Ig2 Ig1
阻断 状态
Ig=0
uAK UBO
图3 晶闸管的伏安特性
晶闸管稳态特性—的增大，正向转折电 压下降，导通后管压降很小，IA 的大小取 决于外加电压和负载。
➢ 减小阳极电压 uAK ， IA也不断减小，直 到小于维持电流 IH 后，晶闸管会关断。
晶闸管的结构以及工作原理
晶闸管的结构以及工作原理一、晶闸管的基本结构可控硅整流器（SCR）是一种四层结构的大功率半导体器件。
它也被称为可控整流器或可控硅元件。
它有三个引出电极，即阳极（a）、阴极（k）和栅极（g）。
符号表示和设备部分如图1所示。
图1符号表示法和器件剖面图普通晶闸管在n型硅片中双向扩散p型杂质（铝或硼）形成p1n1p2结构，然后在P2的大部分区域扩散n型杂质（磷或锑）形成阴极。
同时，在P2上引出栅极，在P1区域形成欧姆接触作为阳极。
-1-图2。
晶闸管载波分配二、晶闸管的伏安特性晶闸管的通断状态由阳极电压、阳极电流和栅极电流决定。
它们之间的关系通常用伏安特性曲线来描述，如图3所示。
-2-图3晶闸管伏安特性曲线当晶闸管vak加正向电压时，j1和j3正偏，j2反偏，外加电压几乎全部降落在j2结上，j2结起到阻断电流的作用。
随着vak的增大，只要vak?vbo，通过阳极电流ia都很小，因而称此区域为正向阻断状态。
当vak增大超过vbo以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。
晶闸管流过由负载决定的通态电流it，器件压降为1v左右，特性曲线cd段对应的状态称为导通状态。
通常将vbo及其所对应的ibo称之为正向转折电压和转折电流。
晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流ih的某一临界值以下，器件才能被关断。
当晶闸管处于关闭状态（VAK？VBO）时，如果栅极相对于阴极为正，并且电流Ig施加到栅极，晶闸管将在较低的电压下导通。
转向电压VBO和转向电流IBO都是Ig的功能。
Ig越大，VBO越小。
如图3所示，一旦晶闸管导通，即使栅极信号被移除，该装置仍导通。
当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要vak?vro，ia很小，且与ig基本无关。
但反向电压很大时（vak?vro），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，因此称vro为反向转折电压和转折电流。
晶闸管介绍及应用
二、 门极伏安特性 如图1—6所示，晶闸管的门极伏安特性是指门极与阴极之间J3结的伏安特性，同一电流系 列的晶闸管，其门极伏安特性分散性很大,并非一条曲线，而是极限高阻门极伏安特性和极限 低阻门极伏安特性之间的一个区域，又称门极伏安特性区域。触发电路提供的触发电压、触 发电流和触发功率都应限制在门极伏安特性曲线中的可靠触发区域内。
式中 α 1、α 2 是V1、V2晶体管的电流放大倍数，I co 是晶闸管的漏电流。
1）Ig=0，由于α 1、α 2都很小，α 1+α 2≈0， 则I a= I co，只有漏电流，晶闸管阻断。
2）Ig>0，α 1、α 2增大，α 1+α 2≈1， 则I a≈∞，形成电流正反馈，晶闸管导通。
晶闸管导通的正反馈过程为：
1
I d=
2
2
0 3 I md t
= Im 3
I =
1 2
2 0
3 I m 2d t
= Im 3
波形系数
I
Kf =
Id
允许电流平均值
Id = 1.57I TAV Kf
1 .57
Id = 1.57I TAV =100A 1.57
Id = 1.57I TAV =70.7A
2.22
2.22
100A器件只能当70A使用
Id = 1.57I TAV =141.4A
1.11
1.11
100A器件可当141.4A使用
Id = 1.57I TAV =90.7A
1.73
1.73
100A器件可当90.7A使用
输出波形的面积增加到原来的2倍，平均值增加到原来的2倍，有效值增加到原来的 2
第一章：电力电子器件晶闸管
2．反向重复峰值电压URRM：在门极断路而结温为额定值时，允许 重复加在器件上的反向峰值电压。
3．通态（峰值）电压UTM：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态 平均电流时的瞬态峰值电压。
4．额定电压：取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件 的额定电压。选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。
最小门极电流； ● UGr：指产生触发电流 IGr 所需门极电压值； ● 环境温度高时需要的 Igr 和 Ugr 要小些；
环境温度低时需要的 IGr 和 Ugr 要大些； ● 同一型号晶闸管门极特性分散性较大，因此触发电路送出的
触发电流和触发电压应适当大于额定值的上限，但不能超过 最大电流、电压和功率极限。
雪崩 击穿
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
一．静态特性
§1.3.2 晶闸管的基本特性
1．正向特性：器件施加正向电压，IG=0 时，正向阻断状态，只有 很小的正向漏电流流过；正向电压超过临界极限——正向转折
电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通； ● 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；
IC2＝2 IK ＋ ICBO2
（1－2） ICBO：共基极漏电流
I K＝IA＋IG
（1－3）
IA＝Ic1＋Ic2
（1－4）
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（1－5）
★ 晶闸管中的晶体管特性为：
● 在低发射极电流下 是很小的； ● 而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理晶闸管是一种电子器件，用于控制直流或交流电流的流动，它有着广泛的使用场合，比如变频器、电子调压器、电子稳压器等。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理。
一、晶闸管的结构晶闸管是由四层P-N结构构成，其中包括一个PNPN四层结构，在四个结之间有一些控制引脚。
晶闸管之所以被称为"可控硅"，是因为它的PNPN四层结上一个控制电压可以改变结内的电阻，进而改变晶闸管的导通性能。
晶闸管的上下两个接口分别为阴极（C）和阳极（A），第三个引脚为控制态晶体（G），第四个引脚为触发极（T）。
当晶闸管的控制极接通一定的电压，晶体内的电子开始运动，此时晶闸管就可以导电。
二、晶闸管的工作原理1. 晶闸管的导通当晶体管的控制极施加一个正的触发脉冲时，会通过控制极、基极、阳极、阴极，形成一个电压引导，使得晶闸管进入导通状态，在导通状态下，晶闸管的电流可以高达几百安培。
2. 晶闸管的关断当通过晶闸管的电流小于其维持电流等级时，晶件处于关断状态，此时晶闸管会把所有的电流阻止在其耗散电阻中，即是晶闸管的电流变成向耗散电阻方向流动，并阻止向阴阳极流出。
当在晶体管的阳极有正向电压加到临门时，此时晶体管的硅晶在电场作用下可产生开孔，使得阳极所加电压的电流向晶体管的控制极G流入，使得晶能进入导通状态。
在晶闸管的导通状态下，从阳极到阴极的电流不断增大，但是从控制极G到阳极的电流却非常小，此时控制极G断电后，晶体管不会立即关断，它会维持一定的电流容量，直到晶体管的电流降低到维持电流以下，晶体管才会进入关断状态。
三、晶闸管的优势晶闸管相对于其他电子器件，有如下优势：1. 低功耗：晶闸管转换数据时会使无功损耗降至最低，从而达到更高效的传输速率。
2. 维护方便：晶闸管不需要额外的维护，因为它的包装结构只需要更换整个组件就可以在很长的时间内维持。
3. 节省成本：晶闸管组件的启动输入电流较于其他电子器件更低，所以在启动的时候只需要更小的电源，就可以完成同样的复杂任务。
晶闸管结构及工作原理_
晶闸管结构及工作原理_晶闸管的结构主要由四个区域组成：N区，P区，N+区和P+区。
其中N区和P区之间形成PN结，N+区和P+区之间形成P+N结。
在N区和P区之间加上一个外接电压，当向PN结端施加一个正向电压时，PN结处的电子和空穴被迁移到PN结的另一侧，形成一个导电通路。
这个导电通路就是晶闸管的主要通道。
晶闸管的工作原理是基于PNPN结构。
当晶闸管处于关断状态时，PN 结处有一个薄的绝缘层，没有电流通过。
一旦向PN结端施加一个正向电压，PN结附近的电子被迁移到P区，形成电子空穴对。
这些电子空穴对再漂移到PN结另一侧，继续形成更多的电子空穴对，这样就形成了一个电导通道。
当晶闸管接通时，通过PNPN结的电流增加，PN结的电场增强，进一步促进了电流的传输。
晶闸管内部的电导通道逐渐扩大，形成一个低阻通道，从而允许更大的电流通过。
晶闸管处于导通状态时，仅需一个较小的控制电流即可控制整个晶闸管的电流。
通过控制晶闸管的触发脉冲，可以实现开关功能。
当有一个触发脉冲施加在PNPN结上时，PNPN结的电流迅速增加，晶闸管从导通状态转换为关断状态。
同样地，当再次施加一个触发脉冲时，晶闸管又从关断状态转换为导通状态。
晶闸管的工作原理主要涉及到PNPN结的电流迁移和电导特性。
其关键在于控制电路和触发脉冲的施加。
正是通过对触发脉冲进行控制，以及对晶闸管的电流和电压进行有效的监控，才能实现对晶闸管的精确控制。
晶闸管的结构和工作原理的理解对于实际应用非常重要。
晶闸管可以在电力控制、变换和调制等领域中发挥重要作用，如交流电变直流电、电能调节和传输等。
通过深入了解晶闸管的特性和工作原理，可以更好地应用晶闸管，提高电力系统的效率和可靠性。
晶闸管的构造和工作原理
晶闸管是一种半导体器件，常用于电能控制领域。它由多种组成部分构成， 通过导通和关断过程实现电流控制和电力转换。下面我们将深入了解晶闸管 的原理和应用。
什么是晶闸管？
晶闸管是一种功率半导体器件，能够在一个电压触发条件下控制电流流动。 它通过自我保持性质，只需要一次触发就可以持续导通电流。
晶闸管的结构
晶闸管由四层结构的PNPN型晶体管构成，包括一个P型层、一个N型层、一 个P型层和一个N型层。结构的四个区域称为阳极、阴极、控制极和触发极。
晶闸管的工作原理
当施加触发电压时，晶闸管进入导通状态。在导通状态下，阳极和阴极之间的电流可以流动。当电流降低到一 个非导通电流水平时，晶闸管自动关闭。
3
关断状态
晶闸管处于关断状态，电流无法通过。
晶闸管的分类
晶闸管可以根据不同的工作原理和结构特点进行分类，常见的包括雪崩晶闸 管、光控晶闸管和门极可控晶闸管等。
理想晶闸管的特性
低导通压降
理想的晶闸管具有低导通压降，能够减少功耗。
高导通能力
可以承受较大的电流，具有高导通能力。
快速响应
理想的晶闸管能够快速响应触发信号，实现快速导通。
导通过程分析
1
注入过程
当施加触发电压时，少数载流子被注入晶体结构中。
2
扩散过程
注入的载流子扩散到晶闸管内部，形成导电通道。
3
电流流动
在导电通道中，电流可以自由流动，晶闸管处于导通状态。
关断过程分析
1
断续过程
施加负向电压时，载流子重新组合，导电通道断开。
2
封堵过程
断开的导电通道被封堵住，电流无法流动。
3 可控性强
晶闸管的导通和关断过程可以通过控制信号进行精确控制。
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晶闸管的结构以及工作原理一、晶闸管的基本结构晶闸管（SemiconductorControlled Rectifier 简称SCR ）是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。
它有三个引出电极，即阳极（A ）、阴极（K ）和门极（G ）。
其符号表示法和器件剖面图如图1所示。
图1 符号表示法和器件剖面图普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散P 型杂质（铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极，在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。
图2、晶闸管载流子分布二、晶闸管的伏安特性晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。
通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图3所示。
图3 晶闸管的伏安特性曲线当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏，2J 反偏，外加电压几乎全部降落在2J 结上，2J 结起到阻断电流的作用。
随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。
当AK V 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。
晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为1V 左右，特性曲线CD 段对应的状态称为导通状态。
通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。
晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。
当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。
转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数，G I 越大，BO V 越小。
如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。
当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要RO AK V V <，A I 很小，且与G I 基本无关。
但反向电压很大时（RO AK V V ≈），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，因此称RO V 为反向转折电压和转折电流。
三、晶闸管的静态特性晶闸管共有3个PN 结，特性曲线可划分为（0~1）阻断区、（1~2）转折区、（2~3）负阻区及（3~4）导通区。
如图5所示。
（一）正向工作区1、正向阻断区（0~1）区域当AK 之间加正向电压时，1J 和3J 结承受正向电压，而2J 结承受反向电压，外加电压几乎全部落在2J 结身上。
反偏2J 结起到阻断电流的作用，这时晶闸管是不导通。
2、雪崩区（1~2也称转折区）当外加电压上升接近2J 结的雪崩击穿电压2BJ V 时，反偏2J 结空间电荷区宽度扩展的同时，内电场也大大增强，从而引起倍增效应加强。
于是，通过2J 结的电流突然增大，并使得流过器件的电流也增大。
此时，通过2J 结的电流，由原来的反向电流转变为主要由1J 和3J 结注入的载流子经过基区衰减而在2J 结空间电荷区倍增了的电流，这就是电压增加，电流急剧增加的雪崩区。
因此区域发生特性曲线转折，故称转折区。
3、负载区（2~3）当外加电压大于转折电压时候，2J 结空间电荷区雪崩倍增所产生大量的电子—空穴对，受到反向电场的抽取作用，电子进入1N 区，空穴进入2P 区，由于不能很快的复合，所以造成2J 结两侧附近发生载流子积累：空穴在2P 区、电子在1N 区，补偿离化杂质电荷，使得空间电荷区变窄。
由此使得2P 区电位升高、1N 区电位下降，起了抵消外电场作用。
随着2J 结上外加电压下降，雪崩倍增效效应也随之减弱。
另一方面1J 和3J 结的正向电压却有所增强，注入增加，造成通过2J 结的电流增大，于是出现了电流增加电压减小的负阻现象。
4、低阻通态区（3~4）如上所述，倍增效应使得2J 结两侧形成电子和空穴的积累，造成2J 结反偏电压减小；同时又使得1J 和3J 结注入增强，电路增大，因而2J 结两侧继续有电荷积累，结电压不断下降。
当电压下降到雪崩倍增停止以后，结电压全部被抵销后，2J 结两侧仍有空穴和电子积累，2J 结变为正偏。
此时1J 、2J 和3J 结全部正偏，器件可以通过大电流，因为处于低阻通态区。
完全导通时，其伏安特性曲线与整流元件相似。
（二）反向工作区（0~5）器件工作在反向时候，1J 和3J 结反偏，由于重掺杂的3J 结击穿电压很低，1J 结承受了几乎全部的外加电压。
器件伏安特性就为反偏二极管的伏安特性曲线。
因此，PNPN 晶闸管存在反向阻断区，而当电压增大到1J 结击穿电压以上，由于雪崩倍增效应，电流急剧增大，此时晶闸管被击穿。
图4 晶闸管的门极电流对电流—电压特性曲线的影响四、晶闸管的特性方程一个PNPN 四层结构的两端器件，可以看成电流放大系数分别为1α和2α的211P N P 和221N P N 晶体管，其中2J 结为共用集电结，如图6所示。
当器件加正向电压时。
正偏1J 结注入空穴经过1N 区的输运，到达集电极结（2J ）空穴电流为A I 1α；而正偏的3J 结注入电子，经过2P 区的输运到达2J 结的电流为K I 2α。
由于2J 结处于反向，通过2J 结的电流还包括自身的反向饱和电流CO I 。
由图6可知，通过2J 结的电流为上述三者之和，即CO K A J I I I I ++=212αα （1）假定发射效率121==γγ，根据电流连续性原理K A J I I I ==2，所以公式（1）变成：)(121αα+-=CO A I I （2） 公式说明，当正向电压小于2J 结的雪崩击穿电压B V ，倍增效应很小，注入电流也很小，所以1α和2α也很小，故有121<+αα （3）此时的CO I 也很小。
所以1J 和3J 结正偏，所以增加AK V 只能使2J 结反偏压增大，并不能使CO I 及A I 增加很多，因而器件始终处于阻断状态，流过器件的电流与CO I 同一数量级。
因此将公式（3）称为阻断条件。
当AK V 增加使得2J 结反偏压增大而发生雪崩倍增时候，假定倍增因子M M M p n ==，则CO I 、1α和2α都将增大M 倍，故（2）变成)(121αα+-=M MI I CO A （4） 此时分母变小，A I 将随AK V 的增长而迅速增加，所以当1)(21=+ααM （5）便达到雪崩稳定状态极限（BO AK V V =），电流将趋于无穷大，因此（5）式称为正向转折条件。
准确的转折点条件，是根据特性曲线下降段的起点来标志转折点。
在这点0=A AK dI dV ，022<AAK dI V d现在利用这个特点，由特性曲线方程式（4）推导转折点条件。
因为1α和2α是电流的函数，M 是2J V 的函数，可近似用)()(2AK J V M V M =，CO I 为常数，对（4）求导AKA dV dI ，计算结果是 AK CO A A A A A A AKAA AK dV dM I I I dI d I M dI d I M dV dI dI dV )()()(11212211+++-+-==αααααα （6） 由于转折电压低于击穿电压，故AKdV dM 为一恒定值。
分母也为恒定值，由于0=AAK dI dV ，分子也必须为零，可得到 1)()(2211=+++AA A A dI d I M dI d I M αααα （7） 根据晶体管直流电压放大系数的定义，CBO E C I I I +=α （8）即可得到小信号电流放大系数EE E C dI d I dI dI ααα+==~ （9） 利用公式（9）可把公式（7）变为 1)(2~~1=+ααM （10） 即在转折点，倍增因子与小信号~α之和的乘积刚好为1。
PNPN 结构只要满足上式，便具有开关特性，即可以从断态转变成通态。
由于α是随着电流E I 变化的，当A I 增大，1α和2α都随之增大。
由此可知，在电流较大时，满足（6）的M 值反而可以减小。
这说明A I 增大，AK V 相应减小，这正是图5中曲线（2~3）所示的负阻段。
α既是电流的函数名同时也是集电结电压的函数，当α一定时电流增大则相应的集电结反偏压减小。
当电流很大，会出现121>+αα （6）根据方程（2），2J 结提供一个通态电流（0<CO I ）。
因此2J 结必须正偏，于是1J 、2J 和3J 结全部正偏，器件处于导通。
这便是图5中的低压大电流段。
器件有断态变为通态，关键在于2J 结必须由反偏转为正偏。
2J 结反向专为正向的条件是2P 区、1N 区分别应有空穴和电子积累。
从图（6）可以看出，2P 区有空穴积累的条件是，1J 结注入并且被2J 收集到2P 区的空穴量A I 1α要大于同K I )1(2α-通过复合而消失的空穴量，即K A I I )1(21αα-> （7）因为K A I I =，所以得到121>+αα。
只要条件成立，2P 区的空穴积累同样，1N 区电子积累条件为K A I I )1(12αα-> （8）故121>+αα （9）可见当121>+αα条件满足时候，2P 区电位为正，1N 区电位为负。
2J 结变为正偏，器件处于导通状态，所以121>+αα称为导通条件。
五、门极触发原理如图5-7所示，断态时，晶闸管的1J 和3J 结处于轻微的正偏，2J 结处于反偏，承受几乎全部断态电压。
由于受反向2J 结所限，器件只能流过很小的漏电流。
若在门极相对于阴极加正向电压G V ，便会有一股与阳极电流同方向的门极电流G I 通过3J 结，于是通过3J 结的电流便不再受反偏2J 结限制。
只要改变加在3J 结上的电压，便可以控制3J 结的电流大小。
G I 增大时，通过3J 结的电流的电流也随着增大，由此引起2N 区向2P 区注入大量的电子。
注入2P 区的电子，一部分与空穴复合，形成门极电流的一部分，另一部分电子在2P 区通过扩散到达2J 结被收集到1N 区，由此引起通过2J 结电子电流增加，2α随之增大。
电子被收集到1N 区使得该地区电位下降，从而使得1J 结更加正偏，注入空穴电流增大，于是通过2211N P N P 结构的电流A I 也增大。
而1α和2α都是电流的函数，它将随着电流A I 增大而变大。
这样，当门极电流G I 足够大时候，就会使得通过器件的电流增大，使得121>+αα条件成立。
所以，当加门极信号时候，器件可以在较小的电压下触发导通。
G I 越大，导通时候的转折电压就越低，如图4所示。