晶闸管的主要特性
晶闸管介绍
晶闸管介绍：晶闸管是一种大功率开关型半导体器件，具有硅整流器件的特性。
1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。
晶闸管是PNPN 四层半导体结构，有三个极：阳极、阴极和控制极。
它能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管具有硅整流器件的特性，因此能够在高电压、大电流条件下工作。
在实际应用中，晶闸管的导通和截止状态可以通过控制极触发电流来实现控制。
在正向电压条件下，晶闸管内部两个等效三极管均处于截止状态，此时晶闸管是截止的。
当控制极上施加触发电流时，晶闸管内部等效三极管导通，晶闸管进入导通状态。
在导通状态下，控制极失去作用，即使控制极上施加反向电压，晶闸管仍然保持导通状态。
要使晶闸管截止，需要使其阳压为零或为负，或将阳压减小到一定程度，使流过晶闸管的电流小于维持电流，晶闸管才自行关断。
此外，晶闸管具有正向和反向特性。
在正向特性下，只有很小的正向漏电流；在反向特性下，需要施加反向电压才能使晶闸管导通。
因此，在实际应用中需要根据具体电路要求选择合适的晶闸管类型和规格。
晶闸管的特点
晶闸管的特点
晶闸管的特点：
1、开关特性：晶闸管具有较强的开关特性，即在小输入电流和很小的电压差下，可在微秒级别内容直接承担大于千瓦的负载，承担功率器件特点，性能比开关管表现更好。
2、稳定性：晶闸管具有良好的稳定性，无需外接电容就可以达到高稳定性，并且在保证稳定性情况下，能够承担大于千瓦的电流负载，因此晶闸管在电源调节器技术中得到了广泛的应用。
3、受控特性：极小的控制和驱动电流，可以在测量微小的电压差的条件下控制强大的负载系统，可直接把小功率的输入电流转换成大功率的交流输出，这也是晶闸管作为集中系统控制器的重要原因之一。
4、阻断能力：晶闸管具有很强的阻断能力，即在小电流和很小的电压差下，可以在微秒级别直接承担大于千瓦的负载，可阻断高压和大电流模型，安全可靠。
5、散热特性：晶闸管具有良好的散热性能，在小电流情况下它的尖峰散热强度大于硅发射管；而当它的电流大于一定的阈值的时候，其热损失可大大降低，这有助于提高系统效率并延长其使用寿命。
6、反应速度：晶闸管的反应速度比普通硅发射管要快，可以在微秒级别内，控制一个大于千瓦的负载，这样就可以有效地防止因负载高速切换而带来的损耗和影响，是电源技术的重要元件。
7、安全性：晶闸管由于其结构安全性能稳定，多数电路结构中使用它作为保护元件，以降低系统停电率，改善系统的安全性能，保护系统的安全运行。
晶闸管的基本特性
晶闸管的基本特性
1、晶闸管的静态伏安特性第I 象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分。
在正向阻断状态时，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇。
当IG 足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，可以看成与一般二
极管一样第III 象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。
IG=0 时，器件两端施加正向电压，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿晶闸管本身的压降很小，在1V 左右导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH 以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
IH 称为维持电流。
晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN 结J3，其伏安特性称为门极伏安特性。
为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区。
2. 动态特性与二极管类似，开通、关断过程产生动态损耗
晶闸管的开通和关断过程波形
1) 开通过程延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值。
晶闸管的基本特性
1.3.2 晶闸管的根本特性
1) 正向特性(第I象限)
• 正向阻断状态
➢ IG=0时，晶闸管两端受正向电 压→只有很小的正向漏电流流
过.
U RSM U RRM
-UA
➢正向电压超过临界极限━正
向转折电压Ubo →那么漏电流 雪 崩
急剧增大→器件开通。
击穿
IA 正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
雪崩
击 穿 100~1000A- 100、200、300、 400、500、600、800、1000A。
晶闸管受反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。
2 额定电流IT〔AV〕
2 晶闸管的根本特性
+UA
晶闸管的伏安特性
- IA
1.3.2 晶闸管的根本特性
• 反向阻断
➢ 晶闸管处于反向阻断状态时→极
小的反相漏电流流过。
• 反向击穿 ➢ 当反向电压超过一定限度(到达反向击穿电
压), 外电路如无限制措施→那么反向漏电流 急剧增加→导致晶闸管发热损坏。
1.3.2 晶闸管的根本特性
2. 动态特性
iA 100%
90%
10%
0 td tr
t
u AK
IRM
O
t
t rr
U RRM tgr
晶闸管的开通和关断过程波形
3 门极伏安特性〔PN结特性〕
(1).保证可靠触发的门极电流、电压应位于可靠触发区 (2).保证晶闸管可靠关断的门极电流、电压应位于不 触发区或加反偏电压 (3).晶闸管正偏电压一般不大于10 v,反偏电压不大于5v。
1.3.3晶闸管的主要参数
１额定电压UDRM
晶闸管承受此电压时不自动开通也不反向击穿。 晶闸管额定电压的选择应为实际承受电压的2~3倍。 所留裕量用于防止电路中可能出现的操作过电压
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理
晶闸管又称为双向可控硅，是一种电力电子器件，具有双向触发和单
向导电的特点。
它广泛应用于电力电子控制、调节、转换和变换等领域。
首先是关断状态，当晶闸管两个控制极（即阳极和门极）之间的电压
低于它的阻断电压时，晶闸管将处于关断状态。
此时通过门极的控制电流
较小，晶闸管内部的p-n结处于正向偏置状态。
关断状态下，晶闸管不导电，内部不存在主电流。
当通过门极的电流超过晶闸管的触发电流，电压上升到一定程度时，
晶闸管将进入触发和导通状态。
在这个状态下，晶闸管内部的p-n结开始
在阳极和门极之间形成通道，这个过程称为触发。
一旦触发完成，晶闸管
将开始导电，内部主电流开始流动。
接下来是持续导通状态，晶闸管在触发完成之后将一直导通，直到主
电流降到零或改变触发方式。
在持续导通状态下，晶闸管有较低的电压降，表现出较小的功耗。
最后是关断状态，当主电流降到或小于零时，晶闸管将进入关断状态。
此时，电压在晶闸管的结上再次达到阻断电压，因此电流无法继续流动，
晶闸管停止导电。
需要注意的是，即使通过门极的电流消失，晶闸管仍会
处于导通状态，只有当主电流从阳极流过p-n结到达门极时，晶闸管才能
进入关断状态。
综上所述，晶闸管的工作原理是通过门极的控制电流和电压的变化来
控制晶闸管的导通和关断状态。
通过调节门极电流和触发方式，可以实现
晶闸管的灵活控制和应用于各种电力电子系统。
晶闸管
晶闸管一、可控硅的概念和结构？一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。
又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。
它只有导通和关断两种状态。
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。
可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
1、可控硅元件的结构：不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。
见图1。
它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。
2、工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。
此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。
这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
晶闸管等效电路
晶闸管等效电路
晶闸管是一种高压、高功率电子器件，其特点是具有类似于开关的功能，在电力电子控制领域中应用非常广泛。
晶闸管等效电路包括正向特性、反向特性、静态参数和动态参数等几个方面。
晶闸管的正向电流特性是指晶闸管在正向偏置下的电流特性。
晶闸管的正向特性类似于二极管，具有一个截止电压和一个正向电压。
当正向电压大于等于截止电压时，晶闸管开始导通，电流迅速增加，直至达到正向导通电流。
晶闸管的正向电流特性是晶闸管等效电路中的一个重要参数，对于晶闸管开通和关断过程的控制具有重要的指导意义。
晶闸管的反向特性是指晶闸管在反向偏置下的电流特性。
晶闸管的反向特性类似于开关状态，具有一个反向击穿电压和一个反向漏电流。
当反向电压大于等于反向击穿电压时，晶闸管将发生反向击穿现象，导致漏电流增加。
晶闸管的反向特性参数对于晶闸管在电路中的反向保护具有重要的指导意义。
静态参数是指晶闸管等效电路中的静态电性能参数，主要包括截止电压、正向导通电流、反向漏电流等参数。
静态参数对于晶闸管的开通和关断过程的控制具有重要的指导意义。
动态参数是指晶闸管等效电路中的动态电性能参数，主要包括开通时间、关断时间、迅速电流上升时间、电压下降时间等参数。
动态参数对于晶闸管在电路中的性能表现和应用具有重要的指导意义。
综上所述，晶闸管等效电路是晶闸管电控领域中的重要概念，涵盖了晶闸管的正向特性、反向特性、静态参数和动态参数等方面，为晶闸管的应用和控制提供了重要的理论基础。
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。
简述晶闸管直流调速系统工作于整流状态时的机械特性基本特点。
简述晶闸管直流调速系统工作于整流状态时的
机械特性基本特点。
当晶闸管直流调速系统工作于整流状态时，其机械特性有以下基本特点：
1.单向导电：晶闸管在整流状态下只能向一个方向导电，通
常为正向导通。
当电流沿着正向方向流过晶闸管时，晶闸
管处于导通状态；而当电流反向流动时，晶闸管会自动关
闭，即为阻断状态。
2.非线性电流特性：晶闸管的电流-电压特性是非线性的。
在整流状态下，当晶闸管导通时，其电压降较低，电流急
剧增加；而当晶闸管阻断时，其电压降较高，电流几乎为
零。
这种非线性特性决定了晶闸管在整流过程中的开关行
为。
3.可控：晶闸管的导通和阻断状态可以通过触发控制电路来
控制。
通过适时的触发信号，可以使晶闸管在需要的时候
打开，实现正向导通；而在不需要通过正向电流时，可以
通过控制信号关闭晶闸管，实现阻断。
4.输出电压可调：晶闸管整流系统可以调整输出电压的大小。
通过改变晶闸管的导通角度（触发时刻），可以控制输出
电压的大小。
当导通角度增加时，输出电压增加；当导通
角度减小时，输出电压减小。
5.输出电流脉动：晶闸管整流系统的输出电流存在脉动现象。
由于晶闸管的非线性特性，输出电流在每个电周期内会出现脉动，造成输出电压的纹波。
输出电流脉动的幅值与负载电流有关，负载电流越大，脉动幅值越小。
这些基本特点决定了晶闸管整流系统在调速和控制过程中的特性和工作方式。
在应用中，需要根据具体需求和系统要求来选取合适的触发角度和控制策略，以实现所需的电压输出和负载调整。
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法1.1 晶闸管晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，也称为可控硅SCR（Semiconductor Control Rectifier）。
晶闸管作为大功率的半导体器件，只要用几十至几百毫安的电流就可以控制几百至几千安的大电流，实现了弱电对强电的控制。
1.1.1 晶闸管的结构晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（阳极A、阴极K、门极G）器件，其内部结构和等效电路如图1-1所示。
图1-1 晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的符号及外形如图1-2所示，图1-2（a）为晶闸管的符号，图1-2（b）为晶闸管的外形。
晶闸管的类型大致有4种：塑封型、螺栓型、平板型和模块型。
塑封型晶闸管多用于额定电流5A以下；螺栓型晶闸管额定电流一般为5～200A；平板型晶闸管用于额定电流200A以上；模块型晶闸管额定电流可达数百安培。
晶闸管由于体积小、安装方便，常用于紧凑型设备中。
晶闸管工作时，由于器件损耗会产生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形是为便于安装散热器而设计的。
图1-2 晶闸管的符号及外形晶闸管的散热器如图1-3所示。
图1-3 晶闸管的散热器1.1.2 晶闸管的工作原理以图1-4所示的晶闸管的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理。
在该电路中，由电源EA、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路，由电源EG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。
图1-4 晶闸管的导通实验电路实验步骤及结果说明如下。
（1）将晶闸管的阳极接电源EA的正极，阴极经白炽灯接电源的负极，此时晶闸管承受正向电压。
当控制电路中的开关S断开时，灯不亮，说明晶闸管不导通。
（2）当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，灯亮说明晶闸管导通。
（3）当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。
高频晶闸管的特性与性能分析
高频晶闸管的特性与性能分析晶闸管（SCR）是一种广泛应用于电力电子领域的半导体器件。
由于其独特的特性和优异的性能，使得晶闸管成为许多高功率和高频应用的理想选择。
今天，我们将对高频晶闸管的特性和性能进行分析，以便更好地了解其在实际应用中的优势和限制。
首先，让我们来讨论高频晶闸管的特性。
晶闸管是一种双向导电器件，具有开关功能，可以在导通和截止状态之间切换。
其主要特性包括前沿电压Vf、正向电流If、反向电流Ir、触发电流Igt、保持电流Ih和开启时间Ts等。
这些特性对于晶闸管的正常工作和性能至关重要。
高频晶闸管的主要性能指标之一是开启时间Ts。
开启时间是指从触发信号到晶闸管完全导通所需要的时间。
高频晶闸管通常具有较短的开启时间，可以在微秒级别内完成开启过程。
短的开启时间使得晶闸管适用于高频应用，例如变流器、逆变器、电力调节器等。
另一个重要的性能指标是前沿电压Vf。
前沿电压是指晶闸管在导通状态下的压降。
通常情况下，高频晶闸管的前沿电压比传统晶闸管低很多。
低的前沿电压意味着更低的功耗和更高的效率，特别是在高频应用中。
因此，高频晶闸管非常适合要求高效能和稳定性能的应用。
此外，高频晶闸管还具有较高的反向电流Ir。
反向电流是指晶闸管在截止状态下的泄露电流。
高频晶闸管的反向电流通常比传统晶闸管大，且呈指数增长。
在设计高频应用电路时，需要对晶闸管的反向电流进行充分考虑，以确保电路的稳定性和可靠性。
除了上述特性和性能之外，还有一些其他因素需要注意。
例如，高频晶闸管需要适当的散热措施，以避免过热损坏。
此外，晶闸管的触发电流Igt也需要控制，以确保可靠地将晶闸管从截止状态切换为导通状态。
综上所述，高频晶闸管具有许多独特的特性和优异的性能，使得其成为高功率和高频应用中的理想选择。
其短的开启时间、低的前沿电压和较高的反向电流使得晶闸管在高频应用中表现出色。
然而，设计和使用高频晶闸管时需考虑到散热措施、触发电流等因素，以确保其可靠性和稳定性。
常见功率半导体器件及其主要特点
常见功率半导体器件及其主要特点一、概述功率半导体器件是现代电子电气设备中不可或缺的组成部分，它承担着电能的调节、放大和转换任务。
在众多功率半导体器件中，普遍应用的包括晶闸管、场效应管、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率二极管等。
这些器件各自具有不同的特点和应用范围，下文将对其进行详细介绍。
二、晶闸管晶闸管是最早出现的功率半导体器件之一，其主要特点包括：1. 器件结构简单，工作可靠。
2. 具有单向导电性。
3. 具有双向触发能力。
4. 适用于高压、大电流场合。
5. 效率高、损耗小。
晶闸管广泛应用于直流调速、大功率变频器、交流电能控制等领域。
三、场效应管场效应管又称为MOSFET，其主要特点包括：1. 体积小、重量轻。
2. 导通电阻小、功率损耗小。
3. 开关速度快、可靠性高。
4. 控制电路简单、使用方便。
场效应管广泛应用于开关电源、电力电子设备、汽车电子系统等领域。
四、绝缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT是由绝缘栅双极晶体管和场效应管结合而成的器件，其主要特点包括：1. 具有MOSFET的输入特性和GTR的输出特性。
2. 导通压降低、导通电阻小。
3. 具有高开关速度。
4. 具有大功率、高频率的特点。
IGBT广泛应用于变频调速、逆变器、电动汽车驱动等领域。
五、功率二极管功率二极管是一种常见的半导体器件，其主要特点包括：1. 低开启电压、低通态电压降。
2. 热稳定性好、动态特性好。
3. 寿命长、可靠性高。
4. 具有快速恢复特性。
功率二极管广泛应用于整流器、逆变器、交流稳压电源等领域。
六、结语功率半导体器件在现代工业生产和生活中发挥着重要作用，不同的器件具有不同的特点和应用范围，能够满足各种电能调节、转换的需求。
随着科技的不断发展，功率半导体器件的性能和应用范围将会不断扩大，为人类创造更加便利和高效的生活和工作环境。
七、功率半导体器件的发展趋势随着现代电子技术的发展和能源的需求不断增长，功率半导体器件的应用也愈发广泛。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有双向导通的特性，可以将电流控制在一个方向上。
它是由四个层的PNPN结构组成，其中两个PN结构被称为控制极（Gate）和主极（Anode），另外两个PN结构则被称为绝缘极（Cathode）和主极。
晶闸管的工作原理如下：1. 关断状态：当晶闸管的控制极与主极之间的电压小于其阈值电压时，晶闸管处于关断状态。
此时，晶闸管的控制极和主极之间的电阻非常高，几乎不导电。
2. 触发状态：当控制极与主极之间的电压超过晶闸管的阈值电压时，晶闸管将进入触发状态。
在触发状态下，晶闸管的控制极和主极之间的电阻会急剧下降，从而导致电流开始流动。
3. 导通状态：一旦晶闸管进入触发状态，只要主极电流超过晶闸管的保持电流（Holding Current），晶闸管将保持导通状态。
在导通状态下，晶闸管的控制极和主极之间的电阻非常低，几乎可以看作是导线。
4. 关断状态恢复：当主极电流降低到零或低于晶闸管的保持电流时，晶闸管将自动恢复到关断状态。
此时，控制极和主极之间的电阻再次变得非常高，不再导电。
晶闸管的工作原理可以通过一个简单的电路来说明。
假设有一个直流电源、一个负载和一个晶闸管。
当晶闸管的控制极与主极之间的电压超过阈值电压时，晶闸管进入触发状态，电流开始流动。
流过负载的电流可以通过控制极与主极之间的电压来控制。
晶闸管在实际应用中具有许多优点。
首先，它具有较高的开关速度和较低的开关损耗，可以实现高效率的能量转换。
其次，晶闸管具有较高的电压和电流承受能力，可以应对大功率电路的需求。
此外，晶闸管还具有稳定性好、寿命长等优点。
晶闸管广泛应用于电力电子领域，如交流电调速系统、电力变换器、电力控制等。
它在电力系统中起到了重要的作用，提高了电能的利用效率和控制精度。
总结起来，晶闸管是一种具有双向导通特性的半导体器件，通过控制极和主极之间的电压来控制电流的流动。
它具有开关速度快、损耗低、承受能力强等优点，在电力电子领域有着广泛的应用。
晶闸管的基本特性
1 T
T
i
0
2
dt
1 2
Im (Imsin t ) dt 2 0
2
IT ( AV )
1.5 7
有效值
管子额定电流的选择： (1) 按电流有效值相等的原则选择晶闸管 (2) 留裕量，取1.5-2倍后取整 (3) 额定电流等级： 50A以下-1、5、10、20、30、40、50A； 100~1000A- 100、200、300、 400、500、 600、800、1000A。
1.3.4
晶闸管的派生器件
2. 光控晶闸管（Light Triggered Thyristor—LTT）
1) 电路符号和特性
A
G
a)
K
b)
图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性
2) 特点 • 利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸
管→又称光触发晶闸管.
• 小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子. • 大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上
800V/管压降0.4v~0.5v的普通晶闸管
本章思考题
1.晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的除螺栓式 以外还有？ 2.晶闸管象二极管一样具有可控的什么特性？ 3.为了保证晶闸管可靠与迅速关断，通常在管子阳 极电压下降为零之后，在门极采取什么措施？ 4.型号为KP10-1000晶闸管的额定容量是多少？ 5.如何选择晶闸管的容量？ 6.在分析了晶闸管的主要参数后，你使用晶闸管时 应注意什么？
-UA IA 正向 导通
IH O
IG2
IG1
IG=0
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。
(整理)晶闸管(SCR)原理
晶闸管(SCR)原理作者：时间：2007-12-17 来源:电子元器件网浏览评论推荐给好友我有问题个性化定制关键词：晶闸管半导体材料晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。
除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。
一、结构与工作原理晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。
其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。
若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。
对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。
当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。
当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。
晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。
如果晶闸管接入图1(d)所示外电路，外电源U S正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A，电源U S的负端接晶闸管阴极K，一个正值触发控制电压U G经电阻R G后接至晶闸管的门极G，如果T1（P1N1P2）的共基极电流放大系数为α1，T2（N1P2N2）的共基极电流放大系数为α2，那么对T1而言，T1的发射极电流I A的一部分α1I A将穿过集电结J2，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO1，因此图1(d)中的I C1可表示为I C1=α1I A+i CBO1。
晶闸管特性、作用
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
⑵ GTO的动态特性
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t ，使等效晶体退出饱 s 和 。 下降时间 t ， f
iG
O
t
尾部时间 —残存载流子复 t 合。
t
iA IA 90%IA
td
tr
ts
tf
tt
10%IA 0
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t
图1.14
GTO的开通和关断过程电流波形
⑴GTR的结构和工作原理
在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流与基极电流之比为
ic ib
——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电
极电流的控制能力 。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流时，
ic i iceo b
单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左 右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
截止区
②动态特性
开通过程 90% I b1 延迟时间 t d 和上升时间 ， 10% I b1 t 二者之和为开通时间 。 0 on tr 加快开通过程的办法 。 关断过程 储存时间 和下降时间 ts 二者之和为关断时间 tf 加快关断速度的办法。 t o ff 。
90% ，Ics
晶闸管的类型
晶闸管的类型晶闸管是一种常见的电子元件，广泛应用于电力电子领域。
根据其结构和特性的不同，晶闸管可以分为多种类型，包括双向晶闸管、三层结构晶闸管、反并晶闸管和光控晶闸管等。
本文将分别介绍这些晶闸管的类型和特点。
一、双向晶闸管双向晶闸管是一种具有双向导电能力的晶闸管。
它可以实现正向和反向的控制，广泛用于交流电路的控制。
双向晶闸管具有低通态压降、高耐压能力和可控性强的特点，可以实现有效的电能控制和调节。
二、三层结构晶闸管三层结构晶闸管是一种具有三个P-N结的双向可控晶闸管。
它采用了特殊的结构设计，具有较高的电压和电流承受能力。
三层结构晶闸管的主要特点是可控性强、可靠性高和损耗小，广泛应用于高压大电流的场合，如电力系统中的变频调速、电力传输和电力控制等领域。
三、反并晶闸管反并晶闸管是一种具有反向导电能力的晶闸管。
它采用了特殊的结构和材料设计，可以实现反向的电流控制。
反并晶闸管具有低功耗、高可靠性和快速开关速度的特点，适用于高频开关电路和功率电子应用。
四、光控晶闸管光控晶闸管是一种通过光控制电流的晶闸管。
它利用光敏电阻或光电二极管作为输入电路，通过光信号控制晶闸管的导电能力。
光控晶闸管具有响应速度快、可靠性高和工作稳定的特点，广泛应用于光控开关、光控调光和光控电源等领域。
不同类型的晶闸管在电子领域有着不同的应用。
双向晶闸管常用于交流电路的控制，如交流调光、交流电机控制等。
三层结构晶闸管适用于高压大电流的场合，如电力系统中的变频调速和电力传输等。
反并晶闸管主要用于高频开关电路和功率电子应用，如电力逆变器和电力变换器。
光控晶闸管则广泛应用于光控开关、光控调光和光控电源等领域。
晶闸管是一种重要的电子元件，不同类型的晶闸管具有不同的特点和应用。
通过合理选择和应用晶闸管，可以实现对电能的有效控制和调节，推动电力电子技术的发展和应用。
电气化自动技术 2-3晶闸管的主要特性参数
第三节晶闸管的主要特性参数一、晶闸管的重复峰值电压U Tn――额定电压重复峰值电压是取正向重复峰值电压反向峰值重复电压中较小的一个。
晶闸管工作时外加电压峰值瞬时超过反向不重复峰值电压时可造成永久性损坏，并且由于环境温度升高或散热不良，均可能使正反向转折电压值下降，特别在使用时会出现各种过电压，因此选用元件的额定电压值应比实际工作时的最大电压大2－3倍。
二、晶闸管的额定通态平均电流I T(A V)――额定电流在环境温度为四十度和规定的冷却条件下，元件在电阻负载的单相工频正弦半波、导通角不小于170度的电路中，当结温稳定且不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流，称为额定通态平均电流。
三、门极触发电流门极触发电压在室温下，晶闸管施加6Ｖ正向电压时，使元件完全开通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流。
对应于门极触发电流时的门极电压就是门极触发电压。
四、通态平均电压U T(A V)在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流即额定正弦半波时，阳极和阴极间电压降的平均值，称为通态平均电压，一般称作管压降。
五、维持电流I H与掣住电流I L在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流。
在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态就去除触发电压，此时要保持元件维持导通所需要的最小阳极电流，称为掣住电流。
六、晶闸管的开通与关断时间（一）门极控制的开通时间t gt,简称开通时间通常规定：从门极触发电压前沿的10％到元件阳极电压下降至10％所需的时间，称为开通时间。
（二）关断时间t g元件从正向电流降为零到元件恢复正向阻断的时间称为关断时间。
七、晶闸管的型号晶闸管型号释义：ＫＰＸ1－Ｘ2Ｘ3Ｋ表示闸流特性Ｐ表示普通反向阻断，这一位还可以是Ｋ（快速型）、Ｓ（双向型）、Ｎ（逆导型）、Ｇ（可关断型）Ｘ1额定通态平均电流系列（额定电流）Ｘ2表示正反向重复峰值电压等级（额定电压）Ｘ3通态平均电压组别（小于100Ａ不标）例如：KP100-12G表示额定电流为100A，额定电压为1200V，管压降为1V的普通型晶闸管。
晶闸管的特性分析及主要参数
晶闸管的特性分析及主要参数晶闸管的动态特性主要有开通特性、通态电流临界上升率、反向恢复特性、关断特性、断态电压临界上升率等五个方面，其中开通和关断特性是其最重要的动态特性指标。
晶闸管的动态特性如图3-2所示：1.开通特性开通时间&是延迟时间G和上升时间~之和，&是将门极触发脉冲加到未开通的晶闸管上，到阳极电流达到其额定电流值的90%所需的时间，开通时间会随工作电压、阳极电流、门极电流和结温而变化。
开通损耗取决于开通期间负载电流的上升时间。
2.通态电流临界上升率晶闸管开通期间，其导电面积是由门极向四周逐渐展开的，过快的开通会使电流集中于门极区，导致器件局部过热损坏。
因此，在设计时考虑到晶闸管的电流上升率di/dt应低于器件允许的通态电流临界上升率。
强触发可以提高器件承受di/dt的能力。
3.关断特性当给处于正向导通状态的晶闸管外加反向电压时，阳极电流逐步衰减到零，并反向流动达到最大值/心，然后衰减到零，晶闸管经过时间I后恢复其反向阻断能力。
由于载流子复合过程较慢，晶闸管要再经过正向阻断恢复时间L之后才能安全的承受正向阻断电压。
普通晶闸管的关断时间约为几百微妙。
关断时间取决于结温、阳极电流、阳极电流上升率di/dt,反向电压和阳极电压，阳压上升率du/dt。
4.断态电压临界上升率du/dt当在阻断的晶闸管阳极一阴极间施加的电压具有正向的上升率，则由于结电容C的存在，会产生位移电流i = Cdu/dt而引起晶闸管的误触发导通。
因此，在设计时采用吸收电路的措施，使加于晶闸管上的断态电压临界上升率应该小于器件允许的断态电压临界上升率值。
门极正向伏安特性如图3-3所示，可以分为可靠触发区、不可靠触发区和不触发区等三个区域，门极特性中的最大和最小两条曲线反映该器件在整个工作范围内可能出现的最大阻抗和最小阻抗，门极阻抗随门极电流上升率的增大而增大。
利用门极特性曲线设计晶闸管触发器时，使其两个稳定输出状态落入不可靠触发区和可靠触发区内，触发器输出负载线与特性曲线的交点(A, B, C, D, E, J, K、I点)确定了在晶闸管开通延迟时间内流入门极所需的最小电流(E，J 点)和在运行中触发器可能输出的最大电流(1、K点）。
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
当本底浓度很高（重掺杂）如 Nb 1016 cm3 时，其雪 崩电压与电阻率的关系如下图示。
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
(2)晶闸管的阻断电压
晶闸管有两个以上的 pn结，J1、J2 结的耐压与单 个pn结有何不同？
断态电压→ J2结
反向电压→ J1结
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
反向阻断电压：
J2结有电流达到J1结，所以J1结的总电流为
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
Wn xm 0.7 当 Lp
时，采用优化设计方法 。
引入优化比值K
K＝(1－α1 )1/n VB ＝VB0 /K ρ＝(VB /100)1/0.75 Xm ＝A(ρVB0 )1/2 Wne ＝LP cosh-1 (1/α1 )
V BO K VB
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VBR＜ VB 同样电阻率的材料作整流二极管，其 雪崩电压为VB，而制成晶闸管，其反向阻断电压只 有VBR。
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
晶闸管的反向 电压与二极管 反向电压的比 较。
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
又偏压VA 下的空间电荷层宽度为:
xm 2 0V A qNb
2 n 1 n 1 n 1
将Em、Xm的表达式代入x=0的E(x)表达式得:
1 n 1 VB C 2 i
0 q
Nb
n 1 n 1
2.3.2晶闸管的通态特性
(1)晶闸管的通态电压 (2)功耗
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
2.3.1.1晶闸管阻断模式
（1） p+n结的击穿电压
雪崩击穿电压：
碰撞电离的强弱程度通常用电离率来表示，有如下经验 公式：
0
qN b
将电离率代入雪崩击穿条件并作变量代换得 ：
积分得到：
0 Em
Ci E ( x )
d (E x ) 1
1 n 1
Em
(n 1)qNb Ci 0
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
思路：
由Wne和xm可得到晶闸管长基区宽度Wn的表达式； 对Wn(K)求极值 ；且有 Wn( K ) 0，有 极小值存在 ； 令 Wn( K ) 0 并代入各常数得到下式：
(2 K ) (1 K )
n 1/ 2 n
6L p Q
K 8/3
由： 两边同乘
M
1 V 1 V B
n
1
VBR VB (1 1 )
n为密勒指数。可以看到：
1/ n
1 为pnp管的电流放大系数，它直接影响到VBR 。
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面积由高浓度侧向低浓度侧方向减小的磨角称正斜角 表面空间电荷区上向弯曲，低掺杂区的弯曲程度大于高掺杂区， 表面空间电荷区变宽，表面电场强度下降； 面积由低浓度侧向高浓度侧方向减小的磨角称负斜角 最大电场强度随负角的增大而直线上升，并可以超过体内电场， 最大电场强度的位置在高浓度侧，并逐步移向pn结。
( E ) ae
式中a、b、n 均为常数。
b n ( ) E
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2.3.1晶闸管的断态特性
对于硅的平均电离率可简化表示为：
( E) Ci E
雪崩击穿条件：
n ( x)
I j1 I1 I C0
计及雪崩倍增M，由电流连续性原理有， MI C0 I 1 M 1 显然当 M1 1 时，J1结失去阻断能力 。
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
穿通电压：
当有效基区宽度随反向电压增加而趋近于零时，定义 此时p+n结两端所承受的耐压为穿通电压，记为VPT。
VPT
2 0 n
Wn2
当Wn ≤Xm 时得到 的是穿通电压
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解上述超越方程可得到α1 ，依次可求出K、VB、 ρ、 xm
及Wen
。
Wn ＝
所以长基区宽度为：
xm ＋Wen
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假定一次扩散结深为xjp ，则硅片厚为:
δ＝Wn ＋2xjp
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
表面电荷对电场的影响:
当pn结的低掺杂n区表面有外来正电荷时，表面空间电 荷区减小；有负电荷存在时，则结表面空间电荷区 增宽 。 E=V/WS
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2.3.1晶闸管的断态特性(续） 正斜角、负斜角及电场分布
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
（1）最大电场强度值随倾斜角减 小而单调下降。 （2）既使是90度的斜角（不磨 角），表面最大电场强度始 终低于体内最大电场强度。 （3）最大电场强度的位置随斜角 减小而远离pn结 。
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
(3)晶闸管的最小长基区宽度Wn(min)
传统的设计方法：
设计电
压指标
→
确定电
阻率
→
Xm
→
确定 片厚
∣ ∣ 投片后 ←————————
修改
↑
未计及a1 、a2 、扩散长度LP 、 短基区宽度等的影响！！！
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2.3 晶闸管的主要特性
2.3.1晶闸管的断态特性 2.3.2晶闸管的通态特性 2.3.3晶闸管的动态特性
(第四讲)
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本节主要内容
2.3.1晶闸管的断态特性
晶闸管阻断模式 (1)PN结的雪崩击穿、穿通效应 (2)晶闸管的阻断电压 (3)晶闸管的最小长基区宽度Wn(min) 器件的结终端技术 (1)表面态与表面电场 (2)结终端技术
(1 a1 )
2/3
Q 1/ 2 a1 (1 a1 ) 6L p
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
代入各常数得到： (1－α1 )2/3 ＝4.1×103 (1/LP )VB0 7/6 α1 (1＋α1 )1/2
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2.3.2晶闸管的通态特性
(1)晶闸管的通态电压
1．体压降: Vm是Wn /LP的函数，当Wn /LP≤1时，Vm在pin二极管 的总压降中可以忽略不计。当Wn /LP≥3时，Vm呈指数 增加，远大于“短”结构时的压降。通常取Wn≤3LP。
p+nn+结的 “双角造型”
降低了表面电场强度， 减小了nn+区的电场集 中。
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
（2） 结终端技术
双正角和组合斜角造型
双正角造型
（a）“M 槽”结构 （b）“V 型槽”结构
2.3.1晶闸管的断态特性(续）
断态电压：
由J2 结承担，同理有：
VBF VB (1 a1 a2 )
同样可以看到： VBF＜ VBR＜ VB
1/ n
为使正、反向电压对称，需要a2≒0
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13
3 4
Nb 为硅的掺杂浓度
VB C
a
当 Nb 1016 cm3 时，通常可取常数C≈100，常数 a 0.75
与沿用传统的经验公式——“GE公式”完全相同。
当 ≥Xm 时得到的是雪崩电压
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（c）正负斜角造型 （d）“台型”边缘造型
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
场环结构
当主结的电场达到临界 击穿值以前，让主结的耗 尽层“穿通”到浮动电场 环上。穿通之后的电压将 主要由该浮动电场环分担
2.3.1.2 器件的结终端技术
(1)表面态与表面电场 局部缺陷与“快表面态” 带电杂质、感生电荷与 场强 物理吸附和化学吸附
表面最大电场强度随正表面态电荷的增加而 增加，随负表面态密度的增加而减小
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
结的终端延伸技术
控制表面的电荷来达到改善 pn结击穿特性——局部注入p 型杂质使在N 区表面形成一 个轻掺杂的p区延伸带
——用离子注入的方式在表 面添加电荷，通过适当控制 注入电荷的数量使击穿电压 达到理想值
Ci 为常数。
0
xm
a( E ) dx 1
xm 为p+n单边突变结的空间电荷区宽度。
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2.3.1晶闸管的断态特性(续）
p+n结的电场分布：
E( x )
qNb
0
n
( x m x)
简化表达：
2kT Wn Vm q Lp
2
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2.3.2晶闸管的通态特性(续）
Wn /LP是体压降大小的主要标志。要减小体压降， 唯一的方法提高少子寿命或缩短基区宽度。 Vm与J无关。 扩散长度随注入载流子浓度的增加而减小。在注 入电平大于1017cm-3，载流子-载流子散射和俄歇 复合起着减小La的作用。因而在低电流密度下的 “短”结构，在高电流密度下要变为“长”结构 。
当击穿发生时，VA=VB，VB为雪崩电压，式中n为常数。 这里取n=7，取