1晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的结构原理及应用
晶闸管的结构原理及应用1. 晶闸管的概述晶闸管（Thyristor）是一种主要用于电能控制的半导体器件，广泛应用于电力电子技术领域。
晶闸管具有高压、大电流、能耗低、可靠性好等特点，被广泛应用于家电、工业控制、交通运输等领域。
2. 晶闸管的结构原理晶闸管的结构采用P-N-P-N四层结构，主要由控制极（G：Gate）、阳极（A：Anode）、阴极（K：Cathode）三个电极组成。
其结构和工作原理如下：•P层：阳极侧为P型半导体，控制极侧为薄的N型半导体层；•N层：阳极侧为N型半导体，控制极侧为一薄层的P型半导体层；•控制极：通过控制极加上一个触发脉冲，使得晶闸管的导通；•阳极：负责控制晶闸管的输出电流；•阴极：负责晶闸管的接地。
3. 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可分为四个状态：关断（Off）、导通（On）、保持（Hold）、关断恢复（Off Recovery）。
1.关断状态：晶闸管在没有施加控制信号时处于关断状态，此时无法通过阳极和控制极之间的电流。
晶闸管的控制极与阳极之间存在电压可能会使其进入导通状态；2.导通状态：当控制极与阳极之间施加一个足够大的正向电压时，晶闸管进入导通状态。
此时，晶闸管的阳极和控制极之间的电流将开始流动；3.保持状态：在晶闸管进入导通状态后，控制极与阳极之间的电压可以降至较低水平，晶闸管仍然保持导通状态。
然而，如果该电压降至一定程度以下，则晶闸管将自动进入关断状态；4.关断恢复状态：当控制极与阳极之间的电压降至负值时，晶闸管将从导通状态恢复到关断状态。
4. 晶闸管的应用由于晶闸管具有可控性强、效率高、可靠性好等优点，被广泛应用于以下领域：•电力调节：晶闸管可用于交流电压调节，实现对电力的控制。
例如，晶闸管可以用于家庭用电中的调光灯、风扇等电器，以及电力工业中的电动机调速器、变频器等设备；•电流控制：晶闸管可用于控制电流的大小和方向。
例如，晶闸管可以用于电焊机，控制焊接电流，使焊接效果更加稳定和高效；•能量回收：晶闸管可以将电能回收并用于其他用途。
晶闸管导通和关断的条件
晶闸管导通和关断的条件晶闸管是一种半导体器件，广泛应用于电力电子领域。
它具有导通电压低、控制灵活等优点，因此在交流电源变换、直流调速、瞬变保护等方面得到了广泛应用。
晶闸管的导通和关断是其正常工作的基本条件，下面将详细介绍晶闸管导通和关断的条件。
一、晶闸管的结构与工作原理晶闸管由四层不同掺杂的半导体材料组成，分别为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）。
当门极施加正向脉冲时，会在P型半导体中形成一个PN结，这个PN结相当于一个二极管。
当阳极施加正向电压时，PN结处形成漏斗状区域，在漏斗中央形成一个空穴区域。
当空穴区域扩散到PN 结时，会发生反向击穿现象，形成一个低阻态。
这个低阻态相当于一个开关，使得阳极与阴极之间产生一条低阻路径。
二、晶闸管导通的条件1. 门极施加正向脉冲晶闸管的导通需要施加正向脉冲，这个脉冲可以是一个短脉冲或者是一个持续时间较长的方波信号。
当门极施加正向脉冲时，会在PN结处形成漏斗状区域，在漏斗中央形成一个空穴区域。
当空穴区域扩散到PN结时，会发生反向击穿现象，形成一个低阻态。
这个低阻态相当于一个开关，使得阳极与阴极之间产生一条低阻路径。
2. 阳极施加正向电压晶闸管的阳极需要施加正向电压才能导通。
当阳极施加正向电压时，PN结处形成漏斗状区域，在漏斗中央形成一个空穴区域。
当空穴区域扩散到PN结时，会发生反向击穿现象，形成一个低阻态。
这个低阻态相当于一个开关，使得阳极与阴极之间产生一条低阻路径。
3. 门极电流大于保持电流晶闸管的门极电流需要大于保持电流才能导通。
保持电流是指在晶闸管导通状态下，门极电流减小到一定程度时，晶闸管仍然可以保持导通状态。
当门极电流大于保持电流时，PN结处形成漏斗状区域，在漏斗中央形成一个空穴区域。
当空穴区域扩散到PN结时，会发生反向击穿现象，形成一个低阻态。
这个低阻态相当于一个开关，使得阳极与阴极之间产生一条低阻路径。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管是一种电子器件，常用于电力控制和电能变换领域。
它是一种双向可控硅，具有开关功能，能够控制电流的流动。
晶闸管的工作原理涉及到PN结、触发、导通和关断等过程。
1. PN结晶闸管由P型半导体和N型半导体构成的PN结组成。
在PN结上加之一个正向偏置电压时，会形成一个导电通道，电流可以流过。
而在反向偏置电压下，PN结会处于截止状态，电流无法通过。
2. 触发为了使晶闸管导通，需要对其进行触发。
触发电压可以通过控制电路提供。
当触发电压达到一定阈值时，晶闸管将开始导通。
3. 导通一旦晶闸管被触发，它将进入导通状态。
在导通状态下，晶闸管的正向电压降低，内部电流开始流动。
晶闸管的导通状态可以持续，直到电流降至零或者施加反向电压。
4. 关断要使晶闸管关断，需要通过控制电路施加一个关断电压。
当关断电压施加到晶闸管上时，PN结会进入截止状态，电流无法通过，晶闸管将住手导通。
晶闸管的工作原理可以总结为：通过控制电路对晶闸管施加触发电压，使其进入导通状态；通过施加关断电压，使其住手导通。
晶闸管的导通和关断状态可以通过外部控制，实现对电流的控制和变换。
晶闸管具有许多优点，例如响应速度快、可靠性高、功率损耗小等。
它在电力控制领域广泛应用，如交流电调压、交流电调速、交流电变频等。
同时，晶闸管还可以用于电力系统的保护和控制，如过电流保护、短路保护等。
总结起来，晶闸管是一种双向可控硅，通过控制电路对其施加触发和关断电压，实现对电流的控制和变换。
它在电力控制和电能变换领域具有重要的应用价值。
晶闸管的结构和工作原理课件
晶闸管的导通实验二
实验 顺序
实验时晶闸管条件
阳极电压 Ua
门极电压 Ua
பைடு நூலகம்
实验后灯 的情况
1
正向
反向
暗
结论
2
正向
零
晶闸管同时在正向阳极电压与正向门
暗
极电压作用下才能导通。
3
正向
正向
亮
电力电子技术
晶闸管的结构和工作原理课件
晶闸管导通后的实验（原来灯亮）
实验 顺序
实验时晶闸管条件
阳极电压 Ua
门极电压 Ua
晶闸管的导通关断条件
实 验 电 路 图
电力电子技术
晶闸管的结构和工作原理课件
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晶闸管的导通实验一
实验 顺序
实验时晶闸管条件
阳极电压 Ua
门极电压 Ua
实验后灯 的情况
1
反向
反向
暗
结论
2
反向
零
晶闸管在反向阳极电压作用下，不论
暗
门极为何种电压，它都处于关断状态。
3
反向
正向
暗
电力电子技术
晶闸管的结构和工作原理课件
K
晶闸管的结构和工作原理课件
有关晶闸管的几个名词
触发：当晶闸管加上正向阳极电压后，门极加上适当的正向门极电压， 使晶闸管导通的过程称为触发。
维持电流IH：维持晶闸管导通所需的最小阳极电流。 正向阻断：晶闸管加正向电压未超过其额定电压，门极未加电压的情 况下，晶闸管关断。
硬开通：给晶闸管加足够的正向阳极电压，即使晶闸管未加门极电压 也会导通的现象叫硬开通。
实验后灯 的情况
1
正向
反向
04第四章 晶闸管及其应用
第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。
优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。
缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。
（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。
1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。
晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。
晶闸管导通必须同时具备两个条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。
2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。
依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件：1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。
1.3晶闸管的伏安特性静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。
其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I GI G=0时，器件两端施加正向电压，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U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。
这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；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I H以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
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。
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的结构与工作原理一、晶闸管简介晶闸管（Thyristor）：又称晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品1958年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件（如：双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等）二、晶闸管的结构与封装外形有螺栓型和平板型两种封装引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形b) 结构c) 电气图形符号三、晶闸管基本工作特性三、晶闸管基本工作特性晶闸管基本工作特性归纳：承受反向电压时(UAK <0)，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通(即UAK >0，IGK >0才能开通)；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
从这个角度可以看出，SCR是一种电流控制型的电力电子器件。
四、晶闸管的工作机理在分析SCR的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。
其工作过程如下：UGK>0 →产生IG → V2通→产生IC2 → V1通→ IC1↗→ IC2 ↗→出现强烈的正反馈，G 极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR饱和导通。
晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型b) 工作原理。
电力电子技术
电子电力技术考纲序言：提玄勾要，弃小留大，以飨读者第1考点晶闸管1 . 1 内容归纳与总结1 . 1 . 1 晶闸管的结构与工作原理(1 ) 晶闸管可用图1-1 的符号表示, 阳极———A, 阴极———K,门极(控制极) ———G。
图1-1 晶闸管符号其结构为三个PN 结、四层结构、三端的半控型半导体开关管。
(2) 它的工作原理可理解为一个PNP三极管与一个NPN 三极管的连接, 这种连接是以电流正反馈的原理按特殊工艺制造而成的。
一旦晶闸管导通, 其控制极就失去作用。
普通晶闸管有平板型与螺旋型两种1 . 1 .2 关断与导通条件(1 ) 导通的充分必要条件。
1) 阳极与阴极间承受正向电压。
2) 门极施加相对阴极来说为正的脉冲信号。
(2 ) 关断条件为下列之一。
1) 阳极与阴极间承受反向电压。
2) 阳极电流减小到小于维持电流1 . 1 . 3 晶闸管的主要参数(1 ) 晶闸管的通态平均电流I F 。
在规定的条件下, 为晶闸管通以工频、正弦半波电流, 且负载 为纯电阻负载, 导通角不小于170°。
此时这个电流的平均值就是 半波电流的平均值。
若正弦半波电流的峰值为I m , 则I F =1/2π⎰0πI m sin ωt d ωt = I m /π.通过的电流有效值为I =1/2π 0π⎰( I m sin ωt ) 2d ωt =I m /2.波形系数: 通过晶闸管的电流的(一般为非正弦) 有效值与平 均值之比K f , 在此I / I F = 1 . 57 , 即I = 1 . 57 I F = K f I FK f 称波形系数。
还有其他参数: 额定电压、维持电流、擎住电流以及一些动态 参数和门极特性等。
(2 ) 实际应用中晶闸管的选择。
主要按实际承受的电压、电流选择晶闸管。
电压的选择:按晶闸管实际在线路中承受的电压的峰值, 还要乘以一个安全裕量。
电流的选择:按晶闸管中实际通过电流的有效值与所选晶闸管( 通态平均电流为I F ) 允许通过的电流有效值相等的原则, 再乘以安全裕量, 这被称做有效值相等的原则。
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。
晶闸管 通态电阻
晶闸管通态电阻晶闸管是一种特殊的半导体器件，具有正向导通和反向截止的特性。
在正向电压作用下，晶闸管的通态电阻非常小，可以将电流从阳极导通到阴极。
本文将从晶闸管的结构、工作原理和特点等方面，详细介绍晶闸管通态电阻的相关知识。
一、晶闸管的结构晶闸管由PNPN四层结构组成，主要包括P型区、N型区、P型区和N型区。
其中，P型区和N型区分别被称为阳极和阴极，而两个N型区之间的P型区则被称为控制电极。
晶闸管的结构类似于二极管，但其多了一个控制电极。
二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可以分为两个阶段：触发阶段和维持阶段。
1. 触发阶段：当控制电极施加一个正向电压时，P型区和N型区之间的势垒会逐渐被击穿，形成一个电子洞对。
这个电子洞对的形成将导致P型区与N型区之间的势垒消失，使得晶闸管处于可导通状态。
2. 维持阶段：一旦晶闸管被触发导通，控制电极上的电压可以被移除，晶闸管会一直保持导通状态，直到阳极电流降低到一个很小的值。
在导通状态下，晶闸管的通态电阻非常小，几乎等于零。
三、晶闸管通态电阻的特点晶闸管在导通状态下的通态电阻非常小，这是晶闸管的一个重要特点。
晶闸管的通态电阻取决于其工作电流和工作温度。
通常情况下，晶闸管的通态电阻随着工作电流的增大而减小，但随着工作温度的增加而增大。
晶闸管的通态电阻对于其在电路中的应用至关重要。
晶闸管的低通态电阻使其成为一种理想的开关元件，可广泛应用于各种电力电子设备和高频电子设备中。
在电力电子设备中，晶闸管可以用于实现电能的控制和转换，如调光、变频、整流等。
在高频电子设备中，晶闸管可以用于实现高频信号的放大和调制。
值得注意的是，晶闸管在导通状态下的通态电阻虽然很小，但在截止状态下的反向电阻非常大。
这意味着晶闸管在反向电压作用下几乎不导电，可以起到很好的隔离作用。
因此，在某些特殊的应用场合下，晶闸管也可以用作保护元件，用于防止反向电压对其他电路元件的损害。
总结起来，晶闸管的通态电阻是指在导通状态下晶闸管的电阻，其特点是非常小。
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。
晶闸管制作工艺
晶闸管制作工艺晶闸管是一种半导体器件，其制作工艺对于晶闸管的性能和稳定性至关重要。
本文将从晶闸管的结构和原理出发，介绍晶闸管制作工艺的主要步骤和关键技术。
一、晶闸管的结构和原理晶闸管是由四层P-N结构组成的，通常由P-N-P-N的四层结构构成。
其中，两个P-N结构称为控制结构，另外两个P-N结构称为耦合结构。
晶闸管的控制结构上有一个控制极（G）和一个触发极（G），耦合结构上有一个主极（A）和一个阳极（K）。
晶闸管的工作原理是：当控制极施加一个正向电压时，P-N结构中的两个P型区域形成一个P-N-P三层结构，这时晶闸管处于导通状态。
而当控制极施加一个反向电压时，P-N结构中的两个P型区域形成一个P-N-P-N四层结构，这时晶闸管处于堵塞状态。
晶闸管的制作工艺主要包括晶体生长、切割、清洗、扩散、腐蚀、阳极氧化、金属化、封装等步骤。
1. 晶体生长：晶闸管的制作首先需要通过Czochralski方法或浮区法等方式在高温炉中生长出硅单晶。
2. 切割：将生长好的硅单晶切割成具有一定尺寸的硅片，也称为晶圆。
3. 清洗：将切割好的晶圆进行去杂质的清洗处理，以确保晶圆表面的纯净度。
4. 扩散：通过将晶圆放入扩散炉中进行高温处理，使得控制结构和耦合结构之间形成P-N结构，从而形成晶闸管的基本结构。
5. 腐蚀：在扩散完成后，晶圆表面的氧化硅层需要进行腐蚀处理，以便后续的金属化工艺能够顺利进行。
6. 阳极氧化：将晶圆放入氧化炉中进行高温氧化处理，使得晶圆表面形成一层氧化膜，这是晶闸管的重要保护层。
7. 金属化：通过光刻、蒸镀等工艺将电极金属化在晶圆表面，以便与晶闸管的结构相连接。
8. 封装：将制作好的晶闸管芯片进行封装，以保护晶闸管的内部结构。
三、晶闸管制作工艺的关键技术晶闸管制作工艺中有几个关键技术需要特别注意。
1. 扩散工艺：扩散工艺是晶闸管制作中最关键的一步，需要严格控制温度、时间和掺杂浓度等参数，以确保P-N结构的形成和稳定性。
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。
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（Thyristor），又称为双极型晶体管，是一种半导体器件，具有可控的开关特性。
它广泛应用于电力电子设备、变流器、电机驱动器等领域。
本文将详细介绍晶闸管的结构和工作原理。
一、晶闸管的结构晶闸管由四个半导体层组成，分别是P型半导体（阳极）、N型半导体、P型半导体（门极）和N型半导体。
整个结构组成了一个PNPN的结构，类似于一个双极型晶体管，但晶闸管比双极型晶体管多了一个所有电流都能通过的门极。
在晶闸管结构中，阳极和门极是两个主要的电极。
阳极承受电流，而门极用于控制晶闸管的导通和关断。
在正常工作状态下，阳极上的电压高于门极，晶闸管处于关断状态。
只有当门极施加一个合适的触发脉冲时，晶闸管才能实现导通，形成通路，电流开始流动。
晶闸管还具有反并联二极管，它被连接在晶闸管的两个半导体层之间。
它的作用是提供反向偏置，以避免晶闸管在关断状态下被击穿。
同时，反并联二极管还能够保护晶闸管免受反向电压的损害。
二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可以分为三个阶段：关断状态、触发状态和导通状态。
1. 关断状态：在关断状态时，门极的控制电压低于晶闸管的临界触发电压。
此时，PNPN结构的两个PN结正向偏置，形成一个高反向电压，导致整个结构处于关断状态。
晶闸管的主要特点是具有很高的绝缘能力，能够承受很高的反向电压。
2. 触发状态：当门极施加一个合适的触发脉冲时，晶闸管就会从关断状态切换到触发状态。
触发脉冲使得PN结发生反向电流扩散，导致PN结正向偏置被打破。
一旦PN结正向偏置被打破，PNPN结构中的第一个PN结就会形成一个电流驱动器，使得整个结构逐渐变得导电。
3. 导通状态：在晶闸管进入导通状态后，发生一种被称为“自持现象”的反馈作用。
即使移除控制电压，晶闸管也会保持导通状态，直到通过它的电流下降到一个非常低的水平。
此时，晶闸管具有很低的压降和很高的电流承受能力，使其能够在高功率电子设备中广泛应用。
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。
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。
晶闸管的构造和工作原理
晶闸管的构造和工作原理晶闸管（Thyristor）是一种功率电子器件，由晶体管和二极管组成。
它具有三个引脚，分别是控制极（Gate），阳极（Anode）和阴极（Cathode）。
晶闸管常用于高电流、高电压和高功率的控制电路中。
本文将详细介绍晶闸管的构造和工作原理。
1.构造：晶闸管的基本结构是由PNPN四层结构的晶体管与二极管串联而成。
这四层结构分别是P型材料、N型材料、P型材料和N型材料。
这个结构可以用一个“门”、“阳”和一个“阴”桥线来形象地表示。
2.工作原理：（1）正向偏压放电：当正向电压施加在晶闸管上时，由于正偏压的存在，P1-N1结和P3-N2结都形成了电反向势垒。
只有阳极（A）与阴极（K）之间的N2芯片的电势压降可以克服势垒电位，晶闸管处于开路状态。
（2）开关行为：当一个触发脉冲施加到控制极（G）时，晶闸管的NPNP四层结的N1区电流被注入，从而降低了N1-P2结区的耐压。
晶闸管的二极管为N1结和P2结，开关电压达到断开电压时，晶闸管会开始导电。
（3）负向偏压阻断：当负偏电压施加在晶闸管上时，P3-N2结和P1-N1结都会产生电反向势垒。
这些势垒会使结区的电压无法降低到低电压状态的门极Vg，从而保持了晶闸管的封闭状态。
（4）关断行为：为了在晶闸管中实现关断行为，需要通过应用一个消除或减小持续导电的电流的方法来降低控制脉冲的电流。
一种常用的方式是直接短路晶闸管间的阳极电流。
晶闸管是一个双向导电的器件，一个触发脉冲可以打开它，而只有当阴极和阳极之间的电压掉落为零时，它才能关闭。
这使得晶闸管适用于许多应用，如照明调光、变频器、交流传动和交流电压控制等。
晶闸管有很多特点，包括电流放大、高开关速度、可靠性、耐压性好、反向电压稳定性等。
因此，晶闸管在现代电力电子器件中广泛应用。
总的来说，晶闸管是一种特殊的PNPN结构器件，具有双向导电性能。
控制极通过触发脉冲可以打开晶闸管，同时只有当阴极和阳极之间的电压为零时，晶闸管才会关闭。
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。
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7
1.1
晶闸管的结构与工作原理
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高
光触发
光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。
IH O
IG2
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
雪崩 击穿
-IA
图1-3 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
11
1.2 晶闸管的基本特性
（2）反向特性
反向特性类似二极管的反 向特性。 反向阻断状态时，只有极 小的反相漏电流流过。 当反向电压达到反向击穿
1.3
2）电流定额
晶闸管的主要参数
通态平均电流 IT(AV）
——在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定 结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定 电流的参数。
——使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。
维持电流 IH 擎住电流 IL
——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。
UA IH O IA 正向 导通
URSMURRM
IG2
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
雪崩 击穿
电压后，可能导致晶闸管
发热损坏。
-IA
图1-4 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
12
1.2 晶闸管的基本特性
2） 动态特性
1) 开通过程
延迟时间td (0.5~1.5s) 上升时间tr (0.5~3s) 开通时间 tgt 以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6）
只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。
8
1.2 晶闸管的基本特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下：
承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸 管都不会导通。
承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶 闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于 零的某一数值以下 。
A K P1 G A A G a) N1 P2 N2 K b) c) K
G
K
J1 J2 J3
A
图1-1 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。 有三个联接端。 螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
I A I c1 I c 2
式中1和2分别是晶体管V1和V2 的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2 分别是V1和V2的共基极漏电流。 由以上式可得 ： 2 I G I CBO1 I CBO2 图1-2 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 IA （1-5） 1 ( 1 2 ) a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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。 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量 的场合具有重要地位。
3
1.1
晶闸管的结构与工作原理
I T ( AV )
1 I 2
1 2
0
I M sin td (t )
2
2) 关断过程
反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr 关 断 时 间 tq 以 上 两 者 之 和tq=trr+tgr （1-7)
普通晶闸管的关断时间 约几百微秒
13
1.3
1）电压定额
晶闸管的主要参数
断态重复峰值电压UDRM
—— 在门极断路而结温为额定值时，允 许重复加在器件上的正向峰值电压。
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。
使用注意： 通常取晶闸管的 UDRM和URRM中较小 的标值作为该器件 的额定电压。 选用时，一般取额 定电压为正常工作 时晶闸管所承受峰 值电压2~3倍。
14
通态（峰值）电压UT
—— 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。
DATASHEET
9
电力电子变流技术
第三讲
主讲教师：隋振
学时：32
10
1.2 晶闸管的基本特性
1） 静态特性 （1）正向特性
IG=0时，器件两端施加正 向电压，只有很小的正向 漏电流，为正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电 压Ubo，则漏电流急剧增大， 器件开通。
UA IA 正向 导通
URSMURRM
4
1.1
晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
5
1.1
晶闸管的结构与工作原理
（1-1）
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A I CBO1
I c 2 2 I K I CBO2
（1-2）
（1-3） （1-4）
I K I A IG
电力电子变流技术
第二讲
主讲教师：隋振
学时：32
1
第 1章
晶闸管
1.1 晶闸管的结构与工作原理 1.2 晶闸管的基本特性 1.3 晶闸管的主要参数
1.4 晶闸管的派生器件
2
1.1晶闸管的结构与工作原理
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
6
1.1
晶闸管的结构与工作原理
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。
阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍
大于两个晶体管漏电流之和。
开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大
以致 1+2 趋近于 1 的话，流过晶闸管的电流 IA ，将趋
——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需 的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
浪涌电流ITSM
——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性 最大正向过载电流 。
15
1.3 正弦半波 平均值 正弦半波 有效值 比值
晶闸管的主要参数
有效值相等的原则