单向晶闸管的基本结构及工作原理

单向晶闸管的基本结构及工作原理

晶闸管有许多种类，下面以常用的普通晶闸管为例，介绍其基本结构及工作原理。

单向晶闸管内有三个PN 结，它们是由相互交叠的4 层P区和N区所构成的.如图17-1(a) 所示。晶闸管的三个电极是从P1引出阳极A，从N2引出阳极K ，从P2引出控制极G ，因此可以说它是一个四层三端

半导体器件。

为了便于说明.可以把图17-1 (a) 所示晶闸管看成是由两部分组成的[见图17-1(b)]，这样可以把晶闸管等效为两只三极管组成的一对互补管.左下部分为NPN型管，在上部分为PNP 型管[见图17-1 (c)]。

当接上电源Ea后，VT1及VT2都处于放大状态，若在G 、K 极间加入一个正触发信号，就相当于在V T1基极与发射极回路中有一个控制电流IC，它就是VT1的基极电流IB1。经放大后，VT1产生集电极电流ICI。此电流流出VT2 的基极，成为VT2 的基极电流IB2。于是，

VT2 产生了集电极电流IC2。IC2再流入VT1 的基极，再次得到放大。这样依次循环下去，一瞬间便可使VT1和VT2全部导通并达到饱和。所以，当晶闸管加上正电压后，一输入触发信号，它就会立即导通。晶闸管一经导通后，由于导致VT1基极上总是流过比控制极电流IG大得多的电流，所以即使触发信号消失后，晶闸管仍旧能保持导通状态。只有降低电源电压Ea，使VT1、VT2 集电极电流小于某一维持导通的

最小值，晶闸管才能转为关断状态。

如果把电源Ea反接，VT1 和VT2 都不具备放大工作条件，即使有触发信号，晶闸管也无法工作而处于关断状态。同样，在没有输入触发信号或触发信号极性相反时，即使晶闸管加上正向电压.它也无法导通。

上述的几种情况可参见图17-2 。

总而言之，单向晶闸管具有可控开关的特性，但是这种控制作用是触发控制，它与一般半导体三极管构成

的开关电路的控制作用是不同的。

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

双向晶闸管的结构及工作原理

双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。

双向晶闸管与单向晶闸管一样，也具有触发控制特性。不过，它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同，这就是无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的,都可以便双向晶闸管导通。

由于双向晶闸管在阳、阴极间接任何极性的工作电压都可以实现触发控制，因此双向晶闸管的主电极也就没有阳极、阴极之分，通常把这两个主电极称为T1电极和T2电极，将接在P型半导体材料上的主电极称为T1电极，将接在N型半导体材料上的电极称为T2电极。

由于双向晶闸管的两个主电极没有正负之分，所以它的参数中也就没有正向峰值电压与反同峰值电压之分，而只用一个最大峰值电压，双向晶闸管的其他参数则和单向晶闸管相同。

双向晶闸管的伏安特性曲线具有对称性，如图所示。

双向晶闸管的结构及电路

注意：此图的T1和T 2的标注不对，应反过来，同时此两极不再划分阳极和阴极

双向晶闸管的伏安特性曲线

由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通，是一种理想的交流开关器件。

晶闸管有许多种类，下面以常用的普通晶闸管为例，介绍其基本结构及工作原理。

单向晶闸管内有三个PN结，它们是由相互交叠的4层P区和N区所构成的，如图(a)所示。晶闸管的三个电极是从P1引出阳极A，从N2引出阳极K，从P2引出控制极G，因此可以说它是一个四层三端半导体器件。

为了便于说明，可以把图(a)所示晶闸臂看成是由两部分组成的[见图(b)]，这样可以把晶闸管等效为两只三极管组成的一对互补管，左下部分为NPN型管，右上部分为PNP型管[见图(c)]。