晶闸管的结构以及工作原理
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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 结构，然后在 的大部分区域扩散N型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在 上引出门极，在 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。
（二）反向工作区（0~5）
器件工作在反向时候， 和 结反偏，由于重掺杂的 结击穿电压很低， 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 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
当晶闸管处于断态（ ）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流 ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压 以及转折电流 都是 的函数， 越大， 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 ， 很小，且与 基本无关。但反向电压很大时（ ），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 为反向转折电压和转折电流。
图3晶闸管的伏安特性曲线
当晶闸管 加正向电压时， 和 正偏， 反偏，外加电压几乎全部降落在 结上， 结起到阻断电流的作用。随着 的增大，只要 ，通过阳极电流 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当 增大超过 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 ，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 及其所对应的 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 的某一临界值以下，器件才能被关断。
3、负载区（2~3）
当外加电压大于转折电压时候， 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 区，空穴进入 区，由于不能很快的复合，所以造成 结两侧附近发生载流子积累：空穴在 区、电子在 区，补偿离化杂质电荷，使得空间电荷区变窄。由此使得 区电位升高、 区电位下降，起了抵消外电场作用。随着 结上外加电压下降，雪崩倍增效效应也随之减弱。另一方面 和 结的正向电压却有所增强，注入增加，造成通过 结的电流增大，于是出现了电流增加电压减小的负阻现象。
由图6可知，通过 结的电流为上述三者之和，即
（1）
假定发射效率 ，根据电流连续性原理 ，所以公式（1）变成：
（2）
公式说明，当正向电压小于 结的雪崩击穿电压 ，倍增效应很小，注入电流也很小，所以 和 也很小，故有
（3）
此时的 也很小。所以 和 结正偏，所以增加 只能使 结反偏压增大，并不能使 及 增加很多，因而器件始终处于阻断状态，流过器件的电流与 同一数量级。因此将公式（3）称为阻断条件。
4、低阻通态区（3~4）
如上所述，倍增效应使得 结两侧形成电子和空穴的积累，造成 结反偏电压减小；同时又使得 和 结注入增强，电路增大，因而 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， 结两侧仍有空穴和电子积累， 结变为正偏。此时 、 和 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。
（9）
利用公式（9）可把公式（7）变为
wk.baidu.com（10）
即在转折点，倍增因子与小信号 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。
，
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 和 是电流的函数，M是 的函数，可近似用 ， 为常数，对（4）求导 ，计算结果是
（6）
由于转折电压低于击穿电压，故 为一恒定值。分母也为恒定值，由于 ，分子也必须为零，可得到
（7）
根据晶体管直流电压放大系数的定义，
（8）
即可得到小信号电流放大系数
当 增加使得 结反偏压增大而发生雪崩倍增时候，假定倍增因子 ，则 、 和 都将增大M倍，故（2）变成
（4）
此时分母变小， 将随 的增长而迅速增加，所以当
（5）
便达到雪崩稳定状态极限（ ），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
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 和 的 和 晶体管，其中 结为共用集电结，如图6所示。当器件加正向电压时。正偏 结注入空穴经过 区的输运，到达集电极结（ ）空穴电流为 ；而正偏的 结注入电子，经过 区的输运到达 结的电流为 。由于 结处于反向，通过 结的电流还包括自身的反向饱和电流 。
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， 和 结承受正向电压，而 结承受反向电压，外加电压几乎全部落在 结身上。反偏 结起到阻断电流的作用，这时晶闸管是不导通。
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
2、雪崩区（1~2也称转折区）
当外加电压上升接近 结的雪崩击穿电压 时，反偏 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 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 结的电流，由原来的反向电流转变为主要由 和 结注入的载流子经过基区衰减而在 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。
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。
（二）反向工作区（0~5）
器件工作在反向时候， 和 结反偏，由于重掺杂的 结击穿电压很低， 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 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
当晶闸管处于断态（ ）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流 ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压 以及转折电流 都是 的函数， 越大， 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 ， 很小，且与 基本无关。但反向电压很大时（ ），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 为反向转折电压和转折电流。
图3晶闸管的伏安特性曲线
当晶闸管 加正向电压时， 和 正偏， 反偏，外加电压几乎全部降落在 结上， 结起到阻断电流的作用。随着 的增大，只要 ，通过阳极电流 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当 增大超过 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 ，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 及其所对应的 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 的某一临界值以下，器件才能被关断。
3、负载区（2~3）
当外加电压大于转折电压时候， 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 区，空穴进入 区，由于不能很快的复合，所以造成 结两侧附近发生载流子积累：空穴在 区、电子在 区，补偿离化杂质电荷，使得空间电荷区变窄。由此使得 区电位升高、 区电位下降，起了抵消外电场作用。随着 结上外加电压下降，雪崩倍增效效应也随之减弱。另一方面 和 结的正向电压却有所增强，注入增加，造成通过 结的电流增大，于是出现了电流增加电压减小的负阻现象。
由图6可知，通过 结的电流为上述三者之和，即
（1）
假定发射效率 ，根据电流连续性原理 ，所以公式（1）变成：
（2）
公式说明，当正向电压小于 结的雪崩击穿电压 ，倍增效应很小，注入电流也很小，所以 和 也很小，故有
（3）
此时的 也很小。所以 和 结正偏，所以增加 只能使 结反偏压增大，并不能使 及 增加很多，因而器件始终处于阻断状态，流过器件的电流与 同一数量级。因此将公式（3）称为阻断条件。
4、低阻通态区（3~4）
如上所述，倍增效应使得 结两侧形成电子和空穴的积累，造成 结反偏电压减小；同时又使得 和 结注入增强，电路增大，因而 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， 结两侧仍有空穴和电子积累， 结变为正偏。此时 、 和 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。
（9）
利用公式（9）可把公式（7）变为
wk.baidu.com（10）
即在转折点，倍增因子与小信号 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。
，
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 和 是电流的函数，M是 的函数，可近似用 ， 为常数，对（4）求导 ，计算结果是
（6）
由于转折电压低于击穿电压，故 为一恒定值。分母也为恒定值，由于 ，分子也必须为零，可得到
（7）
根据晶体管直流电压放大系数的定义，
（8）
即可得到小信号电流放大系数
当 增加使得 结反偏压增大而发生雪崩倍增时候，假定倍增因子 ，则 、 和 都将增大M倍，故（2）变成
（4）
此时分母变小， 将随 的增长而迅速增加，所以当
（5）
便达到雪崩稳定状态极限（ ），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
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 和 的 和 晶体管，其中 结为共用集电结，如图6所示。当器件加正向电压时。正偏 结注入空穴经过 区的输运，到达集电极结（ ）空穴电流为 ；而正偏的 结注入电子，经过 区的输运到达 结的电流为 。由于 结处于反向，通过 结的电流还包括自身的反向饱和电流 。
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， 和 结承受正向电压，而 结承受反向电压，外加电压几乎全部落在 结身上。反偏 结起到阻断电流的作用，这时晶闸管是不导通。
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
2、雪崩区（1~2也称转折区）
当外加电压上升接近 结的雪崩击穿电压 时，反偏 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 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 结的电流，由原来的反向电流转变为主要由 和 结注入的载流子经过基区衰减而在 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。