第一章-晶闸管
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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
第一章-晶闸管
一．晶闸管的结构
晶闸管的内部管芯结构：
基本材料:硅单晶体
四层三端器件
A
(P1 N1 P2 N2）
G
P1
N1 J1
P2 N2
J2 J3
G
K
N2 P2 N2 N1 P1
K
A
钼片：导电材料，用于减小/缓冲相邻两种材料的热膨胀系数的差别， 以保证在各种温度下接触可靠
IA 正向 导通
URSM URRM -UA
雪崩 击穿
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性
第一章-晶闸管
第二节 晶闸管的特性和主要参数
一、晶闸管的伏安特性
（1）正向伏安特性
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。
反向漏电流。
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， IA会急剧上升，晶闸管由正阻断状态转
为正向导道状态，电流大小仅处决于外部主回路
IA
2IG ICO 1(1 2)
第一章-晶闸管
第二节 晶闸管的特性和主要参数
➢ 晶闸管的伏安特性
第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
结论： 1 导通条件：UAK>0 AND UGK>0 (iG >0适当
值) 2 关断条件： IA减小至维持电流以下。 UAK减
小到零或加反压来达到 3 一旦导通，门极失去控制，故可用脉冲信号
第一章-晶闸管
晶闸管的工作特性 ！
晶闸管正常工作时的特性总结如下（P7)：
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 。
第一章-晶闸管
晶闸管的工作原理
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。
IA
2IG ICOபைடு நூலகம்1(1 2)
第一章-晶闸管
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。流过晶闸管的电流近似为J2结
第一章-晶闸管
晶闸管内部管芯结构图
双晶体管模型
A
P1
N1 J1
G
P2 N2
J2 J3
K a)
第一章-晶闸管
晶闸管的工作原理
导通的正反馈过程：
Ig Ib2
Ic2 (Ib1) Ic1
正反馈！
半控特性： 一旦导通，UGK可有可无
第一章-晶闸管
三极管知识回顾
参考：模拟电子教材P36 三极管电气符号 三极管的三个电极：发射极、集电极、基极 共基极电路 共基极电流放大倍数：
只能控制导通，不能控制关断----半控
第一章-晶闸管
三．晶闸管的工作原理
从内部结构分析单向导通的工作原理 四层三端器件（P1 N1 P2 N2） 三个PN结 J1,J2,J3:
UAK>0时， J1,J3正偏 ,J2反偏
（正向阻断状态）
UAK<0时， J1,J3反偏 ,J2正偏
（反向阻断状态）
第一章-晶闸管
晶闸管(Thyrister)
功率等级: 几KA/几 KV 新品种: 快速, 双向, 可关断, 光激发 特点:体小,轻重,效率高,反应快,高压大容量,
弱电控制强电(几十毫安控制几百几千安)
应用:整流,逆变(尤其在大功率场合)，
第一章-晶闸管
第一节 晶闸管的结构和工作原理
一．晶闸管的结构 符号：阳极A，阴极K，门极G（控制极）
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。 (雪崩击穿/非正常导通)
URSMURRM UA
雪崩 击穿
IA
正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
第一章-晶闸管
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
第二节 晶闸管的特性和主要参数
一、晶闸管的伏安特性
IAIc1Ic2Ico
（1-3）
IK IAIG
（1-4）
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，Ico为J2
结的反向漏电流：
IA
2IG ICO 1(1 2)
（1-5） 图 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
K G
A
第一章-晶闸管
第一节 晶闸管的结构和工作原理
螺栓形： 螺栓—阳极A， 粗引线– 阴极K 细引线---门极G 特点： 安装方便
G
G KK
A
第一章-晶闸管
第一节 晶闸管的结构和工作原理
平板形： 两面分别为阳极A和阴极K 中间引出线---门极G 特点： 散热效果好，容量大
第一章-晶闸管
晶闸管的结构与工作原理
IA
正向 导通
（1）正向伏安特性：
Ig=0时： UBO---正向转折电压
URSMURRM -
UA
IH
IG2 IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
雪崩击穿导通
雪崩
击穿
晶闸管·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（Bell Laboratories）发明了晶闸 管。 1957（General Electric Company）开发出第一只晶闸管产 品。 1958(16A/300V)。 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。
第一章-晶闸管
晶闸管的结构与工作原理
G KK
A A G
A
P1
N1
J1
G
P2 N2
J2 J3
K b)
图1-6 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
K G
A c)
第一章-晶闸管
晶闸管开关实验
实验说明（P7） 实验页面链接:
第一章-晶闸管
二．晶闸管导通关断条件
发射区注入电子传输到集电结所占的百分比是一定的，这个百 分比用α表示，称为共基极电流放大系数：
传发输射到极集注电入极电电流流IICE
第一章-晶闸管
晶闸管的结构与工作原理(P8)
按晶体管的工作原理 ，得：
Ic 11 IA IC1 B O 1 IA（1-1） Ic 22 IK IC2 B O2 IK（1-2）
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
第一章-晶闸管
一．晶闸管的结构
晶闸管的内部管芯结构：
基本材料:硅单晶体
四层三端器件
A
(P1 N1 P2 N2）
G
P1
N1 J1
P2 N2
J2 J3
G
K
N2 P2 N2 N1 P1
K
A
钼片：导电材料，用于减小/缓冲相邻两种材料的热膨胀系数的差别， 以保证在各种温度下接触可靠
IA 正向 导通
URSM URRM -UA
雪崩 击穿
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性
第一章-晶闸管
第二节 晶闸管的特性和主要参数
一、晶闸管的伏安特性
（1）正向伏安特性
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。
反向漏电流。
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， IA会急剧上升，晶闸管由正阻断状态转
为正向导道状态，电流大小仅处决于外部主回路
IA
2IG ICO 1(1 2)
第一章-晶闸管
第二节 晶闸管的特性和主要参数
➢ 晶闸管的伏安特性
第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
结论： 1 导通条件：UAK>0 AND UGK>0 (iG >0适当
值) 2 关断条件： IA减小至维持电流以下。 UAK减
小到零或加反压来达到 3 一旦导通，门极失去控制，故可用脉冲信号
第一章-晶闸管
晶闸管的工作特性 ！
晶闸管正常工作时的特性总结如下（P7)：
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 。
第一章-晶闸管
晶闸管的工作原理
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。
IA
2IG ICOபைடு நூலகம்1(1 2)
第一章-晶闸管
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。流过晶闸管的电流近似为J2结
第一章-晶闸管
晶闸管内部管芯结构图
双晶体管模型
A
P1
N1 J1
G
P2 N2
J2 J3
K a)
第一章-晶闸管
晶闸管的工作原理
导通的正反馈过程：
Ig Ib2
Ic2 (Ib1) Ic1
正反馈！
半控特性： 一旦导通，UGK可有可无
第一章-晶闸管
三极管知识回顾
参考：模拟电子教材P36 三极管电气符号 三极管的三个电极：发射极、集电极、基极 共基极电路 共基极电流放大倍数：
只能控制导通，不能控制关断----半控
第一章-晶闸管
三．晶闸管的工作原理
从内部结构分析单向导通的工作原理 四层三端器件（P1 N1 P2 N2） 三个PN结 J1,J2,J3:
UAK>0时， J1,J3正偏 ,J2反偏
（正向阻断状态）
UAK<0时， J1,J3反偏 ,J2正偏
（反向阻断状态）
第一章-晶闸管
晶闸管(Thyrister)
功率等级: 几KA/几 KV 新品种: 快速, 双向, 可关断, 光激发 特点:体小,轻重,效率高,反应快,高压大容量,
弱电控制强电(几十毫安控制几百几千安)
应用:整流,逆变(尤其在大功率场合)，
第一章-晶闸管
第一节 晶闸管的结构和工作原理
一．晶闸管的结构 符号：阳极A，阴极K，门极G（控制极）
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。 (雪崩击穿/非正常导通)
URSMURRM UA
雪崩 击穿
IA
正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
第一章-晶闸管
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
第二节 晶闸管的特性和主要参数
一、晶闸管的伏安特性
IAIc1Ic2Ico
（1-3）
IK IAIG
（1-4）
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，Ico为J2
结的反向漏电流：
IA
2IG ICO 1(1 2)
（1-5） 图 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
K G
A
第一章-晶闸管
第一节 晶闸管的结构和工作原理
螺栓形： 螺栓—阳极A， 粗引线– 阴极K 细引线---门极G 特点： 安装方便
G
G KK
A
第一章-晶闸管
第一节 晶闸管的结构和工作原理
平板形： 两面分别为阳极A和阴极K 中间引出线---门极G 特点： 散热效果好，容量大
第一章-晶闸管
晶闸管的结构与工作原理
IA
正向 导通
（1）正向伏安特性：
Ig=0时： UBO---正向转折电压
URSMURRM -
UA
IH
IG2 IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
雪崩击穿导通
雪崩
击穿
晶闸管·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（Bell Laboratories）发明了晶闸 管。 1957（General Electric Company）开发出第一只晶闸管产 品。 1958(16A/300V)。 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。
第一章-晶闸管
晶闸管的结构与工作原理
G KK
A A G
A
P1
N1
J1
G
P2 N2
J2 J3
K b)
图1-6 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
K G
A c)
第一章-晶闸管
晶闸管开关实验
实验说明（P7） 实验页面链接:
第一章-晶闸管
二．晶闸管导通关断条件
发射区注入电子传输到集电结所占的百分比是一定的，这个百 分比用α表示，称为共基极电流放大系数：
传发输射到极集注电入极电电流流IICE
第一章-晶闸管
晶闸管的结构与工作原理(P8)
按晶体管的工作原理 ，得：
Ic 11 IA IC1 B O 1 IA（1-1） Ic 22 IK IC2 B O2 IK（1-2）