一、  晶闸管的结构、符号和类型
    
    1、结构
    
    晶闸管是一种大功率半导体变流器件， 它具有三个PN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图1-1所示。由最外的P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层引出的电极是门极G（也称控制极）。 
    
    
    图 1-1晶闸管的外形、结构和图形符号
    
    (a) 外形； (b) 结构； (c) 图形符号
    
     
    
    2、类型
    
        常用的晶闸管有螺栓式和平板式两种外形，如图1-1(a)所示。晶闸管在工作过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。螺栓式晶闸管是靠阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上，可自然冷却；平板式晶闸管由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管， 靠冷风冷却。 额定电流大于200 A的晶闸管都采用平板式外形结构。此外，晶闸管的冷却方式还有水冷、油冷等。 
    
    二、晶闸管的工作原理
    
        我们通过图1-2所示的电路来说明晶闸管的工作原理。 在该电路中，由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路； 由电源Eg、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路, 也称触发电路。 
    
    图 1-2 晶闸管导通试验电路图 
    
    
    当晶闸管的阳极A接电源Ea的正端，阴极K经白炽灯接电源的负端时， 晶闸管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时， 白炽灯不亮， 说明晶闸管不导通。 
    
        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，白炽灯亮， 说明晶闸管导通。 
    
         当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），白炽灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。 
    
         当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加电压，灯都不亮， 晶闸管截止。如果控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 
    
    通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件： 
    
        （1） 晶闸管主电路加正向电压。
    
        （2） 晶闸管控制电路加合适的正向电压。 
    
        为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，连接形式如图1-3所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。

1. 晶闸管的结构
晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。常见晶闸管的外形有两种：螺栓型和平板型。

晶闸管的结构和等效电路如图1-4 所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。

2. 晶闸管的工作原理

IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑

 (1)欲使晶闸管导通需具备两个条件：
①  应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。                               
②  应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。
(2) 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。
(3) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。
晶闸管的特性和主要参数
1. 晶闸管的特性
(1) 晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管阳极电流IA之间的关系特性。

晶闸管的伏安特性

(2) 晶闸管的门极伏安特性
由于实际产品的门极伏安特性分散性很大，常以一条典型的极限高阻门极伏安特性和一条极限低阻门极伏安特性之间的区域来代表所有器件的伏安特性，由门极正向峰值电流IFGM﹑允许的瞬时最大功率PGM和正向峰值电压UFGM划定的区域称为门极伏安特性区域。PG为门极允许的最大平均功率。其中,0ABC0为不可靠触发区,ADEFGCBA为可靠触发区
晶闸管的门极伏安特性

(3) 晶闸管的开关特性

第一段延迟时间td，阳极电流上升到10％所需时间，也对应着从(α1+α2)<1到等于1的过程，此时J2结仍为反偏，晶闸管的电流不大。
第二段上升时间tr，阳极电流由0.1上升到0.9所需时间，这时靠近门极的局部区域已经导通，相应的J2结已由反偏转为正偏，电流迅速增加。
通常定义器件的开通时间ton为延迟时间td与上升时间tr之和。即
                                 ton=td+tr                         (1-4)

电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新施加正向电压为止定义为器件的电路换向关断时间toff。反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间tgr之和。

                          toff=trr+tgr

晶闸管的开关特性

2. 晶闸管的主要参数
(1) 额定电压 
断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的那个数值标作器件型号上的额定电压。通常选用晶闸管时，电压选择应取(2～3)倍的安全裕量。
(2) 额定电流IT(AV)
在环境温度为+40℃和规定冷却条件下，器件在电阻性负载的单相工频正弦半波电路中,管子全导通(导通角> 170°)，在稳定的额定结温时所允许的最大通态平均电流。

晶闸管流过正弦半波电流波形如图所示

它的通态平均电流IT(AV)和正弦电流最大值Im之间的关系表示为：
                                                                     (1-6)

正弦半波电流的有效值为：
                                                                                                                    (1-7)

 

                                                                                     (1-8)

式中  Kf―为波形系数

流过晶闸管的电流波形不同，其波形系数也不同，实际应用中，应根据电流有效值相同的原则进行换算，通常选用晶闸管时，电流选择应取(1.5～2)倍的安全裕量。

(3) 维持电流IH  
在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳极电流。

(4) 擎住电流IL 
晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号之后，要器件维持通态所需要的最小阳极电流。对于同一个晶闸管来说，通常擎住电流IL约为维持电流IH的(2～4)倍。
(5) 门极触发电流IGT
在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。

(6) 门极触发电压UGT  
对应于门极触发电流时的门极触发电压。触发电路给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UGT和IGT上限，但不应超过其峰值IGFM  和 UGFM。
(7) 断态电压临界上升率du/ dt  
在额定结温和门极断路条件下，不导致器件从断态转入通态的最大电压上升率。过大的断态电压上升率会使晶闸管误导通。

(8) 通态电流临界上升率di / dt 
在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时，晶闸管能够承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率。在晶闸管开通时，如果电流上升过快，会使门极电流密度过大，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。
 

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擂台一：请简要说明晶闸管的结构和工作原理

 1．晶闸管的结构
    晶闸管是一种4层功率半导体器件，具有3个PN结，其内部的构造、外形和电路符号如图6 -1所示。其中，最外层的P区和N区分别引出两个电极，称为阳极A和阴极K，中间的P区引出控制极（或称门极）。

“晶闸管的一些基本特性”：

1、反向阻断状态；

2、正向阻断状态；

3、正向触发导通状态；

4、正向导通持续状态；

5、低于最小维持电流恢复阻断状态；

6、反向恢复阻断状态；

晶闸管的结构和工作原理

1、三个PN节、三个电极；

2、实际是两个三极管正向反馈连接状态；

3、所为触发极就是给一个自激的初始条件，所谓导通，就是自激导通状态；

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的10%的时间上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间开通时间tgt：以上两者之和， tgt=td+ tr 普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5s，上升时间为0.5~3s

2) 关断过程
反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减
至近于零的时间
正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能
力还需要一段时间
在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通
实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作
关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr
普通晶闸管的关断时间约几百微秒，这是设计反向电压设计时间的依据。

擂台一：请简要说明晶闸管的结构和工作原理？附有相关图形和解释的更佳！

1、结构（图a）

晶闸管由PNPN四层半导体组成，四层半导体分别命名为P1、N1、P2、N2，形成J1（P1N1)、J2(N1P2)、J3(P2N2)三个PN结，分别从P1、P2、N2引出A、G、K三个电极。

2、原理（如图c）

可以把晶闸管看作由两个三极管V1(P1N1P2)和V2（N1P2N2）构成。其中，J1（P1N1）为V1的发射结，J3（P2N2）为V2的发射结，J2（N1P2）为V1、V2公共的集电极。

当晶闸管阳极和阴极之间承受正向电压时，J1、J3为正向偏置，J2为反向偏置，此时若给门极也加正向电压EG，则有门极电流IG流入V2的基极，经V2放大后产生集电极电流IC1，IC1又进一步增大V2的基极电流。如此反复进行，形成强烈的正反馈，使晶体管V1、V2迅速进入饱和状态，晶闸管导通。这时如果撤除门极注入电流IG，由于内部正反馈的存在晶闸管仍维持导通状态。

当给晶闸管阳极施加正向电压，而门极电流IG=0时，正反馈无法建立起来，晶闸管A、K之间只有很小的漏电流，晶闸管处于正向阻断状态。

当晶闸管阳极和阴极之间承受反向电压，无论门极是否有驱动电流注入，晶闸管都不能导通。

综上所述：

1）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。

2）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。

3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。

4）如要使晶闸管从导通变为关断，必须去掉阳极的正向电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流减小到接近于零的电流（维持电流）以下。

下面根据等效电路（图C）分析晶闸管的工作原理：

如图所示：α1和α2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。

在低发射极电流下α是很小的，而当发射极电流建立起来之后，α迅速增大。（形成强烈正反馈，维持器件自锁导通，不再需要触发电流）

分析结果：

1）阻断状态：IG=0，α1+α2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。

2）开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致α1+α2趋近于1，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。

其实晶闸管还有几种可能导致导通的情况，如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，结温较高等。

 

擂台二：请总结归纳一下晶闸管的一些基本特性！有相关的原理图型和解释的更佳！

晶闸管的特性主要是伏安特性和开关特性。

1、伏安特性：晶闸管阳极与阴极之间的电压和阳极电流的关系。

正向：

1）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。

2）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。

3）随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。

4）晶闸管本身的压降很小，在1V左右

反向：

1）（与二极管相似）反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。

2）当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。

2、晶闸管的开关特性：晶闸管在通态和断态之间转换的过程中，其电压和电流的变化情况。

上图是我从书上扫描下来的，所以效果不是很好，我标注了一下，大家讲究着看吧

1）开通过程

当晶闸管阳极承受正向电压且门极加触发信号时，由于其内部正反馈的建立需要时间，晶闸管的阳极电流不可能瞬时增大。

从晶闸管的门极获得触发信号的时刻（图中的坐标原点处）开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间为延迟时间tD。

阳极电流从稳态值的10%上升至稳态值的90%所需的时间为上升时间tR。

晶闸管的开通时间ton=tD+tR。

一般来说，普通晶闸管的延迟时间为0.5~1.5us，上升时间为0.5~3us。

开通时间与触发脉冲的大小、坡度、结温以及外电路的电感等因素有关。

实际中为了缩短开通时间，常采用强触发方式。

为了保证晶闸管可靠触发，要求触发脉冲的宽度略大于ton。

2）关断过程：

晶闸管在阳极电流减小为零以后，如果立即施加正向阳极电压，即使没有门极脉冲，它仍会再次导通。

如果在再次加上正向阳极电压以前，使器件承受一定时间的反向偏置，再加正向阳极电压，晶闸管就不会导通，也就是说此时已经恢复阻断能力。

从阳极电流过零瞬间起到器件阻断后，能重加正向电压的瞬间为止的最小时间间隔，即晶闸管的关断时间toff，它由反向恢复时间tRR和门极恢复时间tGR组成。

一般快速晶闸管的toff约为10-30us，而普通晶闸管的toff约为150~200us。

由于远离阳极和阴极而靠近门极的J3结附近，短基区P2和长基区N1的载流子的清楚需要一定的时间才能恢复正常阻断能力，门极附近载流子的再复合作用是靠反向偏置电压来保证的，对应的时间为门极恢复时间tGR。

 

晶闸管以前叫可控硅。

图形类似二极管的图形，不过在负极引出个小尾巴，就叫晶闸管（可控硅），很有意思的。

二极管的正极在这里叫阳极；

二极管的负极在这里叫阴极；

另外的那个引脚叫控制极。

不过晶闸管的导通在控制极要有个小信号才可以使阳极向阴极导通的，随着控制信号的增加，导通的强度也增加。

 

擂台一：请简要说明晶闸管的结构和工作原理？附有相关图形和解释的更佳！
结构：

晶闸管它具有三个PN结的四层结构,有3个极，A、G、K。

工作原理：

1、导通条件:
①  阳极与阴极之间加上正向电压。                               
②  门极与阴极之间也加上正向电压和电流。
2、关断条件：

必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。

3、 其他：

晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。

 

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 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、晶闸管的工作原理

晶闸管T在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

　　晶闸管的工作条件：

　　1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态

　　2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性.

　　3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用

　　4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。                              

 

擂台2：

擂台一：请简要说明晶闸管的结构和工作原理？附有相关图形和解释的更佳！

 

 

 

 

 

综上所述，可得如下结论：

① 晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压。

②  晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或使之反向。

 

擂台一：请简要说明晶闸管的结构和工作原理？附有相关图形和解释的更佳！
擂台二：请总结归纳一下晶闸管的一些基本特性！有相关的原理图型和解释的更佳！

1晶闸管结构及其特性
晶闸管结构
晶闸管结构如图1所示。

图1晶闸管结构、外型及符号

2.晶闸管的工作原理
为了更清楚的说明工作原理，晶闸管可以看作是
两个三极管PNP（V1）管和NPN（V2）管组合而成，
电路模型如图2所示。

图2晶闸管电路模型

设在阳极和阴极之间接上电源UA，在控制极和阴极之间接入电源UG，如图3所示。

图3晶闸管工作原理

(1)晶闸管加阳极负电压-UA时，晶闸管处于反向阻断状态。
(2)晶闸管加阳极正电压UA，控制极不加电压时，晶闸管处于正向阻断状态。
(3)晶闸管加阳极正电压+UA，同时也加控制极正电压+UG，晶闸管导通。
(4)要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降至零或为负，使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。

综上所述，可得如下结论：
①晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压。
②晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或使之反向。

3.晶闸管电压电流特性
晶闸管的电压电流特性曲线，如图4所示。

图4晶闸管电压电流特性曲线

      晶闸管导通后可以通过很大的电流，而它本身的压降只有1V左右，所以这一段特性曲线(BC段)靠近纵轴而且陡直，与二极管正向特性曲线相似。
      晶闸管的反向特性与一般二极管相似，当反向电压在某一数值以下时，只有很小的反向漏电流，晶闸管处于反向阻断状态。当反向电压增加到某一值时，反向漏电流急剧增大，使晶闸管反向击穿，这时所对应的电压称为反向转折电压UBR
，晶闸管一旦反向击穿就永久损坏，在实际应用中应避免。

 

2晶闸管的主要参数

1.电压参数
(1)正向阻断峰值电压UDRM正向阻断峰值电压UDRM，指控制极断开时，允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，
(2)反向阻断峰值电压UDRM反向阻断峰值电压UDRM，指允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。
(3)额定电压UD通常把UDRM和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。

(4)通态平均电压UT(AV)习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为0.4V~1.2V。
2.电流参数
(1)通态平均电流IT(AV)通态平均电流IT(AV)简称正向电流，指在标准散热条件和规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频(50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。
(2)维持电流IH维持电流IH，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。

 一等奖 30MP:
MadforG                       MadforG

二等奖20MP：
天行健                          tianxingjian8
EastW                          abcxiangdong
zhxl198808                   zhxl198808

三等奖10MP:
spider_man                    spider_man
时空                              fuhuafeng72
今生缘                           zwl763824690
刘志斌                           binzhiliu
DAY                              zllk04266