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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。
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。
晶闸管总结简介晶闸管（Thyristor），也被称为可控硅（SCR），是一种电子元件，广泛应用于电力控制和电子开关电路中。
晶闸管具有双向导通特性，可以实现电流的单向控制，是一种非常重要的功率电子器件。
工作原理晶闸管是一种多层半导体结构，主要由P-N-P-N四层半导体材料构成。
其基本结构包括阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）。
当控制极施加正向电压时，晶闸管处于关断状态，不导通；当控制极施加负向电压时，晶闸管处于可控导通状态，可以通过施加正向电压的方式控制电流通过。
晶闸管具有开关特性，分为关态和导态。
在关态时，晶闸管具有很高的阻抗，电流几乎为零；在导态时，晶闸管的阻抗非常低，电流可以流过。
应用领域晶闸管在电力控制和电子开关电路中具有广泛的应用，包括以下几个方面：1.电力控制：晶闸管可以用于实现电源控制和电压调节。
通过控制晶闸管的导通时间和导通角，可以控制电源对负载的输出功率，实现对电力的调节。
2.交流电压调节：晶闸管在交流电源电路中可以用来实现电压和功率的调节。
通过控制晶闸管的导通时间，可以改变负载所受到的电压，实现调光和电压调节功能。
3.直流电机控制：晶闸管可以用于对直流电机进行调速控制。
利用晶闸管的开关特性，可以控制电机的启动、制动和调速过程，实现对电机的精确控制。
4.交流电机控制：晶闸管可以用于对交流电机进行调速控制。
通过控制晶闸管的导通时间，可以改变交流电机所受到的电压和频率，实现对电机转速的调节。
5.电流变换和矩阵转换：晶闸管可以用于实现电流的变换和矩阵转换。
通过控制晶闸管的导通时间和序列，可以实现电流的调节和改变电流的方向。
优缺点晶闸管作为一种功率电子器件，具有以下几个优点：1.可控性强：晶闸管可以通过控制极的正负偏置实现对电流的控制，具有较高的可控性和灵活性。
2.节能高效：晶闸管具有低导通压降和低导通损耗，能够提高效率和节能。
3.可靠性高：晶闸管结构简单，无机械部件，不易损坏，寿命长。
一文读懂晶闸管的原理及工作特性晶闸管（Thyristor）是开发最早的电力电子器件。
晶闸管全称为晶体闸流管，是半控型电力电子器件，晶闸管可以被控制导通而不能用门极控制关断，具有耐高压、电流大、抗冲击能力强等特点。
晶闸管相当于一个可以被控制接通的导电开关，由PNPN四层半导体结构组成，它有三个极：阳极、阴极、控制极。
一、晶闸管的伏安特性晶闸管是由PNPN四层单导体组成，有三个PN结。
晶闸管有三个引线端子：阳极A、阴极K、和门极G。
晶闸管阳极与阴极间电压和它的阳极电流之间的关系，称为晶闸管的伏安特性。
当IG=0时，如果在晶闸管两端施加正向电压，则J2结处于反偏，晶闸管处于正向阻断状态，只流过很小的漏电流，如果正向电压超过临界极限值（正向转折电压Ub0）时，则漏电流急剧增大，正向转折电压降低。
导通后晶闸管的特性跟二极管的正向特性相似，即使通过很大的阳极电流，晶闸管本身的压降确很小。
导通时如果门极电流为零，并且阳极电流降到维持电流IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
当在晶闸管上施加反向电压时，晶闸管的J1、J3结处于反偏状态，这时伏安特性类似二极管的反向特性。
晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的漏电流流过，当反向电压超过反向击穿电压后，反向漏电流急剧增大，晶闸管反向击穿。
二、晶闸管的门极伏安特性在给晶闸管施加正向阳极电压的情况下，若再给门极加入适当的控制信号，可使晶闸管由阻断变为导通。
晶闸管的门极和阴极之间是一个PN结J3，它的伏安特性称为门极伏安特性。
当给门极施加一定电压后门极附近会发热，当电压过大时，会使晶闸管整个结温度上升，直接影响晶闸管的正常工作，甚至使门极烧坏。
所以门极上施加的电压、电流、功率是有一定限制的。
三、晶闸管的动态特性晶闸管在电路中起开关作用。
由于器件的开通和关断时间很短，当开关频率较低时，可以假定晶闸管是瞬时开通和关断的，可以忽略其动态特性和损耗。
当工作频率较高时，因工作周期缩短，晶闸管的开通和关断时间就不能忽略，动态损耗占比相对增大，成为引起晶闸管发热的主要原因。
半控型电力电子器件晶闸管1. 简介晶闸管是一种半控型电力电子器件，用于控制大功率电流的开关。
它由一个PN结、一个控制端和一个负载端组成。
晶闸管具有可控性和开关性能，广泛应用于各种电力电子系统中。
晶闸管的工作原理是基于双向导电特性的触发和保持机制。
通过对控制端施加一个触发脉冲电压，晶闸管可以从关断状态变为导通状态。
一旦晶闸管被触发，它会维持导通状态，直到负载电流低于其保持电流。
本文将介绍晶闸管的结构、工作原理以及应用领域。
2. 结构晶闸管的结构包括PN结、控制端和负载端。
PN结是晶闸管的主要组成部分，它由P型和N型的半导体材料堆叠而成。
PN 结之间的边界被称为结口。
晶闸管的导通状态是通过在结口施加一定的偏置电压来实现的。
控制端是晶闸管的触发端，用于施加一个触发脉冲电压。
当控制端施加的电压高于晶闸管的触发电压，晶闸管会从关断状态变为导通状态。
负载端是晶闸管的输出端，连接到需要控制的负载电路。
负载端负责传递电流，并控制电路的开关行为。
3. 工作原理晶闸管的工作原理可以分为以下几个步骤：1.处于关断状态：晶闸管的PN结被正向偏置，处于关断状态。
2.施加触发脉冲：通过控制端施加一个触发脉冲电压。
触发脉冲电压的幅值必须高于晶闸管的触发电压。
3.触发导通：当触发脉冲电压高于触发电压时，晶闸管的PN结上出现称为触发层的导电区域。
这导致晶闸管开始导通。
4.维持导通：一旦晶闸管被触发，触发层将继续维持导通状态，直到负载电流降至保持电流以下。
此时，晶闸管处于导通状态。
5.关断：当负载电流低于保持电流时，触发层停止维持导通状态，晶闸管回到关断状态。
4. 应用领域晶闸管在各种电力电子系统中都得到了广泛的应用。
以下是晶闸管的几个主要应用领域：1.电力调节器：晶闸管可以用作电力调节器，控制交流电源输出的电压和频率。
通过改变触发脉冲的时间和幅度，可以调整输出电压和频率。
2.交流电动机控制：晶闸管可以用于控制交流电动机的启动、停止和转速调节。
第三讲 半控型电力电子器件—晶闸管3.1 概述晶闸管（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 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。
外形有螺栓型和平板型两种封装：引出阳极(Anode)A 、阴极(Kathode)K 和门极(Gate)（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(Radiator)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(Radiator)将其夹在中间。
AA GG KKb)c)a)AGKGAP 1N 1P 2N 2J 1J 2J 3图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3.2 晶闸管的结构与工作原理晶闸管可用如图2所示的等效电路来表示。
111CBO A C I I I +=α （1）222CBO K C I I I +=α （2） G A K I I I += （3）21C C A I I I += （4）式中a 1和a 2分别是晶体管V 1和V 2的共基极电流增益；I CBO1和I CBO2分别是V 1和V 2的共基极漏电流。
由以上式（1-1）～（1-4）可得)(121CBO2CBO1G 2A ααα+-++=I I I I （5）AP 1AGK N 1P 2P 2N 1N 2a)b)图2 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 等效电路晶体管的特性是：在低发射极电流下a 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，a 迅速增大。
阻断状态：I G =0，a 1+a 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（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致a 1+a 2趋近于1的话，流过晶闸管的电流I A （阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。
I A 实际由外电路决定。
其他几种可能导通的情况：1） 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应； 2） 阳极电压上升率d u /d t 过高； 3） 结温较高；4） 光直接照射硅片，即光触发，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之外，其它都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor ——LTT ）。
只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手段3.3 晶闸管的基本特性3.3.1 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=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G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。
I H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；阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端；晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出，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J，其伏安特性称为门极伏安特性，如图34所示。
图中ABCGFED所围成的区域为可靠触发区；图中阴影部分为不触发区；图中ABCJIH所围成的区域为不可靠触发区。
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。
I FGMGTFGM I GTGTGDI GTI GD图4 晶闸管门极伏安特性3.3.2 动态特性晶闸管的动态特性主要是指晶闸管的开通与关断过程，动态特性如图5所示。
u图5 晶闸管的开通和关断过程波形开通过程:开通时间gt t 包括延迟时间d t 与上升时间r t ，即r d gt t t t += （6）延迟时间d t ：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r t ：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间 普通晶闸管延迟时间为0.5～1.5ms ，上升时间为0.5～3ms 关断过程:关断时间q t ：包括 反向阻断恢复时间rr t 与正向阻断恢复时间gr t ，即gr rr q t t t += （7）普通晶闸管的关断时间约几百微秒。
反向阻断恢复时间rr t ：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间 正向阻断恢复时间gr t ：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间 注:1）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2）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3.4 晶闸管的主要参数3.4.1 电压定额1) 断态重复峰值电压DRM U ——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。
2) 反向重复峰值电压RRM U —— 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。
3) 通态（峰值）电压TM U ——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。
通常取晶闸管的DRM U 和RRM U 中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，额定电压要留有一定裕量,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 3.4.2 电流定额1) 通态平均电流)(AV T I (额定电流)额定电流---晶闸管在环境温度为40o C 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。
举例说明：使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管，应留一定的裕量，一般取1.5～2倍 2) 维持电流H I——使晶闸管维持导通所必需的最小电流一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则H I 越小 3)擎住电流 L I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L I 约为I H 的2～4倍4)浪涌电流TSMI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3.4.3 动态参数除开通时间gt t包括延迟时间d t外，还有：1) 断态电压临界上升率dtdu/指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。
在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流。
此电流流经J3结时，起到类似门极触发电流的作用。
如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。
2) 通态电流临界上升率dtdi/——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。
如果电流上升太快，则晶闸管刚开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。
3.5 晶闸管的派生器件1）快速晶闸管（Fast Switching Thyristor——FST）包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管；管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间以及dtdu/和dtdi/耐量都有明显改善；普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10ms左右；高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高；由于工作频率较高，选择通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2）双向晶闸管（Triode AC Switch——TRIAC或Bidirectional triode thyristor）可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成，有两个主电极T1和T2，一个门极G；正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第Ｉ和第III象限有对称的伏安特性；与一对反并联晶闸管相比是经济的，且控制电路简单，在交流调压电路、固态继电器（Solid State Relay——SSR）和交流电机调速等领域应用较多；通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
a)b)GT 1T 2图6 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性3） 逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor —RCT ）将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件； 具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点； 逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是反并联二极管的电流。
b)a)KGA图7 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性4、光控晶闸管（Light Triggered Thyristor ——LTT ）光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管；小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子；大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器；a)b)图8 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。
