【转帖】元器件科普之半导体晶闸管

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认识半导体晶闸管

晶闸管又被称作可控硅整流器，以前被简称为可控硅。1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。

晶闸管是PNPN四层半导体结构，形成三个PN结，分别称：阳极，阴极和控制极。

图 晶闸管的结构

晶闸管在工作过程中，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。

工作过程

加正向电压且门极有触发电流的情况下晶闸管才导通，这是晶闸管的闸流特性，即可控特性。

若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。

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。

晶闸管的种类

1．双向晶闸管

双向晶闸管有极外G，其他两个极称为主电极Tl和T2。结构是一种N—P—N—P—N型五层结构的半导体器件。

双向晶闸管不像普通晶闸管那样，必须在阳极和阴极之间加上正向电压，管子才能导通。它无所谓阳极和阴极，不管触发信号的极性如何，双向晶闸管都能被触发导通。这个特点是普通晶闸管所没有的。

2．快速晶闸管

人们在普通晶闸管的制造工艺和结构上采取了一些改进措施，做出了能适应于高频应用的晶闸管，我们将它称为快速晶闸管。它具有关断时间（toff）短、导通速度快．能耐较高的电流上升率（dI／dt）、能耐较高的电压上升率（dv／dt）、抗干扰能力较好等特点。

快速晶闸管的生产和应用都进展很快。目前，已有了电流几百安培、耐压1千余伏，关断时间仅为20微妙的大功率快速晶闸管，同时还做出了最高工作频率可达几十千赫兹供高频逆变用的元件。其产品广泛应用于大功率直流开关、大功率中频感应加热电源、超声波电源、激光电源、雷达调制器及直流电动车辆调速等领域。

3．逆导晶闸管

以往的为了便于调速采用直流供电，用直流开关动作增加或减小电路电阻，改变电路电流来控制车辆的速度。但它有不能平滑起动和加速。自有了，了逆导晶闸管不仅了上述缺点，而且还逆导晶闸管是在普通晶闸管上反向并联一只二极管而成，特点是能反向导通大电流。由于它的阳极和阴极接入反向并联的二极管，可对电感负载关断时产生的大电流、高电压进行快速释放。

城市电车和地铁机车采用逆导晶闸管控制和调节车速，能够克服开关体积大、寿命短，而且低速运行时耗电大（减速时消耗在启动电阻上）等缺点，从而降低了功耗，提高了机车可靠性。

4．可关断晶闸管

可关断晶闸管亦称门控晶闸管。其主要特点是，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。

它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。它的容量及使用寿命均超过巨型晶体管。目前，大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。

5．光控晶闸管

光控晶闸管又称光触发晶闸管，是一种光敏器件。由于其控制信号来自光的照射，没有必要再引出控制极，所以只有两个电极（阳极A和阴极K），结构与普通可控硅一样，是由四层PNPN器件构成。

图 光控晶闸管符号图

当在光控晶闸管的阳极加上正向电压，阴极加上负向电压时，控晶闸管可以等效成的电路。

光控晶闸管的基本特性与普通晶闸管是相同的，只是它对光源的波长有一定的要求，有选择性。波长在0．8——0．9um的红外线及波长在1um左右的激光，都是光控晶闸管较为理想的光源。

晶闸管的应用

晶闸管是一种开关元件，具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作。它基本的用途就是可控整流，其工作过程可以控制，具有体积小、轻、功耗低、效率高、开关迅速等优点。

基于上述特点，晶闸管被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变、调光、调压、调速变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。

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