晶闸管的器件及参数

晶闸管是具有三个（或更多）p-n结的半导体器件，其电流-电压特性具有负微分电阻部分，用于电路中的开关。

具有两个输出的最简单的晶闸管是二极管晶闸管（功率管）。三极晶闸管 (SCR) 还具有第三个（控制）电极。二极管和三极管晶闸管都具有四层结构和三个 p-n 结（图 1）。

末端区域p1和n2分别称为阳极和阴极，控制电极连接到中间区域p2或n1之一。 P1、P2、P3- 在 p 区和 n 区之间过渡。

外部电源电压源E连接到相对于阴极具有正极的阳极。如果通过三极管晶闸管控制电极的电流 Iу 为零，则其操作与二极管的操作没有区别。在某些情况下，可以方便地将晶闸管表示为等效于两个晶体管的电路，使用具有不同类型电导率 p-n-p 和 n-R-n 的晶体管（图 1，b）。

如图。 1.三极晶闸管的结构（a）和双晶体管等效电路（b）

从图中可以看出。 1、b，跃迁P2是等效电路中两个三极管的共集电极跃迁，跃迁P1和P3是发射结。随着正向电压 Upr 的增加（这是通过增加电源 E 的电动势实现的），晶闸管电流略有增加，直到电压 Upr 接近击穿电压的某个临界值，等于导通电压 Uin（图2).

米。 2. 三极晶闸管的电流-电压特性和常规命名

在 P2 跃迁中电场增加的影响下，随着电压 Upr 的进一步增加，观察到电荷载流子与原子碰撞期间由于碰撞电离而形成的电荷载流子数量急剧增加。结果，当来自 n2 层的电子和来自 p1 层的空穴冲入 p2 和 n1 层并使它们被少数载流子饱和时，结电流迅速增加。随着电源 E 的 EMF 的进一步增加或电阻器 R 的电阻的减小，设备中的电流按照 I-V 特性的垂直部分增加（图 2）

晶闸管保持导通的最小正向电流称为保持电流Isp。当正向电流减小到Ipr<Isp值时（图2中I—V特性的下降支路），该接点的高阻恢复，晶闸管关断。 p — n 结的电阻恢复时间通常为 1 — 100 µs。

雪崩式电流开始增加时的电压 Uin 可以通过进一步将少数电荷载流子引入到与 P2 结相邻的层中的每一层中来降低。这些额外的载流子增加了 P2 p-n 结中的电离作用次数，因此导通电压 Uincl 降低。

三极管晶闸管中的附加电荷载流子如图 1 所示。 1、由独立电压源供电的辅助电路引入p2层。导通电压随着控制电流的增加而降低的程度如图 2 中的曲线族所示。 2.

转移到打开（on）状态，即使控制电流 Iy 减小到零，晶闸管也不会关闭。可以通过将外部电压降低到某个最小值来关闭晶闸管，此时电流变得小于保持电流，或者通过向控制电极的电路提供负电流脉冲，其值，然而, 与正向开关电流 Ipr 的值相称。

三极晶闸管的一个重要参数是开锁控制电流Iuon——控制极的电流，它保证晶闸管在开通状态下的投切。该电流值达到数百毫安。

如图。从图 2 可以看出，当向晶闸管施加反向电压时，其中会出现小电流，因为在这种情况下，过渡 P1 和 P3 闭合。为避免晶闸管反向损坏（因行程热击穿而使晶闸管停止工作），要求反向电压小于Urev.max。

在对称的二极管和三极管晶闸管中，反向 I-V 特性与正向特性一致。这是通过两个相同的四层结构反并联连接或使用具有四个 p-n 结的特殊五层结构来实现的。

米。 3. 对称晶闸管的结构（a）、示意图（b）和电流-电压特性（c）

目前，晶闸管的电流高达 3000 A，导通电压高达 6000 V。

大多数晶闸管的主要缺点是可控性不完全（去除控制信号后晶闸管不关断）和速度相对较低（几十微秒）。然而，最近发明了晶闸管，消除了第一个缺点（可以使用控制电流关闭锁定晶闸管）。

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