晶闸管的结构与工作原理

晶闸管的结构与工作原理图1.4-2 晶闸管的结构、符号、结构模型及等值电路晶闸管是三端四层半导体开关器件,共有3个PN结，、和，如图1.4-2（a）所示。其电路符号为图1.4-2（b），A（anode）为阳极，K（cathode）为阴极，G（gate）为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管和构成，如图1.4-2（c）所示，则其等值电路可表示成图1.4-2（d）中虚线框内的两个三极管和。对三极管来说，为发射结，为集电结；对于三极管，为发射结，仍为集电结；因此为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，结为正偏置。中间结为反偏置。当A、K两端加反电压时，结为反偏置，中间结为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的结承担，而加反压时的外加电压则由结承担。如果晶闸管接入图1.4-2（d）所示外电路，外电源正端经负载电阻引至晶闸管阳极，电源的负端接晶闸管阴极，一个正值触发控制电压经电阻后接至晶闸管的门极，如果的共基极电流放大系数为，的共基极电流放大系数为，那么对而言，的发射极电流的一部分将穿过集电结，此外，受反偏电压作用，要流过共基极漏电流，因此图1.4-2（d）中的可表示为 。 （1.4-1）同理对而言，的发射极电流的一部分将穿过集电结，此外，受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流，因此图1.4-2（d）中的可表示为 。 （1.4-2）由图1.4-2（d）中可以看出 （1.4-3） 式中，为结的反向饱和电流之和，或称为漏电流。再从整个晶闸管外部电路来看，应有 。 （1.4-4） 由式（1.4-3）和式（1.4-4），可得到阳极电流为 。 （1.4-5） 晶闸管外加正向电压；但门极断开，时，中间结承受反偏电压，阻断阳极电流，这时很小，由式（1.4-5）得 。 （1.4-6）从上面的公式中可以看出晶闸管的阳极电流的数值与（+）的值密切相关。晶闸管内部的两个晶体管的基极电流放大系数和随各管中发射极电流（）和（）的变化而变化如图1.4-3所示。 图1.4-3 电流放大系数、与发射极电流的关系曲线 图 SCR开通过程示意图 图 SCR自然关断过程示意图 在、很小时晶闸管中共基极电流放大系数、也很小，、都随电流、的增大而增大。如果门极电流，在正常情况下，由于很小，仅为很小的漏电流，不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流，将使增大，增大，如图所示，这将使共基极电流放大系数、变大，、变大后，、进一步变大，又使、变得更大。在这种正反馈作用下使接近于1，晶闸管立即从断态转为通态。内部的两个等效三极管进入饱和导电状态，晶闸管的等效电阻变得很小，其通态压降仅为12V，这时的电流；则由外电路电源和负载电阻限定，即。一旦晶闸管从断态转为通态后，因、已经很大，即使撤除门极电流，由于，由式（1.4-5）可知仍然会很大，晶闸管仍继续处于通态。为保证撤销门极电流后，SCR继续导通，此时应保证。当撤掉门极电流后，工作电流与的关系如图所示，当使时，也会由于正反馈，电流越来越小，直到SCR完全关断。当工作电流大于时，因为外界干扰而导致的工作电流波动，只要电流不小于，波动后又会自动调回稳定状态。