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，J 1、J 2和J 3，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T 1(P 1N 1P 2) 和T 2(N 1P 2N 2) 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T 1和T 2。对三极管T 1来说，P 1N 1为发射结J 1，N 1P 2为集电结J 2；对于三极管T 2，P 2N 2为发射结J 3，N 1P 2仍为集电结J 2；因此J 2(N 1P 2) 为公共的集电结。当A 、K 两端加正电压时，J 1J 3结为正偏置。中间结J 2为反偏置。当A 、K 两端加反电压时，J 1J 3结为反偏置，中间结J 2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J 2结承担，而加反压时的外加电压则由J 1J 3结承担。
如果晶闸管接入图1.4-2（d ）所示外电路，外电源U S 正端经负载电阻R 引至晶闸管阳极A ，电源U S 的负端接晶闸管阴极K ，一个正值触发控制电压U G 经电阻R G 后接至晶闸管的门极G ，如果T 1(P 1N 1P 2) 的共基极电流放大系数为α1，T 2(N 1P 2N 2) 的共基极电流放大系数为α2，那么对T 1而言，此外，J 2T 1的发射极电流I A 的一部分α1I A 将穿过集电结J 2，受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO ，因此图1.4-2（d ）中的I C 可表示为
1
1
I C =α1I A +i C B O 。 （1.4-1）
1
1
同理对T 2而言，T 2的发射极电流I C 的一部分α2I C 将穿过集电结J 2，此外，J 2受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流i CBO ，因此图1.4-2（d ）中的I C 可表示为
2
2
I C =α2I C +i C B O 。 （1.4-2）
2
2
由图1.4-2（d ）中可以看出
I A =I C 1+I C 2=α1I A +α2I C +i CBO 1+i CBO 2=α1I A +α2I C +I o （1.4-3）
式中，I o =i CBO +i CBO 为J 2结的反向饱和电流之和，或称为漏电流。
!
2
再从整个晶闸管外部电路来看，应有
I A +I G =I C 。 （1.4-4） 由式（1.4-3）和式（1.4-4），可得到阳极电流为 I A =
I o +α2I G 1-(α1+α2)
。 （1.4-5）
晶闸管外加正向电压U AK ；但门极断开，I G =0时，中间结J 2承受反偏电压，阻断阳极电流，这时I A =I C 很小，由式（1.4-5）得
I A =I C =I o /[1-(α1+α2) ]≈0。 （1.4-6）
从上面的公式中可以看出晶闸管的阳极电流I A 的数值与（α1+α2）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α1和α2随各管中发射极电流I A （I E 1）和I C （I E 2）的变化而变化如图1.4-3所示。
图1.4-3 电流放大系数α1、α2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I A 、I C 很小时晶闸管中共基极电流放大系数α1、α2也很小，α1、α2都随电流I A 、
I C 的增大而增大。如果门极电流I G =0，在正常情况下，由于I o 很小，I A =I C 仅为很小
的漏电流，α1+α2不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流I G ，将使I A 增大，I C 增大，如图所示，这将使共基极电流放大系数α1、α2变大，α1、α2变大后，I A 、
I C 进一步变大，又使α1、α2变得更大。在这种正反馈作用下使α1+α2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1~2V，这时的电流I A ≈I C ；则由外电路电源U S 和负载电阻R 限定，即I A ≈I C ≈U S /R 。一旦晶闸管从断态转为通态后，因I A 、I C 已经很大，即使撤除门极电流I G ，由于α1+α2≈1，由式（1.4-5）可知I A =I C 仍然会很大，晶闸管仍继续处于通态。为保证撤销门极电流I G 后，SCR 继续导通，此时应保证I A >I H 。
当撤掉门极电流I G 后，工作电流I A 与α1+α2的关系如图所示，当使I A
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，J 1、J 2和J 3，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T 1(P 1N 1P 2) 和T 2(N 1P 2N 2) 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T 1和T 2。对三极管T 1来说，P 1N 1为发射结J 1，N 1P 2为集电结J 2；对于三极管T 2，P 2N 2为发射结J 3，N 1P 2仍为集电结J 2；因此J 2(N 1P 2) 为公共的集电结。当A 、K 两端加正电压时，J 1J 3结为正偏置。中间结J 2为反偏置。当A 、K 两端加反电压时，J 1J 3结为反偏置，中间结J 2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J 2结承担，而加反压时的外加电压则由J 1J 3结承担。
如果晶闸管接入图1.4-2（d ）所示外电路，外电源U S 正端经负载电阻R 引至晶闸管阳极A ，电源U S 的负端接晶闸管阴极K ，一个正值触发控制电压U G 经电阻R G 后接至晶闸管的门极G ，如果T 1(P 1N 1P 2) 的共基极电流放大系数为α1，T 2(N 1P 2N 2) 的共基极电流放大系数为α2，那么对T 1而言，此外，J 2T 1的发射极电流I A 的一部分α1I A 将穿过集电结J 2，受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO ，因此图1.4-2（d ）中的I C 可表示为
1
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I C =α1I A +i C B O 。 （1.4-1）
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同理对T 2而言，T 2的发射极电流I C 的一部分α2I C 将穿过集电结J 2，此外，J 2受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流i CBO ，因此图1.4-2（d ）中的I C 可表示为
2
2
I C =α2I C +i C B O 。 （1.4-2）
2
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由图1.4-2（d ）中可以看出
I A =I C 1+I C 2=α1I A +α2I C +i CBO 1+i CBO 2=α1I A +α2I C +I o （1.4-3）
式中，I o =i CBO +i CBO 为J 2结的反向饱和电流之和，或称为漏电流。
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再从整个晶闸管外部电路来看，应有
I A +I G =I C 。 （1.4-4） 由式（1.4-3）和式（1.4-4），可得到阳极电流为 I A =
I o +α2I G 1-(α1+α2)
。 （1.4-5）
晶闸管外加正向电压U AK ；但门极断开，I G =0时，中间结J 2承受反偏电压，阻断阳极电流，这时I A =I C 很小，由式（1.4-5）得
I A =I C =I o /[1-(α1+α2) ]≈0。 （1.4-6）
从上面的公式中可以看出晶闸管的阳极电流I A 的数值与（α1+α2）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α1和α2随各管中发射极电流I A （I E 1）和I C （I E 2）的变化而变化如图1.4-3所示。
图1.4-3 电流放大系数α1、α2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I A 、I C 很小时晶闸管中共基极电流放大系数α1、α2也很小，α1、α2都随电流I A 、
I C 的增大而增大。如果门极电流I G =0，在正常情况下，由于I o 很小，I A =I C 仅为很小
的漏电流，α1+α2不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流I G ，将使I A 增大，I C 增大，如图所示，这将使共基极电流放大系数α1、α2变大，α1、α2变大后，I A 、
I C 进一步变大，又使α1、α2变得更大。在这种正反馈作用下使α1+α2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1~2V，这时的电流I A ≈I C ；则由外电路电源U S 和负载电阻R 限定，即I A ≈I C ≈U S /R 。一旦晶闸管从断态转为通态后，因I A 、I C 已经很大，即使撤除门极电流I G ，由于α1+α2≈1，由式（1.4-5）可知I A =I C 仍然会很大，晶闸管仍继续处于通态。为保证撤销门极电流I G 后，SCR 继续导通，此时应保证I A >I H 。
当撤掉门极电流I G 后，工作电流I A 与α1+α2的关系如图所示，当使I A