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，J1、J2和J3，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T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)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T1和T2。对三极管T1来说，P对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P21N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；仍为集电结J2；因此J2(N1P2)为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1J3结为正偏置。中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1J3结为反偏置，中间结J2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J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1J3结承担。

如果晶闸管接入图1.4-2（d）所示外电路，外电源US正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A，电源US的负端接晶闸管阴极K，一个正值触发控制电压UG经电阻RG后接至晶

T2(N1P2N2)的共基极电流放闸管的门极G，如果T1(P1N1P2)的共基极电流放大系数为1，

T1的发射极电流IA的一部分1IA将穿过集电结J2，大系数为2，那么对T1而言，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流iCBO1，因此图1.4-2（d）中的IC1可表示为

IC11IAiCBO1 。 （1.4-1） 同理对T2而言，T2的发射极电流IC的一部分2IC将穿过集电结J2，此外，J2受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流iCBO2，因此图1.4-2（d）中的IC2可表示为

IC22ICiCBO2。 （1.4-2） 由图1.4-2（d）中可以看出

IAIC1IC21IA2ICiCBO1iCBO21IA2ICIo （1.4-3）

式中，IoiCBO!iCBO2为J2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

IAIGIC。 （1.4-4） 由式（1.4-3）和式（1.4-4），可得到阳极电流为 IAIo2IG。 （1.4-5）

1(12) 晶闸管外加正向电压UAK；但门极断开，IG0时，中间结J2承受反偏电压，阻断阳极电流，这时IAIC很小，由式（1.4-5）得

IAICIo/1(12)0。 （1.4-6）

从上面的公式中可以看出晶闸管的阳极电流IA的数值与（1+2）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1和2随各管中发射极电流IA（IE1）和IC（IE2）的变化而变化如图1.4-3所示。

图1.4-3 电流放大系数1、2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IA、IC很小时晶闸管基极电流放大系数1、2也很小，1、2都随电流IA、

IC的增大而增大。如果门极电流IG0，在正常情况下，由于Io很小，IAIC仅为很小

的漏电流，12不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流IG，将使IA增大，IC增大，如图所示，这将使共基极电流放大系数1、2变大，1、2变大后，IA、

IC进一步变大，又使1、2变得更大。在这种正反馈作用下使12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IAIC；则由外电路电源US和负载电阻R限定，即IAICUS/R。一旦晶闸管从断态转为通态后，因IA、IC已经很大，即使撤除门极电流IG，由于121，由式（1.4-5）可知IAIC仍然会很大，晶闸管仍继续处于通态。为保证撤销门极电流IG后，SCR继续导通，此时应保证IAIH。

当撤掉门极电流IG后，工作电流IA与12的关系如图所示，当使IAIH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IA大于IH时，因为外界干扰而导致的工作电流波动，只要电流不小于IH，波动后又会自动调回稳定状态。