晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。
一、结构与工作原理
　　晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(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(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2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，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3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J1、J3结承担。
　　如果晶闸管接入图1(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后接至晶闸管的门极G，如果T1（P1N1P2）的共基极电流放大系数为α1，T2（N1P2N2）的共基极电流放大系数为α2，那么对T1而言，T1的发射极电流IA的一部分α1IA将穿过集电结J2，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO1，因此图1(d)中的IC1可表示为
　　IC1=α1IA+i CBO1。 ? （1）
　　同理对T2而言，T2的发射极电流IC的一部分α2IC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i CBO2，因此，图1(d)中的I C2可表示为
　　IC2=α2IC+i CBO2。??? （2）
　　由图1(d)中可以看出
　　IA=IC1+IC2=α1IA+α2IC+ i CBO1+ i CBO2=α1IA+α2IC+IO，? （3）
　　式中，IO= i CBO1+ i CBO2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。?????????? （4）
　　由式（3）和式（4），可得到阳极电流为
　　IA=（IO+α2IG）/［1-（α1+α2）］??????? （5）
　　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（5）得
　　IA=IC=IO/［1-（α1+α2）］≈0???????????? （6）{{分页}}
　　在IA、IC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，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IG，将使IA增大，IC增大，这将使共基极电流放在系数α1、α2变大，α1、α2变大后，IA、IC进一步变大，又使α1、α2变得更大。在这种正反馈作用下使用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都进入饱和导电状态，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；则由外电路电源电压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α1+α2≈1，由式（5）可知IA=IC仍然会很大，晶闸管仍然继续处于通态，并保持由外部电路所决定的阳极电流IA=IC=US/R。
二、晶闸管的基本特性
　　晶闸管阳极与阴极间的电压和阳极电流的关第，称晶闸管的伏安特性。晶闸管的伏安特性位于第一象限的是正向伏安特性，位于第三象限的是反向伏安特性（如图2所示）。其主要特性表现如下。
　　（1） 在正向偏置下，开始器件处于正向阻断状态，当UAK=UA时，发生转折，经过负阻区由阻断状态进入导通状态（OA—正向阻断状态，AB—转折态，BL—负阻态，LD—导通状态，A—转折点，UA—转折电压）。从图2中可以看到，这种状态的转换，可以由电压引起，也可以由门极电流引起（门极触发导通）。
　　（2） 当IG2 IG1 IG时，UA2 A1 A，且一旦触发导通后，即使去掉门极信号，器件仍能维持导通状态不变。这是二极管、三极管所没有，晶闸管所特有的性质，称为自锁或擎住特性（L—擎住点，IL—擎住电流）。可见，晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。因此，触发电流常采用脉冲电流，而无需采用直流电流。
　　（3） 导通之后，只要流过器件的电流逐渐减小到某值，器件又可恢复到阻断状态（H—关断点、IH—维持电流）。这种关断方式称为自然关断，例如，可采用加反偏电压的方法进行强迫关断。
　　（4） 在反向偏置下，其伏安特性和整流管的完全相同（OP—反向阻断状态，PR—反向击穿状态，P—击穿点，UB—击穿电压）。
三、晶闸管的主要特性参数
1、? 晶闸管的电压定额
　　（1） 额定电压UR。在门极开路（IG=0），器件额定结温度时，图2中正向和反向折转电压的80%值规定为断态正向重复峰值电压UDRM和断态反向重复峰值电压URRM这两个电压中较小的一个电压值规定为该晶闸管的额定电压UR。
???? 由于在电路中可能偶然出现较大的瞬时过电压而损坏晶闸管，在实际电力电子变换和控制电路设计和应用中，通常按照电路中晶闸管正常工作峰值电压的2~3倍的电压值选定为晶闸管的额定电压，以确保足够的安全电量。
　　（2）通态峰值电压UTM。规定为额定电流时的管压降峰值， 一般为1.5~2.5V，且随阳极电流的增大而略微增加。额定电流时的通态平均电压降一般为1V左右。
2、晶闸管的电流定额
　　（1）晶闸管的额定电流IR。在环境温度为40和规定的散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相，工频正弦半波导电，结温稳定在额定值125时，所对应的通态平均电流值定义为晶闸管的额定电流IR。晶闸管的额定电流也是基于功耗发热而导致结温不超过允许值而限定的。如果正弦电流的峰值为I m，则正弦半波电流的平均值为
　　已知正弦半波的有效值（均方根值）为
　　由式（1）和式（2）得到有效值为
　　即产品手册中的额定电流为IR=IAV=100A的晶闸管可以通过任意波形、有效值为157A的
晶闸管详细介绍.doc