大家好，我是李工，希望大家多多支持我，马上到清明了，大家有什么安排吗？2022年过得真快啊，感觉才刚过完年，没想到竟然马上就又半年了。

今天给大家讲一下晶闸管。

众所周知，电阻可以说是无处不在，并且多才多艺，我们可以用电阻来打开和关闭微小的电流（计算机内存背后的原理），并且将小电流转换为更大的电流（放大器的工作）。

但是在处理更大的电流的时候，就不咋管用了，并且还存在一个缺点，一旦移除开关电流，它们就会完全关闭，这就意味着说当你希望电路触发冰无限期保持开启的报警设备就不怎么管用了。

对于这些情况，晶闸管就派上用场了。

什么是晶闸管？

晶闸管是一种由硅制成的单向半导体器件，基本上晶闸管（SCR）是一种三端子四层半导体器件，由交替的P型和N型材料组成。

晶闸管具有三个pn结J 1、J 2和J 3，下图显示了具有 pnpn 层的 晶闸管。晶闸管具有端子阳极(A)、阴极(K) 和 栅极G)，栅极端子 (G) 连接到靠近阴极 (K) 端子的 p 层。

晶闸管结构图

晶闸管电路符号

晶闸管就像两个晶体管

晶体管四层像两个晶体管一样工作，它们连接在一起（如下图所示），一个的输出形成另一个的输入，门作为一种启动马达来激活它们。

单个晶闸管（SCR）是一个 pnp 晶体管 (Q 1 ) 和一个npn 晶体管(Q 2 ) 的组合。这里，Q1的发射极作为 SCR 的阳极端子，而 Q2的发射极是它的阴极。另外，Q1的基极与Q2 的集电极连接，Q1 的集电极与Q 的基极连接，晶闸管的栅极端子也连接到Q2的基极。

晶闸管结构图

晶闸管的三种状态

那么晶闸管是如何工作的呢？我们可以将它置于三种可能的状态，在这三种状态下，它要么完全关闭，要么完全开启，这意味着它本质上是一个二进制数字设备。

晶闸管前向阻塞模式

通常，在没有电流流入栅极的情况下，晶闸管被关断：没有电流可以从阳极流向阴极。

这里可以将晶闸管想象成两个连接在一起的二极管，上二极管和下二极管都是正向偏置的。但是，这意味着中心的结是反向偏置的，因此电流无法从顶部一直流到底部。这种状态称为前向阻塞。虽然它类似于传统二极管中的正向偏置，但没有电流流动。

在这里，通过将正极端子 (A) 连接到电池的正极，将负极端子 (K) 连接到电池的负极，向 晶闸管 施加正偏压，如下图所示。在这种情况下，结 J 1和 J 3得到正向偏置，而结 J 2得到反向偏置。

在这里，除了作为饱和电流流动的微小电流外，电流也不能通过晶闸管，如下面特性曲线中的蓝色曲线所示。

晶闸管特性图

晶闸管电路图

晶闸管反向阻塞模式

现在假设我们反转阳极/阴极连接，可能会看到上下二极管都是反向偏置的，因此仍然没有电流流过晶闸管。这称为反向阻断（类似于简单二极管中的反向偏置）。

在此模式下，通过将晶闸管的阳极端子 (A) 连接到电池的负极，将阴极端子 (K) 连接到电池的正极，从而使晶闸管反向偏置 ，这导致结J 1和J 3的反向偏置，然后反过来又禁止电流流过晶闸管，尽管结J 2保持在正向偏置状态。在这种状态下，可控硅表现为典型的二极管。

在这种反向偏置条件下，只有反向饱和电流流过器件，如反向偏置二极管的情况，在特性曲线中用蓝线表示。该晶闸管还表现出超出反向安全电压限制的反向击穿现象，就像二极管一样。

晶闸管正向传导模式

第三种状态是有意思的状态，我们需要阳极为正极，阴极为负极。然后，当电流流入栅极时，它会打开下部晶体管，然后打开上部晶体管，然后打开下部晶体管，依此类推。每个晶体管激活另一个。

我们可以将其视为一种内部正反馈，其中两个晶体管不断向彼此馈送电流，直到它们都被完全激活，此时电流可以从阳极流过它们，流向阴极。这种状态称为正向传导，这就是晶闸管锁定（永久保持）的方式。

可以使晶闸管 导通：

1、通过将施加在阳极端子 (A) 上的正电压增加到超过击穿电压 V B或

2、通过在栅极端子 (G) 施加正电压，如图所示下图。

晶闸管电路图

但是，通过在栅极端提供小的正电压，也可以在小得多的电压电平下开启 SCR。通过考虑下图所示的可控硅晶体管等效电路，可以更好地理解其背后的原因。

在这里可以看出，在栅极端施加正电压时，晶体管 Q 2导通，其集电极电流流入晶体管 Q 1的基极。这导致 Q 1导通，进而导致其集电极电流流入 Q 2的基极。

晶闸管电路图

这会导致任一晶体管以非常快的速度饱和，即使通过消除施加在栅极端子上的偏置也无法停止动作，前提是通过晶闸管的电流大于锁存电流。

这里的锁存电流被定义为即使在栅极脉冲被移除后也能保持晶闸管处于导通状态所需的最小电流。

在这种状态下，晶闸管 被称为锁存，除非在电路中使用外部阻抗，否则无法限制通过器件的电流。这需要人们采用不同的技术，如自然换向、强制换向或反向偏置关闭和栅极关闭来关闭导通的 晶闸管。

晶闸管如何锁定

一旦晶闸管被锁定，你不能简单地通过移除流向栅极的电流来将其关闭，此时，栅极电流无关紧要 ，你必须中断从阳极流向栅极的主电流阴极，通常是通过关闭整个电路的电源。大家看下面别人制作的动画图，希望能够帮助大家理解。

这个小动画是对晶闸管如何闭锁的简单总结。你应该会注意到这上面重新绘制了晶闸管，使其看起来像两个晶体管（顶部为 pnp，下方为 npn）连接在一起，阳极、阴极和栅极构成三个外部连接。每个晶体管都充当另一个晶体管的输入。那么它是怎样工作的？

没有电流流入栅极，晶闸管关断，阳极和阴极之间没有电流流动。当电流流入栅极时，它有效地流入下部 (npn) 晶体管的基极（输入），将其打开。一旦下部晶体管打开，电流就可以流过它，激活上部（pnp）晶体管的基极（输入），也将其打开。一旦两个晶体管都完全导通（饱和），电流就可以流过它们——从阳极到阴极的整个晶闸管。由于两个晶体管相互保持导通，因此晶闸管保持导通——锁存器——即使栅极电流被移除。

稍微简化一下，这就是晶闸管工作原理的关键。

晶闸管的工作原理

在晶闸管中，硅晶片掺杂有四种交替的 P 和 N 类型，看起来像两个背靠背连接的晶体管（如下图所示）。

在这里，P（阴极）和 N（阳极）串联，因此我们得到三个端子引脚：阳极、栅极和阴极。

当我们正向偏置阳极和阴极，即阳极和阴极连接到电池的正极和负极端子时，第一个 PN 结和最后一个 PN 结（j1 和 j3）由于耗尽层的破坏而变为正向偏置。结 j2 保持反向偏置，因为没有电流提供给栅极。

当我们向栅极提供电流时，j2 结层开始断开，电流开始在电路中流动。当向栅极端施加足够的正信号电流或脉冲时，它会触发晶闸管进入导通状态。

晶闸管只能完全开启或关闭，这意味着它不能像晶体管一样处于开启和关闭状态之间。这使得晶闸管不适合用作模拟放大器，但可以用作开关器件。

晶闸管的应用

晶闸管有很多变体，即反向传导晶闸管 (RCT)、栅极可关断晶闸管 (GTO)、栅极辅助关断晶闸管 (GATT)、非对称晶闸管、静态感应晶闸管 (SITH)、MOS 控制晶闸管 ( MCT)、光激活晶闸管 (LASCR) 等。通常晶闸管具有较高的开关速度并且可以处理大电流。这使得晶闸管 (SCR) 非常适合许多应用，例如：

电源开关电路（交流和直流）零电压开关电路过压保护电路可控整流器逆变器交流电源控制（包括灯、电机等）脉冲电路电池充电稳压器锁存继电器计算机逻辑电路远程开关单元相角触发控制器定时电路IC触发电路焊机控制温度控制系统

以上就是关于晶闸管的相关内容，有什么问题，希望大家多在评论区留言。

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