晶闸管的结构及工作原理

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流管（SCR），以前被简称为可控硅。晶闸管能够通过信号控制其导通，但不能控制其关断，所以称为半控型器件。晶闸管这个名称往往专指晶闸管的一种基本类型一普通晶闸管。但从广义上讲，晶闸管还包括许多派生器件，如双向晶闸管（TRIAC）、快速晶闸管（FST）、逆导型晶闸管（RCT）和光控晶闸管（LTT）等。

一、晶闸管的结构

目前大功率晶闸管常用的外形结构有螺栓式和平板式，它具有三个PN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图所示。

晶闸管内部是PNPN四层半导体结构，分别命名为P1、N1、P2、N2四个区。由最外的P层和N层引出的两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间的P2层引出的电极是门极G（也称控制极）。四个区形成J1、J2、J3三个PN结。因此，晶闸管可以用三个PN结串联来等效，如图8-2所示晶闸管的国际通用名称为Thyristor，简写为VT。

晶闸管是电力电子器件，在工作过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，做成螺栓状是为了能与散热器紧密连接且安装方便，通过阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上，为自然冷却；平板式晶闸管则由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管，靠冷风冷却。

平板式两面散热效果好，额定电流大于200A的晶闸管都采用平板式结构。此外还可以通过水冷、油冷等冷却方式进行冷却。

二、晶闸管的工作原理

通过如图所示电路做一个简单的实验，来说明晶闸管的工作原理。由电源Us、白炽灯、晶闸管的阳极、阴极组成晶闸管主电路。电源Uc、开关S、晶闸管门极和阴极组成控制电路也称触发电路。

当晶闸管的阳极A接电源Us的正端。阴极K经白炽灯接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。当控制电路中开关S断开时，白炽灯不亮，说明晶闸管不导通。

当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压，（控制极相对阴极间的电压）。这时白炽灯亮，说明晶闸管导通。

当品闸管导通后，将控制极上的电压去掉（即将开美S断开），白炽灯依然亮。说明一旦晶闸管导通后，控制极就失去控制作用。

当品闸管的阳极和阴极间加反向电压，不管控制极加不加电压，灯都不亮，此时晶闸管截止。如果控制极加反向电压，无论品闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。

通过上述实验结果得出如下结论。

（1）欲使晶闸管导通必须同时具备两个条件：

①晶闸管的阳极A和阴极K之间加上正向电压，②品闸管的门极G与阴极K之间也加上合适的正向电压和电流。

（2）晶闸管一旦导通后，门极就失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。

（3）为使晶闸管关断，必须使其阳极A电流降低到零或某一数值以下，这可以采用将阳极A电压减少到零或者给阳极施加反向电压。