晶閘管的器件及參數

晶閘管是具有三個（或更多）p-n結的半導體器件，其電流-電壓特性具有負微分電阻部分，用於電路中的開關。

具有兩個輸出的最簡單的晶閘管是二極管晶閘管（功率管）。三極晶閘管 (SCR) 還具有第三個（控制）電極。二極管和三極管晶閘管都具有四層結構和三個 p-n 結（圖 1）。

末端區域p1和n2分別稱為陽極和陰極，控制電極連接到中間區域p2或n1之一。 P1、P2、P3- 在 p 區和 n 區之間過渡。

外部電源電壓源E連接到相對於陰極具有正極的陽極。如果通過三極管晶閘管控制電極的電流 Iу 為零，則其操作與二極管的操作沒有區別。在某些情況下，可以方便地將晶閘管表示為等效於兩個晶體管的電路，使用具有不同類型電導率 p-n-p 和 n-R-n 的晶體管（圖 1，b）。

如圖。 1.三極晶閘管的結構（a）和雙晶體管等效電路（b）

從圖中可以看出。 1、b，躍遷P2是等效電路中兩個三極管的共集電極躍遷，躍遷P1和P3是發射結。隨著正向電壓 Upr 的增加（這是通過增加電源 E 的電動勢實現的），晶閘管電流略有增加，直到電壓 Upr 接近擊穿電壓的某個臨界值，等於導通電壓 Uin（圖2).

米。 2. 三極晶閘管的電流-電壓特性和常規命名

在 P2 躍遷中電場增加的影響下，隨著電壓 Upr 的進一步增加，觀察到電荷載流子與原子碰撞期間由於碰撞電離而形成的電荷載流子數量急劇增加。結果，當來自 n2 層的電子和來自 p1 層的空穴湧入 p2 和 n1 層並使它們被少數載流子飽和時，結電流迅速增加。隨著電源 E 的 EMF 的進一步增加或電阻器 R 的電阻的減小，設備中的電流按照 I - V 特性的垂直部分增加（圖 2）

晶閘管保持導通的最小正向電流稱為保持電流Isp。當正向電流減小到Ipr<Isp值時（圖2中I—V特性的下降支路），該接點的高阻恢復，晶閘管關斷。 p — n 結的電阻恢復時間通常為 1 — 100 µs。

雪崩式電流開始增加時的電壓 Uin 可以通過進一步將少數電荷載流子引入到與 P2 結相鄰的層中的每一層中來降低。這些額外的載流子增加了 P2 p-n 結中的電離作用次數，因此導通電壓 Uincl 降低。

三極管晶閘管中的附加電荷載流子如圖 1 所示。 1、由獨立電壓源供電的輔助電路引入p2層。導通電壓隨著控制電流的增加而降低的程度如圖 2 中的曲線族所示。 2.

轉移到打開（on）狀態，即使控制電流 Iy 減小到零，晶閘管也不會關閉。可以通過將外部電壓降低到某個最小值來關閉晶閘管，此時電流變得小於保持電流，或者通過向控制電極的電路提供負電流脈衝，其值，然而, 與正向開關電流 Ipr 的值相稱。

三極晶閘管的一個重要參數是開鎖控制電流Iuon——控制極的電流，它保證晶閘管在開通狀態下的投切。該電流值達到數百毫安。

如圖。從圖 2 可以看出，當向晶閘管施加反向電壓時，其中會出現小電流，因為在這種情況下，過渡 P1 和 P3 閉合。為避免晶閘管反向損壞（因行程熱擊穿而使晶閘管停止工作），要求反向電壓小於Urev.max。

在對稱的二極管和三極管晶閘管中，反向 I-V 特性與正向特性一致。這是通過兩個相同的四層結構反並聯連接或使用具有四個 p-n 結的特殊五層結構來實現的。

米。 3. 對稱晶閘管的結構（a）、示意圖（b）和電流-電壓特性（c）

目前，晶閘管的電流高達 3000 A，導通電壓高達 6000 V。

大多數晶閘管的主要缺點是可控性不完全（去除控制信號後晶閘管不關斷）和速度相對較低（幾十微秒）。然而，最近發明了晶閘管，消除了第一個缺點（可以使用控制電流關閉鎖定晶閘管）。

波塔波夫洛杉磯