晶闸管（Thyristor，TH）是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器（Sil-iconControlled Rectifier，SCR），以前常简称为可控硅，其外形如图5-3a所示。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

图5-3 晶闸管的外形、结构和电气图形符号

1.普通晶闸管的结构和工作原理

晶闸管具有四层PNPN结构，形成三个PN结（J₁、J₂、J₃如图5-3b所示），可以等效为PNP、NPN型两晶体管组成的复合管，三端引出线分别为阳极A（Anode）、阴极K（Cathode）和门极G（Gate）。在A、K之间加上正电压后，管子并不导通，当门极G加上正电压（相对于阴极K而言）后才导通，此时再去掉门极的电压，管子依然能够保持导通。

晶闸管在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。当晶闸管加上正向电压（阳极接正、阴极接负）时，若门极电路开路，则J₁、J₃结处于正偏，J₂结处于反偏，其伏安特性与二极管反向特性相似，晶闸管处于正向阻断状态。若门极对阴极加上一定的正向电压，则N₂区向P₂区注入电子，这些电子经扩散，通过P₂区到达J₂结耗尽层（也称高阻层、阻挡层），因耗尽层电场的作用，注入电子到达N₁区，形成等效NPN型晶体管的射极电流，产生过剩电子。为了中和过剩电子，必将有等量空穴由P₁区注入N₁区。同理这些空穴可到达P₂区，形成等效PNP型晶体管的射极电流。构成晶闸管的两个晶体管，因内部载流子的输运现象而相互供给基极电。当满足两个晶体管的共基极电流放大倍数之和α₁+α₂≥1时，晶闸管导通。晶闸管一旦导通，因流过的电流较大，α₁、α₂随电流增大，足以继续保证α₁+α₂≥1。这时，即使门极电路开路，晶闸管仍能处于导通状态。当所加正向电压大于或等于转折电压时，晶闸管也会导通，称为硬开通。当晶闸管加上反向电压时，因J₁、J₃结反偏，器件呈阻断状态。

2.晶闸管的伏安特性

晶闸管的导通和截止这两个工作状态是由阳极电压U、阳极电流I及门极电流I_G决定的，而这几个量又是互相有联系的。在实际应用中常用晶闸管的伏安特性曲线来表示它们之间的关系。图5-4所示的伏安特性曲线是在I_G=0的条件下作出的。

当晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压时，由于门极未加电压，晶闸管内只有很小的电流流过，这个电流称为正向漏电流。这时，晶闸管阳极和阴极之间表现出很大的内阻，处于阻断（截止）状态，如图5-4第一象限中曲线的下部所示。当正向电压增加到某一数值时，漏电流突然增大，晶闸管由阻断状态突然导通。晶闸管导通后，就可以通过很大的电流，而它本身的管压降只有1V左右，因此特性曲线靠近纵轴而且陡直。晶闸管由阻断状态转为导通状态所对应的电压称为正向转折电压U_BO。在晶闸管导通后，若减小正向电压，则正向电流就逐渐减小。当电流小到某一数值时，晶闸管又从导通状态转为阻断状态，这时所对应的最小电流称为维持电流I_H。

当晶闸管的阳极和阴极之间加反向电压时（门极仍不加电压），其伏安特性与二极管类似，电流也很小，称为反向漏电流。当反向电压增加到某一数值时，反向漏电流急剧增大，使晶闸管反向导通，这时所对应的电压称为反向转折电压U_BR。

图5-4 晶闸管的伏安特性曲线

从图5-4的晶闸管的正向伏安特性曲线可见，当阳极正向电压高于转折电压时，元器件将导通。但是这种导通方法很容易造成晶闸管的不可恢复性击穿而使元器件损坏，在正常工作时是不采用的。晶闸管的正常导通受门极电流I_G的控制，为了正确使用晶闸管，必须了解其门极特性。

当门极加正向电压时，门极电路就有电流I_G，晶闸管就容易导通，其正向转折电压降低，特性曲线左移。门极电流越大，正向转折电压越低，如图5-5所示。

实际规定，当晶闸管的阳极与阴极之间加上6V直流电压，能使器件导通的门极最小电流（电压）称为触发电流（电压）。由于制造工艺上的问题，同一型号的晶闸管的触发电压和触发电流也不尽相同。如果触发电压太低，则晶闸管容易受干扰电压的作用而造成误触发；如果太高，又会造成触发电路设计上的困难。因此，规定了在常温下各种规格的晶闸管的触发电压和触发电流的范围。例如，对KP50型的晶闸管，触发电压不大于3.5V，触发电流为8～150mA。

3.晶闸管主要参数

为了正确地选择和使用晶闸管，还必须了解它的电压、电流等主要参数的意义。晶闸管的主要参数有以下几项：

（1）正向重复峰值电压U_FRM

在门极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用符号U_FRM表示。按规定此电压为正向转折电压的80%。

（2）反向重复峰值电压U_RRM

在门极断路时，可以重复加在晶闸管器件上的反向峰值电压，称为反向重复峰值电压，用符号U_RRM表示。按规定此电压为反向转折电压的80%。

（3）正向平均电流I_F

在环境温度不大于40℃和标准散热及全导通的条件下，晶闸管通过的工频正弦半波电流（在一个周期内的）平均值，称为正向平均电流I_F，简称为正向电流。通常所说的多少安的晶闸管，就是指这个电流。如果正弦半波电流的最大值为I_m，则有(www.daowen.com)

图5-5 门极电流对晶闸管转折电压的影响

然而，这个电流值并不是一成不变的，晶闸管允许通过的最大工作电流还受冷却条件、环境温度、器件导通角、器件每个周期的导通次数等因素的影响。

（4）维持电流I_H

在规定的环境温度和门极开路时，维持器件继续导通的最小阳极电流称为维持电流I_H。当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。

4.晶闸管的派生器件

（1）快速开关晶闸管（Fast Switching Thyristor，FST）

FST包括所有专为快速响应而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。由于对管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间、du/dt和di/dt都有明显的改善。普通晶闸管关断时间为数百微秒，快速晶闸管为数十微秒，高频晶闸管约为10ms。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高；由于工作频率较高，选择通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。

（2）双向晶闸管（Triode AC Switch，TRIAC）

TRIAC可认为是一对反并联连接的普通晶闸管的集成，有两个主电极T₁和T₂，一个门极G。

TRIAC正反两方向均可触发导通，所以它在第一和第四象限有对称的伏安特性，其电气图形符号和伏安特性如图5-6所示。它与一对反并联晶闸管相比，更为经济，且控制电路简单，在交流调压电路、固态继电器和交流电机调速等领域应用较多，通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。

（3）逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor，RCT）

RCT是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件，其电气图形符号和伏安特性如图5-7所示。与普通晶闸管相比，逆导晶闸管具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是反并联二极管的电流。逆导晶闸管在使用时器件数目较少，装置体积小，质量小，价格低，配线简单，晶闸管承受的反偏时间增加。

图5-6 双向晶闸管的电气符号和伏安特性

图5-7 逆导晶闸管的电气符号和伏安特性

（4）光控晶闸管（Light Triggered Thyristor，LTT）

LTT又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管，其电气图形符号和伏安特性如图5-8所示。小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子，大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此它在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。

图5-8 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性