1、1晶閘管(scr)晶體閘流管簡稱晶閘管，也稱為可控硅整流元件(scr),是由三個pn結構成的一 種大功率半導體器件。在性能上，晶閘管不僅具有單向導電性，而且還具有比硅整 流元件更為可貴的可控性，它只有導通和關斷兩種狀態。晶閘管的優點很多,例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數高達幾十萬倍;反 應極快，在微秒級內開通、關斷;無觸點運行,無火花、無噪聲;效率高，成木低等。 因此，特別是在大功率ups供電系統屮，晶閘管在整流電路、靜態旁路開關、無觸 點輸出開關等電路屮得到廣泛的應用。晶閘管的弱點:靜態及動態的過載能力較差，容易受干擾而誤導通。晶閘管從外形上分類主要有:螺栓形、平板形和平底形。2普通晶

2、閘管的結構和工作原理晶閘管是pnpn四層三端器件，共有三個pn結。分析原理時,可以把它看作是由一 個pnp管和一個npn管所組成，其等效圖解如圖1 (a)所示，圖1 (b)為晶閘管的電 路符號。圖1品閘管等效圖解圖2.1晶閘管的工作過程晶閘管是四層三端器件，它有ji、j2、j3三個pn結，可以把它中間的np分成兩 部分，構成一個pnp型三極管和一個npn型三極管的復合管。當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導通，必須使承受反向電壓的pn結j2 失去阻擋作用。每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因 此是兩個互相復合的晶體管屯路，當有足夠的門極電流tg流入時，就會形成強烈 的正

3、反饋，造成兩晶體管飽和導通。設pnp管和npn管的集電極電流分別為ic1和ic2,發射極電流相應為la和ik, 電流放大系數相應為a l=icl/ia和a 2=ic2/ik,設流過j2結的反相漏電流為 ico,晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：la 二 jlc1+ic2+ic0k+tco若門極電流為ig,則晶閘管陰極電流為：ik二ia+ig。因此，可以得出晶閘管陽極電流為：z _，8 +勺珀'_ 1-（心2）硅pnp管和硅npn管相應的電流放人系數a 1和a 2隨其發射極電流的改變而急 劇變化。當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未接受電壓的情況下，式（1）中 ig=0,

4、 （ a 1+ a 2）很小，故晶閘管的陽極電流iaico, uu閘管處于正向阻斷狀態； 當晶閘管在正向門極電壓下，從門極g流入電流ig,由于足夠大的ig流經npn管 的發射結，從而提高放人系數a 2,產生足夠人的集電極電流tc2流過pnp管的發 射結，并提高了 pnp管的電流放大系數a 1,產生更大的集電極電流ic1流經npn 管的發射結,這樣強烈的正反饋過程迅速進行。當a 1和a 2隨發射極電流增加而使得（a 1+a 2）"1時,式中的分母1-（ a 1+a 2）0,因此提高了晶閘管的陽極電流iao這時,流過晶閘管的電流完 全由主回路的電壓和回路電阻決定，晶閘管已處于正向導通狀態

5、。晶閘管導通后， 式屮1-（1 1+a 2）0,即使此時門極電流ig二0,晶閘管仍能保持原來的陽極 電流la而繼續導通，門極己失去作用。在晶閘管導通后，如果不斷地減小電源電 壓或增大回路電阻，使陽極電流b減小到維持電流th以下時，由于al和（12 迅速下降，晶閘管恢復到阻斷狀態。2.2晶閘管的工作條件由于晶閘管只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性,這種特性需要 一定的條件才能轉化，此條件見表lo表1晶閘管導通和關斷條件衰i品閘管導逋和關斷條件從關斷対尋通維持甘通從導通到關斷（£陽根電位高于例極電位；（2）控制樓和足畔的正向電壓和里理陽極電位為于網樓電位；陽極電淹大于維持電漁

6、仃）陽極電位低于附樓電位；（2）陽慢電流小于：:撿w亡晶閘管承受反向陽極電壓時，無論門極承受何種電壓，品閘管都處于關斷狀態。晶閘管承受正向陽極電壓時,僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。(3)晶閘管在導通悄況卜；只要有一定的正向陽極電壓，無論門極屯壓如何，晶閘 管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。(4)晶閘管在導通情況下，當主冋路電壓(或電流)減小到接近于零時，晶閘管關斷。3晶閘管的伏安特性和主要參數 3.1晶閘管的伏安特性晶閘管陽極a與陰極kz間的電壓與晶閘管陽極電流z間關系稱為晶閘管伏安特 性,如圖2所所示。正向特性位于第一象限，反向特性位于第三象限。«/h ug(/

7、rum ic 1 ro lc/mur圖2晶閘管伏安特性參數示意圖(1)反向特性當門極g開路，陽極加上反向電壓時(見圖3), j2結正偏，但ji、j2結反偏。此時 只能流過很小的反向飽和電流,當電壓進一步提高到j1結的雪丿冊擊穿電壓后，同 時j3結也擊穿，電流迅速增加，如圖2的特性曲線or段開始彎曲，彎曲處的電壓 uro稱為“反向轉折電壓”。此后，品閘管會發生永久性反向擊穿。g ?gji j2 j3ji j2 j3圖4陽極加正圖3陽極加反向電壓向電壓(2)正向特性當門極g開路，陽極a加上正向電壓時(見圖4), ji、j3結正偏，但j2結反偏，這 與普通pn結的反向特性相似，也只能流過很小電流，這

8、叫正向阻斷狀態，當電壓 増加,如圖2的特性曲線0a段開始彎曲，彎曲處的電壓ubo稱為“正向轉折電 壓”。由于電壓升高到j2結的雪崩擊穿電壓后,j2結發生雪崩倍增效應，在結區產生大 屋的電子和空穴，電子進入n1 ix,空穴進入p2區進入n1區的電子與由p1區通 過j1結注入n1區的空穴復合。同樣，進入p2區的空穴與出n2區通過j3結注入 p2區的電子復合，雪崩擊穿后，進入n1區的電子與進入p2區的空穴各不能 全部復合掉。這樣，在n1區就有電子積累，在p2區就有空穴積累，結果使p2 區的電位升高，n1區的電位下降，j2結變成正偏，只要電流稍有增加，電壓便迅 速下降，出現所謂負阻特性，見圖2屮的虛線

9、ab段。這時ji、j2、j3三個結均 處于正偏，晶閘管便進入正向導電狀態通態，此時，它的特性與普通的pn 結正向特性相似，如圖2的bc段。(3)觸發導通在門極g上加入正向電壓時(如圖5所示)，因j3正偏,p2區的空穴進入n2區小2 區的電子進入p2區，形成觸發電流igto在晶閘管的內部正反饋作用(如圖2)的 基礎上，加上igt的作用，使晶閘管提前導通，導致圖2中的伏安特性0a段左 移，1gt越大，特性左移越快。ji j2 j3圖5陽極和門極均加正向電壓3.2晶閘管的主要參數(1) 斷態重復峰值電壓udrm門極開路,重復率為每秒50次,每次持續時間不大于10ms的斷態最大脈沖電 壓,udrm=90%udsm, udsm為斷態不重復峰值電壓。udsm