普通晶闸管的结构和工作原理

1.普通晶闸管的结构

晶闸管是PNPN四层三端器件，共有三个PN结。分析原理时，可以把它看作是由一个PNP型管和一个NPN型管所组成，其等效图解如图7-25所示，其外观与符号如图7-26所示。

图7-25 晶闸管等效图解

图7-26 晶闸管的外观与符号

a）外观 b）符号

2.晶闸管的工作过程

晶闸管是四层三端器件，它有J₁、J₂、J₃三个PN结，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型晶体管和一个NPN型晶体管的复合管。

当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J₂失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流I_g流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通。

设PNP型管和NPN型管的集电极电流分别为I_C1和I_C2，发射极电流相应为I_a和I_k，电流放大系数相应为α₁=I_C1/I_a和α₂=I_C2/I_k，设流过J₂结的反相漏电流为I_CO，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：

I_a=I_C1+I_C2+I_CO

=α₁I_a+α₂I_k+I_CO （7-1）

若门极电流为I_g，则晶闸管阴极电流为：I_k=I_a+I_g。(www.xing528.com)

因此，可以得出晶闸管阳极电流为：

硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数α₁和α₂随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式（7-2）中I_g=0，（α₁+α₂）很小，故晶闸管的阳极电流I_a≈I_CO，晶闸管处于正向阻断状态；当晶闸管在正向门极电压下，从门极G流入电流I_g，由于足够大的I_g流经NPN型管的发射结，从而提高放大系数α₂，产生足够大的集电极电流I_C2流过PNP型管的发射结，并提高了PNP型管的电流放大系数α₁，产生更大的集电极电流I_C1流经NPN型管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。

当α₁和α₂随发射极电流增加而使得（α₁+α₂）≈1时，式（7-2）中的分母1-（α₁+α₂）≈0，因此提高了晶闸管的阳极电流I_a。这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后，式（7-2）中1-（α₁+α₂）≈0，即使此时门极电流I_g=0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流I_a而继续导通，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流I_a减小到维持电流I_H以下时，由于α₁和α₂迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。

3.晶闸管的工作条件

由于晶闸管只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化。

1）晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。

2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，无论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

图7-27 晶闸管伏安特性参数示意