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晶闸管的基本原理

 晶闸管是一个至少含有三个PN 结,并能从截止工作状态到导通工作状态转换的半导体元器件。有时它也会被称为反向截止晶闸管,它反向是不能被开通而只是在截止状态下。相对二极管晶闸管还多一个可使晶闸管进入导通状态的控制栅极(栅极)
晶闸管电流电压曲线
图2.2.7 晶闸管内部示意图
晶闸管是由四个交替n- 型和 p-型半导体组成的(见图2.2.7)。中间的n- 型和p-型半导体构成正向和反向的高截止PN 结。钝化环(在这里是石英钝化环)必须固定两个PN 结。我们可以把晶闸管分解成一个npn 晶体管和一个pnp 晶体管来理解,如图
把晶闸管分解成两个连接的npn 和pnp 晶体管
当阴极接负电压,阳极接正电压,并有一个控制电流从栅极流向阴极时,电子就注入阴极,也就是npn 晶体管的发射极。栅极电流被npn 晶体管放大。一部分电子会流到低掺杂度的n-区,它同样是npn 晶体管的收集极和pnp 晶体管的基极。这个电流在pnp晶体管中再次被放大并传送到npn 晶体管的基极。这种内部的紧密耦合决定了晶闸管的功能特性。晶体管的电流放大倍数是同电流有关系。当基极电流正好是使放大倍数大于1 时,即αnpn + αpnp 7 1, 晶闸管被激发,也就是说晶闸管进入导通工作状态。在基极的一个很小的电流脉冲(比如10 μs 的脉冲)就能使晶闸管激发导通。当脉冲结束时,流过晶闸管的电流大于闭锁电流IL时,晶闸管保持导通状态。当电流低于保持电流IH时,晶闸管进入正向截止状态(见2.2.2.3 章)。下面的所有通过PN 结,从栅极流到阴极的电流形式,当它足够大时,都可是激发流:
- 外部的电流源
- 当截至电流产生的电压超过翻转电压时(翻转)
- 通过光照射时,空间电荷区产生的电流(光激发)
- 过高的温度(热效应产生的截止电流造成)
- 因快速上升的阳极电压所产生的存贮电荷延迟放电电流(dv/dt)

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