晶闸管

晶闸管 是具有四个（或更多）交替 N-P-N-P 层的双极导电半导体器件的广泛分类。晶闸管包括：可控硅（SCR）、TRIAC、栅极关断开关（GTO）、可控硅开关（SCS）、交流二极管（DIAC）、单结晶体管（UJT）、可编程单结晶体管（PUT）。本节仅检查 SCR；虽然提到了 GTO。

肖克利在 1950 年提出了四层二极管晶闸管。直到多年后通用电气才实现。 SCR 现在可用于处理从瓦特到兆瓦的功率水平。最小的设备，像小信号晶体管一样封装，在接近 100 VAC 时开关 100 毫安。最大的封装器件直径为 172 毫米，在 10,000 VAC 下开关电流为 5600 安培。最高功率的 SCR 可能由直径几英寸（100 毫米）的整个半导体晶片组成。

硅控整流器 (SCR)

可控硅整流器 (SCR)：(a) 掺杂分布，(b) BJT 等效电路。

可控硅整流器是一个四层二极管，栅极连接如上图（a）所示。当打开时，它像二极管一样传导，电流为一种极性。如果未触发，则不导电。根据上图 (b) 中等效的复合连接晶体管来解释操作。在栅极端子和阴极端子之间施加正触发信号。这会导致 NPN 等效晶体管导通。导电 NPN 晶体管的集电极拉低，将 PNP 基极移向其集电极电压，从而导致 PNP 导电。导电 PNP 的集电极拉高，使 NPN 基极向其集电极方向移动。这种正反馈（再生）加强了 NPN 已经在进行的状态。此外，即使在没有门信号的情况下，NPN 现在也会导通。一旦 SCR 导通，只要存在正阳极电压，它就会继续运行。对于所示的直流电池，这是永远的。然而，SCR 最常与交流或脉动直流电源一起使用。随着阳极正弦波的正半波终止，传导停止。此外，大多数实际的 SCR 电路依赖于交流循环变为零以截止或换向 可控硅。

下图 (a) 显示了 SCR 的掺杂分布。请注意，阴极（对应于 NPN 晶体管的等效发射极）被重掺杂，如 N+ 所示。阳极也是重掺杂 (P+)。它是 PNP 晶体管的等效发射极。对应于等效晶体管的基极区和集电极区的两个中间层的掺杂程度较低：N 和 P。高功率 SCR 中的这种分布可能会分布在整个直径相当大的半导体晶片上。

晶闸管：（a）截面，（b）可控硅（SCR）符号，（c）门极关断晶闸管（GTO）符号。

SCR 和 GTO 的示意图符号如上图 (b &c) 所示。基本的二极管符号表示阴极到阳极的传导像二极管一样是单向的。添加栅极引线表示对二极管导通的控制。栅极关断开关（GTO）在栅极引线周围有双向箭头，表示可以通过负脉冲禁用导通，也可以通过正脉冲启动。

除了无处不在的硅基 SCR 之外，还生产了实验性碳化硅器件。碳化硅 (SiC) 在更高的温度下工作，并且比任何金属都具有更好的导热性，仅次于金刚石。这应该允许物理上更小或更高功率的设备。

评论：

• SCR 是晶闸管四层二极管系列中最常见的成员。
• 施加到 SCR 栅极的正脉冲会触发其导通。即使去除了栅极脉冲，导通仍会继续。只有当阳极到阴极的电压降至零时，传导才会停止。
• 由于持续传导，SCR 最常与交流电源（或脉动直流电源）一起使用。
• 可以通过向栅极施加负脉冲来关闭栅极关闭开关 (GTO)。
• SCR 的开关功率高达 5600 A 和 10,000 V。

相关工作表：

• 晶闸管工作表