晶闸管的原理和机理，晶闸管的特性及应用

　　晶闸管在功率半导体领域，它是仅次于二极管和晶体管的电子元件。它也叫做可控硅整流器，作为大电流下的开关元件，在各个领域的功率控制威廉希尔官方网站 中发挥作用。

　　在本文中，工程师将解释此类晶闸管的原理、机理、用途和特点。

　　1.什么是晶闸管？

　　晶闸管的名称多种多样，例如“可控硅整流器”和“可控硅”，但简单来说，它们是通过开关控制电流的电子元件。

　　晶闸管不同于二极管和晶体管，应为它具有：

　　（1）它们分别称为栅极、阳极和阴极，栅极是控制端，阳极是正极，阴极是负极。

　　（2）它是一种半导体元件，通过向阳极和阴极之间施加电压来控制阳极和阴极之间的电流。

　　（3）它不能像晶体管那样放大，但它的重要特点是可以承受大电流。

　　功率半导体虽然表面上它的用途并不那么引人注目，但它是为了功率控制而开发的，例如转换直流和交流以及升压和降压。正因为如此，晶闸管创造了使用半导体控制电力的机会。

　　在功率半导体出现之前，水银整流器负责这种功率控制。水银整流器是内部为真空的玻璃容器，是利用水银的电弧放电现象进行功率转换的装置。但是，由于是玻璃，在机械上易碎，制造上又有很大的限制，可靠性不高。所以，解决替代方案就是硅晶闸管。

　　晶闸管于1956年由美国通用电器公司开发，当时以SCR（Silicon Controlled Rectifier）的名称发布，所以现在有时仍称SCR来指代晶闸管。

　　之后，在1963年，将其统一称为晶体闸流管，意思是它是一种晶体管，其操作与晶闸管的操作非常相似。

　　2.晶闸管的原理和机理

　　晶闸管具有p型半导体和n型半导体具有四层的结构。它们按pnpn的顺序排列，这意味着“pnp型”和“npn型”双极晶体管排列在一起。

　　此外，晶体管的一个基极和集电极分别连接到另一个集电极和基极。看起来像一个复合威廉希尔官方网站 是由pnp晶体管和npn晶体管组成的。

　　然后，阳极端子连接到p型半导体，阴极端子连接到n型半导体，栅极端子设置为中心n型半导体或p型半导体。顺便说一下，设置在p型半导体中的栅极称为P gate，而设置在n型半导体中的栅极称为N gate。

　　让我们给这个晶闸管施加一个正电压。即使从阳极侧施加到阴极侧，也不会流过电流。这是因为在相邻的n型半导体和p型半导体之间形成了耗尽层。

　　这是半导体本身的性质，n型半导体的自由电子和p型半导体的空穴结合并相互抵消，没有携带电的载流子。即使从阴极侧施加电压也是如此。

　　然而，通过向栅极施加正电压并通过电流，电流会在阳极和阴极之间流动。这是因为从阳极侧提供的自由电子获得了动量，因此它们不会被 p 型半导体捕获而流入阴极侧，结果，电流流动。然而，这里的栅极信号不能施加负电压。

　　另一方面，一旦有电流流过，动量不会停止，即使不向栅极施加电压，电流也会继续流动。这称为保持（闩锁）并继续流动，直到电流达到零。因此，它对相机的闪光功能也很有用，一旦导通就需要保持它。所以，为了在不等待电流达到零的情况下关闭晶闸管，需要单独的元件或威廉希尔官方网站 。

　　顺便说一下，通过外部信号任意改变元件通断的能力称为自熄能力，专用于灭弧的威廉希尔官方网站 称为换向威廉希尔官方网站 ，但这种换向威廉希尔官方网站 是必要的晶闸管。这些元件被称为他励型，但由于IGBT是不需要换流威廉希尔官方网站 的自激型，因此不可否认IGBT的使用正在取得进展。

　　但是，在交流电源的情况下，电压变为零，因此自然关闭。此外，具有这种换向威廉希尔官方网站 的晶闸管之一是GTO晶闸管。

　　什么是GTO？

　　负电流可以通过栅极，以促进阳极和阴极之间流动的自由电子的提取，并且可以停止电流以将其关闭。然而，大容量的门威廉希尔官方网站 是必不可少的，因为需要大电流才能将其关闭。

　　3.晶闸管的便捷特性及应用

　　由于晶闸管的特性，在很多情况下，它有很多优点：

　　首先，它在大电流下具有出色的切换能力。

　　其次，由于可以用小信号控制大电流，因此可以用遥控器打开/关闭电视和空调等大功率电器。

　　此外，在这些高电流条件下使用的所有设备都必须具有保护威廉希尔官方网站 。

　　万一过电流流过，半导体元件会受到劣化或损坏的影响，从而导致设备故障。在这种情况下，晶闸管非常适合用于保护威廉希尔官方网站 。

　　首先，晶闸管具有即使停止从栅极施加电压时电流仍继续流动的特性。由于这些元件具有大的耐受电流容量，因此即使发生意外的浪涌电流，它们也可以发挥其功能而不会被破坏。此外，当电流变为零时，它会按原样关闭，因此可以说它对其他威廉希尔官方网站 具有高截止性。

　　但是，与晶体管和IGBT相比，它不适合高速开关。应用包括：它适用于操作大功率电源，逆变器、电机的旋转控制以及使用开关动作的工业设备的电源控制。