晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱為可控硅；1957年美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。

　　晶閘管導(dǎo)通條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào)為“V”、“VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示）。

　　晶閘管（Thyristor）是一種開(kāi)關(guān)元件，能在高電壓、大電流條件下工作，并且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中，是典型的小電流控制大電流的設(shè)備。1957年，美國(guó)通用電器公司開(kāi)發(fā)出世界上第一個(gè)晶閘管產(chǎn)品，并于1958年使其商業(yè)化。

　　結(jié)構(gòu)

　　它是由一個(gè)P-N-P-N四層 （4 layers） 半導(dǎo)體構(gòu)成的，中間形成了三個(gè)PN結(jié)。

　　晶閘管的分類：

　　晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管（SCR）、雙向晶閘管（TRIAC）、逆導(dǎo)晶閘管（RCT）、門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管（TT國(guó)外，TTS國(guó)內(nèi)）和光控晶閘管（LTT）等多種。

　　晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。

　　通常，大功率晶閘管多采用陶瓷封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或金屬封裝。晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管，快速晶閘管包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有常規(guī)的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分別應(yīng)用于400HZ和10KHZ以上的斬波或逆變電路中。

　　關(guān)斷導(dǎo)通控制

　　晶閘管按其關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式可分為普通晶閘管（SCR）、雙向晶閘管（TRIAC）、逆導(dǎo)晶閘管（RCT）、門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管（TT國(guó)外，TTS國(guó)內(nèi)）和光控晶閘管（LTT）等多種。

　　引腳和極性

　　晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。

　　按封裝形式

　　晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平板形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。

　　電流容量分類

　　晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用陶瓷封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或金屬封裝。

　　按關(guān)斷速度

　　晶閘管按其關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管，快速晶閘管包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有常規(guī)的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分別應(yīng)用于400HZ和10KHZ以上的斬波或逆變電路中。（備注：高頻不能等同于快速晶閘管）

　　晶閘管的工作過(guò)程：

　　晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)圖1，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管圖2

　　當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，為使晶閘管導(dǎo)通，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。圖2中每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此，兩個(gè)互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。

　　設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Ic1和Ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik；電流放大系數(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設(shè)流過(guò)J2結(jié)的反相漏電電流為Ic0，

　　晶閘管的陽(yáng)極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：

　　Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

　　若門極電流為Ig，則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig

　　從而可以得出晶閘管陽(yáng)極電流為：I=（Ic0+Iga2）/（1-（a1+a2））（1—1）式

　　硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化如圖3所示。

　　當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0，（a1+a2）很小，故晶閘管的陽(yáng)極電流Ia≈Ic0 晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽(yáng)極電壓下，從門極G流入電流Ig，由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高其電流放大系數(shù)a2，產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過(guò)PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1，產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程迅速進(jìn)行。從圖3，當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）≈1時(shí)，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0，因此提高了晶閘管的陽(yáng)極電流Ia.這時(shí)，流過(guò)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?qū)顟B(tài)。

　　式（1—1）中，在晶閘管導(dǎo)通后，1-（a1+a2）≈0，即使此時(shí)門極電流Ig=0，晶閘管仍能保持原來(lái)的陽(yáng)極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。

　　在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽(yáng)極電流Ia減小到維持電流IH以下時(shí)，由于a1和a1迅速下降，當(dāng)1-（a1+a2）≈0時(shí)，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。

　　晶閘管智能模塊可關(guān)斷晶閘管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦稱門控晶閘管。其主要特點(diǎn)為，當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)時(shí)晶閘管能自行關(guān)斷。

　　前已述及，普通晶閘管（SCR）靠門極正信號(hào)觸發(fā)之后，撤掉信號(hào)亦能維持通態(tài)。欲使之關(guān)斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強(qiáng)迫關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不僅使設(shè)備的體積重量增大，而且會(huì)降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲?？申P(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開(kāi)關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過(guò)巨型晶體管（GTR），只是工作頻率比GTR低。目前，GTO已達(dá)到3000A、4500V的容量。大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。

　　可關(guān)斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結(jié)構(gòu)及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1僅繪出GTO典型產(chǎn)品的外形及符號(hào)。大功率GTO大都制成模塊形式。

　　盡管GTO與SCR的觸發(fā)導(dǎo)通原理相同，但二者的關(guān)斷原理及關(guān)斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導(dǎo)通之后即處于深度飽和狀態(tài)，而GTO在導(dǎo)通后只能達(dá)到臨界飽和，所以GTO門極上加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)即可關(guān)斷。GTO的一個(gè)重要參數(shù)就是關(guān)斷增益，βoff，它等于陽(yáng)極最大可關(guān)斷電流IATM與門極最大負(fù)向電流IGM之比，有公式

　　βoff =IATM/IGM

　　βoff一般為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說(shuō)明門極電流對(duì)陽(yáng)極電流的控制能力愈強(qiáng)。很顯然，βoff與昌盛 的hFE參數(shù)頗有相似之處。

　　下面分別介紹利用萬(wàn)用表判定GTO電極、檢查GTO的觸發(fā)能力和關(guān)斷能力、估測(cè)關(guān)斷增益βoff的方法。

　　判定GTO的電極

　　將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1檔，測(cè)量任意兩腳間的電阻，僅當(dāng)黑表筆接G極，紅表筆接K極時(shí)，電阻呈低阻值，對(duì)其它情況電阻值均為無(wú)窮大。由此可迅速判定G、K極，剩下的就是A極。（此處指的模擬表，電子式萬(wàn)用表紅表筆與電池正極相連，模擬表紅表筆與電池負(fù)極相連）

　　檢查觸發(fā)能力

　　如圖2（a）所示，首先將表Ⅰ的黑表筆接A極，紅表筆接K極，電阻為無(wú)窮大；然后用黑表筆尖也同時(shí)接觸G極，加上正向觸發(fā)信號(hào)，表針向右偏轉(zhuǎn)到低阻值即表明GTO已經(jīng)導(dǎo)通；最后脫開(kāi)G極，只要GTO維持通態(tài)，就說(shuō)明被測(cè)管具有觸發(fā)能力。

　　檢查關(guān)斷能力

　　現(xiàn)采用雙表法檢查GTO的關(guān)斷能力，如圖2（b）所示，表Ⅰ的檔位及接法保持不變。將表Ⅱ撥于R×10檔，紅表筆接G極，黑表筆接K極，施以負(fù)向觸發(fā)信號(hào)，如果表Ⅰ的指針向左擺到無(wú)窮大位置，證明GTO具有關(guān)斷能力。

　　估測(cè)關(guān)斷增益βoff

　　進(jìn)行到第3步時(shí)，先不接入表Ⅱ，記下在GTO導(dǎo)通時(shí)表Ⅰ的正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)n1；再接上表Ⅱ強(qiáng)迫GTO關(guān)斷，記下表Ⅱ的正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)n2。最后根據(jù)讀取電流法按下式估算關(guān)斷增益：

　　βoff=IATM/IGM≈IAT/IG=K1n1/ K2n2

　　式中K1—表Ⅰ在R×1檔的電流比例系數(shù)；

　　K2—表Ⅱ在R×10檔的電流比例系數(shù)。

　　βoff≈10×n1/ n2

　　此式的優(yōu)點(diǎn)是，不需要具體計(jì)算IAT、IG之值，只要讀出二者所對(duì)應(yīng)的表針正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)，即可迅速估測(cè)關(guān)斷增益值。

　　注意事項(xiàng)：

　?、旁跈z查大功率GTO器件時(shí)，建議在R×1檔外邊串聯(lián)一節(jié)1.5V電池E′，以提高測(cè)試電壓和測(cè)試電流，使GTO可靠地導(dǎo)通。

　?、埔獪?zhǔn)確測(cè)量GTO的關(guān)斷增益βoff，必須有專用測(cè)試設(shè)備。但在業(yè)余條件下可用上述方法進(jìn)行估測(cè)。由于測(cè)試條件不同，測(cè)量結(jié)果僅供參考，或作為相對(duì)比較的依據(jù)。