一文读懂晶闸管工作原理（一）
1、晶闸管（SCR）
晶体闸流管简称晶闸管，也称为可控硅整流元件（SCR），是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上，晶闸管不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性，它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪声；效率高，成本低等。因此，特别是在大功率UPS供电系统中，晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点：静态及动态的过载能力较差，容易受干扰而误导通。
晶闸管从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
2、普通晶闸管的结构和工作原理
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管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1（a）所示，图1（b）为晶闸管的电路符号。
图1 晶闸管等效图解图
2．1、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型三极管和一个NPN型三极管的复合管。
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Ig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管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2，发射极电流相应为Ia和Ik，电流放大系数相应为α1＝IC1／Ia和α2＝IC2／Ik，设流过J2结的反相漏电流为ICO，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：
Ia＝IC1＋IC2＋ICO＝α1Ia＋α2Ik＋ICO （1）
若门极电流为Ig，则晶闸管阴极电流为：Ik＝Ia＋Ig。
因此，可以得出晶闸管阳极电流为：
（2）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（1）中Ig＝0，（α1＋α2）很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈ICO，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Ig，由于足够大的Ig流经NPN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IC2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数α1，产生更大的集电极电流IC1流经NPN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（1）中的分母1－（α1＋α2）≈0，因此提高了晶闸管的阳极电流Ia。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（1）中1－（α1＋α2）≈0，即使此时门极电流Ig＝0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia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Ia减小到维持电流IH以下时，由于α1和α2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。
2．2、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，此条件见表1。
表1 晶闸管导通和关断条件
（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。
