第11节 晶闸管 (修订中)
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_晶闸管_是具有四个（或更多）交替 NPNP 层的双极导电半导体器件的广泛分类。晶闸管包括： [可控硅](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt- 单结晶体管 (opens new window)（UJT）、可编程单结晶体管（PUT）。本节只检查 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公司才实现了这一点。SCR 现在可用于处理从瓦到兆瓦的功率水平。最小的器件，像小信号晶体管一样封装，在接近 100 VAC 的情况下开关 100 毫安。最大的封装器件直径为 172 mm，在 10,000 VAC 时开关电流为 5600 A。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。
# 1. 可控硅整流器 (SCR)
可控硅整流器 (SCR)：(a) 掺杂分布，(b) BJT 等效电路。
可控硅为四层 二极管 (opens new window)与上图（a）中的栅极连接。打开时，它像二极管一样导电，用于一种极性的电流。如果未触发，则它不导通。操作是根据上图 (b) 中等效的复合连接晶体管来解释的。在栅极端子和阴极端子之间施加正触发信号。这导致 NPN 等效晶体管导通。导通 NPN 晶体管的集电极拉低，将 PNP 基极移向其集电极电压，这导致 PNP 导通。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，即使在没有栅极信号的情况下，NPN 现在也会导通。一旦 SCR 进行，只要存在正阳极电压，它就会持续。对于所示的直流电池，这是永远的。然而，SCR 最常与交流电或脉动直流电源一起使用。随着阳极正弦波的正半部分到期，传导停止。此外，大多数实用的 SCR 电路依赖于 AC 周期变为零来截止或_换_向可控硅。
下图 (a) 显示了 SCR 的掺杂分布。请注意，对应于 NPN 晶体管的等效发射极的阴极是重掺杂的，如 N+ 所示。阳极也是重掺杂的 (P+)。它是 PNP 晶体管的等效发射极。对应于等效晶体管的基极和集电极区域的两个中间层的掺杂程度较低：N-和P。高功率SCR中的这种分布可以分布在整个直径相当大的半导体晶片上。
晶闸管：(a) 横截面，(b) 可控硅 (SCR) 符号，(c) 栅极可关断晶闸管 (GTO) 符号。
SCR 和 GTO 的示意图符号如上图 (b & c) 所示。基本二极管符号表示阴极到阳极的传导是单向的，就像二极管一样。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导通。
除了普遍存在的基于硅的 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，并且比任何金属都更具有导热性，仅次于金刚石。这应该允许物理上更小或更高功率的设备。
# 2. 总结
- SCR 是晶闸管四层二极管系列中最常见的成员。
- 施加到 SCR 栅极的正脉冲触发其导通。即使门脉冲被移除，传导也会继续。仅当阳极到阴极电压降至零时，传导才会停止。
- 由于连续传导，可控硅最常与交流电源（或脉动直流）一起使用。
- 可以通过向栅极施加负脉冲来关闭栅极关断开关 (GTO)。
- SCR 的开关功率高达 5600 A 和 10,000 V。
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