当晶闸管AK 间承受正向阳极电压时，其J1 和J3 结为正向偏置，而J2 结处于反向偏置，晶闸管处于阻断状态。为使晶闸管导通，必须使晶闸管结构中承受反向电压的J2 结失去阻挡作用。从图1.13 的双晶体管模型的工作原理可以看出，此时如果门极有足够大的门极电流IG流入，J1 和J3 结向邻近的基区注入少数载流子，起发射极的作用，处于反向偏置的J2 结起着集电极的作用。从式中可知，晶闸管的阳极电流趋于无穷大，即晶闸管迅速饱和导通。......
2023-06-23
晶闸管的工作特性简介
【摘要】：在正向阻断状态时，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流IG 不同而不同的曲线簇。晶闸管的反向特性在第Ⅲ象限部分，与二极管的反向特性相似。晶闸管的动态特性是指晶闸管工作在阻断状态和导通状态之间变换过程中的特性，包括开通特性和关断特性。最终反向恢复电流逐渐减小到接近零，晶闸管恢复对反向电压的阻断能力。由于晶闸管正向阻断恢复时间的存在，其开通时间和关断时间较长，限制了其工作频率。
（1）静态特性
加在晶闸管阳极与阴极间的电压UA 和流过晶闸管阳极电流IA 的关系称为晶闸管的伏安特性。如图1.14 所示为晶闸管伏安特性曲线，包括正向特性（第Ⅰ象限）和反向特性（第Ⅲ象限）。
晶闸管的正向特性在第Ⅰ象限部分，分为正向阻断状态和导通状态。
当晶闸管IG=0 时，器件两端施加正向电压，器件未导通，即正向阻断状态。在正向阻断状态时，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流IG 不同而不同的曲线簇。若逐渐增大阳极电压UA，只有很小的正向漏电流流过。随着阳极电压的增加，当正向电压超过临界极限即正向转折电压UBO时，漏电流急剧增大，器件导通，晶闸管由正向阻断状态突变为正向导通状态。这种在IG=0 时，依靠增大阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开通”，多次“硬开通”会使晶闸管损坏。
图1.14 晶闸管的伏安特性（IG2> IG1> IG）
一旦导通，晶闸管正向导通的伏安特性与二极管的正向特性相似，即当流过较大的阳极电流时，晶闸管的压降很小，在1 V 左右。晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复阻断，只有逐步减小阳极电流IA，使其下降到维持电流IH 以下，晶闸管才能由正向导通状态变为正向阻断状态。
晶闸管的反向特性在第Ⅲ象限部分，与二极管的反向特性相似。在正常情况下，承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于阻断状态，只有很小的反向漏电流流过。当反向电压增加到一定值时，反向漏电流增加较快，再继续增大反向电压会导致晶闸管反向雪崩击穿，造成晶闸管永久性损坏，这时对应的电压为反向击穿电压URO。
（2）晶闸管的动态特性
进行电力电子电路分析时，很多时候都将晶闸管看作理想器件，即认为器件开通和关断是瞬时完成的。但实际运行时，由于器件内部载流子的变化，使器件的开通和关断不是瞬时完成，而需要一定的时间。晶闸管的动态特性是指晶闸管工作在阻断状态和导通状态之间变换过程中的特性，包括开通特性和关断特性。图1.15 所示为晶闸管的开通和关断过程的波形。
图1.15 晶闸管的开通和关断过程的波形
1）开通过程（Turn-On Transients）
晶闸管的开通过程是指晶闸管由阻断状态到正向导通状态的转换过程。晶闸管在正向阻断状态下突加门极触发电流，由于其内部正反馈过程和外电路电感的影响，阳极电流上升需要一定的时间。从门极加触发电流到阳极电流上升到稳态值的10%所需的时间称为延迟时间（Delay Time）td。阳极电流从稳态值的10%上升到稳态值的90%所需的时间称为上升时间（Rise Time）tr。延迟时间td 与上升时间tr 之和称为开通时间ton，有
一般认为延迟时间是由于载流子渡越基区造成的，上升时间反映了基区载流子浓度达到新稳态分布的过程。延迟时间受触发脉冲前沿陡度及其幅值的影响，采用强触发脉冲可缩短开通时间；上升时间受主电路阻抗的影响，不同性质的负载在开通过程中表现出不同的电流、电压变比。普通晶闸管的延迟时间为0.5～2.5 μs，上升时间为0.5～3 μs，开通时间为5 μs。为确保晶闸管可靠开通，触发脉冲宽度通常在20～50 μs。
2）关断过程（Turn-Off Transients）
晶闸管的关断过程指其导通状态到阻断状态的转换过程。当反向电压加在晶闸管上时，晶闸管阳极电流将逐渐下降。阳极电流下降到零时，晶闸管不会立即关断，此时反向偏置的PN 结空间电荷层厚度将增加，这种变化导致反向电流的存在，称为反向恢复电流。由于外电路中电感的作用，反向恢复电流逐步增大，达到峰值后再逐渐减小。在反向恢复电流变化的同时，由于电感的存在，晶闸管两端的电压发生变化，产生一个尖峰电压。最终反向恢复电流逐渐减小到接近零，晶闸管恢复对反向电压的阻断能力。从正向电流降为零开始到反向恢复电流衰减到接近零的时间称为晶闸管的反向阻断恢复时间trr。反向恢复过程结束后，由于载流子复合过程较慢，晶闸管要恢复到具有正向电压的阻断能力还需要一定时间，这个时间称为正向阻断恢复时间tgr。在正向阻断恢复时间内，如果对晶闸管施加正向电压，由于此时其还不具有正向阻断能力，晶闸管可能立即正向导通。这种导通不是因为受到门极控制信号控制而导通的，属于不正常开通。实际应用中，晶闸管在关断后应当施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复到对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。晶闸管的反向阻断恢复时间trr和正向阻断恢复时间tgr之和，称为关断时间toff，有
普通晶闸管的关断时间约为几百微秒。为了缩短关断时间，应适当加大反向电压，并保持一段时间，以使载流子充分复合而消失。
由于晶闸管正向阻断恢复时间的存在，其开通时间和关断时间较长，限制了其工作频率。
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2023-06-30
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2023-06-28
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