双极结型晶体管的工作原理

我们知道二极管、三级管是一种常用的半导体材料的元器件，其实半导体材料的器件还有很多，今天我们就来讲讲其中的一种：晶闸管。

晶闸管的应用场景非常广泛，在发电站就是其中一个场景。在高压直流输电中，必须借助转换站将大量的交流电转换为直流电。之后，直流电被传输到用户。

这项重要的转换任务由称为“晶闸管”的独特半导体开关设备执行，更具体地说，由硅控整流器执行。学习晶闸管之前，可以先看下我分享过的一篇文章：。

1、晶闸管介绍

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；

如下图，不同的半导体开关器件，例如二极管和晶体管。同样和这些器件一样，晶闸管也是一种开关器件。所有这些开关装置均由众所周知的硅半导体材料制成，晶闸管由N和P区域的4个交替层组成。

要了解为什么使用晶闸管，让我们看一下普通晶体管BJT）的工作原理。

2、BJT工作原理

BJT：BipolarJunctionTransistor双极结型晶体管。

如下图，当连接主电源时，我们会观察到晶体管的一个结点总是反向偏置。

要接通晶体管，我们只需在发射极和基极端子之间连接一个次级电压源，就可以导通晶体管了。如下图：

如果我们移除次级电源，则晶体管将关闭，因为它需要连续的次级电源。

但是，在大功率应用期间（比如发电站），需要连续的基本电流供应，会导致巨大的功率损耗。

为了克服这个问题，1950年，WilliamShockley提出了一种非常有趣的电源开关，称为晶闸管。

在晶闸管中，与晶体管不同，不需要这种连续的次级电源。触发后，即使你移除次级电源，晶闸管仍将继续工作（如下图）。

3、晶闸管工作原理

有了晶体管的基础知识，我们就可以了解晶闸管的工作原理。

如果硅结构晶片掺杂有四种交替形式的P和N型，则会产生晶闸管。在此，耗尽区的形成也发生在结处。无论采用哪种方式在晶闸管中施加电压，总会有至少一个反向偏置结，如下图：

门极触发

在晶闸管中，一种有效且流行的方法称为“门极触发”。我们将次级电源连接到栅极和阴极端子。该次级电源将大量电子注入P区域。随着该过程的继续，P区变得充满电子，如下图：

现在，电子已成为该区域的多数电荷载流子。简而言之，P区域最终成为N区域，这个新的N区域将导致耗尽区域自动减小。由于P区域已成为新的N区域，由于栅极触发，底侧的三个区域共同成为一个大N区域。现在，晶闸管的结构看起来像一个PN结二极管。

4、如何关闭晶闸管？

关闭晶闸管的方法是在晶闸管两端施加反向电压，如下图：

实现此目的的最有效方法是使用LC振荡器。在LC振荡器中，能量交换发生在电容器和电感器之间。

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