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2.3.3 晶闸管的派生器件
快速晶闸管是为提高工作频率，缩短开关时间，而采用特殊工艺制造的器件，其工作频率在 400Hz以上。
1）快速晶闸管的种类
快速晶闸管包括常规的快速晶闸管（工作频率在 400Hz以上，简称KK管）和工作频率更高的高频晶闸管（工作频率在 10kHz以上，简称KG管）两种。它们的外形、电路符号、基本结构、伏安特性都与普通晶闸管相同。
2）快速晶闸管的特点
开通时间和关断时间比普通晶闸管短，一般开通时间为 1～ 2μs，关断时间为几到几十微秒；允许使用频率为几十到几千赫兹。
指点迷津
快速晶闸管使用的宜与忌
（1）为了提高开关速度，快速晶闸管的硅片厚度做得比普通晶闸管的硅片厚度薄，因此其承受正反向阻断重复峰值电压较低，一般在 2000V以下，大多数器件在 700～ 900V之间。
（2）快速晶闸管的断态电压临界上升率（du／dt）耐量较差，使用时必须注意产品铭牌上规定的额定开关频率下的du／dt，当开关频率升高时，du／dt会下降。
1）双向晶闸管的外形与结构
双向晶闸管是把一对反并联的晶闸管集成在同一硅片上，只用一个控制极控制触发的组合器件。双向晶闸管的外形与普通晶闸管的外形类似，有塑封式、螺栓式和平板式。其内部是一种NPNPN五层结构、三端引线的器件，有两个主电极T 1 、T 2 和一个控制极G。其中，P 1 N 1 P 2 N 2 称为正向晶闸管，P 2 N 1 P 1 N 4 称为反向晶闸管，这两个晶闸管的触发导通都由同一个控制极G来控制。双向晶闸管的结构、等效电路及符号如图 2－19所示。
图 2－19 双向晶闸管的结构、等效电路及符号
2）双向晶闸管的主要参数
双向晶闸管具有正、反向对称的伏安特性，如图 2－20所示。正向部分位于第一象限，反向部分位于第三象限。它是一种半控交流开关器件。
图 2－20 双向晶闸管的伏安特性曲线
双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义相似。由于在双向晶闸管工作交流电路中，正、反向电流都可以流过，因此它的额定电流不是用平均值而是用有效值（方均根值）来表示的。
双向晶闸管广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、交流电动机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器（SSR）和固态接触器电路中。
1）判别引脚
将万用表置于R×10或R×1挡，测量晶闸管任意两脚间的电阻。其中，正、反向都导通时，两个被测引脚分别为G、T 2 ；另一个引脚为T 1 。T 1 与G或T 2 之间，应该是正、反向都不通的；否则；该管可能是坏的。G与T 2 要通过导通后电阻值的大小来识别，即分别测量G与T 2 之间的正、反向电阻，在阻值较小的一次测量中，红表笔所接的是控制极G。
2）触发检测
将万用表置于R×10或R×1挡，黑表笔接T 1 ，红表笔接T 2 ，万用表应指示为不通（零偏）。此时，如果让控制极G接触一下T 1 （黑表笔），万用表应指示导通（接近满偏），即使断开控制极G，只要T 1 和T 2 保持与表笔接触，就能一直维持导通状态。调换黑、红表笔，重复上述测量，注意此时G仍要接触T 1 （红表笔），如果上述测量过程不能顺利进行，说明该管是坏的。
注意： 由于大功率双向晶闸管触发电流和维持电流较大，超出万用表欧姆挡输出的电流值，因此不能触发。可在表外串联一只 1.5V电池，再按上法测量，一般可以触发。
逆导晶闸管也称为反向导通晶闸管，是由一个晶闸管和一个反向并联的二极管集成在同一硅片内的电力半导体复合器件，其阳极与阴极的发射结均呈短路状态。它具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。例如，逆导晶闸管的关断时间仅几微秒，工作频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FSCR）。其内部结构、等效电路、伏安特性曲线及图形符号如图 2－21所示。
逆导晶闸管主要应用在直流变换（调速）、中频感应加热和一些逆变电路中。例如，用于开关电源、UPS不间断电源中，一只RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一只，不仅使用方便，而且可以简化电路设计。
图 2－21 逆导晶闸管的结构、等效电路、伏安特性曲线及图形符号
指点迷津
（1）逆导晶闸管的正向伏安特性与普通晶闸管相同，反向特性如同一个二极管的正向特性。根据逆导晶闸管的伏安特性可知，它的反向击穿电压很低，因此只能适用于反向不需承受电压的场合。
（2）与普通晶闸管相比，逆导晶闸管具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。
（3）逆导晶闸管存在着晶闸管区和整流管区之间的隔离区，防止误触发晶闸管，造成换流失败。
（4）逆导晶闸管的额定电流分别以晶闸管和整流管的额定电流表示，如300／300A、300／150A等。晶闸管电流列于分子，整流管电流列于分母，两者的比值为1～ 3。由于晶闸管与整流管的载流量的比值是固定的，因此也限制了对它的灵活应用。
利用万用表和兆欧表可以判断逆导晶闸管的好坏。测试内容主要分 3项。
1）检查逆导性
选择万用表R×1挡，黑表笔接K极，红表笔接A极，电阻值应为 5～ 10Ω，如图2－22（a）所示。若阻值为零，则说明内部二极管短路；若电阻为无穷大，则说明二极管开路。
2）测量正向直流转折电压V（BO）
按照图 2－22（b）所示接好电路，再按额定转速摇兆欧表，使RCT正向击穿，由直流电压表上读出 V （BO）值。
图 2－22 逆导晶闸管的检测
3）检查触发能力
例如，用MF500型万用表和ZC25－3型 500V兆欧表测量一只S3900MF型逆导晶闸管。依次选择R×1k、R×100、R×10和R×1挡测量A－K极间反向电阻，同时用读取电压法求出内部二极管的反向导通电压V TR （实际是二极管正向电压V F ）。再用兆欧表和万用表500VDC挡测得V（BO）值。如表 2－8所示。由此证明被测RCT质量良好。
表 2－8 S3900MF型逆导晶闸管测试结果
注：V TR ＝0.03n′（V）。
光控晶闸管又称光触发晶闸管，是一种PNPN四层半导体器件，它利用一定波长的光照信号触发导通。与普通晶闸管的不同之处在于，其控制极区集成了一个光敏二极管。在光的照射下，光敏二极管漏电流I j 增加，此电流成为控制极触发电流，使晶闸管导通。
光控晶闸管的内部结构、等效电路、图形符号和伏安特性曲线如图 2－23所示。
图 2－23 光控晶闸管的结构、等效电路、图形符号和伏安特性曲线
指点迷津
（1）小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子。
（2）大功率光控晶闸管控制极带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。
（3）光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，并且可避免电磁干扰的影响，因此目前大多应用于高压大功率场合，如高压直流输电和高压核聚变装置。
用万用表检测小功率光控晶闸管时，可将万用表置于R×1挡，在黑表笔上串联 1～ 3节 1.5V干电池，测量两引脚之间的正、反向电阻值，正常时均应为无穷大。
然后，再用小手电筒或激光笔照射光控晶闸管的受光窗口，此时应能测出一个较小的正向电阻值，但反向电阻值仍为无穷大。在较小电阻值的一次测量中，黑表笔接的是阳极A，红表笔接的是阴极K。
可关断晶闸管简称GTO，它是晶闸管的派生器件之一，具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大等。同时，它又是全控型器件，即在控制极加正脉冲电流使其触发导通，加负脉冲电流使其关断。
GTO在兆瓦级以上的大功率场合应用较多，如用于电力机车的逆变器、大功率直流斩波调速装置等。
可关断晶闸管由PNPN四层半导体材料构成，三个电极分别为阳极A、阴极K和控制极（控制板）G，其结构及符号如图 2－24所示。与普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元胞的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和控制极在器件内部并联在一起，使器件的功率可以达到相当大的数值。
图 2－24 可关断晶闸管的结构及符号
可关断晶闸管在导通方面的条件与普通单向晶闸管一样，即GTO的导通机理与SCR的导通机理相同。GTO一旦导通之后，控制极信号是可以撤除的。但是在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和状态，而不像普通晶闸管那样处于深度饱和状态。这样可以用控制极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。
GTO在关断机理上与SCR是不同的。其控制极加负脉冲即从控制极抽出电流（抽取饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和状态而关断。