相比于晶体管,晶闸管具有四层半导体和三个PN结,如图2.17a所示。其中晶闸管的阳极(Anode)由P 1 层引出,阴极(Cathode)由N 2 层引出,门极(Gate)由P 2 层引出。晶闸管的电气符号如图2.17c所示。
此外,晶闸管内部的P 1 、N 1 、P 2 三层半导体和N 1 、P 2 、N 2 三层半导体可以分别等效为PNP型和NPN型两个晶体管,如图2.17b所示。晶闸管独特的工作原理与其内部结构密不可分。
图2.17 晶闸管的结构与电气符号
在如图2.18所示的双晶体管模型和外部电路中,当发射极电流较低时,NPN和PNP晶体管几乎没有放大能力,但发射极电流建立后,放大能力迅速提高。因此,当外部触发电流 I G =0时,等效NPN和PNP晶体管均处于截止态; I G >0时,存在一个正反馈过程使得晶闸管饱和导通,具体过程如下:
图2.18 双晶体管模型和外部电路
1)当在晶闸管阳极和阴极之间施加电压 U AK ,门极也加上足够的门极电压 U G 时,门极电流 I G 在NPN型晶体管中产生放大的集电极电流 I c2 。
2)NPN型晶体管的集电极同时也是PNP型晶体管的基极,因此 I c2 流出PNP型晶体管的基极从而使PNP型晶体管导通。
3)而PNP型晶体管的集电极连接NPN型晶体管的基极,PNP型晶体管的集电极电流 I c1 流入门极。
4)上述过程循环作用,产生正反馈,使两个晶体管饱和导通,因此晶闸管由阻断迅速转为导通状态。
正反馈导通工作原理如图2.19所示。
图2.19 正反馈导通工作原理图
由上述导通工作原理不难发现,一旦晶闸管导通后,撤掉门极驱动信号并不能使晶闸管关断。因此晶闸管是半控型器件,即控制信号仅能控制其开通,无法控制其关断。若要使已经导通的晶闸管关断必须破坏晶闸管导通后的正反馈过程,这可以通过减小晶闸管的导通电流来实现。