晶闸管的工作原理

晶闸管是一种四层三端的半导体器件，属于大功率整流元件，其整流电压可以控制。它具有阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)三个外电极，形成三个 PN 结，可等效为两个晶体管组成的复合管。晶闸管的导通条件是阳极承受正向电压，而控制极加正向触发电压。在整流电路中，晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压，因而控制了输出电压的大小。本文将详细介绍晶闸管的工作原理。

晶闸管的结构与类型

晶闸管的结构如图所示，它包括 p 型半导体层(P1)、n 型半导体层(N1)、p 型半导体层(P2)和 n 型半导体层(N2)。其中，P1 与 N1 构成阳极(A)，P2 与 N2 构成阴极(K)，而 P1 与 P2 之间、N1 与 N2 之间分别形成两个 PN 结。

根据晶闸管的构造和电压等级，可分为以下几种类型：

(1)单向晶闸管(One-way Thyristor)：只有一个方向能导通，通常用于交流电路中的整流。

(2)双向晶闸管(Two-way Thyristor)：在正负两个方向都能导通，可用于交流电路的整流、交直流转换等。

(3)可关断晶闸管(GTO, Gate Turn-off Thyristor)：通过控制极施加负电压可以关断晶闸管，具有较快的关断速度。

(4)逆导晶闸管(RCT, Reverse Conducting Thyristor)：在控制极施加正电压时导通，负电压时关断，与普通晶闸管导通方向相反。

(5)光控晶闸管(LCT, Light-controlled Thyristor)：通过施加光信号来控制晶闸管的导通与关断。

晶闸管的工作原理

晶闸管的工作原理主要包括导通、关断和阻断三个过程。

(1)导通过程

当晶闸管的阳极(A)和阴极(K)承受正向电压时，如果控制极(G)施加正向触发信号，晶闸管将被导通。导通过程中，电流从阳极(A)流入，经过第一个 PN 结，再经过第二个 PN 结，最后流回阴极(K)。此时，晶闸管相当于一个导通的电阻，允许电流流过。

(2)关断过程

当晶闸管导通后，如果控制极(G)施加负向触发信号，晶闸管将关断。关断过程中，电流不再流过晶闸管，而是通过负载或其他路径流回电源。此时，晶闸管的阻断电压开始起作用，阻止电流流过。

(3)阻断过程

当晶闸管的阳极(A)和阴极(K)承受反向电压时，无论控制极(G)施加何种电压，晶闸管都处于阻断状态。此时，晶闸管不导通，相当于一个断路，电流无法流过。

晶闸管的控制原理

晶闸管的控制原理主要依赖于触发脉冲的宽度和相位。触发脉冲的宽度决定了晶闸管导通的时间，相位则决定了导通的瞬间。

(1)触发脉冲宽度

当控制极(G)施加正向触发信号时，晶闸管导通。导通时间取决于触发脉冲的宽度。触发脉冲宽度越小，导通时间越短;触发脉冲宽度越大，导通时间越长。因此，通过改变触发脉冲的宽度，可以控制晶闸管的导通时间，从而调节输出电压。

(2)触发脉冲相位

触发脉冲的相位对晶闸管的导通瞬间有影响。当控制极(G)施加正向触发信号时，如果触发脉冲的相位提前于正半周的某个时刻，晶闸管将在这个时刻导通。通过改变触发脉冲的相位，可以控制晶闸管导通的瞬间，从而实现对输出电压的调节。