在图5-20(b)中，无光照时，由于光敏三极管VT1的暗阻很大，VT2管基极处高电位导通，继电器J得电动作，这样就实现了光电开关的暗控制。依上述工作原理，可开拓出许多实用性的光电开关电路。
第四节 晶闸管
在实际工作中，为了使整流器输出的直流电压能够根据需要进行调节，就要采用可控整流电路，晶闸管正是可以实现这一要求的可控整流元件。利用它进行交、直流电动机的调速，或用于随动系统或变频电源等电路。
一、晶闸管的结构和符号
晶闸管全称是晶体闸流管，又称可控硅，简称SCR，是一种“以小控大（电流）”的功率型器件，也是最基础的电力电子器件。其特点是耐压高、容量大、效率高、控制灵敏、体积小、重量轻、使用寿命长等优点。主要用于可控整流、逆变、调压、无触点开关及变频等电子电路。其主要缺点是过载能力和抗干扰能力较差，控制电路比较复杂等。
图5-21 晶闸管的外形与符号
(a)小电流塑封式 (b小电流螺旋式 (c)大电流螺旋式 (d)图形符号
常用晶闸管外形有塑封式、螺旋式和平板式。如图5-21(a)所示为小电流塑封式，图5-21(b)和(c)为螺旋式，图5-21(d)为晶体管的电路图形符号。
晶闸管的内部结构由四层半导体材料组成，即P型半导体和N型半导体交替构成，分别为P1、N1、P2和N2，如图5-22(a)所示；它们的接触面形成三个PN结，分别为J1、J2
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和J3；引出的三个电极分别为阳极A，阴极K和控制极G。为了说明晶闸管的工作原理，可将其看成是PNP和NPN两个三极管相连，如图5-22(b)所示；可等效为两个三极管，如图5-22(c)所示；晶闸管的符号如图5-22(d)所示。
图5-22 晶闸管的结构
(a)结构示意图 (b)结构分解图 (c)等效为三极管的电路图 (d)图形符号
二、晶闸管的工作原理
晶闸管在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源、负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
下面介绍晶闸管的两种工作状态。 1.关断状态
（1） 晶闸管的阳极A和阴极K之间外加反向电压时，不管门极G承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。
（2） 当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压，而门极G不加电压时，J2处于反向偏置，管子不导通，仍处于关断状态。
2.导通状态
晶闸管的阳极A和阴极K之间外加正向电压，且晶闸管的门极G和阴极K之间也加正向电压，晶闸管才正向导通。
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如图5-23(a)所示，当晶闸管的阳极A和阴极K之间外加正向电压，且晶闸管的门极G和阴极K之间也加正向电压时，每个三极管的集电极电流同时又是另一个三极管的基极电流，如图5-23(b)所示。因此，对于两个互相复合的三极管电路，当有足够的门极电流流入时，就会形成强烈的正反馈，在很短的时间内（一般不超过几微秒），使两个三极管均饱和导通，晶闸管也就饱和导通了。当它导通后，门极G就失去控制作用，晶闸管依靠内部的正反馈始终维持导通状态。
因此，晶闸管的导通条件为：在阳极和阴极间加正向电压，同时在门极和阴极间加正向触发电压。若要关断晶闸管，就要减小门极电流或改变阳极与阴极的极性。
图5-23 晶闸管的工作原理 (a)实际电路图 (b)等效电路图
三、晶闸管的伏安特性
晶闸管的阳极、阴极间的电压u和阳极电流i以及控制极电流I之间的关系称为晶闸管的伏安特性。即：
i?f(u)IG （5-7）
若用曲线表示这种关系，则称为伏安特性曲线，如图5-24所示，曲线分为正向特性和反向特性两部分。
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图5-24 晶闸管的伏安特性曲线
1.正向特性
当u＞0时，对应的曲线是正向特性曲线。由图5-24可看出，晶闸管的正向特性可分为关断状态OA段和导通状态BC段两个部分。当控制极电流IG=0时，逐渐增加正向电压u，观察阳极电流i的变化情况。当电压从零逐渐增加时，三个PN结中有一个为反向偏置，晶闸管处于关断状态，只有很小的正向漏电流。当电压加大到正向转折电压时，晶闸管突然导通，进入伏安特性的BC段。此时晶闸管可通过较大电流，而晶闸管的压降很小，这种导通方法极易造成晶闸管击穿而损坏，应尽量避免。若在门极与阴极间加上触发电压，则会降低转折电压（门极电流IG越大，转折电压就越低）。导通后，若电流降低到小于维持电流IH时，晶闸管将由导通变为关断。
2.反向特性
当u＜0时，对应的曲线称为反向特性曲线。当晶闸管加反向电压时，三个PN结中有两个是反向偏置，只有很小的反向漏电流IR。反向电压增加到一定数值后，反向电流急剧增加，使晶闸管反向击穿，将这一电压值称为反向转折电压UBR。晶闸管的反向特性与二极管相似，此时，晶闸管状态与门极上是否加触发电压无关。
四、晶闸管的主要参数 1.额定正向平均电流IR
在环境温度小于40℃及规定的散热条件、纯电阻负载下，允许连续通过晶闸管的工频正弦半波电流的平均值。
2.维持电流IH
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在控制极开路和规定环境温度下，维持晶闸管导通的最小阳极电流。一般为几十毫安到一百多毫安。当晶闸管正向电流小于维持电流IH时，会自行关断。
3.触发电压UG
在室温下，阳极和阴极间加6V直流电压时，使晶闸管从关断变为完全导通所需的最小控制极直流电压。一般UG为1V～5V。
4.触发电流IG
在室温下，阳极和阴极间加6V直流电压时，使晶闸管从关断变为完全导通所需的控制极最小直流电流。一般IG为几十毫安至几百毫安。
5.正向转折电压UBO
在额定结温和控制极开路条件下，晶闸管从关断转为导通的正弦波半波正向电压峰值。
6.正向重复峰值电压UDRM
控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般UDRM为正向转折电压UBO的80％。
7.反向重复峰值电压URRM
控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般URRM为反向转折电压UBR的80％。一般把UDRM和URRM中较小的数值作为元件的额定电压。
除以上几个主要参数外，晶闸管还有其他参数，如：正向平均电压，控制极反向电压和浪涌电流等。
五、晶闸管分类及简介
按照关断、导通及控制方式分类：晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
按照封装形式分类：晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
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