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晶闸管是具有四个（或更多）交替的N-P-N-P层的双极导电半导体器件的广泛分类。 晶闸管包括：可控硅整流器（SCR），可控硅，可控硅开关，栅极截止开关（GTO），可控硅开关（SCS），交流二极管（DIAC），单结晶体管（UJT），可编程单结晶体管（PUT）。 本节仅检查SCR。 尽管提到了GTO。

肖克利于1950年提出了四层二极管晶闸管。直到几年后，通用电气公司才意识到这一点。 SCR现在可用于处理从瓦到兆瓦的功率水平。 最小的器件像小信号晶体管一样封装，可在接近100 VAC的情况下切换100毫安的电流。 最大的封装设备直径为172 mm，在10,000 VAC时切换5600 Amps。 功率最高的SCR可能由直径为几英寸（100毫米）的整个半导体晶圆组成。

可控硅整流器（SCR）：（a）掺杂曲线，（b）BJT等效电路。

可控硅整流器是一个具有栅极连接的四层二极管，如上图（a）所示。接通后，它的导电性就像二极管一样，仅用于一种极性的电流。如果未触发，则表示它不导电。根据上图（b）中的等效连接的晶体管来解释操作。在栅极和阴极端子之间施加正触发信号。这使NPN等效晶体管导通。导电NPN晶体管的集电极拉低，使PNP基极移向其集电极电压，这使PNP导通。导电PNP的集电极拉高，使NPN基极沿其集电极方向移动。这种积极的反馈（再生）增强了NPN已经处于传导状态的状态。此外，即使没有门信号，NPN现在也将导通。 SCR导通后，只要存在正阳极电压，它就会持续运行。对于所示的直流电池，这是永远的。但是，SCR最常与交流电或脉动直流电源一起使用。随着正弦波在阳极的正一半到期，传导停止。此外，大多数实际的SCR电路都依赖于AC周期为零来截止或整流SCR。

下图（a）显示了SCR的掺杂图。注意，对应于NPN晶体管的等效发射极的阴极被重掺杂，如N +所示。阳极也重掺杂（P +）。它是PNP晶体管的等效发射极。与等效晶体管的基极和集电极区域相对应的两个中间层的掺杂程度较轻：N和P。高功率SCR的这种分布可能分布在整个直径较大的半导体晶圆上。

晶闸管：（a）横截面，（b）硅可控整流器（SCR）符号，（c）栅极关断晶闸管（GTO）符号。

SCR和GTO的示意图符号如上图（b和c）所示。 基本的二极管符号表示阴极到阳极的导电像二极管一样是单向的。 栅极引线的增加表示对二极管导通的控制。 栅极关断开关（GTO）具有关于栅极引线的双向箭头，指示可以通过负脉冲禁用传导，也可以通过正脉冲启动传导。

除了普遍使用的硅基SCR外，还生产了实验性碳化硅器件。 碳化硅（SiC）在更高的温度下工作，并且导热性比任何金属都要高，仅次于金刚石。 这应该允许使用物理上较小或较高功率的设备。

SCR是晶闸管四层二极管系列中最普遍的成员。 施加到SCR栅极的正脉冲会触发其导通。 即使去除了栅极脉冲，导通仍将继续。 仅当阳极到阴极的电压降至零时，导电才停止。 由于连续导通，SCR最常与交流电源（或脉动直流）一起使用。 可以通过向栅极施加负脉冲来关闭栅极关闭开关（GTO）。 SCR的开关兆瓦功率，最高5600 A和10,000V。

Conductors, Insulators, and Electron Flow

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