是 的函数， 是 的函数。对于同样的外加电压（即M）相同， 时的漏电流比 时的漏电流大。表现在阻断特性上就是 越大，曲线越向大电流方向移动。

  另一方面，当 时， ，器件发生转折。如果电压保持不变（即M相同），那就能通过加大门极电流 使得 变大，直到 发生转折。只要所加的 足够大，在电压 很低的情况下，同样可以达到转折条件，甚至可以使得阻断曲线中的 那条曲线）。

  现在利用这个特点，由特性曲线）推导转折点条件。因为 和 是电流的函数，M是 的函数，可近似用 ， 为常数，对（4）求导 ，计算结果是

  由于转折电压低于击穿电压，故 为一恒定值。分母也为恒定值，由于 ，分子也必须为零，可得到

  晶闸管（SemiconductorControlled Rectifier简称SCR）是一种四层结构（PNPN）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。

  当晶闸管 加正向电压时， 和 正偏， 反偏，外加电压几乎全部降落在 结上， 结起到阻断电流的作用。随着 的增大，只要 ，通过阳极电流 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当 增大超过 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流 ，器件压降为1V左右，特性曲线CD段对应的状态称为导通状态。通常将 及其所对应的 称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流 的某一临界值以下，器件才能被关断。

  当外加电压上升接近 结的雪崩击穿电压 时，反偏 结空间电荷区宽度扩展的同时，内电场也大大增强，从而引起倍增效应加强。于是，通过 结的电流突然增大，并使得流过器件的电流也增大。此时，通过 结的电流，由原来的反向电流转变为主要由 和 结注入的载流子经过基区衰减而在 结空间电荷区倍增了的电流，这就是电压增加，电流急剧增加的雪崩区。因此区域发生特性曲线转折，故称转折区。

  晶闸管由断态转变为通态的触发方式，即可以采用电压转折，也可以用电信号、光信号以及温度变化等方式来实现。因而可利用不同的触发方式制造出使用各种用途的派生器件。

  在反向工作区（第三象限），除了具有阻断能力外们也能够最终靠适当的结构设计，使之也能从断态转化通态或反向导通，实现反方向也能导电，如双向、逆导管。

  与功率开关晶体管相比，晶闸管具有特殊的优点。晶闸管工作时，主电流流通的全过程，控制信号（基极电流）必须维持，使得控制回路消耗较多的功率。而且晶闸管则不同，一旦导通，撤去控制信号，使得控制回路大为简化。由于晶闸管只能工作在大电流、低电压的通态或者高电压、小电流的正向或反向阻断状态。在这两种情况下，器件本身消耗的功率与器件以开关方式进行转换的功率相比是微不足道的。

  本仪器是晶闸管触发电压VGT、触发电流IGT和维持电流IH三项参数的专用测

  试设备。适用于各种反向阻断晶闸管，逆导晶闸管及双向晶闸管的参数测试。本测试仪设计先进，结构合理，操作简便。并具有数字显示，自动测试等功能。其技术指标符合GB4024-83标准的规定，是电力半导体器件生产厂和使用单位最为理想的检测设备。

  门极断路、并在一定结温下，允许重复加在器件上的反向峰值电压。（重复频率为每秒50次，每次持续时间小于10ms）

  实验目的：理解晶闸管的基本理论，了解晶闸管参数的物理意义（晶闸管触发电压VGT、触发电流IGT和维持电流IH三项参数

  晶闸管在正向（第一象限内）工作时，具有稳定的断态和通态，而且可以在断态与通态之间互相转换，它是晶闸管族系的共同特点。处于断态的晶闸管，当加上足够大的触发电流 时（几号安~几百毫安），器件便会提前转折而导通。器件能够最终靠（1~1000A）以上的大电流，正向压降很小，晶闸管导通后，撤去门极电流 ，器件仍能维持导通状态，直到阳极电流 下降到低于 ，器件才会重新回到阻断状态。所以晶闸管和一般的整流管不同，它具有“可控”整流的特点。

  因为 ，所以得到 。只要条件成立， 区的空穴积累同样， 区电子积累条件为

  可见当 条件满足时候， 区电位为正， 区电位为负。 结变为正偏，器件处于导通状态，所以 称为导通条件。

  如图5-7所示，断态时，晶闸管的 和 结处于轻微的正偏， 结处于反偏，承受几乎全部断态电压。由于受反向 结所限，器件只能流过很小的漏电流。若在门极相对于阴极加正向电压 ，便会有一股与阳极电流同方向的门极电流 通过 结，于是通过 结的电流便不再受反偏 结限制。只要改变加在 结上的电压，便可以控制 结的电流大小。 增大时，通过 结的电流的电流也随着增大，由此引起 区向 区注入大量的电子。注入 区的电子，一部分与空穴复合，形成门极电流的一部分，另一部分电子在 区通过扩散到达 结被收集到 区，由此引起通过 结电子电流增加， 随之增大。电子被收集到 区使得该地区电位下降，从而使得 结更加正偏，注入空穴电流增大，于是通过 结构的电流 也增大。而 和 都是电流的函数，它将随着电流 增大而变大。这样，当门极电流 足够大时候，就会使得通过器件的电流增大，使得 条件成立。所以，当加门极信号时候，器件可以在较小的电压下触发导通。 越大，导通时候的转折电压就越低，如图4所示。

  当 增加使得 结反偏压增大而发生雪崩倍增时候，假定倍增因子 ，则 、 和 都将增大M倍，故（2）变成

  便达到雪崩稳定状态极限（ ），电流将趋于无穷大，因此（5）式称为正向转折条件。

  一个PNPN四层结构的两端器件，可以看成电流放大系数分别为 和 的 和 晶体管，其中 结为共用集电结，如图6所示。当器件加正向电压时。正偏 结注入空穴经过 区的输运，到达集电极结（ ）空穴电流为 ；而正偏的 结注入电子，经过 区的输运到达 结的电流为 。由于 结处于反向，通过 结的电流还包括自身的反向饱和电流 。

  既是电流的函数名同时也是集电结电压的函数，当 一定时电流增大则相应的集电结反偏压减小。当电流很大，会出现

  器件有断态变为通态，关键在于 结必须由反偏转为正偏。 结反向专为正向的条件是 区、 区分别应有空穴和电子积累。从图（6）可以看出， 区有空穴积累的条件是， 结注入并且被 收集到 区的空穴量 要大于同 通过复合而消失的空穴量，即

  当AK之间加正向电压时， 和 结承受正向电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，而 结承受反向电压，外加电压几乎全部落在 结身上。反偏 结起到阻断电流的作用，这时晶闸管是不导通。

  对于三端晶闸管，如图所示7，通过 结的各电流分量之和仍然等于总电流 ，即

  这就是晶闸管的特性方程，它表明晶闸管加正向电压时，阳极电流与 和 以及 和 的关系。

  即在转折点，倍增因子与小信号 之和的乘积刚好为1。PNPN结构只要满足上式，便具有开关特性，即可以从断态转变成通态。

  由于 是随着电流 变化的，当 增大， 和 都随之增大。由此可知，在电流较大时，满足（6）的M值反而可以减小。这说明 增大， 相应减小，这正是图5中曲线）所示的负阻段。

  ， ，这点标志正向阻断状态的结束，同时又是导通的开始。所以 处为转折点。

  （四）当 时，根据(19)， 结提供了一个通态电流（ ）此时，由于 ，器件的正向压降小于 和 结的压降之和。

  晶闸管的基本结构是PNPN结构，四层结构的物理模型是晶闸管工作原理的物理基础。主要特征是，在伏安特性曲线的第一象限内，都具有负阻特性。

  当外加电压大于转折电压时候， 结空间电荷区雪崩倍增所产生大量的电子—空穴对，受到反向反向电场的抽取作用，电子进入 区，空穴进入 区，由于不能很快的复合，所以造成 结两侧附近发生载流子积累：空穴在 区、电子在 区，补偿离化杂质电荷，使得空间电荷区变窄。由此使得 区电位升高、 区电位下降，起了抵消外电场作用。随着 结上外加电压下降，雪崩倍增效效应也随之减弱。另一方面 和 结的正向电压却有所增强，注入增加，造成通过 结的电流增大，于是出现了电流增加电压减小的负阻现象。

  门极断路，在室温条件下，晶闸管被触发导通后，为维持导通所必需的最小电流。

  门极断路、并在一定结温下，允许重复加在器件上的正向峰值电压。（重复频率为每秒50次，每次维持的时间小于10ms）

  器件工作在反向时候， 和 结反偏，由于重掺杂的 结击穿电压很低， 结承受了几乎全部的外加电压。器件伏安特性就为反偏二极管的伏安特性曲线。因此，PNPN晶闸管存在反向阻断区，而当电压增大到 结击穿电压以上，由于雪崩倍增效应，电流急剧增大，此时晶闸管被击穿。

  图4晶闸管的门极电流对电流—电压特性曲线可知，通过 结的电流为上述三者之和，即

  公式说明，当正向电压小于 结的雪崩击穿电压 ，倍增效应很小，注入电流也很小，所以 和 也很小，故有

  此时的 也很小。所以 和 结正偏，所以增加 只能使 结反偏压增大，并不能使 及 增加很多，因而器件始终处于阻断状态，流过器件的电流与 同一数量级。因此将公式（3）称为阻断条件。

  当 、 ，而 情况下， 条件下，电流 只比 稍微大一些，因此同样说明阻断特性。故将 称为阻断条件。

  当 时， 必须为零，它是电流连续性的必要条件，意味着 结电压 ，因为只有此时 结本身对电流没有作用，电流特性曲线发生转折。

  当晶闸管处于断态（ ）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流 ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压 以及转折电流 都是 的函数， 越大， 越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。

  当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要 ， 很小，且与 基本无关。但反向电压很大时（ ），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，因此称 为反向转折电压和转折电流。

  普通晶闸管是在N型硅片中双向扩散P型杂质（铝或硼），形成 结构，然后在 的大部分区域扩散N型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在 上引出门极，在 区域形成欧姆接触作为阳极。

  晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图3所示。

  如上所述，倍增效应使得 结两侧形成电子和空穴的积累，造成 结反偏电压减小；同时又使得 和 结注入增强，电路增大，因而 结两侧继续有电荷积累，结电压不断下降。当电压下降到雪崩倍增停止以后，结电压全部被抵销后， 结两侧仍有空穴和电子积累， 结变为正偏。此时 、 和 结全部正偏，器件能够最终靠大电流，因为处于低阻通态区。完全导通时，其伏安特性曲线与整流元件相似。