)是一种具有自断能力的晶闸管。处于断态时，如果有阳极正向电压，在其门极加上正向触发脉冲电流后，由通态转入断态。由于不需用外部电路强迫阳极电流为0而使之关断，仅由门极加脉冲电流去关断它；所以在直流电源供电的DC—DC，DC—AC变换电路中应用时不必设置强迫关断电路。这就简化了电力变换主电路，提高了工作的可靠性，减少了关断损耗，与SCR相比还能大大的提升电力电子变换的最高工作频率。因此，GTO是一种比较理想的大功率开关器件。

  GTO是一种PNPN4层结构的半导体器件，其结构、等效电路及图形符号示于图1中。图1中A、G和K分别表示GTO的阳极、门极和阴极。α1为P晶体管的共基极电流放大系数，图1中的箭头表示各自的多数载流子运动方向。通常α1比α2小，即P晶体管灵敏。GTO导通时器件总的放大系数α1+α2稍大于1，器件处于临界饱和状态，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。

  普通晶闸管SCR也是PNPN4层结构，外部引出阳极、门极和阴极，构成一个单元器件。GTO称为GTO元，它们的门极和阴极分别并联在一起。与SCR不同，GTO是一种多元的功率集成器件，这是为便于实现门极控制关断所采取的特殊设计。

  GTO的开通和关断过程与每一个GTO元紧密关联，但GTO元的特性又不等同于整个GTO器件的特性，多元集成使GTO的开关过程产生了一系列新的问题。

  由图1（b）所示的等效电路能看出，当阳极加正向电压，门极同时加正触发信号时，GTO导通，其具体过程如图2所示。

  显然这是一个正反馈过程。当流入的门极电流IG足以使晶体管N2P2N1的发射极电流增加，进而使晶体管P1N1P2的发射极电流也增加时，α1和α2增加。当α1+α21之后，两个晶体管均饱和导通，GTO则完成了导通过程。可见，GTO开通的必要条件是

  由式（2）可知，当GTO门极注入正的电流IG但尚不满足开通条件时，虽有正反馈作用，但器件仍不会饱和导通。这是因为门极电流不够大，不满足α1+α21的条件，这时阳极电流只流过一个不大而且是确定的电流值。当门极电流IG撤销后，该阳极电流也就消失。与α1+α2=1状态所对应的阳极电流为临界导通电流，定义为GTO的擎住电流。当GTO在门极正触发信号的作用下开通时，只有阳极电流大于擎住电流后，GTO才能维持大面积导通。{{分页}}

  由此可见，只要能引起α1和α2变化，并使之满足α1+α21条件的任何因素，都可以导致PNPN4层器件的导通。所以，除了注入门极电流使GTO导通外，在一定条件下过高的阳极电压和阳极电压上升率du/dt，过高的结温及火花发光照射等均可能使GTO触发导通。所有这些非门极触发都是不希望的非正常触发，应采取适当措施加以防止。

  实际上，因为GTO是多元集成结构，数百个以上的GTO元制作在同一硅片上，而GTO元的特性总会存在差异，使得GTO元的电流分布不均，通态压降不一，甚至会在开通过程中造成个别GTO元的损坏，以致引起整个GTO的损坏。为此，要求在制造时尽可能使硅片微观结构均匀，严格控制工艺装备和工艺过程，以求最大限度地达到所有GTO元的特性的一致性。另外，要提高正向门极触发电流脉冲上升沿陡度，以求达到缩短GTO元阳极电流滞后时间，加速GTO元阴极导电面积的扩展，缩短GTO开通时间的目的。

  GTO开通后可在适当外部条件下关断，其关断电路原理与关断时的阳极和门极电流如图3所示。关断GTO时，将开关S闭合，门极就施以负偏置电压U

  GTO的关断过程分为三个阶段：存储时间（ts）阶段，下降时间(tf)阶段，尾部时间(tt)阶段。关断过程中相应的阳极电流iA、门极电流iG、管压降uAK和功耗Poff随时间的变化波形如图3(b)所示。

  （1） ts阶段。GTO导电时，所有GTO元中两个等效晶体管均饱和，要用门极控制GTO关断，首先必须使饱和的等效晶体管退出饱和，恢复基区控制能力。为此应排除P2基区中的存储电荷，ts阶段即是依靠门极负脉冲电压抽出这部分存储电荷。在ts阶段所有等效晶体管均未退出饱和，3个PN结都还是正向偏置；所以在门极抽出存储电荷的同时，GTO阳极电流iA仍保持原先稳定导电时的数值IA，管压降uAK也保持通态压降。

  （2） tf阶段。经过ts阶段后，P1N1P2等效晶体管退出饱和，N2P2N1晶体管也恢复了控制能力，当iG变化到其最大值-IGM时，阳极电流开始下降，于是α1和α2也不断减小，当α1+α2≤1时，器件内部正反馈作用停止，称此点为临界关断点。GTO的关断条件为

  由式（4）得出的两个电流的比表示GTO的关断能力，称为电流关断增益，用βoff表示如下：βoff=IATO/-IGM。 （5）

  在tf阶段，GTO元中两个等效晶体管从饱和退出到放大区；所以随着阳极电流的下降，阳极电压逐步上升，因而关断时功耗较大。在电感负载条件下，阳极电流与阳极电压有可能同时出现最大值，此时的瞬时关断损耗尤为突出。{{分页}}

  （3） tt阶段。从GTO阳极电流下降到稳定导通电流值的10%至阳极电流衰减到断态漏电流值时所需的时间定义为尾部时间tt。

  在tt阶段中，如果UAK上升du/dt较大时，可能有位移电流通过P2N1结注入P2基区，引起两个等效晶体管的正反馈过程，轻则出现IA的增大过程，重则造成GTO再次导通。随着du/dt上升减慢，阳极电流IA逐渐衰减。

  如果能使门极驱动负脉冲电压幅值缓慢衰减，在tt阶段，门极依旧保持适当负电压，则tt时间可以缩短。

  GTO的阳极伏安特性如图4所示。当外加电压超过正向转折电压UDRM时，GTO即正向开通，这种现象称做电压触发。此时不一定破坏器件的性能；但是若外加电压超过反向击穿电压U, /SPANRRM之后，则发生雪崩击穿现象，极易损坏器件。

  用90%UDRM值定义为正向额定电压，用90%URRM值定义为反向额定电压。

  GTO的阳极耐压与结温和门极状态有着密切关系，随着结温升高，GTO的耐压降低，如图5所示。当GTO结温高于125℃时，由于α1和α2大大增加，自动满足了α1+α21的条件；所以不加触发信号GTO即可自行开通。为了减小温度对阻断电压的影响，可在其门极与阴极之间并联一个电阻，即相当于增设了一短路发射极。

  GTO的阳极耐压还与门极状态有关，门极电路中的任何毛刺电流都会使阳极耐压降低，开通后又会使GTO擎住电流和管压降增大。图（6）表示门极状态对GTO阳极耐压的影响，图(6)中iG1和 iG2相当于毛刺电流，iG0iG1iG2。显然，当门极出现iG1或iG2时，GTO正向转折电压大大降低，因而器件的正向额定电压相应降低。

  GTO的通态压降特性如图（7）所示。结温不同，GTO的通态压降UA随着阳极通态电流IA的增加而增加，只是趋势不尽相同。图（7）中所示曲线E型GTO的通态压降特性。一般希望通态压降越小越好；管压降小，GTO的通态损耗小。{{分页}}

  GTO的动态特性是指GTO从断态到通态、从通态到断态的变化过程中，电压、电流以及功率损耗随时间变化的规律。

  GTO的开通特性如图(8)所示。当阳极施以正电压，门极注入一定电流时，阳极电流大于擎住电流之后，GTO完全导通。开通时间t

  由图可知，在延迟时间内功率损耗比较小，大部分的开通损耗出现在上升时间内。当阳极电压一定时，每个脉冲GTO开通损耗将随着峰值阳极电流IA的增加而增加。

  GTO的门极、阴极加适当负脉冲时，可关断导通着的GTO阳极电流。关断过程中阳极电流、电压及关断功率损耗随时间变化的曲线，以及关断过程中门极电流、电压及阳极电流、电压随时间变化的曲线）能够准确的看出，整个关断过程可由3个不同的时间间隔来表示，即存储时间t

  、下降时间tf和尾部时间tt。存储时间ts对应着从关断过程开始，到出现α1+α2=1状态为止的一段时间间隔，在最近一段时间内从门极抽出大量过剩载流子，GTO的导通区不断被压缩，但总的电流几乎不变。下降时间tf对应着阳极电流迅速下降，门极电流一直上升和门极反电压开始建立的过程，在最近一段时间里，GTO中心结开始退出饱和，继续从门极抽出载流子。尾部时间tt则是指从阳极电流降到极小值开始，直到最终达到维持电流为止的电流时间。在这段时间内仍有残存的载流子被抽出，但是阳极电压已建立；因此很容易由于过高的重加du/dt，使GTO关断失效，这一点必须充分重视。

  有关。过大的瞬时功耗会出现类似晶体管二次击穿的现象，造成GTO损坏。在实际应用中应尽量减小缓冲电路的杂散电感，选择电感小的二极管及电容等元件，以便减小尖峰电压U阳极电流急剧减小以后，呈现出一个缓慢衰减的尾部电流。由于此时阳极电压已经升高，因此GTO关断时的大部分功率损耗出现在尾部时间。在相同的关断条件下，GTO型号不相同，相应的尾部电流起始值I

  和尾部电流的维持的时间均不同。在存储时间内过大的门极反向电流上升率diRG/dt会使尾部时间加长。此外，过高的重加du/dt会使GTO因瞬时功耗过大而在尾部时间内损坏器件。因此必须很好地控制重加du/dt，设计适当的缓冲电路。一般来说，GTO关断时总的功率损耗随阳极电流的增大而增大，随缓冲电容的增加而减小。门极负电流、负电压波形是GTO特有的门极动态特性，如图(9)所示。门极负电流的最大值随阳极可关断电流的增大而增大。门极负电流增长的速度与门极所加负电压参数有关。如果在门极电路中有较大的电感，会使门极-阴极结进入雪崩状态。在雪崩期间，阴极产生反向电流。与阴极反向电流对应的时间为雪崩时间t

  ，在最近一段时间内，阳极仍有尾部电流，门极继续从阳极抽出电流。门极负电流中既有从阳极抽出的电流又有阴极反向电流。如果门极实际承受的反向电流不超过门极雪崩电压UGR，则不可能会出现阴极反向电流。实际应用中，多数情况下不使门极-阴极结产生雪崩现象，以防止因雪崩电流过大而损坏门极-阴极结。除了以上特别提出讨论的几个工作特性外，GTO的其他工作特性及参数都与普通晶闸管没多少差别，这里不再赘述。