定義
晶閘管導通條件為：加正向電壓且門極有觸發電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符号為“V”、“VT”表示（舊标準中用字母“SCR”表示）。
晶閘管（Thyristor）是一種開關元件，能在高電壓、大電流條件下工作，并且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中，是典型的小電流控制大電流的設備。1957年，美國通用電器公司開發出世界上第一個晶閘管産品，并于1958年使其商業化。
結構
它是由一個P-N-P-N四層(4layers)半導體構成的，中間形成了三個PN結。
分類
關斷導通控制
晶閘管按其關斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極關斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。
引腳和極性
晶閘管按其引腳和極性可分為二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。
按封裝形式
晶閘管按其封裝形式可分為金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘管三種類型。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓形、平闆形、圓殼形等多種；塑封晶閘管又分為帶散熱片型和不帶散熱片型兩種。
電流容量分類
晶閘管按電流容量可分為大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。通常，大功率晶閘管多采用陶瓷封裝，而中、小功率晶閘管則多采用塑封或金屬封裝。
按關斷速度
晶閘管按其關斷速度可分為普通晶閘管和快速晶閘管，快速晶閘管包括所有專為快速應用而設計的晶閘管，有常規的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分别應用于400HZ和10KHZ以上的斬波或逆變電路中。（備注：高頻不能等同于快速晶閘管）
工作原理
晶閘管在工作過程中，它的陽極（A）和陰極（K）與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。
晶閘管為半控型電力電子器件，它的工作條件如下：
1.晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀态。
2.晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。這時晶閘管處于正向導通狀态，這就是晶閘管的閘流特性，即可控特性。
3.晶閘管在導通情況下，隻要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通後，門極失去作用。門極隻起觸發作用。
4.晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。
工作過程
概述
晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結圖1，可以把它中間的NP分成兩部分，構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的複合管圖2
當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導通，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相複合的晶體管電路，當有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。
設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2；發射極電流相應為Ia和Ik；電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,
晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若門極電流為Ig，則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig
從而可以得出晶閘管陽極電流為：I=(Ic0+Iga2）/（1-（a1+a2））（1—1）式
矽PNP管和矽NPN管相應的電流放大系數a1和a2随其發射極電流的改變而急劇變化。
當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2）很小，故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0晶閘管處于正向阻斷狀态。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig，由于足夠大的Ig流經NPN管的發射結，從而提高其電流放大系數a2，産生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發射結，并提高了PNP管的電流放大系數a1，産生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3，當a1和a2随發射極電流增加而（a1+a2）≈1時，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0，因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向導通狀态。
式（1—1）中，在晶閘管導通後，1-（a1+a2）≈0，即使此時門極電流Ig=0，晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續導通。晶閘管在導通後，門極已失去作用。
在晶閘管導通後，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，由于a1和a1迅速下降，當1-（a1+a2）≈0時，晶閘管恢複阻斷狀态。
可關斷晶閘管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦稱門控晶閘管。其主要特點為，當門極加負向觸發信号時晶閘管能自行關斷。
前已述及，普通晶閘管（SCR）靠門極正信号觸發之後，撤掉信号亦能維持通态。欲使之關斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強迫關斷。這就需要增加換向電路，不僅使設備的體積重量增大，而且會降低效率，産生波形失真和噪聲。可關斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優點，以具有自關斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管（GTR），隻是工作頻率比GTR低。目前，GTO已達到3000A、4500V的容量。大功率可關斷晶閘管已廣泛用于斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域，顯示出強大的生命力。
可關斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結構及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1僅繪出GTO典型産品的外形及符号。大功率GTO大都制成模塊形式。
盡管GTO與SCR的觸發導通原理相同，但二者的關斷原理及關斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導通之後即處于深度飽和狀态，而GTO在導通後隻能達到臨界飽和，所以GTO門極上加負向觸發信号即可關斷。GTO的一個重要參數就是關斷增益，βoff，它等于陽極最大可關斷電流IATM與門極最大負向電流IGM之比，有公式
βoff=IATM/IGM
βoff一般為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說明門極電流對陽極電流的控制能力愈強。很顯然，βoff與昌盛的hFE參數頗有相似之處。
下面分别介紹利用萬用表判定GTO電極、檢查GTO的觸發能力和關斷能力、估測關斷增益βoff的方法。
判定GTO的電極
将萬用表撥至R×1檔，測量任意兩腳間的電阻，僅當黑表筆接G極，紅表筆接K極時，電阻呈低阻值，對其它情況電阻值均為無窮大。由此可迅速判定G、K極，剩下的就是A極。（此處指的模拟表，電子式萬用表紅表筆與電池正極相連，模拟表紅表筆與電池負極相連）
檢查觸發能力
如圖2(a）所示，首先将表Ⅰ的黑表筆接A極，紅表筆接K極，電阻為無窮大；然後用黑表筆尖也同時接觸G極，加上正向觸發信号，表針向右偏轉到低阻值即表明GTO已經導通；最後脫開G極，隻要GTO維持通态，就說明被測管具有觸發能力。
檢查關斷能力
現采用雙表法檢查GTO的關斷能力，如圖2(b）所示，表Ⅰ的檔位及接法保持不變。将表Ⅱ撥于R×10檔，紅表筆接G極，黑表筆接K極，施以負向觸發信号，如果表Ⅰ的指針向左擺到無窮大位置，證明GTO具有關斷能力。
估測關斷增益βoff
進行到第3步時，先不接入表Ⅱ，記下在GTO導通時表Ⅰ的正向偏轉格數n1；再接上表Ⅱ強迫GTO關斷，記下表Ⅱ的正向偏轉格數n2。最後根據讀取電流法按下式估算關斷增益：
βoff=IATM/IGM≈IAT/IG=K1n1/K2n2
式中K1—表Ⅰ在R×1檔的電流比例系數；
K2—表Ⅱ在R×10檔的電流比例系數。
βoff≈10×n1/n2
此式的優點是，不需要具體計算IAT、IG之值，隻要讀出二者所對應的表針正向偏轉格數，即可迅速估測關斷增益值。
注意事項：
⑴在檢查大功率GTO器件時，建議在R×1檔外邊串聯一節1.5V電池E′，以提高測試電壓和測試電流，使GTO可靠地導通。
⑵要準确測量GTO的關斷增益βoff，必須有專用測試設備。但在業餘條件下可用上述方法進行估測。由于測試條件不同，測量結果僅供參考，或作為相對比較的依據。
相關信息
簡介
RCT(Reverse-Conducting Thyristir）亦稱反向逆導晶閘管，是一種對負陽極電壓沒有開關作用，反向時能通過大電流的晶閘管。其特
點是在晶閘管的陽極與陰極之間反向并聯一隻二極管，使陽極與陰極的發射結均呈短路狀态。由于這種特殊電路結構，使之具有耐高壓、耐高溫、關斷時間短、通态電壓低等優良性能。例如，逆導晶閘管的關斷時間僅幾微秒，工作頻率達幾十千赫，優于快速晶閘管（FSCR）。該器件适用于開關電源、UPS不間斷電源中，一隻RCT即可代替晶閘管和續流二極管各一隻，不僅使用方便，而且能簡化電路設計。
逆導晶閘管的符号、等效電路如圖1(a）、（b）所示。其伏安特性見圖2。由圖顯見，逆導晶閘管的伏安特性具有不對稱性，正向特性與普通晶閘管SCR相同，而反向特性與矽整流管的正向特性相同（僅坐标位置不同）。
逆導晶閘管的典型産品有美國無線電公司（RCA）生産的S3900MF，其外形見圖1(c）。它采用TO-220封裝，三個引出端分别是門極G、陽極A、陰極K。S3900MF的主要參數如下：
斷态重複峰值電壓VDRM：>750V
通态平均電流IT（AV）：5A
最大通态電壓VT：3V（IT=30A）
最大反向導通電壓VTR：<0.8V
最大門極觸發電壓VGT:4V
最大門極觸發電流IGT:40mA
關斷時間toff:2.4μs
通态電壓臨界上升率du/dt:120V/μs
通态浪湧電流ITSM:80A
檢查
利用萬用表和兆歐表可以檢查逆導晶閘管的好壞。測試内容主要分
三項：
1．檢查逆導性
選擇萬用表R×1檔，黑表筆接K極，紅表筆接A極（參見圖3(a）），電阻值應為5～10Ω。若阻值為零，證明内部二極管短路；電阻為無窮大，說明二極管開路。
2．測量正向直流轉折電壓V（BO）
按照（b）圖接好電路，再按額定轉速搖兆歐表，使RCT正向擊穿，由直流電壓表上讀出V（BO）值。
3．檢查觸發能力
實例：使用500型萬用表和ZC25-3型兆歐表測量一隻S3900MF型逆導晶閘管。依次選擇R×1k、R×100、R×10和R×1檔測量A-K極間反向電阻，同時用讀取電壓法求出出内部二極管的反向導通電壓VTR（實際是二極管正向電壓VF）。再用兆歐表和萬用表500VDC檔測得V（BO）值。全部數據整理成表1。由此證明被測RCT質量良好。
注意事項
⑴S3900MF的VTR<0.8V，宜選R×1檔測量。
⑵若再用讀取電流法求出ITR值，還可以繪制反向伏安特性。
①一般小功率晶閘管不需加散熱片，但應遠離發熱元件，如大功率電阻、大功率三極管以及電源變壓器等。對于大功率晶閘管，必須按手冊申的要求加裝散熱裝置及冷卻條件，以保證管子工作時的溫度不超過結溫。
②晶閘管在使用中發生超越和短路現象時，會引發過電流将管子燒毀。對于過電流，一般可在交流電源中加裝快速保險絲加以保護。快速保險絲的熔斷時間極短，一般保險絲的額定電流用晶閘管額定平均電流的1.5倍來選擇。
③交流電源在接通與斷開時，有可能在晶閘管的導通或阻斷對出現過壓現象，将管子擊穿。對于過電壓，可采用并聯RC吸收電路的方法。因為電容兩端的電壓不能突變，所以隻要在晶閘管的陰極及陽極間并取RC電路，就可以削弱電源瞬間出現的過電壓，起到保護晶閘管的作用。當然也可以采用壓敏電阻過壓保護元件進行過壓保護。
發展
逆導晶閘管的發展方向為快速、高壓、大電流以及晶閘管部分能自關斷。晶閘管部分能自關斷的逆導晶閘管稱逆導可關斷晶閘管，它兼有可關斷晶閘管和逆導晶閘管的優點。逆導晶閘管用于逆變電路、斬波電路等需要将晶閘管和二極管反并聯的場合。
光控
光控晶閘管（Light Triggered Thyristor——LTT），又稱光觸發晶閘管。光控晶閘管也稱GK型光開關管，是一種光敏器件。
1．光控晶閘管的結構
通常晶閘管有三個電極：控制極G、陽極A和陰極K。而光控晶閘管由于其控制信号來自光的照射，沒有必要再引出控制極，所以隻有兩個電極（陽極A和陰極K）。但它的結構與普通可控矽一樣，是由四層PNPN器件構成。
從外形上看，光控晶閘管亦有受光窗口，還有兩條管腳和殼體，酷似光電二極管。
2．光控晶閘管的工作原理
當在光控晶閘管的陽極加上正向電壓，陰極加上負向電壓時，控晶閘管可以等效成的電路。
可推算出下式：
Ia=Il/[1-（a1+a2）]
式中， Il為光電二極管的光電流；Ia為光控晶閘管陽極電流，即光控晶閘管的輸出電流；a1、a2分别為BGl、BG2的電流放大系數。
由上式可知，Ia與Il成正比，即當光電二極管的光電流增大時，光控晶閘管的輸出電流也相應增大，同時Il的增大，使BGl、BG2的電流放大系數a1、a2也增大。當al與a2之和接近l時，光控晶閘管的Ia達到最大，即完全導通。能使光控晶閘管導通的最小光照度，稱其為導通光照度。光控晶閘管與普通晶閘管一樣，一經觸發，即成通導狀态。隻要有足夠強度的光源照射一下管子的受光窗口，它就立即成為通導狀态，而後即使撤離光源也能維持導通，除非加在陽極和陰極之間的電壓為零或反相，才能關閉。
3．光控晶閘管的特性
為了使光控晶閘管能在微弱的光照下觸發導通，因此必須使光控晶閘管在極小的控制電流下能可靠地導通。這樣光控晶閘管受到了高溫和耐壓的限制，在目前的條件下，不可能與普通晶閘管一樣做成大功率的。
光控晶閘管除了觸發信号不同以外，其它特性基本與普通晶閘管是相同的，因此在使用時可按照普通晶閘管選擇，隻要注意它是光控這個特點就行了。光控晶閘管對光源的波長有一定的要求，即有選擇性。波長在0.8——0.9um的紅外線及波長在1um左右的激光，都是光控晶閘管較為理想的光源。
可控使用
使用注意事項
選用可控矽的額定電壓時，應參考實際工作條件下的峰值電壓的大小，并留出一定的餘量。
1、選用可控矽的額定電流時，除了考慮通過元件的平均電流外，還應注意正常工作時導通角的大小、散熱通風條件等因素。在工作中還應注意管殼溫度不超過相應電流下的允許值。
2、使用可控矽之前，應該用萬用表檢查可控矽是否良好。發現有短路或斷路現象時，應立即更換。
3、嚴禁用兆歐表（即搖表）檢查元件的絕緣情況。
4、電流為5A以上的可控矽要裝散熱器，并且保證所規定的冷卻條件。為保證散熱器與可控矽管心接觸良好，它們之間應塗上一薄層有機矽油或矽脂，以幫于良好的散熱。
5、按規定對主電路中的可控矽采用過壓及過流保護裝置。
6、要防止可控矽控制極的正向過載和反向擊穿。
損壞原因判别
當晶閘管損壞後需要檢查分析其原因時，可把管芯從冷卻套中取出，打開芯盒再取出芯片，觀察其損壞後的痕迹，以判斷是何原因。下面介紹幾種常見現象分析。
1、電壓擊穿。晶閘管因不能承受電壓而損壞，其芯片中有一個光潔的小孔，有時需用擴大鏡才能看見。其原因可能是管子本身耐壓下降或被電路斷開時産生的高電壓擊穿。
2、電流損壞。電流損壞的痕迹特征是芯片被燒成一個凹坑，且粗糙，其位置在遠離控制極上。
3、電流上升率損壞。其痕迹與電流損壞相同，而其位置在控制極附近或就在控制極上。
4、邊緣損壞。他發生在芯片外圓倒角處，有細小光潔小孔。用放大鏡可看到倒角面上有細細金屬物劃痕。這是制造廠家安裝不慎所造成的。它導緻電壓擊穿。
主要用途
普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構成可控整流電路、逆變、電機調速、電機勵磁、無觸點開關及自動控制等方面。現在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路〔圖4(a）〕。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發脈沖Ug，VS仍然不能導通，隻有在U2處于正半周，在控制極外加觸發脈沖Ug時，晶閘管被觸發導通。
現在，畫出它的波形圖〔圖4(c）及（d）〕，可以看到，隻有在觸發脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出（波形圖上陰影部分）。Ug到來得早，晶閘管導通的時間就早；Ug到來得晚，晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發脈沖Ug到來的時間，就可以調節負載上輸出電壓的平均值UL（陰影部分的面積大小）。
在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發脈沖到來瞬間所經曆的電角度稱為控制角α；在每個正半周内晶閘管導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷範圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現了可控整流。
晶閘管
晶體閘流管（英語：Thyristor），簡稱晶閘管，指的是具有四層交錯P、N層的半導體裝置。最早出現與主要的一種是矽控整流器（Silicon Controlled Rectifier，SCR），中國大陸通常簡稱可控矽，又稱半導體控制整流器，是一種具有三個PN結的功率型半導體器件，為第一代半導體電力電子器件的代表。晶閘管的特點是具有可控的單向導電，即與一般的二極管相比，可以對導通電流進行控制。晶閘管具有以小電流（電壓）控制大電流（電壓）作用，并體積小、輕、功耗低、效率高、開關迅速等優點，廣泛用于無觸點開關、可控整流、逆變、調光、調壓、調速等方面。
發展曆史
半導體的出現成為20世紀現代物理學其中一項最重大的突破，标志着電子技術的誕生。而由于不同領域的實際需要，促使半導體器件自此分别向兩個分支快速發展，其中一個分支即是以集成電路為代表的微電子器件，特點為小功率、集成化，作為信息的檢出、傳送和處理的工具；而另一類就是電力電子器件，特點為大功率、快速化。
1955年，美國通用電氣公司研發了世界上第一個以矽單晶為半導體整流材料的矽整流器（SR），1957年又開發了全球首個用于功率轉換和控制的可控矽整流器（SCR）。由于它們具有體積小、重量輕、效率高、壽命長的優勢，尤其是SCR能以微小的電流控制較大的功率，令半導體電力電子器件成功從弱電控制領域進入了強電控制領域、大功率控制領域。在整流器的應用上，晶閘管迅速取代了水銀整流器（引燃管），實現整流器的固體化、靜止化和無觸點化，并獲得巨大的節能效果。
從1960年代開始，由普通晶閘管相繼衍生出了快速晶閘管、光控晶閘管、不對稱晶閘管及雙向晶閘管等各種特性的晶閘管，形成一個龐大的晶閘管家族。
但晶閘管本身存在兩個制約其繼續發展的重要因素。一是控制功能上的欠缺，普通的晶閘管屬于半控型器件，通過門極（控制極）隻能控制其開通而不能控制其關斷，導通後控制極即不再起作用，要關斷必須切斷電源，即令流過晶閘管的正向電流小于維持電流。由于晶閘管的關斷不可控的特性，必須另外配以由電感、電容及輔助開關器件等組成的強迫換流電路，從而使裝置體積增大，成本增加，而且系統更為複雜、可靠性降低。二是因為此類器件立足于分立元件結構，開通損耗大，工作頻率難以提高，限制了其應用範圍。1970年代末，随着可關斷晶閘管（GTO）日趨成熟，成功克服了普通晶閘管的缺陷，标志着電力電子器件已經從半控型器件發展到全控型器件。
類型
晶閘管一詞有時單指SCR；有時泛指具有四層或以上交錯P、N層的半導體裝置，如單向晶閘管（SCR）、雙向晶閘管（TRIAC）、可關斷晶閘管（GTO）、SIT、及其他種類等。
單向晶閘管是PNPN四層結構，形成三個PN結，可以等效為PNP、NPN兩晶體管組成的複合管，具有三個外電極：陽極A(Anode)，陰極K(Cathode)和控制極G(Gate)。在A、K之間加上正電壓後，管子并不導通；當控制極G加上正電壓(相對于陰極K而言)後才導通；此時再去掉控制極的電壓，管子依然能夠保持導通。
雙向晶閘管可以等效為兩個單向晶閘管反向并聯。因雙向晶閘管正負雙向均可以控制導通，故控制極G外的另外兩個電極不再稱陰極陽極，而改稱為主電極MT1、MT2或T1、T2。當G與MT1間給予适當的訊号時，MT2與MT1間即可導通。
