晶闸管与晶体管对比：结构、控制方式与应用场景差异

晶闸管是一种大功率半导体器件，它诞生于20世纪70年代，具有pnpn四层半导体结构，包含三个电极：阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。#晶闸管#结合了硅整流器件的特点，能够在高电压、大电流条件下工作，它的出现标志着半导体技术从弱电领域成功跨越到强电领域。

晶闸管的工作原理基于其内部的四层PNPN结构，其中两个P型半导体层夹在两个N型半导体层之间，形成三个PN结。当阳极与阴极之间施加正向电压，且门极上加有足够的触发脉冲（通常是正向电压）时，晶闸管会被触发并从阻断状态转变为导通状态。一旦导通，即使门极触发信号撤除，晶闸管仍会维持导通状态，直到阳极电流下降到低于维持电流的水平或者阳极-阴极电压反向（对于单向晶闸管）或变为零（对于双向晶闸管）。这种特性使得晶闸管成为一种半控型器件，即可以控制其开通但不能直接控制其关断，关断通常依赖于主回路中的电压和电流变化。

晶闸管符号

晶闸管符号

晶闸管类型

下面道合顺将简单介绍一下晶闸管的种类。 

(1) 关断、开启和控制方法

可分为普通晶闸管、双向晶闸管、反向导通晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管、光控晶闸管等。

(2) 引脚及极性

按引脚和极性可分为二极管晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。

(3) 封装形式

可分为金属封装晶闸管、塑料封装晶闸管和陶瓷封装晶闸管。其中金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等；塑封晶闸管分为带散热片和不带散热片两种。

(4) 电流容量

可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管、小功率晶闸管三种类型。一般大功率晶闸管多采用金属壳封装，中小功率晶闸管多采用塑料或陶瓷封装。

(5) 关断速度

晶闸管可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。

晶闸管是如何工作的

晶闸管工作过程中，其阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，构成晶闸管的主电路。 

可控硅或晶闸管是一种半控电力电子装置，其工作条件如下：

1、当晶闸管受到反向阳极电压时，无论栅极承受什么电压，晶闸管都处于反向阻断状态。

2、当晶闸管受到正向阳极电压时，只有当栅极受到正向电压时，晶闸管才会导通。此时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管特性，即可控特性。

3、晶闸管导通时，只要有一定的正向阳极电压，无论栅极电压是多少，晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，栅极没有影响。门仅充当触发器。

4、晶闸管导通时，当主电路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

(1)单向晶闸管工作原理

单向晶闸管为PNPN闪层结构，形成三个PN结，具有三个外部电极：阳极A、阴极K和控制栅G。单向晶闸管可以等效为由PNP和NPN两个晶体管组成的复合管，如下图所示。阳极A两端加正电压后，晶闸管不导通。只有当控制极G上加触发电压时，VT1、VT2才相继快速导通，并互相提供基极电流，使晶闸管保持导通。此时，即使去掉控制栅上的触发电压，晶闸管仍保持导通状态，直到流过晶闸管的电流小于晶闸管的保持电流为止，晶闸管截止。

(2)双向晶闸管工作原理

一个双向晶闸管可以相当于两个单向晶闸管反向并联，如下图所示。它可以控制双向导通，因此除控制电极G外的其他两个电极不再分为阳极和阴极，而是称为主电极T1和T2。

当控制电极G上施加触发电压时，双向可控硅导通，触发电压消失后阱仍保持导通状态。电流可以通过VS2从T1流向T2，也可以通过VS1从T2流向T1。当电流小于晶闸管的保持电流时，晶闸管关断。

(3)可关断晶闸管的工作原理

普通单向或双向晶闸管导通，控制极不工作。要关断晶闸管，必须切断电源，使流过晶闸管的正向电流小于保持电流IH。晶闸管的特点是可以通过控制极关断。破，克服了上述缺点。当对可关断晶闸管的控制极G施加正脉冲电压时，晶闸管导通，当对控制极G施加负脉冲电压时，晶闸管关断，如图如下图。

晶闸管的应用

接下来，道合顺将分别介绍晶闸管作为可控整流器和可控开关器件在电子电路中的应用。

1、晶闸管作为可控整流装置 晶闸管可以与整流装置组成稳压电路，使得整流电路的输出电压可调。

下图所示为由晶闸管组成的典型稳压电路。

220V交流电压经过桥式整流器（图1）后，通过R1、R4、RP（图2）对电容C（图3）充电。当电压达到单结晶体管VT（双基极二极管，图中）4）的峰值电压时，VT由截止变为导通，电容C经过双基极二极管的发射极、基极、R2后迅速放电。基极VT，给晶闸管VS一个触发信号（图6），使晶闸管VS导通，因为晶闸管导通后正向压降很低，第一个正半周达到最低点，即电源电压为零时，晶闸管VS自动关断。当下一个正半周期到来时，电容C再次充电，重复上述过程。只有当晶闸管VS导通时，才有足够的电流流过负载RL。

2、晶闸管在电路中用作可控电子开关 输入较小的功率或电流到晶闸管可以控制较大的功率或电流，因此晶闸管在电子电路中常被用作可控整流器和可控开关器件。下图所示为典型的报警电路。该电路中采用晶闸管作为可控开关。当物体移入光电探测器时，发光二极管的光线被物体阻挡，光电晶体管在没有光照射的情况下关闭。 VD1的正极端电压上升，正向导通，三极管的基极导通。 VT1导通的瞬间，为晶闸管触发端提供触发电压，使晶闸管导通，报警灯得电发光。

晶闸管和晶体管有什么区别

晶闸管和晶体管的主要区别在于晶闸管更适合高压大电流环境下的功率控制与转换，尤其在需要实现可控整流、交流调压等应用中表现出色；而晶体管则更适用于信号放大、高速开关以及低功耗、高集成度的电子电路中。二者根据其特性和应用场景的不同，各有优势，互为补充。以下是它们之间的主要区别：

1. 结构与器件类型

晶体管：晶体管通常指双极型晶体管（BJT）或场效应晶体管（FET），包括NPN型和PNP型BJT以及结型场效应管（JFET）、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等。晶体管通常由两到三层半导体材料（如NPN或PNP结构）构成，具有发射极（E）、基极（B）和集电极（C）三个电极（或源极S、栅极G、漏极D）。

晶闸管：晶闸管是一种特殊的三端半导体器件，具有PNPN四层结构，包括阳极（A）、阴极（K）和门极（G）三个电极。晶闸管主要有单向晶闸管（SCR）和双向晶闸管（TRIAC）两种类型。

2. 工作原理与控制方式

晶体管：

BJT：通过控制基极电流（BJT）或栅极电压（FET）来改变发射极与集电极之间的电流。BJT利用少数载流子注入和复合来放大电流，FET则通过改变电场来调控沟道电阻，实现电流控制。

开关操作：晶体管可以快速地在截止（高阻态）和饱和（低阻态）之间切换，响应速度快，适合高速开关应用。

晶闸管：

触发与维持：晶闸管需要在阳极与阴极之间施加正向电压，并且门极提供足够的触发脉冲才能从阻断状态转为导通状态。一旦导通，即使撤去门极触发信号，晶闸管仍会保持导通，直到阳极电流降至维持电流以下或阳极-阴极电压反向（单向晶闸管）或变为零（双向晶闸管）。

开关特性：晶闸管开关速度相对较慢，且一旦触发导通后无法通过控制门极电流直接关断，属于半控型器件。

3. 应用场景

晶体管：

放大器：用于对电信号进行电压或电流放大。

开关电路：作为高速电子开关，适用于高频开关电源、数字逻辑电路、电机驱动等。

振荡器：构建各类振荡电路，产生稳定的频率信号。

信号处理：在通信、测量仪器、计算机系统中进行信号放大、整形、滤波等。

晶闸管：

可控整流：用于直流电源的生成，通过调整触发角控制输出电压。

交流调压：用于调节交流电源电压，适用于电机调速、照明调光等。

功率开关：在高电压、大电流场合替代机械开关，实现无触点、长寿命的开关控制。

逆变器与变频器：作为逆变或变频电路的关键元件，用于电机调速、电源转换等。

电能控制与功率因数校正：在电力系统中用于电能质量改善和功率因数校正。

4. 性能特点

晶体管：

高速响应：开关速度快，适合高频应用。

低功耗：在放大模式下，静态功耗较低。

易于集成：尺寸小，便于大规模集成电路（IC）制造。

控制灵活：既能放大信号也能实现快速开关控制。

晶闸管：

高耐压大电流：能承受高电压、承载大电流，适用于高压大功率场合。

线性导通：在导通状态下，阳极与阴极间的电压与电流呈线性关系。

触发控制：仅能控制开通，关断依赖于外部电路条件。

导通损耗：相比晶体管，导通电阻较低，导通损耗较小。