閘流體

晶體閘流管（英語：Thyristor），簡稱閘流體，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結的功率型半導體元件，為第一代半導體電力電子元件的代表。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，並體積小、輕、功耗低、效率高、開關迅速等優點，廣泛用於無觸點開關、可控整流、逆變、調光、調壓、調速等方面。^[1]

「晶閘管」的各地常用名稱
中國大陸	晶閘管、晶體閘流管
臺灣	閘流體、閘流器、閘流電晶體

「晶閘管」的各地常用名稱
中國大陸	可控硅
臺灣	矽控整流器

單向晶閘管SCR的電路符號及引腳說明

一枚裝載散熱器上的SCR， 耐壓1200V最大電流100A， 小接線是用來做閘極觸發控制

發展歷史

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，標誌着電子技術的誕生。而由於不同領域的實際需要，促使半導體裝置自此分別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元件，特點為小功率、集成化，作為資訊的檢出、傳送和處理的工具；而另一類就是電力電子元件，特點為大功率、快速化。1955年，美國通用電氣公司發表了世界上第一個以單晶矽為半導體整流材料的矽整流器（SR），1957年又發表了全球首個用於功率轉換和控制的可控矽整流器（SCR）。由於它們具有體積小、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，讓半導體電力電子元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，閘流體迅速取代了水銀整流器（引燃管），使得整流器固體化、靜止化和無觸點化，並顯著的節省能源。從1960年代開始，由普通閘流體相繼衍生出了快速閘流體、光控閘流體、不對稱閘流體及雙向閘流體等各種特性的閘流體，形成一個龐大的閘流體家族。

但閘流體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，普通的閘流體屬於半控型元件，通過閘極（控制極）只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，即令流過閘流體的正向電流小於維持電流。由於閘流體的關斷不可控的特性，必須另外配以由電感、電容及輔助開關元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。二是因為此類元件立足於分立元件結構，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，隨着可關斷閘流體（GTO）日趨成熟，成功克服了普通閘流體的缺陷，標誌着電力電子元件已經從半控型元件發展到全控型元件。

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兩電晶體組成的複合管，具有三個外電極：陽極A（Anode），陰極C（Cathode）和控制極G（Gate）。在A、C之間加上正電壓後，管子並不導通；當控制極G加上正電壓（相對於陰極C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並聯。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間給予適當的訊號時，MT2與MT1間即可導通。

參看

• 可關斷晶閘管（GTO, Gate Turn-Off thyristor）
• 絕緣閘異極晶狀管（IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor）
• 閘流體驅動器

參考來源

1. Christiansen, Donald; Alexander, Charles K. (2005); Standard Handbook of Electrical Engineering (5th edition.). McGraw-Hill, ISBN 0-07-138421-9