快速晶闸管的工作原理

快速晶闸管的结构和工作原理与普通晶闸管相同，但在设计与制造中采取了特殊措施以减少开关耗散功率。通常采用增加门极－阴极周界长度、减薄基区厚度的办法,增加初始导通面积，提高dI/dt耐量和提高扩展速度；采用阴极短路点、非对称结构、掺金、铂或用电子、快中子辐照技术等办法降低少子寿命，提高dV/dt耐量,降低关断时间。80年代，快速晶闸管已做到通态平均电流1000A，耐压2500V，关断时间30微秒。
一种对工作频率有明确标定的快速晶闸管则称为高频晶闸管（中国型号为KG）。例如KG50（20kHz）,表示该高频管的标称工作频率为20kHz，通态平均电流为50A（20kHz下正弦半波平均电流值）。80年代中期,中国已能生产KG100(20kHz)和KG200(10kHz)，耐压为1～1.2kV的高频晶闸管。
快速晶闸管采取的特殊措施，在一定程度上降低了静态特性（如升高了通态压降），故限制了它直接工作于更高频率的大功率电子设备。为满足更高频率下工作对晶闸管提出的特殊要求，开发了门极辅助关断晶闸管、可关断晶闸管等。

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
晶闸管的工作条件：
1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
从晶闸管的内部分析工作过程：
晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2
当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig
从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式
硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。
式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。
在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管恢复阻断状态。