普通晶闸管与 GTO 晶闸管有什么区别?

电器工程 晶闸管 scr
2022-01-17 09:14:26

晶闸管,我知道,是一个四层PNPN结构,第一个P段有阳极,第二个P段有栅极,第二个N段有阴极。这种简单的结构表明任何晶闸管都应该可以关闭,方法是将所有阳极电流引出栅极,使阴极电流变为零,从而解锁晶闸管。

在模拟器中,当提供足够低电阻的接地路径时,如下所示的晶闸管的双晶体管模型确实会关闭。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

并且可以购买专门设计用于这种用途的晶闸管,称为 GTO(门极关断)晶闸管。

所以我的问题是:是什么让 GTO 晶闸管特别?它只是一个普通的晶闸管,但具有这种操作模式的特定特性吗?或者它内部是否有一些不同的硅结构使其工作方式根本不同?

1个回答

有趣的问题!

让我们从我们通常如何使用晶闸管开始。阴极通常连接到地,阳极通过负载供电:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

因此电子进入阴极并到达阳极。

在下图中,阴极位于顶部!所以电子从上到下流动(仅在掺杂分布中,不在上面的示意图中)!

经过一番搜索,我找到了这两个设备的掺杂分布图。

这是来自该站点的“正常”晶闸管的掺杂曲线。

在此处输入图像描述

这是 GTO 的掺杂曲线(与上面相同的来源,按 Next 几次)。

在此处输入图像描述

我看到的主要区别是 GTO 有一个额外的 P+ 区域(高度掺杂的 P 区域)用于栅极接触。这种高度掺杂的区域用于与该掺杂区域形成“更好的”、更低欧姆的接触。

根据维基百科:

关闭是通过栅极和阴极端子之间的“负电压”脉冲完成的。一些正向电流(大约三分之一到五分之一)被“窃取”并用于感应阴极栅极电压,从而导致正向电流下降并且 GTO 将关闭(过渡到“阻塞”状态。)

对我来说,这可以解释为什么 GTO 可以关闭而普通晶闸管不能。在普通晶闸管中,栅极与顶部 P 区域没有如此良好的接触,这会阻止它转移足够的电子以使晶闸管关闭。

在 GTO 中,与该 P 区域的接触要好得多,因此可以从该 P 区域移除更多电子(通过栅极)。此外,通过低欧姆接触可以更好地控制该 P 区的电压。这也允许栅极降低该 P 区域相对于阴极的电压,这将反向偏置阴极 (N+) 到栅极 (P) 结并阻断阴极电流。