晶闸管（THYRISTOR）又名可控硅，属于功率器件领域，是一种功率半导体开关元件，“可控硅”是其简称。本文介绍晶闸管的分类方法、单双向可控硅的工作特性，以及晶闸管的使用保护措施与代换原则。
一、晶闸管的分类
晶闸管有多种分类方法。
（1）按关断、导通及控制方式分类：可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG 晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
（2）按引脚和极性分类：可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
（3）按封装形式分类：可分为金属封装、塑封和陶瓷封装三种类型。其中金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
（4）按电流容量分类：可分为大功率、中功率和小功率晶闸管三种。通常大功率晶闸管多采用金属壳封装，中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
（5）按关断速度分类：可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。
二、晶闸管与可控硅的关系及工作特性
图 1 单向与双向可控硅的符号
按工作特性，可控硅可分为单向可控硅（SCR）和双向可控硅（TRIAC）。晶闸管由 PNPN 四层半导体构成，有三个电极：阳极 A、阴极 K 和控制极 G。
可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不像继电器那样在控制时产生火花，而且动作快、寿命长、可靠性好，在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有应用。单、双向可控硅的符号也不同：单向可控硅有三个 PN 结，由最外层的 P 极和 N 极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的 P 极引出控制极。
单向可控硅有独特的开关特性：当阳极接反向电压，或阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通；而阳极和控制极同时接正向电压时，它就变为导通状态。一旦导通，控制电压便失去对它的控制作用——不论有无控制电压、也不论控制电压的极性如何，它将一直处于导通状态；要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者使其反向。
双向可控硅的引脚多数按 T1、T2、G 的顺序从左至右排列（电极引脚向下、面对有字符的一面时）。改变加在控制极 G 上的触发脉冲大小或时间，即可改变其导通电流的大小。与单向可控硅的区别在于：双向可控硅 G 极触发脉冲的极性改变时，其导通方向随之改变，从而能够控制交流电负载；而单向可控硅经触发后只能从阳极向阴极单方向导通。
电子制作中常用的可控硅，单向的有 MCR-100 等，双向的有 TLC336 等。双向可控硅按象限可分为四象限和三象限双向可控硅；按封装可分为一般半塑封装和外绝缘式全塑封装；按触发电流可分为微触发型、高灵敏度型和标准触发型；按电压可分为常规电压品种和高压品种。
可控硅在电路应用中的效率高、控制特性好、寿命长、体积小、功能强，自 20 世纪 60 年代以来获得了迅猛发展，并已形成“晶闸管变流技术”这一独立学科。其典型应用体现在两方面：一是可控整流，如同二极管整流一样把交流整流为直流，并在交流电压不变的情况下有效地控制直流输出电压的大小；二是无触点功率静态开关（固态开关），作为功率开关元件替代接触器、继电器，用于开关频率很高的场合。因此可控硅被广泛应用于可控整流、逆变、变频、调压和无触点开关等用途，家用电器中的调光灯、调速风扇、冷暖空调器、热水器、电视、冰箱、洗衣机、照相机、音响组合、声控电路、定时控制器、感应灯、圣诞灯控制器、自动门电路，以及玩具装置、电动工具产品和无线电遥控电路等，都大量使用了可控硅器件。
三、晶闸管的保护
晶闸管在工业中的应用越来越广泛，但其在使用过程中容易因过电压、过电流而损坏，因此需要采取相应的保护措施。
1. 过电压保护
晶闸管对过电压很敏感：当正向电压超过其断态重复峰值电压 UDRM 一定值时，晶闸管会误导通而引发电路故障；当外加反向电压超过其反向重复峰值电压 URRM 一定值时，晶闸管会立即损坏。因此必须研究过电压的产生原因及抑制方法。
过电压产生的原因主要是供给的电功率或系统的储能发生了激烈的变化，使系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量来不及消散。它主要表现为雷击等外来冲击引起的过电压和开关开闭引起的冲击电压两种类型：由雷击或高压断路器动作产生的过电压是几微秒至几毫秒的电压尖峰，对晶闸管十分危险；开关开闭引起的冲击电压又可分为以下几类。
（1）交流电源接通、断开产生的过电压。例如交流开关开闭、交流侧熔断器熔断等引起的过电压，由于变压器绕组的分布电容、漏抗造成的谐振回路、电容分压等，过电压数值可达正常值的 2～10 倍。一般开闭速度越快过电压越高，空载情况下断开回路会产生更高的过电压。
（2）直流侧产生的过电压。切断回路的电感较大或切断时的电流值较大，都会产生较大的过电压，常见于切除负载、正在导通的晶闸管开路或快速熔断器熔体烧断等原因引起电流突变的场合。
（3）换相冲击电压。包括换相过电压和换相振荡过电压。换相过电压是晶闸管电流降为 0 时器件内部各结层残存载流子复合所产生的，所以又称载流子积蓄效应引起的过电压；换相过电压之后出现的换相振荡过电压，是电感、电容形成共振产生的振荡电压，其值与换相结束后的反向电压有关，反向电压越高，换相振荡过电压也越大。
针对形成过电压的不同原因可以采取不同的抑制方法：减少过电压源并使过电压幅值衰减；抑制过电压能量上升的速率；延缓已产生能量的消散速度并增加其消散途径；采用电子线路进行保护等。目前最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，使能量得以消散，通常称为吸收回路或缓冲电路。
（4）阻容吸收回路。过电压一般频率较高，因此常用电容作为吸收元件；为防止振荡常加阻尼电阻，构成阻容吸收回路。阻容吸收回路可接在电路的交流侧、直流侧，或并接在晶闸管的阳极与阴极之间；吸收电路最好选用无感电容，接线应尽量短。
（5）由硒堆及压敏电阻等非线性元件组成的吸收回路。阻容吸收回路的时间常数 RC 是固定的，有时对时间短、峰值高、能量大的过电压来不及放电，抑制效果较差，因此变流装置的进出线端通常还并接硒堆或压敏电阻等非线性元件。硒堆的特点是其动作电压与温度有关，温度越低耐压越高；同时具有自恢复特性，能多次使用。压敏电阻是以氧化锌为基体的金属氧化物非线性电阻，其结构为两个电极之间填充粒径 10～50 μm 的不规则 ZnO 微结晶，结晶粒间是厚约 1 μm 的氧化铋粒界层；该粒界层在正常电压下呈高阻状态，漏电流很小（小于 100 μA），当电压升高引起电子雪崩时，粒界层迅速变成低阻抗，电流迅速增加，泄漏能量并抑制过电压，浪涌过后又恢复为高阻态。压敏电阻的特性主要由以下几个参数表示：
标称电压：压敏电阻流过 1 mA 直流电流时其两端的电压值。
通流容量：用前沿 8 μs、波宽 20 μs 的波形冲击电流，每隔 5 分钟冲击 1 次、共冲击 10 次，以标称电压变化在 −10% 以内的最大冲击电流值表示。
漏电流：加一半标称直流电压时测得的流过压敏电阻的电流。
压敏电阻通流容量大、残压低、抑制过电压能力强，平时漏电流小，放电后不会有续流，标称电压等级多便于用户选择，伏安特性对称，可用于交、直流或正负浪涌，因此用途较广。需要注意的是，压敏电阻的粒界层只有一定大小的放电容量和放电次数，标称电压值不仅随放电次数增多而下降，也随放电电流幅值增大而下降；当电流大到某一值时，标称电压下降到 0，压敏电阻出现穿孔甚至炸裂，因此必须限定通流容量。
2. 过电流保护
半导体器件体积小、热容量小，像晶闸管这类高电压大电流功率器件，结温必须严格控制，否则将遭到彻底损坏：当晶闸管中流过大于额定值的电流时，热量来不及散发，结温迅速升高，最终导致结层被烧坏。产生过电流的原因多种多样，例如变流装置本身晶闸管损坏、触发电路发生故障、控制系统发生故障，以及交流电源电压过高或过低、缺相，负载过载或短路，相邻设备故障影响等。
晶闸管过电流保护最常用的是快速熔断器。普通熔断器的熔断特性动作太慢，在熔断器尚未熔断之前晶闸管已被烧坏，因此不能用来保护晶闸管；快速熔断器由银制熔丝埋于石英砂内，熔断时间极短，可以用来保护晶闸管。
四、晶闸管的代换
晶闸管损坏后，若无同型号的晶闸管更换，可以选用性能参数相近的其他型号代换。应用电路在设计时一般均留有较大的裕量，更换晶闸管时只要留意其额定峰值电压（重复峰值电压）、额定电流（通态平均电流）、门极触发电压和门极触发电流即可，其中额定峰值电压与额定电流尤为关键。代换晶闸管应与损坏晶闸管的开关速度一致：在脉冲电路、高速逆变电路中使用的高速晶闸管损坏后，只能选用同类型的快速晶闸管，而不能用普通晶闸管代换。
选取代用晶闸管时，各项参数都不必留有过大的裕量，应尽可能与被代换晶闸管的参数相近——过大的裕量不仅是一种浪费，有时还会产生副作用，出现不触发或触发不灵敏等现象。此外还要注意两只晶闸管的外形相同，否则会给安装工作带来不便。
五、晶闸管的工作原理与工作条件
晶闸管 T 在工作过程中，阳极 A 和阴极 K 与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路；门极 G 和阴极 K 与控制装置连接，组成晶闸管的控制电路。其工作条件可归纳为四点：
（1）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；
（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才导通；
（3）晶闸管导通后，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何都保持导通，即导通后门极失去作用；
（4）晶闸管导通后，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时关断。