汽车电工与电子基础6

单元6常用半导体器件6.1概述6.2PN结6.3二极管6.4三极管6.6集成电路6.5晶闸管知识目标：1.简单叙述二极管、三极管、晶闸管的工作特性；2.正确描述常用半导体元件的结构和符号。能力目标：会用万用表对二极管、三极管、晶闸管进行简易测试。建议学时：12学时6.1概述安全、节能、环保、信息化以及智能化是当今汽车发展的主要需求方向，与这些需求相适应，汽车电子化的程度越来越高，从动力传动系统、安全管理系统舒适管理系统到信息娱乐系统等方面汽车电子技术发挥越来越重要的作用。随着汽车半导体器件在整车中占据的平均比例持续呈上升趋势，特别是随着车内网络的普及，汽车半导体市场将进一步扩大。

在汽车电子半导体器件产品市场结构中，包括微控制器、传感器、驱动器件、通信器件和电源管理等，其中传感器所占的市场份额最大，这是由于在汽车发动机电控系统和底盘电控系统中使用了大量的传感器。随着汽车电子器件应用比例逐年提高，汽车上70﹪的革新来源于汽车电子技术，而汽车革新的主要焦点是半导体器件的大量应用，汽车半导体技术已成为汽车电子市场发展的推动力。半导体材料既非导体，亦非绝缘体，而是介于两者之间，以传统电子学角度来看，似乎无用，但是自20世纪50年代开始了半导体材料的应用后，固态电子学几乎已成为电子学的主流。这类电子元件在改变外加给原子的能量（如热、电压等）时，其导电特性便在绝缘体和导体之间变化，为20世纪中叶以来的半导体电子工业提供了重要的基础。如图6-1所示为常用的半导体电子元件。图6-1各种半导体电子元件很多半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。例如有些半导体对温度的反应特别灵敏，环境温度增高时，它的导电能力会增强很多，利用这种特性就可以做成各种热敏元件。有些半导体受到光照时，它的导电能力变得很强，当无光照时，又变得像绝缘体那样不导电，利用这种特性就可以做成各种光电元件。在汽车电控系统中，经常需要将微弱的电信号进行放大，以便有效地进行测量、控制或调节。而把微弱的信号放大到所需大小的电路之一就是用晶体三极管构成的放大电路。集成电路的产生令人难以想象地缩小了器件和电路的体积，减小了功耗，延长了寿命，降低了成本，在现代电子器件中占据了绝对优势。为了正确和有效地运用半导体器件，必须对它们的结构、工作原理和性能有一个正确的认识。6.2PN结6.2.1本征半导体6.2.2N型与P型半导体6.2.3PN结6.2.4PN结的偏压6.2.1本征半导体本征半导体是指未添加任何杂质的纯净半导体。在大自然中，纯质的硅（Si）和锗（Ge）均呈晶体结构，两者都为4价元素，即每一个原子的最外层都有4个价电子。如图6-2所示，每个硅原子与其相邻4个硅原子共用价原子，而形成稳固的8个价电子数。图6-2硅原子共价键这种由原子共享价电子，互相键结而形成晶体的结构，称为共价键或共价结合，如图6-3所示。图6-3硅晶体的共价键结构当单一元素物质中的原子结合成为一固体时，它们会排列成具有一定规则的三维空间结构，即晶体结构。在晶体结构内，原子间彼此相互有作用力使它们能结合在一起。原子结合成晶体时，物质内便具有能带，如图6-4所示。图6-4原子的能带图能带分为3个部分：（1）传导带：物质中电子能够自由移动的能级范围，此区域的电子称作自由电子。（2）价电带：价电子所在的能级范围。价电带内存有共价晶体结构的价电子能量，但却不能自由移动。只有当外部施以足够的额外能量激发时，就可变成自由电子，而存在于传导带。（3）能隙：介于传导带与价电带之间的能量区间。它是价电子（在价电带）要变成自由电子（在传导带）所需的最小能量。电子一旦到达传导带后，就可以自由漂移，不受任何原子的束缚，图6-5所示为尚未被激发的硅原子能带图，其中传导带并无电子存在。图6-5尚未被激发的硅原子能带图室温（25℃）下的纯硅晶体会自外界获得热能，使一些价电子由价电带跳进传导带，变成不受束缚的自由电子。同时，价电子会在其原来的价电带上留出了空位，此空位就叫做空穴。这个空位与原来电子间的关系称为电子-空穴对，若在传导带的电子失去能量，便会重回价电带并与空穴再结合，如图6-6所示。图6-6电子-空穴对如果对硅晶体加上电压，则传导带的电子便会被吸引到正极端，这种自由电子的移动方式是半导体材料内的一种电流，称为电子流，如图6-7所示。图6-7半导体内的电子流6.2.2N型与P型半导体一、N型半导体二、P型半导体由于纯质半导体材料内的自由电子和空穴数目有限，因此导电性并不理想，使得纯硅或锗在电子元件的制造上没有很大的使用价值。但是如果将某些特定的杂质掺入纯质半导体中，虽然掺入的杂质只有百万之一，却可调整其电子和空穴的数目，降低纯质半导体材料的电阻值，进而改变其导电特性。上述这种将特定杂质掺入纯半导体材料内，提升其导电性的制造过程，即称作掺杂。凡是经过掺杂处理后的半导体材料均称为杂质半导体。常用的杂质半导体根据掺杂后的性质可分成N型与P型半导体两类，为构成所有固态电子元件的主要成分。一、N型半导体若在纯硅或锗晶体中掺入微量的5价元素，如砷（As）、磷（P）、锑（Sb）等，即形成N型半导体材料。如图6-8所示，每个5价的锑原子与4个相邻的硅原子形成共价结合，锑有4个价电子提供共价键用，而多出的一个便成了自由电子，可任意在硅晶体中活动，增加导电性。N型半导体的“N”代表此半导体内的多数载流子为电子的负电荷（Negative）。而N型半导体内的少数载流子则为带正电荷的空穴。图6-8N型半导体材料二、P型半导体若在纯硅或锗晶体内添加微量的3价元素，如铝（Al）、硼（B）、镓（Ga）等，则形成P型半导体材料。如图6-9所示，每个3价的硼原子与4个硅原子形成共价键，硼的3个价电子全用于共价键，但仍缺一个电子，因而出现一个空穴，会吸引一个电子。图6-9P型半导体通过改变杂质元素的掺入量（一般为108：1），可改变空穴（或自由电子）的数目，进而改变半导体材料的导电性。P型半导体的“P”代表此半导体内的多数载流子为空穴的正电性（Positive）。P型半导体内的少数载流子为电子。6.2.3PN结室温下，在P型半导体材料内部，由掺杂而产生的多数载流子是空穴，而由热效应所产生的少数载流子为自由电子。N型半导体材料内则含有多数载流子的自由电子与由热效应产生的少数载流子的空穴。尽管如此，两种半导体材料在正常状态下仍不带电，而呈电中性。这是因为在理论上，原子核中带正电的质子数目仍然等于在轨道上运转带负电的自由电子数目。如果取一块纯硅材料，将一半掺入3价杂质成为P型材料，而在另外一半掺入5价杂质，使其成为N型材料，于是便在两区域之间形成PN结，如图6-10所示。在无外加电压的状况下，原本N型区域内的自由电子漫无方向地漂移，当PN结形成的瞬间，一些结附近的电子会扩散到P型区域内，并与结附近的空穴结合。图6-10PN结的形成于是，在靠近结的N型区域的自由电子会因结合而消失，使得结处的N型区域因失去电子而产生带正电荷的离子；同样地，在靠近结的P型区域的空穴亦因结合而消失，结处的P型区域则因失去空穴而产生带负电荷的离子。因此，在PN结处由于自由电子的扩散，使得靠近结的P型区域因具有负离子而带负电；在N型区域因具有正离子而带正电，从而在结两边产生电位差，此电位差随电子和空穴的结合数的增加而升高，并且达到足以阻止电子与空穴继续扩散为止。此时，在PN结处形成一平衡状态。当PN结呈平衡状态时，结附近的区域几乎无自由电子和空穴，此缺乏电荷的区域被称作耗尽区（也称空间电荷区）。其意义代表因结附近的扩散作用，使PN结附近几乎没有带电的粒子。如图6-11所示，耗尽区的形成对进一步的扩散运动起到了阻挡作用，则需要靠外加的能量才能使自由电子越过，此电位差称为死区电压。死区电压的大小由半导体材料、掺杂量和温度等因素决定。室温（25℃）下，硅的死区电压为0.6～0.7V，锗的死区电压为0.2～0.3V，温度越高，死区电压则越低。图6-11死区电压6.2.4PN结的偏压一、正向偏压二、反向偏压偏压是指在PN结上加上适当极性的直流电压，以设定其工作条件，故常又称作直流偏压。对PN结而言，有两种偏压方式，即正向偏压和反向偏压。PN结具有让电流单向导通的特性。一、正向偏压如图6-12所示的接法称为正向偏压，即电池的正极接到P型半导体，负极接到N型半导体。正向偏压的第一个基本条件便是让PN结能有电流通过；第二个条件则是直流偏压值必须大于死区电压。图6-12正向偏压接法由于同性相斥，电池负极所提供的电子会推动N型区内的自由电子移向PN结，这些电子的流动形成一股“电子流”。另外一侧，P型区内的空穴受到电池正极的排斥也移向PN结，形成“空穴流”，如图6-13所示。这种作用情形使得耗尽区内的部分正负离子被上述的电子和空穴所“中和”，使耗尽区变窄，死区电压降低。图6-13正向偏压的电子流和空穴流正向偏压降低了耗尽区的死区电压，使能够通过耗尽区的载流子数目增加。电子自N型区出发，经过PN结，扩散至P型区中，与P型区的空穴结合，由于电池不断地在P、N两边补充多数载流子（P型区为空穴，N型区为电子），所以在P型及N型区内都保持着大量的多数载流子。由于电池使通过PN结的载流子数目较未加偏压时大103～106倍，故使电流可以通过PN半导体，并形成回路。此时PN半导体的功用就和一般的导线效果一样。二、反向偏压如图6-14所示，将电池的正极接到N型半导体，而将负极接到P型半导体的接法称作反向偏压。反向偏压的目的在阻止电流通过PN结。由于异性相吸，电池的正极会吸引N型区内多数载流子的自由电子，使其离开PN结。当自由电子减少，便在PN结处产生出更多的正电荷离子。P型区内的空穴情形也相同，当空穴离开PN结时，便在PN结处产生更多的负电荷离子，于是造成空穴区变宽，并使死区电压升高，如图6-15所示。图6-15反向偏压时的载流子反向偏压升高了耗尽区的死区电压，使能够越过PN结的多数载流子大量减少，一直到无多数载流子为止。因此，PN半导体内没有电流流通，但仍有极微量的少数载流子在流动，此电流称作反向饱和电流。这时候，PN半导体的功能就如同一绝缘体。综合上述可知，PN半导体的结特性，使其成为具有单向导电的元件，即施以正向偏压时会有电流通过；若加以反向偏压，则无电流通过。但是当反向偏压增加至反向击穿电压时，就会产生大量的少数载流子，使PN结短路并烧毁元件。6.3二极管6.3.1整流二极管6.3.2稳压二极管6.3.3光电二极管6.3.1整流二极管二极管的种类繁多，一般常用的二极管称为整流二极管，它是一种单个PN结的电子元件，即由P型半导体与N型半导体结合而成。整流二极管所采用的工作原理是PN结的正向偏压原理。如图6-16所示，整流二极管具有两个电极：阳极（A）和阴极（K）。阳极位于P型端，具有较高或正的电位。阴极位于N型端，具有较低或负的电位。符号为有标线的一端。二极管具有正向电流导通，反向电流截止的单向导通特性，如图6-17所示。箭头所指为传统惯用的电流方向（与电子流方向相反）。整流二极管主要作为整流和检波用。图6-17二极管的正向和反向偏压二极管的正向特性如图6-18所示，当外加正向偏压VF小于PN结的死区电压时，正向电流IF增加得很慢，二极管几乎不导通。但是当VF值克服死区电压后，正向电流IF便以指数比例急速上升。此正向偏压超过某一定值，二极管电流就急剧增加时的转变电压称作膝处电压，此值其实就是死区电压，对硅二极管来说，死区电压为0.6～0.7V，而锗二极管则为0.2～0.3V，如图6-18b）所示。图6-18整流二极管的正向特性二极管的反向特性则如图6-19所示。当外加的反向偏压仍小时，只会有微量的少数载流子流过PN结，形成反向饱和电流IP（硅二极管约1μA，锗二极管约2μA）。此刻二极管近于截止状态。但是当反向偏压超过某一定值时，半导体材料内的共价键将遭到外加的强电场破坏，少数载流子瞬间急增，二极管击穿，反向电流急速上升，此时的电压称作击穿电压。一般硅二极管的击穿电压约为-250V，锗为-40～-50V。在造成二极管击穿之前所能加的最大反向电压，称为峰值反向电压，实际使用二极管时，应避免加到峰值反向电压，以确保电路的安全。图6-19整流二极管的反向特性若将整流二极管的正向及反向特性曲线合并，便可以得到如图6-20所示的完整特性曲线图。它含有两个工作区域：（1）整流区：从击穿电压到正向偏压间的区域。（2）击穿区：从击穿电压到反向饱和电流最大值的区域。图6-20二极管的特性曲线工作于整流区的二极管称为整流二极管，而工作于击穿区的二极管则称作稳压二极管。整流一词的意义是指仅允许电流做单向流通。当整流二极管为正向偏压时，有电流IF流过二极管，同时在二极管两端会产生一固定的电压降（硅二极管为0.7V，锗二极管为0.3V）。但是当整流二极管通以反向偏压时，则二极管几乎无电流流过，可视为断路。图6-21所示为各种常用的二极管，其外部封装材料有塑料材质、金属材质等。关于二极管的规格，一般制造厂商多会将每种型号二极管的额定值及特性标明在规格表中，不论哪种形式的二极管，有4项数据是必需的，包括：（1）最大正向电压VF(max)：在25℃室温下，所能外加的正向电压最大值。该值一般约为1V。（2）最大正向电流IF(max)：在25℃室温下，由外加正向电压作用所产生的正向电流最大值。该值一般为1～10mA。（3）最大反向电流IR(max)：在25℃下，由外加反向电压所产生的反向电流最大值。该值一般在0.1～1A。（4）峰值反向电压PIV或击穿电压：在25℃下，所能外加反向电压的许可最大值，即二极管所能承受的最大反向电压。PIV一般为25～200V，但也有高达1000V的，如IN4007二极管。表6-1所示为5种二极管的规格。6.3.2稳压二极管除了整流二极管之外，通过改变掺杂浓度比例、制作工艺，还可以制造出多种特殊二极管，其中最常使用的便是稳压二极管。稳压二极管可作为电压调整用，在许多电源供应线路中具有极重要的作用。图6-22所示为稳压二极管的符号。AK稳压二极管一般均以硅材制成，具有适当的功率消耗能力。稳压二极管的正向特性与整流二极管特性相同，只在反向偏压时稍有不同。在击穿电压处，稳压二极管的电流比整流二极管的电流上升更快，如图6-23所示。稳压二极管是专门工作于反向击穿电压区域的二极管，其击穿电压值是在制作工艺中通过控制掺杂程度所确定的。主要用于电压调整、参考电压控制和保护电路等。图6-22稳压二极管符号图6-23稳压二极管的特性曲线由于稳压二极管是特别经过大量的掺杂而使击穿电压降低，从而使耗尽区变窄并形成强电场，当反向电压接近稳压管的击穿电压时，电场即增强到能将电子拉出价电带并形成一股电流。如图6-24所示，当稳压二极管工作于反向偏压而未达击穿电压时，只有极小的反向饱和电流，但若反向电压增加到曲线的击穿点时，稳压二极管的电流便突然增加且出现击穿现象，该点的电压称为击穿电压，用VZ表示。从击穿点起，VZ值大约维持一定值，这种调节的作用为稳压二极管的主要特性。图6-24稳压二极管特性曲线另外，为使稳压二极管保持其调节作用，必须维持一最小反向电流值IZK值，由特性曲线可以看出，当反向电流低于IZK值以上时，电压就会急速降低，而失去调节的作用。理论上，只要在IZK值和IZM值间的反向电流范围之内，稳压二极管均可在其两端维持一固定的电压值VZ值。但若超过最大反向电流IZM值，则稳压二极管会损毁。稳压二极管在使用上应注意下列原则：（1）外加电压必须使它为反向偏压，并且电压须大于击穿电压值。跨于稳压二极管的电压必为一定电压，即VZ。（2）流过稳压二极管的电流不可大于IZM。（3）为使稳压二极管工作保持在击穿区，流过二极管的反向电流必须超过IZK。高温可以说是电子元件的致命弱点，当电子元件工作时，功率元件便开始发热。因此制造厂商多会将原件能承受的最大功率标示出来，一般稳压二极管的功率范围为0.25～50W。6.3.3光电二极管一、发光二极管二、感光二极管常见的光电二极管有发光二极管（LED）和感光二极管两种。LED为一能发出光源的二极管，而感光二极管则可感测外来光线。从图6-25可以看出LED和感光二极管在外观上的明显差异处。图6-25LED与感光二极管一、发光二极管二极管元件为正向偏压时，电子由N型区越过PN结进入P型区。当在传导带的自由电子越过PN结与能级较低的价电带的空穴结合时，一般的二极管会将此能量以低于光频的热频形式释放。然而，在LED的材料内有一层透光区，可以让光质子以可见光形式发射出来。此现象称为电发光。LED不是用硅或锗制成，通常是用砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）或磷化砷镓（GaAsP）所制成。掺杂不同的杂质材料会产生不同的光谱波长，以致于发出不同的颜色，例如砷化镓LED会发出不可见的红外线，磷化砷镓LED则可发出可见的红光或绿光，而磷化镓LED所发出的可见光介于黄色与绿色之间。典型LED的符号如图6-26a）所示。另外，其正向偏压接法则如图6-26b）所示。LED的正向偏压较一般硅二极管略高，通常在1.2～3.2V之间。LED的反向击穿电压则远小于一般二极管，约在3～10V之间，因此，若以汽车蓄电池的12V电压加于LED反向偏压，则LED多会烧毁。LED的亮度会随着正向偏压的电流大小而变化，IF越大，亮度也越强。图6-26发光二极管（LED）LED大都用做指示灯或仪表显示，一种称为7段显示器的LED常用于各种汽车检测仪器的显示屏上。事实上，7段中的每一段都是一个LED，通过线路连接而成为一块显示器。点亮不同的线段时，便可出现不同的数字或英文符号。7段显示器分为共阳极与共阴极两种，如图6-27所示。图6-277段显示器二、感光二极管感光二极管属于一种在反向偏压下工作的PN结元件，其上有一透光的小窗，可以让光线的能量透过窗口照射在PN结。如图6-28所示，由于采反向偏压接法，所以在平常无光线射入的情况下，就有非常微小的反向饱和电流流过，通常忽略不计，此电流称为暗电流。当光线射入感光二极管时，反向电流Iλ便随着射入的光亮增强而增大。图6-28感光二极管6.4三极管6.4.1三极管的基本结构6.4.2三极管的工作原理6.4.1三极管的基本结构三极管也叫晶体管，是由3个经过掺杂的半导体部分所构成，并且具有两个PN结，3个部分分别称作发射极、基极和集电极，如图6-29所示。三极管共有PNP型和NPN型两种形式，NPN型是以P型区分隔两N型区，主要以空穴来传导电流；PNP型是以N型区分隔两P型区，主要以电子来传导电流。图6-29三极管发射极、基极和集电极分别以字母E、B和C代表。介于基极和发射极之间的结称为发射结，而在基极和集电极间的结则称为集电结。基极比发射极和集电极薄，并且掺杂浓度比发射极（最浓）和集电极（次浓）低许多。两种三极管的符号如图6-30所示，典型的三极管外观则如图6-31所示。在E、B、C三极中，以B极最薄，约占全部宽度的1/150，如此设计的原因是为要使发射极所发射的载流子能快速地通过基极而到达集电极，并且让集电极有足够的空间来收集自基极过来的载流子。图6-30三极管的符号图6-31典型的三极管外观图目前晶体管材料以硅为多，因硅晶体管之工作温度（125～175℃）远较锗晶体管（75～85℃）为高，并且其结部分耐温性好，可做大功率输出用。6.4.2三极管的工作原理PNP型与NPN型三极管具有互补性，即两者所加的电流或电压极性与方向相反。然而为避免说明上的困扰，我们将以讨论NPN型三极管为主，PNP型则以同样的方法推理解释。图6-32所示为三极管在无外加电压状况下，两PN结间的电荷分布情形。在PN结形成的瞬间，因结附近电子扩散的原因，平衡后便产生出耗尽区。耗尽区内几乎无带电粒子，就硅晶体管而言，在25℃时这两个耗尽区个别的死区电压都约为0.7V。图6-32未加偏压时的三极管电荷分布情形请留意图6-32c）的两个耗尽区宽度并不相同，这是因为掺杂量越多的区域，结附近的离子集中量越高，致使耗尽区只些微地掺入射极，但在集电极结处，耗尽区则掺入集电极较多。三极管最基本的两项工作便是作为放大器与开关使用。但是，要提供这样的服务，首先就必须给与三极管正确的偏压。图6-33所示为NPN型与PNP型三极管的偏压接法，两者皆采FR偏压方式，即E—R间采用正向（F）偏压，而B—C间则采用反向（R）偏压接法。FR偏压方式是三极管作为放大器时的正常工作方式，它能够通过E、B间的小电流来控制C到E的大电流导通。图6-33三极管的FR偏压方式NPN型与PNP型三极管的工作原理相似，只要将电子与空穴、电压极性与电流方向均倒过来即可。如图6-34所示为电子流方向，E—B之间的正向偏压导致E—B间的耗尽区变窄，而B—C间的反向偏压则造成B—C间的耗尽区变宽。由于同性相斥，电池负极所提供的电子将推动位于高掺杂浓度的N型发射极区内，传导带上的众多自由电子移向EB结，并扩散至P型基极区而变成少数载流子。图6-34NPN型晶体管的工作原理（以电子流方向）进入P型基极区的电子有两种流向：一是向下流经基极，另一是越过集电结而进入集电极区。由于基极区内掺杂浓度低且薄，故自由电子与其有限的空穴相结合后，便从基极流出一股少量的价电子流（因与空穴结合后，能阶降到价电带，故为价电子流）。只有约5％的电子与基极内的空穴结合，大多数的电子仍受到来自发射极内电子同性相斥的推力，而进入面积较大的集电极耗尽区内。同时，因B—C间反向偏压，使反向偏压电池正极将电子吸引通过B—C结，并穿过N型集电极区，流入电池正极，形成大量的集电极电子流。图6-35所示为三极管上的3股电流：发射极电流IE、基极电流IB和集电极电流IC，其关系根据基尔霍夫电流定律，流入电流等于流出电流，得：IE=IB+IC

由于IB比IE和IC小很多，故上式可写成近似值为：IE≈IC图6-35三极管的电流及方向6.5晶闸管6.5.1晶闸管的结构6.5.2晶闸管的工作特性6.5.3晶闸管的主要参数晶闸管全称晶体闸流管，又称可控硅，是在硅二极管的基础上发展起来的一种大功率半导体器件。自1957年问世以来，因其具有体积小、质量轻、效率高、容量大、耐高压、无火花、抗震动、反应快、寿命长、控制特性好等优点，广泛应用于可控整流、直流电动机的无级调速、交直流转换、调光、蓄电池充电机、电解和电镀、汽车电容放电式晶体管点火系等方面。6.5.1晶闸管的结构晶闸管种类很多，有普通型、双向型、可关断型等。这里主要介绍应用最广泛的普通型晶闸管。目前，大功率的晶闸管外形结构有螺栓式和平板式，如图6-36所示。图6-36晶闸管的外形与图形符号晶闸管有三个电极，阳极A、阴极K和控制极（门极）G。螺栓式晶闸管有螺栓的一端是阳极，使用时用它固定在散热器上，安装、更换方便，但仅靠阳极散热器效果差；另一端有两根引线，其中较粗的是阴极，较细的是控制极。平板式晶闸管的中间金属环的引出线是控制极，离控制极较远的端面是阳极，近的端面是阴极，使用时晶闸管夹在两个散热器中间，散热效果好。晶闸管的结构示意图如图6-37所示。管芯由P型和N型半导体组成P1N1P2N2结构，形成三个PN结J1、J2和J3，分别从P1、P2、N2引出三个电极，所以晶闸管是一个4层三端半导体器件。图6-37晶闸管的内部结构6.5.2晶闸管的工作特性为便于理解，我们用实验来说明普通晶闸管的工作原理。如图6-38a）所示，将晶闸管的阳极接电源Ea的负极，阴极接电源Ea的正极，并在回路中串联小灯泡HL（此回路称为主电路），然后控制极（门极）接电源Eg的正极，阴极接Eg的负极，并通过开关S控制（此回路称为控制电路或触发电路）。这时不管开关S是否闭合，灯泡HL始终不亮。这说明当晶闸管阳极与阴极间加反向电压时，不管控制极有无正向触发电压，晶闸管均不导通，处于反向阻断状态。图6-38晶闸管工作特性测试电路如图6-38b）所示，将Ea的极性调换，即在晶闸管的阳极与阴极间加正向电压，若S断开，HL不亮，说明晶闸管不导通，处于正向阻断状态。如图6-38c）所示，将开关S闭合，即在晶闸管阳极与阴极间加正向电压的同时，给控制极与阴极间加上正向触发电压，HL亮，说明晶闸管被触发导通。如图6-38d）所示，在晶闸管导通后，将开关S打开，HL仍然发光，这说明晶闸管仍然导通，控制极失去作用。由以上分析可得出晶闸管的工作性能：（1）在晶闸管的阳极与阴极间加正向电压，同时在控制极与阴极间加正向电压，晶闸管就能导通。两者缺一不可。（2）晶闸管导通后，控制极失去控制作用，即使去掉控制极电压，晶闸管仍然导通。若要使晶闸管关断，只有在阳极与阴极间加反向电压，或去掉正向电压，使流过晶闸管的阳极主电流小于某一数值，才能关断。（3）晶闸管导通后，控制极失去控制作用，因此，控制极只需要一个触发脉冲就可触发晶闸管导通。（4）晶闸管具有单向导电性，且导通时刻是可以通过控制极控制的，所以，晶闸管可以用来构成可控整流电路。（5）晶闸管还可以用作无触点功率静态开关，取代继电器、接触器构成控制电路。6.5.3晶闸管的主要参数（1）额定电压：为防止晶闸管因承受正向电压过大而引起误导通，或因承受反向电压过大被反向击穿而规定的允许加在晶闸管阳极与阴极间的最大电压，称为晶闸管的额定电压。因晶闸管承受过电压的能力差，所以在选择晶闸管时，额定电压应取元件在电路中可能承受的最大电压瞬时值的2～3倍。（2）额定电流（通态平均电流）：在规定的标准散热条件和室温（≤40℃）下，晶闸管的阳极与阴极间允许通过的工频正弦半波电流的平均值，称为晶闸管的额定电流。由于晶闸管过流能力差，选用晶闸管时，额定电流至少应大于正常工作电流的1.5～2倍。（3）通态平均电压（管压降）：当元件流过正弦半波的额定电流平均值时，元件阳极与阴极之间电压降的平均值称为管压降。一般为0.4～1.2V之间，可忽略不计。（4）控制极触发电压和触发电流：在晶闸管阳极与阴极之间加6V的正向直流电压，使晶闸管由阻断变为导通所需要的最小控制极电压和电流。在实际使用时，应稍大于这一数值，以保证可靠触发。（5）维持电流：在室温下，控制极开路时，维持晶闸管继续导通所必需的最小电流称为维持电流。当正向电流小于维持电流值时，晶闸管就自行关断。维持电流值一般为几十至一百多毫安。6.6集成电路所谓集成电路（简称IC），是指将许多的分离元件如：晶体管、二极管、电阻或电容制造在一块硅芯片上，形成一个完整的逻辑电路，能实现控制、计算或存储等功能，并加以适当的接线、封装后，使其具有某些特定的功能。在探讨集成电路