在许多方面，晶闸管的结构与晶体管相似。它是一种多层半导体器件，因此其名称中包含“硅”部分。它需要一个栅极信号将其打开“ON”（名称中的“受控”部分），一旦“ON”，它的行为就像一个整流二极管（名称中的“整流器”部分）。事实上，晶闸管的电路符号表明该器件的作用类似于受控整流二极管。

　　晶闸管符号
　　然而，与作为两层（PN）半导体器件的结型二极管或作为三层（PNP或NPN）开关器件的常用双极晶体管不同，晶闸管是一种四层（PNPN）半导体器件，其中包含三个PN结串联，用如图所示的符号表示。
　　与二极管一样，晶闸管是一种单向器件，即它只能在一个方向上传导电流，但与二极管不同的是，晶闸管可以用作开路开关或整流二极管，具体取决于如何操作晶闸管栅极被触发。换句话说，晶闸管只能工作在开关??模式，不能用于放大。
　　可控硅整流器SCR是多种功率半导体器件之一，与 Triacs（三极管 AC）、Diacs（二极管 AC）和 UJT（单结晶体管）一样，都能够像非常快速的固态 AC 开关一样工作，用于控制大 AC 电压和电流。因此，对于电子的学生来说，这使得这些固态设备非常方便，用于控制交流电机、灯和相位控制。
　　晶闸管是一种三端器件，标记为：“阳极”、“阴极”和“栅极”，由三个 PN 结组成，可以以极快的速度切换“ON”和“OFF”，也可以“ ON”表示半周期内可变的时间长度，以向负载提供选定的功率量。晶闸管的工作可以通过假设它由两个背对背连接的晶体管组成，作为一对互补的再生开关来地解释，如图所示。

　　晶闸管和两个晶体管的类比

　　晶闸管结构
　　两个晶体管等效电路表明，NPN晶体管TR 2的集电极电流直接馈入PNP晶体管TR 1的基极，而TR 1的集电极电流馈入TR 2的基极。当每个晶体管从另一个晶体管的集电极-发射极电流获取其基极-发射极电流时，这两个互连的晶体管相互依赖来导通。因此，即使存在阳极到阴极电压，除非给其中一个晶体管提供一些基极电流，否则不会发生任何事情。
　　当晶闸管的阳极端子相对于阴极为负时，中心NP结正向偏置，但两个外部PN结反向偏置，其行为与普通二极管非常相似。因此，晶闸管会阻止反向电流的流动，直到在某个高电压水平上超过两个外部结点的击穿电压点，并且晶闸管在不施加栅极信号的情况下导通。
　　这是晶闸管的一个重要的负面特性，因为晶闸管可能会被反向过电压、高温或快速上升的dv/dt电压（例如尖峰）无意中触发导通。
　　如果阳极端子相对于阴极为正，则两个外部PN结现在正向偏置，但中心NP结反向偏置。因此正向电流也被阻止。如果将正电流注入NPN晶体管TR 2的基极，则所得集电极电流在晶体管TR 1的基极中流动。这又导致集电极电流流入 PNP 晶体管TR 1 ，从而增加TR 2的基极电流，依此类推。
　　可控硅
　　典型晶闸管
　　由于两个晶体管连接在无法停止的再生反馈环路中，因此它们很快就会迫使彼此导通至饱和状态。一旦触发导通，流过阳极和阴极之间器件的电流仅受外部电路电阻的限制，因为导通时器件的正向电阻非常低，小于1Ω，因此器件两端的电压降并且功率损耗也很低。
　　然后我们可以看到，晶闸管在“关闭”状态下会阻止交流电源两个方向上的电流，并且可以通过向晶体管基极施加正电流来打开“导通”状态，使其像普通整流二极管一样工作、TR 2对于可控硅来说称为“栅极”端子。
　　可控硅工作时的工作电压-电流IV特性曲线如下：
　　IV特性曲线

　　特性曲线

　　一旦晶闸管“导通”并正向通过电流（阳极正极），由于两个内部晶体管的再生锁存作用，栅极信号将失去所有控制。启动再生后施加任何栅极信号或脉冲都不会产生任何影响，因为晶闸管已经导通并完全导通。
　　与晶体管不同的是，SCR 不能通过偏置而停留在沿其阻断状态和饱和状态之间的负载线的某个有源区域内。由于导通是内部控制的，栅极“导通”脉冲的幅度和持续时间对器件的操作影响很小。然后，向器件施加瞬时栅极脉冲就足以使其导通，并且即使栅极信号完全移除，器件也将保持“导通”状态。
　　因此，晶闸管也可以被认为是具有“关”或“开”两种稳定状态的双稳态锁存器。这是因为，在没有施加栅极信号的情况下，可控硅整流器会阻止交流波形两个方向上的电流，一旦被触发导通，再生锁存作用意味着仅使用其栅极就无法再次将其“关闭”。 。
　　那么我们如何“关断”晶闸管呢？。一旦晶闸管自锁到“ON”状态并通过电流，它只能通过完全消除电源电压并因此完全消除阳极（IA）电流或将其阳极降低到“OFF”来再次“ OFF ” 。通过某种外部手段（例如打开开关）将阴极电流降至通常称为“保持电流” I H的值以下。
　　因此，阳极电流必须降低到低于此保持水平足够长的时间，以便晶闸管内部锁存的 pn 结恢复其阻断状态，然后再将正向电压施加到器件而不自动自导通。显然，晶闸管首先要导通，其阳极电流（也是其负载电流）I L必须大于其保持电流值。即I L  > I H。
　　由于晶闸管能够在阳极电流降低到低于此保持值时“关闭”，因此当在正弦交流电源上使用时，SCR 将在接近交叉点的某个值处自动“关闭”在每个半周期的点上，正如我们现在所知，将保持“关闭”状态，直到应用下一个门触发脉冲。
　　由于交流正弦电压的极性在每个半周期不断地从正变为负，因此晶闸管可以在正波形的 180 °零点处“关断” 。这种效应被称为“自然换向”，是可控硅的一个非常重要的特性。
　　对于由直流电源供电的电路中使用的晶闸管，这种自然换向条件不会发生，因为直流电源电压是连续的，因此必须在适当的时间提供“关闭”晶闸管的其他方法，因为一旦触发，它将保持导通状态。
　　然而，在交流正弦电路中，每半个周期就会发生自然换相。然后，在交流正弦波形的正半周期期间，晶闸管正向偏置（阳极正极），并且可以使用栅极信号或脉冲将其触发为“ON”。在负半周期期间，阳极变为负值，而阴极变为正值。晶闸管受到该电压的反向偏置，即使存在栅极信号也无法导通。
　　因此，通过在交流波形的正半周期间的适当时间施加栅极信号，晶闸管可以被触发导通，直到正半周结束。因此，相位控制（如其名称）可用于在交流波形正半部分的任何点触发晶闸管，可控硅整流器的众多用途之一是交流系统的功率控制，如图所示。

　

　　相位控制
　　在每个正半周期开始时，SCR 处于“OFF”状态。应用门脉冲时，会触发 SCR 导通，并在正周期期间保持完全锁定“ON”状态。如果晶闸管在半周期开始时 ( θ = 0 o ) 被触发，负载（灯）将在高电压下的交流波形（半波整流交流电）的整个正周期内“开启”。平均电压为0.318 x Vp。
　　随着栅极触发脉冲的应用沿着半周期（θ = 0 o 到 90 o）增加，灯的点亮时间会减少，并且传递到灯的平均电压也会成比例地减少，从而降低其亮度。
　　那么我们可以使用可控硅作为交流调光器以及各种其他交流电源应用，例如：交流电机速度控制、温度控制系统和功率调节电路等。
　　到目前为止，我们已经看到，晶闸管本质上是一种半波器件，当阳极为正时，它仅在周期的正半部分导通，而当阳极为负时，它会像二极管一样阻止电流流动，而与栅极信号无关。
　　但还有更多可用的半导体器件，它们打着“晶闸管”的旗号，可以双向导电、全波器件，或者可以通过栅极信号“关闭”。
　　此类器件包括“门极可关断晶闸管”(GTO)、“静态感应晶闸管”(SITH)、“MOS 控制晶闸管”(MCT)、“硅控开关”(SCS)、“三极管晶闸管”(TRIAC) 和“仅举几例，“光激活晶闸管”(LASCR)，所有这些器件都具有各种额定电压和电流额定值，这使得它们对于在非常高功率水平的应用中使用具有吸引力。
　　晶闸管总结
　　可控硅整流器通常称为晶闸管，是三结 PNPN 半导体器件，可以视为两个互连的晶体管，可用于重电负载的开关。它们可以通过施加到其栅极端子的正电流单脉冲来锁定“ON”，并且将无限期地保持“ON”，直到阳极到阴极电流降至其锁定水平以下。
　　晶闸管的静态特性
　　晶闸管是只能在开关模式下工作的半导体器件。
　　晶闸管是电流驱动器件，较小的栅极电流控制较大的阳极电流。
　　仅当正向偏置且触发电流施加到栅极时才传导电流。
　　一旦晶闸管被触发为“ON”，其作用就像一个整流二极管。
　　阳极电流必须大于保持电流才能维持导通。
　　无论是否施加栅极电流，反向偏置时都会阻止电流流动。
　　一旦触发“ON”，即使不再施加栅极电流（只要阳极电流高于锁存电流），也会被锁存为“ON”导通。
　　晶闸管是高速开关，可用于替代许多电路中的机电继电器，因为晶闸管没有移动部件，没有接触电弧，也不会受到腐蚀或污垢的影响。但除了简单地“开”和“关”大电流之外，晶闸管还可以控制交流负载电流的平均值，而无需消耗大量功率。晶闸管功率控制的一个很好的例子是电照明、加热器和电机速度的控制。