开通原理
由图1（b）所示的等效电路可以看出，当阳极加正向电压，门极同时加正触发信号时，GTO导通，其具体过程如图2所示。
显然这是一个正反馈过程。当流入的门极电流IG足以使晶体管N2P2N1的发射极电流增加，进而使晶体管P1N1P2的发射极电流也增加时，α1和α2增加。当α1+α2>1之后，两个晶体管均饱和导通，GTO则完成了导通过程。可见，GTO开通的必要条件是
α1+α2>1， （1）
此时注入门极的电流
IG=[1-（α1+α2）IA]/ α2 （2）
式中，IA——GTO的阳极电流；
IG——GTO的门极电流。
由式（2）可知，当GTO门极注入正的电流IG但尚不满足开通条件时，虽有正反馈作用，但器件仍不会饱和导通。这是因为门极电流不够大，不满足α1+α2>1的条件，这时阳极电流只流过一个不大而且是确定的电流值。当门极电流IG撤销后，该阳极电流也就消失。与α1+α2=1状态所对应的阳极电流为临界导通电流，定义为GTO的擎住电流。当GTO在门极正触发信号的作用下开通时，只有阳极电流大于擎住电流后，GTO才能维持大面积导通。{{分页}}
由此可见，只要能引起α1和α2变化，并使之满足α1+α2>1条件的任何因素，都可以导致PNPN4层器件的导通。所以，除了注入门极电流使GTO导通外，在一定条件下过高的阳极电压和阳极电压上升率du/dt，过高的结温及火花发光照射等均可能使GTO触发导通。所有这些非门极触发都是不希望的非正常触发，应采取适当措施加以防止。
实际上，因为GTO是多元集成结构，数百个以上的GTO元制作在同一硅片上，而GTO元的特性总会存在差异，使得GTO元的电流分布不均，通态压降不一，甚至会在开通过程中造成个别GTO元的损坏，以致引起整个GTO的损坏。为此，要求在制造时尽可能使硅片微观结构均匀，严格控制工艺装备和工艺过程，以求最大限度地达到所有GTO元的特性的一致性。另外，要提高正向门极触发电流脉冲上升沿陡度，以求达到缩短GTO元阳极电流滞后时间，加速GTO元阴极导电面积的扩展，缩短GTO开通时间的目的。
3、 关断原理
GTO开通后可在适当外部条件下关断，其关断电路原理与关断时的阳极和门极电流如图3所示。关断GTO时，将开关S闭合，门极就施以负偏置电压UG。晶体管P1N1P2的集电极电流IC1被抽出形成门极负电流-IG，此时晶体管N2P2N1的基极电流减小，进而引起IC1的进一步下降，如此循环不已，最终导致GTO的阳极电流消失而关断。
GTO的关断过程分为三个阶段：存储时间（t s）阶段，下降时间(t f)阶段，尾部时间(t t )阶段。关断过程中相应的阳极电流iA、门极电流iG、管压降uAK和功耗Poff随时间的变化波形如图3(b)所示。
（1） t s阶段。GTO导电时，所有GTO元中两个等效晶体管均饱和，要用门极控制GTO关断，首先必须使饱和的等效晶体管退出饱和，恢复基区控制能力。为此应排除P2基区中的存储电荷，t s阶段即是依靠门极负脉冲电压抽出这部分存储电荷。在t s阶段所有等效晶体管均未退出饱和，3个PN结都还是正向偏置；所以在门极抽出存储电荷的同时，GTO阳极电流iA仍保持原先稳定导电时的数值IA，管压降u AK也保持通态压降。
（2） t f阶段。经过t s阶段后，P1N1P2等效晶体管退出饱和，N2P2N1晶体管也恢复了控制能力，当iG变化到其最大值-IGM时，阳极电流开始下降，于是α1和α2也不断减小，当α1+α2≤1时，器件内部正反馈作用停止，称此点为临界关断点。GTO的关断条件为
α1+α2<1， （3）
关断时需要抽出的最大门极负电流-IGM为
|-IGM|>[（α1+α）-1]IATO/α2， （4）
式中，IATO——被关断的最大阳极电流；
IGM——抽出的最大门极电流。
由式（4）得出的两个电流的比表示GTO的关断能力，称为电流关断增益，用βoff表示如下：βoff=IATO/|-IGM|。 （5）
βoff是一个重要的特征参数，其值一般为3~8。
在tf阶段，GTO元中两个等效晶体管从饱和退出到放大区；所以随着阳极电流的下降，阳极电压逐步上升，因而关断时功耗较大。在电感负载条件下，阳极电流与阳极电压有可能同时出现最大值，此时的瞬时关断损耗尤为突出。{{分页}}
（3） t t阶段。从GTO阳极电流下降到稳定导通电流值的10%至阳极电流衰减到断态漏电流值时所需的时间定义为尾部时间t t。
在t t阶段中，如果UAK上升du/dt较大时，可能有位移电流通过P2N1结注入P2基区，引起两个等效晶体管的正反馈过程，轻则出现IA的增大过程，重则造成GTO再次导通。随着du/dt上升减慢，阳极电流IA逐渐衰减。
如果能使门极驱动负脉冲电压幅值缓慢衰减，在t t阶段，门极依旧保持适当负电压，则t t时间可以缩短。
由图1（b）所示的等效电路可以看出，当阳极加正向电压，门极同时加正触发信号时，GTO导通，其具体过程如图2所示。
显然这是一个正反馈过程。当流入的门极电流IG足以使晶体管N2P2N1的发射极电流增加，进而使晶体管P1N1P2的发射极电流也增加时，α1和α2增加。当α1+α2>1之后，两个晶体管均饱和导通，GTO则完成了导通过程。可见，GTO开通的必要条件是
α1+α2>1， （1）
此时注入门极的电流
IG=[1-（α1+α2）IA]/ α2 （2）
式中，IA——GTO的阳极电流；
IG——GTO的门极电流。
由式（2）可知，当GTO门极注入正的电流IG但尚不满足开通条件时，虽有正反馈作用，但器件仍不会饱和导通。这是因为门极电流不够大，不满足α1+α2>1的条件，这时阳极电流只流过一个不大而且是确定的电流值。当门极电流IG撤销后，该阳极电流也就消失。与α1+α2=1状态所对应的阳极电流为临界导通电流，定义为GTO的擎住电流。当GTO在门极正触发信号的作用下开通时，只有阳极电流大于擎住电流后，GTO才能维持大面积导通。{{分页}}
由此可见，只要能引起α1和α2变化，并使之满足α1+α2>1条件的任何因素，都可以导致PNPN4层器件的导通。所以，除了注入门极电流使GTO导通外，在一定条件下过高的阳极电压和阳极电压上升率du/dt，过高的结温及火花发光照射等均可能使GTO触发导通。所有这些非门极触发都是不希望的非正常触发，应采取适当措施加以防止。
实际上，因为GTO是多元集成结构，数百个以上的GTO元制作在同一硅片上，而GTO元的特性总会存在差异，使得GTO元的电流分布不均，通态压降不一，甚至会在开通过程中造成个别GTO元的损坏，以致引起整个GTO的损坏。为此，要求在制造时尽可能使硅片微观结构均匀，严格控制工艺装备和工艺过程，以求最大限度地达到所有GTO元的特性的一致性。另外，要提高正向门极触发电流脉冲上升沿陡度，以求达到缩短GTO元阳极电流滞后时间，加速GTO元阴极导电面积的扩展，缩短GTO开通时间的目的。
3、 关断原理
GTO开通后可在适当外部条件下关断，其关断电路原理与关断时的阳极和门极电流如图3所示。关断GTO时，将开关S闭合，门极就施以负偏置电压UG。晶体管P1N1P2的集电极电流IC1被抽出形成门极负电流-IG，此时晶体管N2P2N1的基极电流减小，进而引起IC1的进一步下降，如此循环不已，最终导致GTO的阳极电流消失而关断。
GTO的关断过程分为三个阶段：存储时间（t s）阶段，下降时间(t f)阶段，尾部时间(t t )阶段。关断过程中相应的阳极电流iA、门极电流iG、管压降uAK和功耗Poff随时间的变化波形如图3(b)所示。
（1） t s阶段。GTO导电时，所有GTO元中两个等效晶体管均饱和，要用门极控制GTO关断，首先必须使饱和的等效晶体管退出饱和，恢复基区控制能力。为此应排除P2基区中的存储电荷，t s阶段即是依靠门极负脉冲电压抽出这部分存储电荷。在t s阶段所有等效晶体管均未退出饱和，3个PN结都还是正向偏置；所以在门极抽出存储电荷的同时，GTO阳极电流iA仍保持原先稳定导电时的数值IA，管压降u AK也保持通态压降。
（2） t f阶段。经过t s阶段后，P1N1P2等效晶体管退出饱和，N2P2N1晶体管也恢复了控制能力，当iG变化到其最大值-IGM时，阳极电流开始下降，于是α1和α2也不断减小，当α1+α2≤1时，器件内部正反馈作用停止，称此点为临界关断点。GTO的关断条件为
α1+α2<1， （3）
关断时需要抽出的最大门极负电流-IGM为
|-IGM|>[（α1+α）-1]IATO/α2， （4）
式中，IATO——被关断的最大阳极电流；
IGM——抽出的最大门极电流。
由式（4）得出的两个电流的比表示GTO的关断能力，称为电流关断增益，用βoff表示如下：βoff=IATO/|-IGM|。 （5）
βoff是一个重要的特征参数，其值一般为3~8。
在tf阶段，GTO元中两个等效晶体管从饱和退出到放大区；所以随着阳极电流的下降，阳极电压逐步上升，因而关断时功耗较大。在电感负载条件下，阳极电流与阳极电压有可能同时出现最大值，此时的瞬时关断损耗尤为突出。{{分页}}
（3） t t阶段。从GTO阳极电流下降到稳定导通电流值的10%至阳极电流衰减到断态漏电流值时所需的时间定义为尾部时间t t。
在t t阶段中，如果UAK上升du/dt较大时，可能有位移电流通过P2N1结注入P2基区，引起两个等效晶体管的正反馈过程，轻则出现IA的增大过程，重则造成GTO再次导通。随着du/dt上升减慢，阳极电流IA逐渐衰减。
如果能使门极驱动负脉冲电压幅值缓慢衰减，在t t阶段，门极依旧保持适当负电压，则t t时间可以缩短。
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第1个回答 2020-04-11
GTO晶闸管是一种可关断型的晶闸管。
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图1为普通晶闸管，图2为可关断晶闸管，能过图2可以看出，给栅极一个负脉冲便可以使其关断。
第2个回答 2018-06-08
GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的，阳极正压，门机正压，只不过导通时饱和程度较浅。而关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，当两个晶体管发射极电流IA和IK的减小使1+a2<1时，器件退出饱和而关断。
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