晶闸管的工作原理及特性
晶闸管的原理与应用pdf
晶闸管的原理与应用一、晶闸管的基本原理晶闸管是一种电子器件，具有可控硅的特点。
其基本原理如下：1.PN结–晶闸管由P型半导体、N型半导体和P型半导体三层特殊结构构成。
–P型半导体具有正电荷载流子，N型半导体具有负电荷载流子，形成PN结。
2.开关特性–当PN结两端没有电压时，晶闸管处于关断状态。
–当PN结两端有正向电压时，晶闸管依然处于关断状态。
–当PN结两端有反向电压时，当反向电压超过某一临界值时，晶闸管会被击穿，进入导通状态。
3.可控性–通过控制晶闸管的控制电极，可以改变晶闸管的导通时间和导通电流。
–当控制电极施加正脉冲信号时，晶闸管进入导通状态，电流流过。
–当控制电极施加负脉冲信号时，晶闸管恢复关断状态，电流停止流动。
二、晶闸管的应用晶闸管由于其独特的特性，在电力控制、电动机控制和功率供应等领域有着广泛的应用。
1.电力控制–晶闸管可以控制电流的大小和方向，广泛应用于电力变频调速系统中。
–通过调节晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现对电力系统的精确控制。
2.电动机控制–晶闸管可以控制电动机的启动、停止和转速等参数。
–通过控制晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现对电动机的精确控制。
3.功率供应–晶闸管具有高功率控制能力，适用于高功率负载。
–晶闸管广泛应用于电力系统的功率供应、工业控制和电压变换等领域。
4.电流调制–晶闸管可通过不同的控制方式，实现电流的调制。
–通过改变晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现正弦波、脉冲及方波等各种电流波形的调制。
三、晶闸管的优势与发展晶闸管作为一种可控硅器件，具有以下优势：•高可靠性：晶闸管的寿命长，无机械动部件，可靠性高。
•调制能力强：晶闸管能够实现多种电流波形的调制。
•功率控制精度高：晶闸管能够实现对功率的精确控制。
•体积小：晶闸管体积小，便于集成和安装。
晶闸管在过去几十年里得到了快速发展，随着科技的进步，有望在以下领域实现更多突破：1.新能源–晶闸管在风能、太阳能等新能源的开发和利用中有着广阔的应用前景。
晶闸管的原理及应用
晶闸管的原理及应用1. 晶闸管的原理晶闸管是一种半导体器件，其工作原理基于PN结的导通与截止特性。
晶闸管由四层PNPN结构组成，其中的P1-N1和N2-P2结称为控制结，而P2-N2结称为工作结。
晶闸管的工作原理可以分为两个状态：触发和导通。
1.1 触发状态在触发状态下，当控制结接受到一个正向脉冲电压时，会导致控制结内的正电荷的积累，从而降低控制结内的屏蔽电压。
一旦屏蔽电压降低到一定程度，晶闸管会进入导通状态。
1.2 导通状态在导通状态下，晶闸管的P2-N2结中的准电子可以移动到N2区域，将晶闸管的内部转变为一个低阻抗通路。
此时，只要存在足够的电流注入，晶闸管就能保持导通状态。
2. 晶闸管的应用晶闸管作为一种重要的半导体器件，广泛应用于各种电子电路中。
以下是晶闸管应用的一些常见场景：•电能调节：晶闸管可用于控制大功率电流，实现电力传输的调节，例如在工厂中用于控制电机的启停和速度调节。
•直流电动机驱动：晶闸管可以作为直流电动机的电流控制装置，通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以调节直流电动机的转速。
•交流电源控制：晶闸管可用于交流电源的控制，例如用于电子变压器的调节。
•逆变器：晶闸管逆变器是将直流电压转换为交流电压的关键组成部分，广泛应用于太阳能和风能发电等领域。
•发光器件驱动：晶闸管可以用于驱动各种发光器件，如LED等。
•温度控制：通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以实现温度控制，例如烤箱和电熨斗等家电产品中的温度控制。
3. 总结晶闸管是一种重要的半导体器件，其工作原理基于PN结的导通与截止特性。
它在电力调节、直流电机驱动、交流电源控制、逆变器、发光器件驱动和温度控制等领域都有重要的应用。
通过掌握晶闸管的原理及应用，可以更好地理解和应用该器件，实现各种电子电路的设计与控制。
以上就是晶闸管的原理及应用的介绍。
希望对你有所帮助！。
5.2晶闸管工作原理及特性
(M
= 1)
正向偏置I-V特性讨论
5.5 晶闸管的擎住状态
IA
=
M (ICO + 2IG ) 1− M (1 + 2 )
ICO + 2IG = 0
IA = IC1 + IC2 － Ipn
5.6 反向阻断状态下的晶闸管
反向偏置击穿临界
IC = M IE + MICBO IR = MIR + MICO(J1)
晶闸管型号
双向晶闸管
双向晶闸管的触发方式
①UG＞UT2、UT1＞UT2。 导通方向：T1→T2
②UG＜UT1、UT2＜UT1。
导通方向：T1→T2
③UG＜UT2、UT1＜UT2
导通方向：T2→T1
④UG＞UT1、UT2＞UT1
导通方向：T2→T1
双向晶闸管与单向晶闸管相比较的主要区别是：
5.4 正向阻断模式和亚稳态区域
阳极电流方程式：
IA
=
M (ICO + 2IG ) 1− M (1 + 2 )
IA = IC1 + IC2
IC1 = Mα1 IA+ MICBO1 IC2 = Mα2 IK+ MICBO2
= Mα2 (IA+ IG)+MICBO2
IA
=
ICO + 2 IG 1− (1 + 2 )
普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5s，上升时间为0.5~3s
➢影响开通过程的因素
✓ 强触发对ton的影响 ： 强触发会使延迟时间大 大缩短；
晶闸管开通特性
阳极电流、电压及温度对 ton的影响
IA增加，td基本不变， tr略有增加；
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种具有双向导通特性的电子器件，常用于电力控制和电能变换领域。
它由四层半导体材料构成，包括两个PN结，其中一个是P型材料，另一个是N型材料。
晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、触发状态、导通状态和关断状态。
1. 关断状态：当晶闸管未被触发时，处于关断状态。
在这种状态下，PN结两侧的电压达到了反向击穿电压，使晶闸管处于高阻态。
此时，惟独当外部触发信号到达时，晶闸管才会进入下一个阶段。
2. 触发状态：当外部触发信号到达时，晶闸管进入触发状态。
触发信号可以是电压脉冲、电流脉冲或者光信号等。
在触发状态下，晶闸管的PN结会发生正反馈，使得晶闸管内部的电流增加。
当电流增加到一定程度时，晶闸管会进入下一个阶段。
3. 导通状态：一旦晶闸管被触发，它就会进入导通状态。
在导通状态下，晶闸管的PN结两侧的电压降低到一个很低的值，使得晶闸管能够承受较大的电流。
晶闸管的导通状态会向来保持，直到电流下降到一个很低的水平或者外部的关断信号到达。
4. 关断状态：当电流下降到一个很低的水平或者外部的关断信号到达时，晶闸管会进入关断状态。
在关断状态下，晶闸管的PN结两侧的电压恢复到初始的高阻值，晶闸管再也不导通。
晶闸管的工作原理可以通过控制触发信号的时机和持续时间来实现电力控制和电能变换。
通过改变触发信号的时机，可以控制晶闸管的导通时间，从而改变电路中的电流波形。
通过改变触发信号的持续时间，可以控制晶闸管的平均电流值，从而实现对电路的功率控制。
总结：晶闸管的工作原理是基于PN结的正反馈效应，通过触发信号的控制来实现导通和关断。
它在电力控制和电能变换领域有着广泛的应用，如交流调压、交流机电控制、逆变器等。
了解晶闸管的工作原理对于理解电力电子设备的工作原理和应用具有重要意义。
晶闸管工作的原理及应用
晶闸管工作的原理及应用1. 晶闸管的基本原理晶闸管是一种半导体器件，通过控制晶闸管的阀值电压和触发电流，可以实现对电流的控制。
它具有双向导电性和开关特性，广泛应用于电力控制、调速、变频等领域。
1.1 结构晶闸管由四个半导体材料P-N-P-N组成，形成三个P-N结。
其中，P-N结1和P-N结3称为大型P-N结，P-N结2称为小型P-N结。
晶闸管的主要结构包括P 型层、N型层、门极、触发极和阳极。
1.2 工作原理晶闸管的工作原理可以概括为以下几个过程：1.断态：当晶闸管的阳极电压低于阀值电压时，晶闸管处于断态，没有电流通过。
此时，晶闸管相当于两个二极管反向串联。
2.导通态：当晶闸管的阳极电压高于阀值电压，并且在控制极上施加了足够的正向触发电流时，晶闸管会进入导通态。
此时，晶闸管相当于一个低阻抗导通通道，允许电流从阳极流向阴极。
3.关断态：当晶闸管进入导通态，在没有外部触发信号的情况下，晶闸管会一直保持导通。
要将晶闸管从导通态转变为断态，需要在控制极上施加一个负向脉冲，称为关断触发。
1.3 特性晶闸管具有以下特点：•双向导电性：晶闸管可以实现正向和反向的导通，电流可以在两个方向上流动。
•可控性：通过调整控制极上的触发电流和门极电压，可以实现对晶闸管的导通和关断进行精确控制。
•耐压能力：晶闸管可以承受较高电压，适用于高压、大功率的电力控制系统。
2. 晶闸管的应用领域晶闸管由于其独特的工作原理和特性，在许多领域具有广泛的应用。
2.1 电力控制晶闸管被广泛应用于电力传输和分配系统中。
通过控制晶闸管的导通和关断，可以实现对电力的调控和分配，提高电网的稳定性和效率。
在电力系统中，晶闸管常用于交流调光、电炉控制、电力变换和电压调节等方面。
2.2 调速和变频晶闸管可以用于电机的调速和变频控制。
通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以实现对电机转速的调节。
这种调速方式简单可靠，可以满足不同负载下的转速要求。
2.3 电子制冷晶闸管在电子制冷领域也得到了广泛应用。
晶闸管的用途
晶闸管的用途1. 什么是晶闸管晶闸管（Thyristor）是一种具有控制特性的半导体器件，由四个层叠的PNPN结构组成。
它能够实现电流的整流、开关和控制，广泛应用于各种电力电子设备中。
2. 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理基于PN结的导电特性和PNPN结的开关特性。
当正向电压施加在晶闸管的控制端（称为门极）时，PNPN结会导通，形成一个低电阻通路，电流可以通过。
当反向电压施加在门极时，PNPN结会截止，晶闸管处于高阻态。
3. 晶闸管的用途晶闸管由于其独特的控制特性，被广泛应用于各个领域，以下是晶闸管的几个主要用途：3.1 电力控制晶闸管可以实现电流的整流和控制，因此在电力系统中有着重要的应用。
它可以用于交流电源的整流，将交流电转换为直流电，以供各类电子设备使用。
此外，晶闸管还可以用于电力系统的调整和控制，例如用于电力调频、电力调压等。
3.2 电动机控制晶闸管可以用于电动机的启动、制动和调速控制。
通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现对电动机的精确控制。
晶闸管的调速控制可以使电动机在不同的负载情况下稳定运行，并且具有较高的效率和精度。
3.3 光控制和光通信晶闸管具有较高的开关速度和可控性能，因此在光控制和光通信领域有着广泛的应用。
晶闸管可以用于光控开关、光调制器等光学设备中，实现对光信号的精确控制和调节。
3.4 高压直流输电晶闸管可以用于高压直流输电系统中。
高压直流输电系统能够实现远距离的电力传输，并且具有较低的能量损耗。
晶闸管作为高压直流输电系统的关键元件之一，可以实现对输电系统的稳定控制和调节。
3.5 频率变换器晶闸管可以用于频率变换器中，将电源的频率转换为需要的频率。
频率变换器广泛应用于电力系统、电机驱动和工业自动化等领域，实现对电力和设备的精确控制。
4. 晶闸管的优势和发展趋势晶闸管作为一种重要的电力电子器件，具有以下优势：•高可靠性：晶闸管具有较高的工作可靠性和长寿命，能够在恶劣的工作环境下稳定工作。
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理
晶闸管是一种常用的半导体器件，使用PNPN结构构成。
它
具有开关特性，可以控制大电流和高电压的通断。
晶闸管的工作原理是利用 PN 结上的反向击穿产生的少数载流
子形成的电子区，来控制整个流程。
当晶闸管处于关断状态时，PNPN结的两个 PN 结都处于正向
偏置，因此整个晶闸管的导通被堵塞，基本上没有电流通过。
当向门极施加足够的电压，使门极和阴极之间形成一个较大的正压，晶闸管处于触发状态。
此时，一个非常微小但足够的电流流过 PNPN 结，形成少数载流子电子区。
这些电子区的边
界逐渐扩展，最终覆盖整个PNPN 结，并导致整个结的导通。
在导通过程中，当阳极上的电压 Vak 大于零时，晶闸管开始
导通，电流可以流过晶闸管。
此时，晶闸管呈现出低电压降和高电流的特点。
当晶闸管导通时，即使去掉了门极电压，它仍然保持导通状态，直到电流降至零。
要恢复晶闸管到关断状态，需要将其阳极到阴极间的电压 Vak 降至零，或采取其他特殊方法。
总结起来，晶闸管的工作原理是通过控制 PNPN 结的导通来
控制整个器件的开关状态。
当施加足够的正压到门极时，形成少数载流子电子区，使晶闸管处于导通状态；当电流降至零或
施加逆压时，晶闸管恢复到关断状态。
这种特性使晶闸管在电力控制和交流电路中有着广泛的应用。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种重要的电子器件，广泛应用于电力控制和电子调节领域。
了解晶闸管的工作原理对于理解其应用和故障排除至关重要。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括晶闸管的结构、特性和工作方式。
一、晶闸管的结构1.1 硅基材料：晶闸管的主要材料是硅，因其具有较好的电特性和热特性而被广泛应用。
1.2 PN结：晶闸管由两个PN结组成，其中一个PN结被称为控制结，另一个PN结被称为终端结。
1.3 门极结：晶闸管的控制结上有一个附加的门极结，通过控制门极上的电压来控制晶闸管的导通和截止。
二、晶闸管的特性2.1 可控性：晶闸管的导通和截止状态可以通过控制门极上的电压来实现，具有可控性。
2.2 双向导通性：晶闸管可以在正向和反向电压下导通，具有双向导通性。
2.3 高电压和高电流承受能力：晶闸管能够承受较高的电压和电流，适用于高功率电子设备的控制。
三、晶闸管的工作方式3.1 导通状态：当门极结施加正向电压时，晶闸管处于导通状态，电流可以从终端结流过。
3.2 截止状态：当门极结施加反向电压时，晶闸管处于截止状态，电流无法通过终端结。
3.3 触发方式：晶闸管可以通过正向或负向的脉冲电压来触发，使其从截止状态转变为导通状态。
四、晶闸管的应用4.1 电力控制：晶闸管可以用于电力调节、电压变换和电流控制等领域，实现对电力的精确控制。
4.2 电子调节：晶闸管可以用于调节电子设备的亮度、速度和功率等，提高设备的性能和效率。
4.3 高频电子设备：晶闸管具有快速开关速度和较低的开关损耗，适用于高频电子设备的控制和调节。
五、晶闸管的故障排除5.1 过电流保护：晶闸管在工作过程中可能会受到过电流的影响，需要采取相应的保护措施。
5.2 过电压保护：晶闸管在工作过程中可能会受到过电压的影响，需要采取相应的保护措施。
5.3 温度控制：晶闸管在工作时会产生较高的温度，需要采取散热措施来控制温度，以避免故障发生。
结论：晶闸管作为一种重要的电子器件，具有可控性、双向导通性和高电压、高电流承受能力等特点。
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晶闸管的工作原理及特性
晶闸管
晶闸管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-- SCR），
开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能
更好的全控型器件取代。
能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控
整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。
晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。
广义上讲，晶闸管还包括其许
多类型的派生器件。
一、晶闸管的基本结构
晶闸管是一种四层结构（PNPN）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或
可控硅元件。
它有三个引出电极，即阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。
其符号表示法
和器件剖面图如图1所示。
图1 符号表示法和器件剖面图
普通晶闸管是在N型硅片中双向扩散P型杂质（铝或硼），形成P1N1P2结构，然后
在P2的大部分区域扩散N型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在P2上引出门极，在P1区
域形成欧姆接触作为阳极。
二、晶闸管的工作原理
将内部是四层PNPN结构的晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成
的等效电路，连接形式如图2所示。
图2 晶闸管的内部结构和工作原理的等效电路
晶闸管的阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极、阴极K相当于NPN型晶体管V2的
发射极。
当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，晶体管V2处于正向偏置，EG产生的控制极电流IG就是V2的基极电流IB2，V2的集电极电流IC2=β2*IG。
而IC2
又是晶体管V1的基极电流IB1，V1的集电极电流IC1=β1*Ic2=β
21∗β2*IG（β1和β分别是V1和V2的电流放大系数）。
电流IC1又流入V2的基极，再
一次被放大。
这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。
导通后，晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。
正反馈过程如下：
IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，此时
IB2=IC1+IG，而IC1》IG，即使控制极电流消失IG=0，IB2仍足够大，晶闸管仍将处于导
通状态。
因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制
作用。
要想关断晶闸管，最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的
程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。
可采用的办法有：将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压方向，即在阳极和阴极捡加反向电压。
晶闸管的工作特点就是：晶闸管电路由两部分组成，一是阳一阴极电路，
二是门
—阴极控制电路；阳—阴极之间具有可控的单向导电特性；门极仅起触发导通作用，
不能控制关断；晶闸管的导通与关断两个状态相当于开关的作用，这样的开关又称为无触
点开关。
晶闸管的基本特性
晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性是指晶闸管阳、阴极间电压UA和阳极电流IA之间的关系特性，如
图3所示。
图3晶闸管的伏安特性曲线
图中各物理量的含义如下：
UDRM、URRM——正、反向断态重复峰值电压；UDSM、URSM——正、反向断态不重复峰
值电压；UBO——正向转折电压；URO——反向击穿电压。
晶闸管的伏安特性包括正向特性和反向特性两部分。
⑴正向特性。
晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分。
在门极电流Igl=0情况下，逐渐增
大晶闸管的正向阳极电压，这时晶闸管处于断态，只有很小的正向漏电流；随着正向阳极
电压的增加，当达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，特性从正向阻断状态变为正
向导通状态。
导通状态时的晶闸管状态和二极管的正向特性相似，即流过较大的阳极电流，而晶闸管本身的压降很小。
正常工作时，不允许把正向阳极电压加到转折值UBO，而是从
门极输入触发电流Ig，使晶闸管导通。
门极电流愈大阳极电压转折点愈低。
晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复阻断，只有逐步减少阳极电流。
当IA小到等于维持电流IH时，晶
闸管由导通变为阻断。
维持电流IH是维持晶闸管导通所需的最小电流。
⑵反向特性
晶闸管的反向特性是指晶闸管的反向阳极电压与阳极漏电流的伏安特性。
晶闸管的反
向特性与一般二极管的反向特性相似。
当晶闸管承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于阻
断状态。
当反向电压增加到一定数值时，反向漏电流增加较快。
再继续增大反向阳极电压，会导致晶闸管反向击穿，造成晶闸管的损坏。
2晶闸管的开关特性
晶闸管的开关特性曲线如图4所示。
晶闸管的开通不是瞬间完成的，开通时阳极与阴
极两端的电压有一个下降过程，而阳极电流的上升也需要有一个过程，这个过程可分为三段。
第一段延迟时间td，对应阳极电流上升到10%IA所需时间，此时J2结仍为反偏，晶
闸管的电流不大。
第二段为上升时间tr，对应着阳极电流由10%IA上升到90%IA所需时间，这时靠近门极的局部区域已经导通，相应的J2结已由反偏转为正偏，电流迅速增加。
通
常定义器件的开通时间ton为延迟时间td 与上升时间tr之和，即
ton=td+tr
晶闸管的关断过程也如图4所示。
电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新施
加正向电压为止的时间定义为器件的关断时间toff。
通常定义器件的关断时间toff等于
反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间tgr之和，即
toff=trr+tgr
图4 晶闸管的开关特性曲线
晶闸管基本参数
1、额定电压UTn
通常取UDRM和URRM
中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定
电压。
在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍，以保证电路的工
作安全。
晶闸管的额定电压 UTn minUDRM,URRM
UTn =（2～3）UTM
UTM ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
2、额定电流IT(AV)
IT(AV) 又称为额定通态平均电流。
其定义是在室温40°和规定的冷却条件下，元件
在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170°的电路中，结温不超过额定结温时，所
允许的最大通态平均电流值。
将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的
额定电流。
ITn ：额定电流有效值，根据管子的IT(AV) 换算出，
IT(AV) 、ITM ITn 三者之间的关系：
ITn/20(Imsin t)d(t)Im/20.5ITM (3-2-1)
2IT(AV)1/2Imsin td(t)Im/0.318ITM (3-2-2) 0
3、维持电流IH
维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。
维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。
4、掣住电流IL
晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件导通所需的最小阳极电流称为掣住电流。
一般掣住电流比维持电流大（2～4）倍。
5、通态平均管压降 UT(AV) 。
指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.4～1.2V。
6、门极触发电流Ig 。
在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所用的门极电流，一般为毫安级。
7、断态电压临界上升率du/dt。
在额定结温和门极开路的情况下，不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。
一般为每微秒几十伏。
8、通态电流临界上升率di/dt。
在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。
若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。