比較最後更新 2026年10月8日

閘流體與電晶體的差異

閘流體與電晶體都是控制電流導通・關斷的半導體開關。但兩者的結構與動作原理不同,擅長的用途也明顯不同。以下依結構、動作、用途的順序整理兩者的差異。

Verdict結論

最大的差異在於關斷的方式。閘流體是PNPN 4層結構的開關,在閘極輸入訊號後導通,之後即使停止閘極訊號仍維持導通,要等電流降到幾乎為零時才會關斷。電晶體則可藉基極電流或閘極電壓自由切換導通與關斷,也能在中間狀態連續控制電流大小(放大)。閘流體能承受極大的電壓與電流,因此用於交流電力控制與直流輸電;電晶體則廣泛用於從放大到電源切換等各種場合。

主要差異

閘流體與電晶體(BJT・MOSFET・IGBT)依比較項目比較
比較項目閘流體電晶體(BJT・MOSFET・IGBT)
結構PNPN 4層,端子為陽極・陰極・閘極BJT為NPN/PNP 3層,MOSFET為絕緣閘極結構
導通方式對閘極輸入脈衝電流持續施加基極電流/閘極電壓
關斷方式電流低於維持電流時自然關斷(無法以閘極關斷)停止基極電流/閘極電壓即關斷
連續控制(放大)不行(只有導通或關斷)可以
可處理的功率非常大(數kV・數kA等級)從小訊號到大功率(IGBT達數kV等級)
切換頻率低(市電頻率的交流控制等)高(kHz~MHz)
代表性用途交流相位控制、直流輸電、大型整流器放大、電源、變頻器、數位電路

閘流體是「一旦導通就關不掉」的開關

閘流體為PNPN 4層結構,內部相當於PNP與NPN 2個電晶體互相放大彼此電流的形式。對閘極通入小電流後,這個正回授便開始作用,元件瞬間進入導通狀態,即使沒有閘極訊號也能維持導通。要關斷它,必須讓流過的電流小於一定值(維持電流)。交流電的電流每半個週期就會歸零,因此會自然關斷;藉由改變觸發閘極的時機,就能細緻地控制電力(相位控制)。

電晶體可自由關斷、可連續控制

電晶體可藉基極電流或閘極電壓連續控制電流大小,既能放大訊號,也能當作開關使用。停止控制訊號即關斷,因此在直流電路中也能自由反覆導通與關斷。用於電源與馬達控制的變頻器,會讓MOSFET或IGBT以數kHz~數百kHz高速導通・關斷,自由產生所需的電壓與頻率。

用途的分工與變化

閘流體能以1個元件處理非常大的電壓與電流,因此至今仍用於直流輸電的換流設備、大型電動機控制、電解電源等。用於交流調光器等的TRIAC(雙向閘流體)也屬於閘流體家族。過去鐵路車輛的變頻器等也曾使用可由閘極關斷的GTO閘流體,但已被高速且易於控制的IGBT取代。需要細緻且快速控制電力的用途,目前多半由電晶體類元件負責。

常見問題

為什麼閘流體無法以閘極關斷?
因為內部2個電晶體以互相放大彼此電流的正回授維持導通,一旦導通,即使沒有閘極電流也會自行維持導通。要關斷,必須讓流過的電流小於維持電流,使這個回授停止。另外也有可由閘極關斷的GTO閘流體這種特殊元件。
閘流體現在用在哪些地方?
用於直流輸電的換流設備、大型電動機與電爐的控制、電解用大電流電源、交流調光器與加熱器的控制等。由於1個元件就能處理數kV・數kA等級,在處理極大電力的用途上具有優勢。

延伸閱讀


所屬主題