1、第九章第九章 功率电子电路功率电子电路 第一节第一节 晶闸管晶闸管 第二节第二节 单相可控整流电路单相可控整流电路 第三节第三节 晶闸管逆变电路晶闸管逆变电路 第四节第四节 直流斩波器的工作原理直流斩波器的工作原理 第五节第五节 交流调压电路交流调压电路 晶闸管又称可控硅（晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器）是一种大功率半导体器件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。强电领域。晶闸管具有晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿体积小、重量轻、无噪声、寿命长、命长、容量大（正向平
2、均电流达千安、正向耐容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）等特点。压达数千伏）等特点。9.1 晶闸管晶闸管返回返回螺旋式结构螺旋式结构平板式结构平板式结构9.1.1 基本构造基本构造P1P2N1N2四四 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）A（阳极）（阳极）三三 个个 PN结结符号符号AKG1.晶闸管工作原理的实验晶闸管工作原理的实验9.1.2 工作原理工作原理阳极、阴极间加正向电压，阳极、阴极间加正向电压，控制极控制极(门极门极)不加电压。不加电压。阳极、阴极间加正向电压，阳极、阴极间加正向电压，门极加正向电压。门极加正向电压。阳极、阴极间加反向电压，阳极、
3、阴极间加反向电压，控制极控制极(门极门极)加电压。加电压。晶闸管不导通晶闸管不导通 无论控制极无论控制极G与阴极与阴极K之间是否加有电压，晶闸之间是否加有电压，晶闸管均不能导通。管均不能导通。2.晶闸管工作原理的解释晶闸管工作原理的解释P1P2N1N2N1P2AGK 控制极控制极G和阴极和阴极K之间不加正之间不加正向电压向电压 阳极阳极A和阴极和阴极K加反向电压加反向电压反偏反偏反偏反偏 阳极阳极A和阴极和阴极K加正向电压加正向电压正偏正偏正偏正偏反偏反偏 控制极控制极G和阴极和阴极K之间加正向之间加正向电压电压 正向电压足够大时，三个正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通。结都正偏，
4、晶闸管导通。KAGVT1VT2KAGVT1VT2RLUGUAIG2IG2IG1正反馈正反馈 两个晶体管进两个晶体管进入饱和导通状态。入饱和导通状态。晶闸管导通后，晶闸管导通后，UAK0.61.2VC22GII C112B212G III 此时即使去掉控此时即使去掉控制极与阴极之间的制极与阴极之间的电压，由于本身的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管正反馈作用晶闸管仍能维持导通。仍能维持导通。控制极电压控制极电压UG的作用仅的作用仅仅是触发晶闸管的导通仅是触发晶闸管的导通(1)晶闸管的晶闸管的导通条件导通条件：阳极和阴极间加正向电压。阳极和阴极间加正向电压。控制极和阴极间加正向触发电压。控制极和阴极
5、间加正向触发电压。阳极电流不小于维持电流。阳极电流不小于维持电流。阳极和阴极之间加反向电压，或电压为零。阳极和阴极之间加反向电压，或电压为零。减小减小UAK或加大主回路电阻，使晶闸管阳极电流小或加大主回路电阻，使晶闸管阳极电流小于维持电流。于维持电流。(2)晶闸管的晶闸管的阻断阻断(截止截止)条件条件：3.晶闸管工作原理的小结晶闸管工作原理的小结(3)属于半控型的具有单向导电性的电子器件。属于半控型的具有单向导电性的电子器件。半控：控制极的触发信号只能控制其导通，不半控：控制极的触发信号只能控制其导通，不能控制其关断。能控制其关断。UAKIAIHINIG=0UBO导通导通URO9.1.3 伏安
6、特性伏安特性UIG1IG2IG增加增加导通电压导通电压1V左右左右正向折正向折转电压转电压反向击反向击穿电压穿电压O9.1.4 主要参数主要参数 通态平均电流通态平均电流IF：允许通过晶闸管阳极的：允许通过晶闸管阳极的工频频率正弦波半波电流的平均值。工频频率正弦波半波电流的平均值。维持电流维持电流IH：在控制极开路的情况下，晶：在控制极开路的情况下，晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于小于IH时，管子自动阻断。时，管子自动阻断。触发电压触发电压UG和触发电流和触发电流IG：晶闸管从阻断：晶闸管从阻断到完全导通所需要的最小的控制极直流电压到完全导通所
7、需要的最小的控制极直流电压和电流。和电流。正向断态重复峰值电压正向断态重复峰值电压UFRM：控制极开路的：控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般情况下电压。一般情况下UFRM UBQ80%。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM：控制极开路的条：控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电件下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般情况下压。一般情况下URRM UBQ80%。额定电压额定电压UD：取：取UFRM和和URRM 中较小的一中较小的一个数值标为器件的额定电压。个数值标为器件的额定电压。9.1.5 晶闸管触
8、发电路晶闸管触发电路 晶闸管由阻断变为导通的条件：晶闸管由阻断变为导通的条件：在阳极和阴极间加上正向电压在阳极和阴极间加上正向电压 在控制极和阴极间加上正向触发信号在控制极和阴极间加上正向触发信号 触发信号的要求：触发信号的要求：触发脉冲要有足够的功率触发脉冲要有足够的功率 触发脉冲要有一定的宽度触发脉冲要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步触发脉冲必须与主电路同步 触发脉冲要有一定的相移范围触发脉冲要有一定的相移范围1.单结晶体管的结构和特性单结晶体管的结构和特性b2（第二基极第二基极）b1（第一基极第一基极）NPPN结结e(发射极发射极)eb2b1结结 构构符符 号号ieueUVUPIV
9、IPO单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性eb2b1ueUbbieb2接正接正、b1接接负负 e与与b1间呈高阻态间呈高阻态 当当ueUbb时时 e与与b1间呈低阻态间呈低阻态UV、IV-谷点电压、电流谷点电压、电流维持单结管导通的最小电压、电流。维持单结管导通的最小电压、电流。UP、IP-峰点电压、电流峰点电压、电流 单结管由截止变导通所需发射极电压。单结管由截止变导通所需发射极电压。uEUP 时单结管导通时单结管导通2.单结晶体管的弛张振荡电路单结晶体管的弛张振荡电路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO(1)触发脉冲的产生触发脉冲的产生(2)触发脉冲的移相触发脉冲的
10、移相u2uZuCR2RRfxR1RWuWCu13.同步振荡电路同步振荡电路整流整流 削波削波 弛张振弛张振荡电路荡电路触发触发脉冲脉冲变压器的同步作用：变压器的同步作用：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零（即两者同步），保证主电路和触发电路的电源电压同时过零（即两者同步），使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同（即个触发脉冲出现的时刻相同（即 角一样）角一样），以使输出平均电压不，以使输出平均电压不变。变。u2uZUZuWuR1TOOOtttuC 改变电容改变电容C的的充放电速度充放电速度
11、,可以可以改变触发脉冲周改变触发脉冲周期期T。稳压管的作用：稳压管的作用：将整流后的电压变成梯形波将整流后的电压变成梯形波（即削波），使单结管两端电（即削波），使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变的时间，不受交流电源电压变化的影响。化的影响。1、过流保护措施过流保护措施快速熔断器：快速熔断器：电路中加快速熔断器。电路中加快速熔断器。过流继电器：过流继电器：在输出端装直流过电流继电器。在输出端装直流过电流继电器。过流截止电路：过流截止电路
12、：利用电流反馈减小晶闸管的利用电流反馈减小晶闸管的 导通角或停止触发，从而切断过流电路。导通角或停止触发，从而切断过流电路。接在接在输出端输出端 接在接在输入端输入端和晶闸和晶闸管串联管串联 9.1.6 晶闸管的使用注意事项晶闸管的使用注意事项阻容吸收阻容吸收:硒整流堆硒整流堆:2、过压保护过压保护 利用电容吸收过压。即将过电压的能量利用电容吸收过压。即将过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后由电变成电场能量储存到电容中，然后由电阻消耗掉。阻消耗掉。硒堆为非线性元件，过压后迅速击穿，硒堆为非线性元件，过压后迅速击穿，其电阻减小，抑制过压冲击。其电阻减小，抑制过压冲击。硒硒堆堆RCRRCC通
13、用系列为：通用系列为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等14种规格。种规格。加散热片自然冷却加散热片自然冷却加散热片强迫风冷加散热片强迫风冷加散热片强迫油冷加散热片强迫油冷3、严格遵守晶闸管规定的工作条件严格遵守晶闸管规定的工作条件4、符合规定的冷却条件符合规定的冷却条件如：空气温度、湿度、周围环境等。如：空气温度、湿度、周围环境等。9.2 单相单相可控整流电路可控整流电路9.2.1.单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(1)电路及工作原理电路及工作原理uGu1u2uTuOAGKRLiO(2)工作波形工作波形(设设u1为正
14、弦波为正弦波)tu2 tuG tuO tuT ：控制角控制角 ：导通角导通角u2 0 时，加上时，加上触发电压触发电压 uG，晶晶闸管导通闸管导通 。且。且 uL 的大小随的大小随 uG 加入的早晚而变加入的早晚而变化；化；u2 0 时，时，晶闸管不通晶闸管不通，uL=0。故称可故称可控整流。控整流。uGu1u2uTuOAGKRLiO(3)输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值pptduUOO21ppttdU sin2212LOORUI2cos145.02U tuO 2p pp p2.电感性负载电感性负载 D+GAuOu1u2RKL电流流经电流流经晶闸管晶闸管电流流经电流流经续流二极管续
15、流二极管 tuOiO电阻性电阻性负载时负载时（对照用）（对照用）p3p工作原理：工作原理：由于电感反电动势的存在，晶由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持导通，使负闸管在一定时间内仍维持导通，使负载两端电压波形出现负值。载两端电压波形出现负值。解决办法：解决办法：加续流二极管加续流二极管D后后,消除了反电动势的影响，使晶闸管在消除了反电动势的影响，使晶闸管在u2过零过零时关断。时关断。u2正半周时晶闸管导通，正半周时晶闸管导通，u2过零后，过零后，电感产生反电动势。电感产生反电动势。电感性电感性负载时负载时(加续流二加续流二极管后）极管后）tuOiO9.2.2 电阻性负载桥式可控整流
16、电路电阻性负载桥式可控整流电路VT1VT3VT2VT4RLuou1.电路分析电路分析u正半周正半周()a()b()电流方向电流方向L14abVTVTR 负半周负半周()a()b()L32baVTVTRab触发脉冲触发脉冲uG引入控制极引入控制极VT1导通、导通、VT4导通导通uouVT3导通、导通、VT2导通导通+uou+2.工作波形工作波形tutuGtuot uVT1 OOOO233.参数计算参数计算o1=2sind()UUtt 1cos0.92U 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 输出电流平均值输出电流平均值ooLL1 cos 0.92UUIRR 2U二极管和晶闸管承受的最高反相电压为
17、二极管和晶闸管承受的最高反相电压为T1T2D1D2uLRLu3触触发发电电路路主电路主电路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZRP 电容充电速度变慢电容充电速度变慢 uL电压的电压的调节调节:一、填空题一、填空题 1 1、只有当、只有当 确定之后，电路中某点才有确定的电位。确定之后，电路中某点才有确定的电位。2 2、电路中电流的实际方向，由结合、电路中电流的实际方向，由结合 方向的代数量方向的代数量I I的正负来表示。的正负来表示。3 3、三相对称负载是指三个负载的、三相对称负载是指三个负载的 相同。相同。4 4、在、在RCRC电路的零输入响应中，电容的放电电压按电路的零输入响应中，电容
18、的放电电压按 下降。下降。5 5、在、在RLCRLC串联电路中，当整个电路的总电压和总电流同相时，这种状态称为串联电路中，当整个电路的总电压和总电流同相时，这种状态称为 。6 6、图示正弦交流电路中，、图示正弦交流电路中，V1表读数为表读数为3V3V，V2表读数为表读数为4V4V。则。则V表读数为表读数为 伏。伏。7 7、晶体三极管是、晶体三极管是 控制元件。处理模拟信号时，三极管工作在控制元件。处理模拟信号时，三极管工作在 状态，处理数字信状态，处理数字信号时，三极管工作在号时，三极管工作在 状态。状态。8 8、在放大电路中，测得某三极管的三个管脚对地的电位分别是、在放大电路中，测得某三极管
19、的三个管脚对地的电位分别是9V9V、6V6V、6.2V6.2V，则该管的类型，则该管的类型是是 。9 9、将逻辑函数、将逻辑函数F F（ABCABC）ABABBCBC写为最小项之和的标准与或式为写为最小项之和的标准与或式为 。1010、在时钟脉冲、在时钟脉冲CPCP作用下，双稳态触发器能够连续（翻转）计数，对于作用下，双稳态触发器能够连续（翻转）计数，对于D D触发器应触发器应 ；J JK K触发器应触发器应 。二、判断题二、判断题 1 1、电路中的负载增加是指流过负载中的电流增加。（、电路中的负载增加是指流过负载中的电流增加。（）2、在三相负载的三角形联接中，线电流是相电流的、在三相负载的三
20、角形联接中，线电流是相电流的 倍。倍。（）3、为保证用电安全，在三相四线制供电系统中，应在中线上安装保险丝。、为保证用电安全，在三相四线制供电系统中，应在中线上安装保险丝。（）4、若干元件串联的正弦交流电路的各端电压为、若干元件串联的正弦交流电路的各端电压为U1、U2UN，则总电压，则总电压UU1U2UN 。（）5、若电路中的电流、若电路中的电流iImsin(t30)A,电压电压uUmsin(t60)V,则该电路呈感性。则该电路呈感性。（）6、三极管具有电流放大作用，因此，在基极输入一个小电流，集电极就会产生一个大电流。（、三极管具有电流放大作用，因此，在基极输入一个小电流，集电极就会产生一个
21、大电流。（）7、译码器、编码器均具有记忆功能。、译码器、编码器均具有记忆功能。（）RCV1VV26题图题图典型题型介绍典型题型介绍38 8、图示电路为一个、图示电路为一个1212进制计数器。进制计数器。（）9、共集电极放大电路没有放大作用。、共集电极放大电路没有放大作用。（）10、所有的门电路都只有、所有的门电路都只有“0”、“1”两个状态。两个状态。（）三、名词解释三、名词解释1 1、关联方向、关联方向2 2、相序、相序3 3、对称电源、对称电源4 4、静态工作点、静态工作点5 5、零点漂移、零点漂移四、四、单项选择题单项选择题1.1.通常所说的电路负载小是指通常所说的电路负载小是指 A A
22、、负载电阻小、负载电阻小 B B、负载电阻大、负载电阻大 C C、负载电流大、负载电流大 D D、负载功率大、负载功率大2.2.基尔霍夫定律是基尔霍夫定律是 A A、关于电路结构约束的定律、关于电路结构约束的定律 B B、关于元件伏安关系的定律、关于元件伏安关系的定律 C C、关于电路电磁关系的定律、关于电路电磁关系的定律 D D、关于元件能量转换的定律、关于元件能量转换的定律3.3.图示正弦交流电路中，图示正弦交流电路中，V V1 1表读数为表读数为3V3V，V V2 2表读数为表读数为4V4V。则。则V V表读数为表读数为 A A、1V B1V B、5V C5V C、7V D7V D、12
23、V12V4.4.对称三相电源线电压对称三相电源线电压 为为380 380 伏，接在三角形联结的对称负载上，每相阻抗伏，接在三角形联结的对称负载上，每相阻抗 。则线电流。则线电流 为为 A A、A BA B、A A C C、A DA D、A A 74LS90Q4 Q3 Q2 Q1CP1CP0R0A R0BCP8题图题图S9A S9BRCV1VV23题图题图ABU068jZAI03389.363389.663389.63385.5.已知交流信号源电压为已知交流信号源电压为16V16V，内阻为，内阻为800800。通过一个变压器带一阻抗为。通过一个变压器带一阻抗为88的负载，当负载获得的负载，当负载
24、获得最大功率时，变压器变比为最大功率时，变压器变比为 A A、8 B8 B、10 C10 C、25 D25 D、1001006.6.用欧姆表测量二极管的电阻时应当是用欧姆表测量二极管的电阻时应当是 A A、正向电阻大，反向电阻大、正向电阻大，反向电阻大 B B、正向电阻小，反向电阻小、正向电阻小，反向电阻小 C C、正向电阻大，反向电阻小、正向电阻大，反向电阻小 D D、正向电阻小，反向电阻大、正向电阻小，反向电阻大7.7.在由在由NPNNPN管组成的共射放大电路中，当输入信号为正常正弦波时，用示波器观察其输出波形管组成的共射放大电路中，当输入信号为正常正弦波时，用示波器观察其输出波形u uO
25、 O时，时，却出现了负向平顶失真。其原因为却出现了负向平顶失真。其原因为 A A、三极管不放大、三极管不放大 B B、输入信号过大、输入信号过大 C C、静点设置偏低、静点设置偏低 D D、静点设置偏高、静点设置偏高8.8.某多级放大电路，要求输入电阻低，输出电流稳定时，应选用的反馈类型为某多级放大电路，要求输入电阻低，输出电流稳定时，应选用的反馈类型为 A A、电流并联负反馈、电流并联负反馈 B B、电流串联负反馈、电流串联负反馈 C C、电压串联负反馈、电压串联负反馈 D D、电压并联负反馈、电压并联负反馈9.9.图示电路中，三极管工作在图示电路中，三极管工作在 状态。状态。A A 放大放
26、大 B B 饱和饱和 C C 截止截止 D D 不能确定不能确定10.10.图示电路中，集成运算放大器的图示电路中，集成运算放大器的UOM12V，稳压管的稳压管的UZ3V，UD0.7V，运算放大器的电压，运算放大器的电压 传输特性为传输特性为 。+12V2K30K3V509题图题图+uiuO10KR20KVS2V9.1K10题图题图五、电路的分析与计算五、电路的分析与计算 1.用支路电流法求解用支路电流法求解I3 2.用叠加原理求用叠加原理求I2 3.用戴维宁定理求图示中的电流用戴维宁定理求图示中的电流I I。R2=3R3=6US112V24VI3US2R1=31A1024VR22ISUSI2
27、I1R1R366A2312VI124.4.图示正弦交流电路中，已知图示正弦交流电路中，已知I I1 1=I=I2 2=5A=5A，U=50VU=50V，且端口，且端口UIUI同相，通过画相量图求同相，通过画相量图求I I、R R、X XC C、X XL L。5.5.已知，已知，R R1 1=R=R2 2=30,X=30,XL L=X=XC C=30 =30 。求。求 、及及 。6.6.图示单管放大电路中，已知，图示单管放大电路中，已知，。1 1）求静态工作点。）求静态工作点。2 2）计算电压放大倍数。）计算电压放大倍数。3 3）求输入、输出电阻。）求输入、输出电阻。7.7.电路如图。已知电路如
28、图。已知RF=50K，R1=10K，R2=20K，R3=40K 1 1）指出电路中的反馈类型。）指出电路中的反馈类型。2 2）当）当 ，时，求时，求 为多少？为多少？CRUI1I2ILa aXCUI1I2IXLR1R2b b1200UV 31I 2I I abU 40uiuO3K+UCC=12V1.5KRBRCRL200KmVui101mVui52ou+u i1R1u i2 R2R3RFu o8.8.电路如图。电路如图。1 1）列逻辑表达式，并化简。）列逻辑表达式，并化简。2 2）列真值表。）列真值表。3 3）说明电路功能。）说明电路功能。9.9.电路如图。设各触发器初始状态为零。电路如图。设各触发器初始状态为零。1 1）列出电路的状态表。）列出电路的状态表。2 2）画出在）画出在CPCP作用下的电路的波形图。作用下的电路的波形图。3 3）说明电路功能。）说明电路功能。10.10.试用两片试用两片74LS9074LS90连成连成3636进制计数器。进制计数器。AB&1&1FJ3K3Q3CPJ2K2Q2Q2Q3J1K1Q1Q1
