1、1 第第2020章章 晶闸管晶闸管2一种一种大功率半导体器件，出现于大功率半导体器件，出现于70年代。它的出年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域 。体积小、重量轻、无噪声、寿命长、体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容容量大（正向平均电流达千安、正向耐压量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。达数千伏）。特点特点20201 1 晶闸管晶闸管(可控硅可控硅SCR)SCR)3应用领域：应用领域：逆变逆变 整流整流（交流（交流直流）直流）斩波斩波（直流（直流交流）交流）变频变频（交流（交流交流）交流）（直流（直流直流）直流）此外还可作无触点开关等
2、此外还可作无触点开关等4.1.1.基本基本结构结构A（阳极）（阳极）四四 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）P1P2N1三三 个个 PN结结N25符号符号AKG20.1.2 20.1.2 工作原理工作原理GKP1P2N1N2APPNNNPAGK示意图示意图6APPNNNPGKi gi gig工作原理分析工作原理分析KAGT1T27工作原理说明工作原理说明UAK 0、UGK0时时T1导通导通ib1=i giC1=ig=ib2ic2 =ib2=ig=ib1T2导通导通形成正反馈形成正反馈晶闸管迅速导通；晶闸管迅速导通；T1进一步导通进一步导通8晶闸管开始工作时晶闸管开始
3、工作时，UAK加反向电压，加反向电压，或不加触发信号（即或不加触发信号（即UGK=0）；）；晶闸管导通后，晶闸管导通后，UGK，去掉去掉依靠正反馈，依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：晶闸管截止的条件：（1）（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。中电流的正反馈效应不能维持。91.1.晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性（正向导通条件：（正向导通条件：A A、K K间加正向电压，间加正向电压，G G、K K间加触发信号）；间加触发
4、信号）；2.2.晶闸管一旦导通，控制极失去作用晶闸管一旦导通，控制极失去作用若使其关断，必须降低若使其关断，必须降低U UAKAK或加大回路电或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。阻，把阳极电流减小到维持电流以下。结论结论1020.1.3 20.1.3 伏安特性伏安特性UIURS MUDS MURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1正向正向反向反向11UDRM：断态重复峰值电压断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。（晶闸管耐压值。一一般取般取 UDRM=80%UDSM。普通晶闸管。普通晶闸管UDRM 为为 100V-3000V）URRM：反向重复峰值电压：反向重复
5、峰值电压。（控制极断路时，。（控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取压。一般取URRM=80%URSM。普通晶。普通晶 闸管闸管URRM为为100V-3000V）ITAV：通态平均电流通态平均电流。（环境温度为。（环境温度为40OC时时,在在 电阻性负载、单相工频电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电正弦半波、导电角不小于角不小于170o的电路中，晶闸管允许的的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为为1A-1000A。）。）20.1.4 20.1.4 主要参数主要参数12IH：维持电流。维持
6、电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）小电流。一般为几十到一百多毫安。）UG、IG：控制极触发电压和电流。：控制极触发电压和电流。（在室温下，（在室温下，阳极电压为直流阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通时，使晶闸管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流所必须的最小控制极直流电压、电流。一。一 般般UG为为1到到5V，IG为几十到几百毫安。）为几十到几百毫安。）1320.2 20.2 可控整流电路可控整流电路20.2.1 20.2.1 单相半波可控整流电
7、路单相半波可控整流电路(电阻性负载电阻性负载)(1)电路及工作原理电路及工作原理设设u1为为正弦波正弦波 u2 0 时，时，加上触发电压加上触发电压 uG，晶闸管导通，晶闸管导通。且。且 uL 的大小随的大小随 uG 加入的早晚而变化；加入的早晚而变化；u2 0的导通路径：的导通路径：u2(A)T1RLD2u2(B)T1、T2-晶闸管晶闸管D1、D2-晶体管晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-17T2RLD1u2(A)u2(B)u2 VT2时，时，控制极相对于控制极相对于T2加正脉冲，加正脉冲，晶闸管正向导通，电流从晶闸管正向导通，电流从T1流向流向T2。VT2VT1时，时，控制极相对于
8、控制极相对于T2加加 负负脉冲，脉冲，晶闸管反向导通，电流从晶闸管反向导通，电流从T2流向流向T1。22可关可关断晶闸管断晶闸管GTO-Gata Turn Off thyristor)可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。此它属全控器件。(2-2
9、3)第十六章 基本放大电路(4)(2-24)特点：结构对称。16.9 差动放大电路差动放大电路ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB16.9.1 差动放大电路的工作情况(2-25)一.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2 =0当 ui1=ui2=0 时：uo=(UC1+uC1 )-(UC2+uC2)=0当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2(2-26)二.输入信号分类(1)差模(differential mode)输入ui1=-ui2=ud(2)共模(common mode)输入ui1=ui2=uC任意输入的信号 ui1,ui2，都可分解成差模分量和共模
10、分量。(3)比较 输入(2-27)ui1=uC+ud ；ui2=uC-ud例:ui1=20 mV,ui2=10 mV则：ud=5mV,uc=15mV 差模分量:221iiduuu共模分量:221iicuuuui1=15mV +5mV；ui2=15mV-5mV(2-28)三.共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：ui1=ui2=uC（大小相等，极性相同）理想情况：ui1=ui2 uC1=uC2 uo=0 共模电压放大倍数：（很小，1)设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，uC1=-uC2 uo=uC1-uC2=u
11、C1-uC2=2uC1 差模电压放大倍数：1io2i1iodu2uuuuA+UCC(2-30)五.共模抑制比(CMRR)的定义例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1=66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝)cdAAcdAAlog20(2-31)为了使左右平衡，可设置调零电位器:16.9.2 典型差动放大电路典型差动放大电路特点：加入射极电阻RE；加入负电源-UEE，采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE一、静态分析(2-32)双电源的作用：
12、（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE(2-33)ICIE =2ICUEUBEIBIC温度TRE的作用 设ui1=ui2=0自动稳定RE 具有强负反馈作用 抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE(2-34)diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEE二、动态分析(2-35)RE 对差模信号作用ib2 ,ic2 ui1 ui2ib1,ic1ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE =0 RE对差模信号不起
13、作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE(2-36)差模信号通路T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(2-37)111iodduuA单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1(2-38)21221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:iodduuA RRuodui1RCT1
14、RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E若带负载，RL中点电位为 0,所以放大倍数：121)21(beBLCdddrRR/RAAA(2-39)差放电路的几种接法差放电路的几种接法输入端 接法双端单端输出端 接法双端单端uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE(2-40)双端输出：Ad =Ad1单端输出：121ddAA 对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。ud=0.5ui ,uc=0双端输入：ui1=-ui2=0.5uiud=0.5ui ,uc=0.5ui 单端输入：ui1=-ui，ui2=0双(单)端输入双端输出：Ad =Ad1双(单)端输入单
15、端输出：1ddA21A(2-41)(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce16.10互补对称功率放大电路16.10.1对功率放大电路的基本要求(2-42)(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(3)电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。%100maxEoPP(2-43)uotuoibQicuceUSCESCRU(2-44)uo的取值范围QIcuCEUSCESCRU直流负载
16、线交流负载线UCEQ=0.5USC 静态工作点：LSCESCCQRURUI5.05.0若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：SCoUU5.0max放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。较小(2-45)如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用互补对称射极输出电路。缺点：但又会引起截止失真。(2-46)互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （OTL电路）无输出电容形式 （OCL电路）互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型：(2-47)16.10.2 互补对称功放电路 一、特点1.单电源供电；2.
17、输出加有大电容。二、静态分析 T1、T2 特性对称，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC1.无输出变压器的乙类互补对称功放电路(2-48)三、动态分析设输入端在 0.5USC 直流电基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，UC基本保持在0.5USC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2SCiUu 时，2SCiUu T1截止、T2导通。0.5USCuit两个晶体管都只在半个周期内工作，称为乙类放大。(2-49)2.无输出电容的乙类互补对称功放电路一
18、、工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2.双电源供电。3.输入输出端不加隔直电容。(2-50)ic1ic2动态分析：ui 0VT1截止，T2导通ui 0VT1导通，T2截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0V T1、T2均不工作 uo=0V(2-51)乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死区电压uiuououo tttt交越失真：输入信号 ui在零点前后，输出信号出现的失真为交越失真
19、。交越失真(2-52)ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流 ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。乙类放大的特点：(2-53)交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，ui uT时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT(2-54)3.甲乙类互补对称功率放大电路R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2 静态时 T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。克服交越失真的措施：(2-55)R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方
20、式称为“甲乙类放大”。动态时 设 ui 加入正弦信号。正半周，T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周，T1截止，T2 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。(2-56)uB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流 ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ(2-57)16.10.3 复合管增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：bcccbcbebbciiiiiiiiiii)1(,)1(,1212122211211(2-58)becibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：
