1、1第 10章晶闸管及其应用电路 第 10章晶闸管及其应用电路 10.1 单向晶闸管单向晶闸管 10.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 10.3 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 10.4 双向晶闸管及其应用电路双向晶闸管及其应用电路本章小结本章小结 习题习题 2第 10章晶闸管及其应用电路 10.1 单单 向向 晶晶 闸闸 管管 10.1.1 单向晶闸管的实物图及其性能演示单向晶闸管的实物图及其性能演示 1 1 外形及其符号外形及其符号单向晶闸管从外形上分,主要有螺栓式和平板式及塑封式等几种,见图10.1,它们都有三个电极,阳极a(或A),阴极k(或K)和控制极g(或G)。螺栓式晶闸管
2、的阳极是一个螺栓,使用时把它紧拧在散热器上,另一端有两根引线,其中较粗的一根叫阴极,较细的一根叫做控制极。平板式晶闸管的中间金属环是控制极,上面是阴极,区分的方法是阴极距控制极比阳极距控制极近。晶闸管的电路符号见图10.1(d),文字符号常用SCR、V表示,本书用V表示。3第 10章晶闸管及其应用电路 图10.1 单向晶闸管的外形及其符号(a)螺栓式；(b)平板式；(c)塑封式；(d)符号 4第 10章晶闸管及其应用电路 2 2类型类型晶闸管按其容量有大、中、小功率管之分,一般认为电流容量大于50 A的为大功率管,5 A以下的则为小功率管,小功率晶闸管触发电压为1 V左右,触发电流为零点几到几
3、毫安,中功率以上的触发电压为几伏到几十伏,电流几十到几百毫安。按其控制特性,有单向晶闸管和双向晶闸管之分。5第 10章晶闸管及其应用电路 3 3 演示电路及操作过程演示电路及操作过程1)演示电路电路的连接如图10.2所示。(1)阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。(2)控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电源(触发信号)UGG。6第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.2 单向晶闸管连接图 7第 10章晶闸管及其应用电路 2）操作过程及现象(1)S断开,UGK=0,UAA为正向,灯泡不亮,称之为正向阻断，如图10.3(a)所示。(2)S断开,UGK=0,UAA为反向,灯泡不亮,如图10.3
4、(b)所示。(3)S合上,UGK为正向,UAA为反向,灯泡不亮,称之为反向阻断,如图10.3(c)所示。(4)S合上,UGK为正向,UAA为正向,灯泡亮,称之为触发导通,如图10.3(d)所示。8第 10章晶闸管及其应用电路(5)在(4)基础上,断开S,灯泡仍亮,称之为维持导通,如图10.3(e)所示。(6)在(5)基础上,逐渐减小UAA,灯泡亮度变暗,直到熄灭,如图10.3(f)所示。(7)UGG反向,UAA正向,灯泡不亮,称之为反向触发,如图10.3(g)所示。(8)UGG反向,UAA反向,灯泡仍不亮,如图10.3(h)所示。9第 10章晶闸管及其应用电路 图10.3 单向晶闸管工作示意图
5、10第 10章晶闸管及其应用电路 3）现象分析及结论(1)由图10.3(c)、(d)得出,晶闸管具有单向导电性。(2)由图10.3(a)、(b)、(d)、(g)、(h)得出,只有在控制极加上正向电压的前提下,晶闸管的单向导电性才得以实现。(3)由图10.3(e)得出,导通的晶闸管即使去掉控制极电压,仍维持导通状态。(4)由图10.3(f)得出,要使导通的晶闸管关断,必须把正向阳极电压降低到一定值。11第 10章晶闸管及其应用电路 10.1.2 10.1.2 单向晶闸管的内部结构及工作原理单向晶闸管的内部结构及工作原理1 1 内部结构内部结构单向晶闸管的内部结构如图10.4(a)所示。由图可知，
6、它由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:J1、J2、J3,由最外层的P1、N2分别引出两个电极称为阳极a和阴极k,由中间的P2引出控制极g。12第 10章晶闸管及其应用电路 2 2 工作原理工作原理为了说明晶闸管的工作原理,可把四层PNPN半导体分成两部分,如图10.4(b)所示。P1、N1、P2组成PNP型管,N2、P2、N1组成NPN型管,这样,晶闸管就好像是由一对互补复合的三极管构成的,其等效电路如图10.4(c)所示。如果在控制极不加电压,无论在阳极与阴极之间加上何种极性的电压,管内的三个PN结中,至少有一个结是反偏的,因而阳极没有电流产生,当然就出现了图10.3(a)、(b)
7、所示灯泡不亮的现象。13第 10章晶闸管及其应用电路 图10.4 内部结构及其等效电路(a)内部结构示意图；(b)分解为两个晶体管；(c)等效电路 14第 10章晶闸管及其应用电路 如果在晶闸管a、k之间接入正向阳极电压UAA后,在控制极加入正向控制电压UGG,V1管基极便产生输入电流IG,经V1管放大,形成集电极电流IC1=1UG,IC1又是V2管的基极电流,同样经过V2的放大,产生集电极电流IC2=12IG,IC2又作为V1的基极电流再进行放大。如此循环往复,形成正反馈过程,晶闸管的电流越来越大,内阻急剧下降,管压降减小,直至晶闸管完全导通。这时晶闸管a、k之间的正向压降约为0.61.2
8、V。因此流过晶闸管的电流IA由外加电源UAA和负载电阻RA决定,即IAUAA/RA。由于管内的正反馈,使管子导通过程极短,一般不超过几微秒。图10.3(d)的演示就是证明。15第 10章晶闸管及其应用电路 晶闸管一旦导通,控制极就不再起控制作用,不管UGG存在与否,晶闸管仍将导通。若要导通的管子关断,只有减小UAA,直至切断阳极电流才行,使之不能维持正反馈过程,如图10.3(f)所示。在反向阳极电压作用下,两只三极管均处于反向电压,不能放大输入信号,所以晶闸管不导通。晶闸管的工作原理也可以用伏安特性曲线来描述。16第 10章晶闸管及其应用电路 10.1.3 10.1.3 晶闸管的伏安特性曲线及
9、其主要参数晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数1 1 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性如图10.5所示。以下分别讨论其正向特性和反向特性。1）正向特性(1)正向阻断状态。若控制极不加信号,即IG=0,阳极加正向电压UAA,晶闸管呈现很大电阻,处于正向阻断状态,如图中OA段。17第 10章晶闸管及其应用电路(2)负阻状态。当正向阳极电压进一步增加到某一值后,J2结发生击穿,正向导通电压迅速下降,出现了负阻特性,见曲线AB段,此时的正向阳极电压称之为正向转折电压,用UBO表示。这种不是由控制极控制的导通称为误导通,晶闸管使用中应避免误导通产生。在晶闸管阳极与阴极之间加上正向电压的同时,
10、控制极所加正向触发电流IG越大,晶闸管由阻断状态转为导通所需的正向转折电压就越小,伏安特性曲线向左移。18第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.5 单向晶闸管的伏安特性 19第 10章晶闸管及其应用电路(3)触发导通状态。晶闸管导通后的正向特性如图中BC段,与二极管的正向特性相似,即通过晶闸管的电流很大,而导通压降却很小,约为 1 V左右。20第 10章晶闸管及其应用电路 2）反向特性(1)反向阻断状态。晶闸管加反向电压后,处于反向阻断状态,如图中OD段,与二极管的反向特性相似。(2)反向击穿状态。当反向电压增加到UBR时,PN结被击穿,反向电流急剧增加,造成永久性损坏。21第 10章晶闸管
11、及其应用电路 2 2 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1）电压定额(1)正向转折电压UBO。在额定结温(100 A以上为115C,50 A以下为100C)和控制极断开的条件下,阳极、阴极间加正弦半波正向电压,使器件由阻断状态发生正向转折,变成导通状态所对应的电压峰值,称为正向转折电压,用UBO表示。22第 10章晶闸管及其应用电路(2)正向阻断重复峰值电压UVM。在额定结温及控制极开路的条件下,允许管子每秒正向阻断 50 次,每次持续时间不大于10ms,重复施加于晶闸管ak上的最大的正向峰值电压,称为正向断态重复峰值电压UVM,其值UVM=0.8UBO。(3)反向重复峰值电压URM：在额定结温
12、及控制极开路条件下,允许管子每秒反向阻断50次,每次持续时间不大于10 ms,重复施加于晶闸管ak上的最大的反向峰值电压，称为反向重复峰值电压。其值URM=0.8UBR。23第 10章晶闸管及其应用电路(4)通态平均电压UF。在规定条件下,晶闸管正向通以额定的通态平均电流时,阳极与阴极两端压降的平均值叫做通态平均电压,又称管压降,一般在0.41.2 V范围内。这个电压越小,晶闸管导通时的功耗就越小。(5)额定电压UD。取UVM和URM中数值最大者作为晶闸管的额定电压。为了安全,使用中一般取额定电压为正常工作时峰值电压的23倍。24第 10章晶闸管及其应用电路 2)电流定额(1)额定正向平均电流
13、IF。在规定的环境温度(+40C)和标准散热条件下,允许通过电阻性负载单相工频正弦半波电流的平均值称为额定正向平均电流。为在使用中不使管子过热,一般取IF是正常工作平均电流的1.52倍。（2)维持电流IH。在室温和控制极开路的条件下,晶闸管被触发导通后维持导通所必需的最小电流叫做维持电流。维持电流小的晶闸管,工作比较稳定。25第 10章晶闸管及其应用电路 3）控制极定额（1)控制极触发电压UG和触发电流IG。在规定的环境温度和阳极与阴极间加一定的正向电压的条件下,使晶闸管从阻断状态转变为导通状态所需的最小控制极直流电压、最小控制极直流电流分别称为控制极触发电压、触发电流。控制电压小的晶闸管,灵
14、敏度高,便于控制,一般UG约为15 V,IG约为几毫安几百毫安,为保证可靠触发,实际值应大于额定值。26第 10章晶闸管及其应用电路（2)控制极反向电压UGR。在规定结温条件下,控制极与阴极之间所能加的最大反向电压峰值叫做控制极反向电压。UGR一般不超过10 V。除此以外,还有反映晶闸管动态特性的性能参数,如导通时间ton、关断时间toff、通态电流上升率di/dt、断态电压上升率du/dt等。27第 10章晶闸管及其应用电路 10.1.4 10.1.4 晶闸管的型号晶闸管的型号 国产晶闸管的型号有两种表示方法,即KP系列和3CT系列。额定通态平均电流的系列为1、5、10、20、30、50、1
15、00、200、300、400、500、600、900、1000(A)等14种规格。额定电压在1000 V以下的,每100 V为一级;10003000 V范围内的每200 V为一级,用百位数或千位及百位数组合表示级数。28第 10章晶闸管及其应用电路 KP系列表示参数的方式如图 10.6 所示。其通态平均电压分为9级,用AI各字母表示0.41.2 V的范围,每隔0.1 V为一级。图 10.6 KP系列参数表示方式 29第 10章晶闸管及其应用电路 例如,型号为KP20010D,表示IF=200A、UD=1000V、UF=0.7V的普通型晶闸管。3CT系列表示参数的方式如图10.7所示。30第 1
16、0章晶闸管及其应用电路 图 10.7 3CT系列参数表示方式 31第 10章晶闸管及其应用电路 10.1.5 10.1.5 单向晶闸管质量粗测单向晶闸管质量粗测1 1 测量单向晶闸管内部的测量单向晶闸管内部的PNPN结结我们知道,单向晶闸管的内部有三个PN结,这三个PN结的好坏直接影响单向晶闸管的质量。所以使用单向晶闸管之前,应该先对这三个PN结进行测量。测量方法如图10.8 所示。32第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.8 单向晶闸管的测量(a)测量控制极与阴极;(b)测量阳极与控制极;(c)测量阳极与阴极33第 10章晶闸管及其应用电路 单向晶闸管控制极g和阴极k之间只有一个PN结,利
17、用PN结的单向导电特性,就可以用万用表的电阻挡对它进行测量。万用表先置在R100()或R10()挡,用红表笔接单向晶闸管的阴极,黑表笔接控制极,这时PN结属于正向连接,显示电阻比较小。如果表针几乎不动,显示的电阻接近无穷大,说明这个PN结已经断路,晶闸管损坏,不能使用。再把万用表的红、黑表笔交换,这时候这个PN结属于反向连接,测出电阻比较大。如图10.8(a)所示。如果两次测量,表上的指针几乎都指向零,说明这个PN结已经击穿短路,不能使用。34第 10章晶闸管及其应用电路 单向晶闸管的阳极a与控制极g之间有两个PN结,它们反向串联在一起,因此把万用表置在R10 k电阻挡后,无论用红表笔接阳极,
18、黑表笔接控制极,或者红表笔接控制极,黑表笔接阳极,表上显示的电阻都应很大(指针基本不动),如图10.8(b)所示,否则说明单向晶闸管已经损坏。35第 10章晶闸管及其应用电路 2 2测量单向晶闸管的关断状态测量单向晶闸管的关断状态单向晶闸管在反向连接时是不导通的,如果单向晶闸管正向连接,但是没有控制电压,它也是不导通的。在这两种情况下,单向晶闸管中间没有电流流过,属于关断状态。把万用表置在R1k(或R10k)挡,黑表笔接阳极a,红表笔接阴极k,单向晶闸管属于正向连接,表上显示的电阻应很大；把两根表笔对换后,再分别接单向晶闸管的阳极和阴极,使单向晶闸管处于反向连接状态,表上显示的电阻仍然应该很大
19、,如图10.8(c)所示。36第 10章晶闸管及其应用电路 3 3测量单向晶闸管的触发能力测量单向晶闸管的触发能力对于工作电流为5 A以下的晶闸管，可采用图10.9所示的方法进行检测。万用表置于R1()挡。检测步骤如下：（1）黑表笔接阳极a，红表笔接阴极k，阻值应为无穷大，如图10.9（a）所示。37第 10章晶闸管及其应用电路 图10.9 检测单向晶闸管的触发能力 38第 10章晶闸管及其应用电路（2）红表笔接在阴极k保持不动，黑表笔在不脱离阳极a的前提下接触控制极g，给控制极施加一个正的触发信号，使晶闸管导通，阻值明显减小，如图10.9（b）所示。（3）红表笔依然保持不动，黑表笔在不脱离阳
20、极a的前提下离开控制极g，晶闸管仍维持导通状态，说明晶闸管具有触发能力，如图10.9（c）所示。否则，说明晶闸管已经损坏。39第 10章晶闸管及其应用电路 对于大功率晶闸管，因其导通态压降较大，加之R1（）挡提供的阳极电流低于维持电流IH，所以晶闸管不能完全导通，在开关断开时晶闸管会随之关断。此时，可采用双表法，把两只万用表的R1（）挡串联起来使用，得到3 V电源电压。具体检测步骤同小功率晶闸管。40第 10章晶闸管及其应用电路 思思 考考 题题 1.晶闸管具有什么特性?其导通的条件是什么？2.怎样才能使导通的晶闸管关断？3.晶闸管的正向伏安特性可以划分为哪几个部分？4.现有一不知管脚名称的普
21、通型晶闸管,你能否根据对晶闸管的PN结的质量检查方法,用万用表判断出各电极来？41第 10章晶闸管及其应用电路 10.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 10.2.1 10.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1 1 电路组成电路组成用晶闸管替代单相半波整流电路中的二极管就构成了单相半波可控整流电路,如图10.10（a）所示。42第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.10单相半波整流电路及波形 43第 10章晶闸管及其应用电路 2 工作原理工作原理设。电路各点的波形如图10.10(b)所示。在u2正半周,晶闸管承受正向电压,但在0t1期间,因控制极未加触发脉冲,故不导通,负载R
22、L没有电流流过,负载两端电压uo=0,晶闸管承受u2全部电压。在t1=时刻,触发脉冲加到控制极,晶闸管导通,由于晶闸管导通后的管压降很小,约1 V左右,与u2的大小相比可忽略不计,因此在t1期间,负载两端电压与u2相似,并有相应的电流流过。tUusin22244第 10章晶闸管及其应用电路 当交流电压u2过零值时,流过晶闸管的电流小于维持电流,晶闸管便自行关断,输出电压为零。当交流电压u2进入负半周时,晶闸管承受反向电压,无论控制极加不加触发电压,晶闸管均不会导通,呈反向阻断状态,输出电压为零。当下一个周期来临时,电路将重复上述过程。加入控制极电压ug使晶闸管开始导通的角度称为控制角,=称为导
23、通角,如图10.（b）所示。显然,控制角越小,导通角就越大,当=0时,导通角=,称为全导通。的变化范围为0。45第 10章晶闸管及其应用电路 由此可见,改变触发脉冲加入时刻就可以控制晶闸管的导通角,负载上电压平均值也随之改变,增大,输出电压减小,反之,减小,输出电压增加,从而达到可控整流的目的。46第 10章晶闸管及其应用电路 3 3 输出直流电压和电流输出直流电压和电流由图10.10（b）可知,负载电压uO是正弦半波的一部分,在一个周期内的平均值用UO表示，其大小可用下式求出：2cos145.0)cos1(22)d(sin221222OUUttUU(10.1)当=0,=时,晶闸管全导通,相当
24、于二极管单相半波整流电路,输出电压平均值最大可至0.45U2,当=,=0时,晶闸管全阻断,UO=0。47第 10章晶闸管及其应用电路 负载电流的平均值为 L2LOO2cos145.0RURUI(10.2)48第 10章晶闸管及其应用电路 4 4 晶闸管上的电压和电流晶闸管上的电压和电流由图10.10（b）可以看出,晶闸管上所承受的最高正向电压为 2VM2UU(10.3)晶闸管上承受的最高反向电压为 2RM2UU(10.)据10.1.3节中参数中额定电压的取值要求,晶闸管的额定电压应取其峰值电压的23 倍。如果输入交流电压为220 V,则 V31122RMvmUUU应选额定电压为600 V以上的
25、晶闸管。49第 10章晶闸管及其应用电路 流过晶闸管的平均电流为 OVII(10.5a)额定电流为 IF(1.52)IV(10.5b)50第 10章晶闸管及其应用电路 例例 10.110.1 电路如图10.10（a）所示,u2为正弦交流电,其有效值U2=100V,RL=10,控制角的调节范围为30180,试求:(1)输出电压的调节范围;(2)晶闸管两端的最大反向电压;(3)流过晶闸管的最大平均电流。51第 10章晶闸管及其应用电路 解解(1)=30时,V42230cos110045.02cos145.02OUU=180时,UO=0 V 所以,输出电压的调节范围为042 V。52第 10章晶闸管
26、及其应用电路(2)V4.14122RMUU(3)A2.4A2.4A1042OVLOOIIRUI半波整流电路主要优点是电路简单,所使用的元、器件少,缺点是输出电压低,脉动大,变压器利用率低,因此除了在要求不高、负载电流较小的场合下应用外,很少采用。53第 10章晶闸管及其应用电路 10.2.2 10.2.2 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路1 1 阻性负载阻性负载1）电路组成将二极管桥式整流电路中的两个二极管用两个晶闸管替换,就构成了半控桥式整流电路,如图10.11(a)所示。2）工作原理设,电路各点的波形如图10.11(b)所示。tUusin22254第 10章晶闸管及其应用电路 图
27、10.11 单相半控桥式整流电路及波形 55第 10章晶闸管及其应用电路 在u2的正半周,a端为正,b端为负时,V1和V4承受正向电压在t=时刻触发晶闸管V1，使之导通,其电流回路为:电源a端V1RLV4电源b端。若忽略V1、V4的正向压降,输出电压uO与u2相等,极性为上正下负,这时V2、V3均承受反向电压而阻断。电源电压u2过零时,V1阻断,电流为零。56第 10章晶闸管及其应用电路 在u2的负半周,a点为负,b点为正,V2和V3承受正向电压,当t=+时触发V2,使之导通,其电流回路为:电源b端V2RLV3电源a端,负载电压大小和极性与u2在正半周时相同,这时V1和V4均承受反向电压而阻断
28、。当u2由负值过零时,V3阻断,电流为零。在u2的第二个周期内,电路将重复第一个周期的变化。如此重复下去,以至无穷。57第 10章晶闸管及其应用电路 3）输出电压和电流由图10.11(b)可见,半控桥式与半波可控整流电路相比,其输出电压的平均值要大 1 倍,即 2cos19.02OUU(10.6)输出电流的平均值为 LOORUI(10.7)58第 10章晶闸管及其应用电路 4）晶闸管上的电压和电流由工作原理分析可知,晶闸管和二极管承受的最高反向工作电压以及晶闸管可能承受的最大正向电压均等于电源电压的最大值,即 2RM2VM22UUUU(10.8)(10.9)流过每个晶闸管和二极管电流的平均值等
29、于负载电流的一半,即 OV21II（10.10）59第 10章晶闸管及其应用电路 2 2 感性负载感性负载在以上讨论的电路中,负载都是纯电阻性的,但实际上有些负载（如电机绕组）呈电感性。由于感性负载上电流的变化落后于电压的变化，这就有可能在电源正半周结束时,阳极电流仍大于维持电流,使晶闸管不能及时关断。现以单相半控桥式整流电路为例,讨论感性负载对整流电路的影响。60第 10章晶闸管及其应用电路 1）感性负载半控桥式整流电路图10.12(a)是具有电感性负载的单相桥式半控整流电路。如前所述,在纯电阻负载的情况下,负载中的电流是断续的,当输入电压u2为零时,负载中的电流也减小为零,如图10.0(b
30、)所示。但对于感性负载,情况就会发生变化。在u2的正半周内,由于ug1的触发作用,晶闸管V1与二极管V4同时导通。此时L的作用表现在减小晶闸管V1导通电流ia1的变化,如图10.12(b)iO-t波形中的12段,波形幅度减小,比较平坦。61第 10章晶闸管及其应用电路 图10.12 电感性负载半控桥式整流电路及波形 62第 10章晶闸管及其应用电路 u2由正变负过零时,u2=0,ia1原要减小为零,但由于L两端要产生感应电动势,以阻止ia1的减小,故ia1并不为0。事实上,这时感应电动势的极性为下“正”上“负”,它加在二极管V3、V1 和R串联的电路两端,并使二极管V3的阳极具有正电位,晶闸管
31、V1的阴极具有负电位,故晶闸管V1继续导通,电流路径是:L下“正”R 二极管V3 晶闸管V1 L上“负”必须强调,在这种情况下,二极管V3代替了V4,并和晶闸管V1一起组成导通电路。因此,ia1继续流过负载,波形如图10.12(b)中iO波形的23段所示。63第 10章晶闸管及其应用电路 在u2负半周,ug2接入,使得晶闸管V2触发导通,晶闸管V1才因承受反向电压而关断。于是负载电流转换成为晶闸管V2的导通电流ia2,以后的过程与前相似。由图10.1(b)可以看出,二极管在电源电压过零时换相,晶闸管在触发时换相,输出电流是连续不断的,出现晶闸管在感性负载时的导通时间比阻性负载时的导通时间长的状
32、态,对于这种情况,一般来说,整流器仍能正常工作,但输出电压从零开始则不易调整,对控制角有严格限制的整流器也不易调整。64第 10章晶闸管及其应用电路 2）加有续流二极管的半控桥式整流电路由以上分析可知,产生失控现象的原因是流过晶闸管的电流ia1（或ia2）减小时,L两端产生下正上负的感应电动势。因此,要消除失控现象,就必须设法减小感应电动势。克服的方法是在整个负载上并联一个二极管V5,它的正极接在感性负载的下端,负极接在其上端,如图10.1所示。一旦流过V1的电流ia1减小,致使L产生下正上负电动势时,二极管V5立即导通,将V1与V3串联电路短接,使晶闸管V1的阳极电压降为零,于是V1立即关断
33、,由于V5为感性负载提供了一个放电回路,因而避免了感性负载的持续电流通过晶闸管,故V5称为续流二极管。65第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.13 有续流二极管的感性负载半控桥式整流电路 66第 10章晶闸管及其应用电路 加续流二极管后,其感性负载的输出电压uO的波形与纯电阻负载时相同,计算公式也一样,但负载电流的波形不同了。因电感阻碍电流变化的作用,使流过负载的电流不但可以连续,而且基本上维持不变;电感越大,电流iO的波形越接近于一条水平线。必须注意,续流二极管的极性不能接错,否则会造成短路等。67第 10章晶闸管及其应用电路 思考题思考题 1.什么是控制角？什么是导通角？控制角的范围有
34、多大？2.感性负载对整流电路有什么影响？3.续流二极管的作用是什么？在电路中如何连接续流二极管？68第 10章晶闸管及其应用电路 10.3 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 10.3.1 10.3.1 单结晶体管的结构及其性能单结晶体管的结构及其性能1 1 外形及符号外形及符号图10.14(a)所示为单结晶体管的外形图。可以看出,它有三个电极,但不是三极管,而是具有三个电极的二极管,管内只有一个PN结,所以称之为单结晶体管。三个电极中,一个是发射极,两个是基极,所以也称为双基极二极管。双基极二极管的电路符号如图10.14(b)所示,文字符号用V表示。其中,有箭头的表示发射极e；箭头所指方向
35、对应的基极为第一基极b1,表示经PN结的电流只流向b1极;第二基极用b2表示。69第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.14 单结管的外形、符号图 70第 10章晶闸管及其应用电路 2 2 单结管的结构单结管的结构单结晶体管的结构如图10.15(a)所示,它是在一块电阻率比较高的N型硅片两头制作两个接触电极,分别叫第一基极b1和第二基极b2。在靠近第二基极b2的一侧中间,用合金或扩散法掺入P型杂质,形成一个PN结,引出电极,称为发射极e。单结管的等效电路如图10.15(b)所示。发射极对基极呈现出PN结,同时两个基极b1与b2之间呈电阻性,称基极电阻,Rbb=Rb1+Rb2,阻值范围为312
36、k之间,具有正的温度系数,其中Rb1为b1与e间的电阻,阻值随发射极电流iE而变化,Rb2为b2与e间的电阻,阻值维持不变。71第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.15 单结管结构及等效电路 72第 10章晶闸管及其应用电路 3 3 单结管的伏安特性单结管的伏安特性用实验方法可以得出单结管的伏安特性,如图10.16所示。在图10.16(a)中,两个基极b1与b2之间加一个电压UBB(b1接负,b2接正),则此电压在b1a与b2a之间按一定比例分配,b1a之间电压用UA表示为 BBBB2b1b1bAUURRRU式中 2b1b1bRRR叫分压比，不同的单结管有不同的分压比,其数值与管子的几何形
37、状有关,约在0.30.9之间,它是单结管的重要参数。73第 10章晶闸管及其应用电路 再在发射极e与基极b1间加一个电压UEE,将可调直流电源 UEE通过限流电阻Re接到e和b1之间,当外加电压uEB1uA+UJ时,PN结正偏,iE猛增,Rb1急剧下降,下降,uA也下降,PN结正偏电压增加,iE更大。这一正反馈过程使uEB1反而减小,呈现负阻效应,如图10.16(b)中的PV段曲线。这一段伏安特性称之为负阻区;P点处的电压UP称为峰点电压,相对应的电流称之为峰点电流,峰点电压是单结管的一个很重要的参数,它表示单结管未导通前最大发射极电压,当uEB1稍大于UP或者近似等于UP时,单结管电流增加,
38、电阻下降,呈现负阻特性,所以习惯上认为达到峰点电压UP时,单结管就导通,峰点电压UP为:UP=UBB+UJ,UJ为单结管正向压降。76第 10章晶闸管及其应用电路 当uE降低到谷点以后,iE增加,uE也有所增加,器件进入饱和区,如图 10.16(b)所示的VB段曲线。其动态电阻为正值。负阻区与饱和区的分界点V称为谷点，该点的电压称为谷点电压UV。谷点电压UV是单结管导通的最小发射极电压,在uEB10),则晶闸管被触发导通,电流方向是从T2流向T1;第三象限的曲线表明,T1极的电压高于T2极电压,我们称为反向电压,用U12表示。若控制极加负极性触发信号(IG0),则晶闸管也被触发,电流方向是从T
39、1流向T2。由此可见,双向晶闸管只用一个控制极,就可以控制它的正向导通和反向导通了。对于双向晶闸管，不管其控制极电压极性如何,它都可能被触发导通,这个特点是单向晶闸管所没有的。98第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.24 双向晶闸管的伏安特性 99第 10章晶闸管及其应用电路 2 2 用万用表检测双向晶闸管电极与触发能力用万用表检测双向晶闸管电极与触发能力1）判定T2极由图10.23(a)可见,G极与T1极靠近,距T2极较远。因此,G、T1极之间的正、反向电阻很小。在用R1挡测任意两脚之间的电阻时,只有G、T1极之间显现低阻,正、反电阻仅为几十欧。而T2、G极和T2、T1极之间的正、反向电
40、阻均为无穷大。这表明,如果测出某脚和其它两脚都不通,这肯定是T2极。100第 10章晶闸管及其应用电路 2）区分G极与T1极(1)找出T2极之后,首先假定剩下两脚中某一脚为T1极,另一脚为G极。3)测试触发能力 (1)把黑表笔接T1极,红表笔接T2极,电阻为无穷大。接着用红表笔尖把T2极与G极短路并给G极加上负触发信号,电阻值应为10 左右(见图10.25(a),证明管子已经导通,导通方向为T1 T2。再将红表笔尖与G极脱开（但仍接T2极）,如果临时性阻值保持不变,这表明管子在触发之后能维持导通状态(见图10.25(b)。101第 10章晶闸管及其应用电路 图10.25 区分G极和T1极的方法
41、 102第 10章晶闸管及其应用电路(2)把红表笔接T1极,黑表笔接T2极,然后使T2极与G极短路,给G极加上正触发信号,电阻值仍为10 左右,与G极脱开后若阻值不变,则说明管子经触发后,在T2 T1方向上也能维持导通状态,因此具有双向触发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符,需重新作出假定,重复以上测量。显然,在识别G、T1极的过程中,也就检查了双向晶闸管的触发能力。103第 10章晶闸管及其应用电路 10.4.2 10.4.2 触发二极管触发二极管触发二极管是双向触发二极管的简称，亦称二端交流器件，它与双向晶闸管同时问世。它结构简单，价格低廉，常用来触发双向晶闸管，构成过电压保
42、护电路、定时器等。104第 10章晶闸管及其应用电路 双向触发二极管如图10.26所示。图（a）是实物图，图（b）是内部结构图。可以看出，双向触发二极管是由NPN三层半导体构成的，且两端具有对称性。图（c）是双向触发二极管的电路符号，文字符号用V表示。图（d）是伏安特性，可以看出，它的正、反向伏安特性与双向晶闸管的相似，由于没有控制极，所以工作在图10.24中IG=0的那条特性曲线上。当器件两端的电压u小于正向转折电压UBO时，呈高阻态；当uUBO时，管子进入负阻区，当u超过反向转折电压UBR时，管子也能进入负阻区。双向触发二极管的耐压值UBO大致分为三个等级：2060 V、100150 V、
43、200250 V。105第 10章晶闸管及其应用电路 图10.26 双向触发二极管 106第 10章晶闸管及其应用电路 10.4.3 10.4.3 交流调光台灯的应用电路交流调光台灯的应用电路图10.27是调光台灯的应用电路,图10.28为它的工作波形图。下面分析电路的工作原理。图 10.27 调光台灯应用电路 107第 10章晶闸管及其应用电路 图 10.28 双向晶闸管交流调压波形图 108第 10章晶闸管及其应用电路 触发电路由两节RC移相网络及双向二极管V2组成。当电源电压u为上正下负时,电源电压通过RP和R1向C1充电,当电容C1上的电压达到双向二极管V2的正向转折电压时,V2突然转
44、折导通,给双向晶闸管的控制极一个正向触发脉冲uG,V1由T2极向T1极方向导通,负载RL上得到相应的正半波交流电压(见图10.28(c)。在电源电压过零瞬间,晶闸管电流小于维持电流IH而自动关断。当电源电压u为上负下正时,电源对C1反向充电,C1上的电压为下正上负,当C1上的电压达到双向二极管V1的反向转折电压时,V1导通,给双向晶闸管的控制极一个反向触发脉冲uG,晶闸管由T1极向T2极方向导通,负载RL上得到相应的负半波交流电压。109第 10章晶闸管及其应用电路 通过改变可变电阻RP的阻值,达到改变电容C1充电的时间常数的目的,也就改变了触发脉冲出现的时刻,使双向晶闸管的导通角(图10.2
45、8(c)受到控制,达到交流调压的目的。在图10.27 中,还设置了R2C2移相网络,它与RP、R1、C1一起构成两节移相网络,这样移相范围可接近180,使负载电压可从零伏开始调起,即灯光可从全暗逐渐调亮。110第 10章晶闸管及其应用电路 思思 考考 题题 1 双向晶闸管与单向晶闸管的工作特性有什么不同？2 怎样用万用表区分双向晶闸管的电极？3 双向晶闸管主要有哪些应用？4 试说明调光台灯的电路组成及工作原理。5 双向触发二极管与双向晶闸管有什么不同？111第 10章晶闸管及其应用电路 本本 章章 小小 结结(1)晶闸管是一种大功率半导体器件,也是一种可控整流元件,既具有二极管的单向导电的整流
46、作用,又具有可控的开关作用,具有弱电控制强电的特点。(2)单向晶闸管的工作条件是:阳极与阴极之间加正向电压,控制极与阴极之间加正向控制电压。单向晶闸管导通后,控制极就失去作用。要使单向晶闸管关断,必须使阳极电流小于维持电流IH。112第 10章晶闸管及其应用电路(3)将二极管整流电路中的二极管用单向晶闸管替换,就组成了可控整流电路,它具有输出电流大、反向耐压高、输出电压可调等优点。通过触发脉冲的移相,可调节输出电压的大小,对于感性负载,为防止感应电动势引起的输出电压的下降及单向晶闸管不能及时关断等问题,须在感性负载两端并联续流二极管。(4)单结晶体管的基本特性是负阻特性,利用该特性可以组成张弛
47、振荡器,为单向晶闸管提供触发脉冲。113第 10章晶闸管及其应用电路(5)双向晶闸管具有对称的正反向伏安特性,不管它的控制极电压极性如何,它都可能被触发导通,是理想的交流开关器件。（6）双向触发二极管具有双向负阻特性，可以为双向晶闸管提供双向的触发脉冲。114第 10章晶闸管及其应用电路 习习 题题 10.1 在图10.10(a)所示的单相半波可控整流电路中,U2=100 V,RL=10,控制角=60,试求:（1）输出电压的平均值;（2）晶闸管两端的最高反向工作电压;（3）流过晶闸管的平均电流。115第 10章晶闸管及其应用电路 10.2 在图10.13 所示的有续流二极管的感性负载半控整流电
48、路中,设输入电压为正弦交流电,控制角约为30,试:（1）画出输出电压波形图;（2）画出输出电流波形图;（3）写出输出电压平均值的表达式。116第 10章晶闸管及其应用电路 10.3 某电热设备(电阻性负载),要求直流电压Uo=75 V,电流为7.5 A,采用单相半波可控整流电路,直接由220 V交流电网供电,试:（1）画出主电路图;（2）计算导通角;（3）画出有关电压、电流的波形图。117第 10章晶闸管及其应用电路 10.4 负载同上题,主电路改为单相桥式可控整流电路,试计算晶闸管的导通角,画出有关电压、电流波形。10.5 图示电路为多音调门铃电路,它能发出多种不同声音的信号,可以安装在家中前后门上,有客来时,只要根据不同的音调,就可知道客人在哪个门口。请分析该电路的工作原理,并实际安装试试。118第 10章晶闸管及其应用电路 题 10.5 图 119第 10章晶闸管及其应用电路 10.6 型号为BT33的单结晶体管,各字母表示的意义是什么？10.7 如何用万用表判别某三引脚的管子是单结晶体管还是双极型三极管？
