电子技术

电子技术 模拟电路部分第十章晶闸管及其应用

10.1 晶闸管工作原理 10.2 晶闸管特性与参数 10.3 可控整流电路 10.4 触发电路 10.5 单结管触发的可控整流电路 10.6 晶闸管的其它应用 10.7 晶闸管的保护及其它类型

晶闸管（Thyristor） 别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域： • 整流（交流  直流） • 逆变（直流  交流） • 斩波（直流  直流） • 变频（交流  交流）此外还可作无触点开关等。

A（阳极） 三个 P1 四层半导体 PN N1 结 P2 G（控制极） N2 K（阴极） 10.1 工作原理 1. 结构 PNPN四层半导体结构

A A A 阳极 P P1 N N G G 控制极 N1 G P P K P2 N 阴极 N2 K K 2. 工作原理符号

A P A RL ßßig N N T2 UAK G P P G ß ig T1 ig UGK N K K 等效为由二个三极管组成 T1、T2都导通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然导通

A RL T2 A UAK ßßig G T1 G UGK ß K K ig ig 可控硅导通的条件：（1）阳极A加正电压（2）控制极G加正的触发电压可控硅截止的条件： (1)阳极A加反向电压，或不加触发信号（即UGK= 0 ）。 (2)可控硅正向导通后，若令其关断，必须减小UAK（或使UAK反向），使可控硅中电流小于某一最小电流IH（ IH称为维持电流）

晶闸管的工作原理小结 （1）晶闸管具有单向导电性。正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加正的触发信号。（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。若使其关断，必须降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。

I 截止导通 IF 反向击穿电压 URSM IH U UDSM 正向转折电压 I -- 阳极电流 U -- 阳极、阴极间的电压 10.2 特性与参数 1. 特性导通后管压降约1V 额定正向平均电流有IG时 IG=0时维持电流反向正向

正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U = UDSM（正向转折电压）时，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于 UDSM。反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当 U = URSM（反向击穿电压）时，反向击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。

I IF URSM IH 额定正向平均电流反向击穿电压 U UDSM 正向转折电压 UDRM 2. 主要参数 (1) UDRM：正向阻断电压晶闸管耐压值。一般取 UDRM= 80% UDSM（正向转折电压）。普通晶闸管UDRM为 100V---3000V

I IF URSM IH 额定正向平均电流反向击穿电压 U UDSM 正向转折电压 UDRM URRM (2) URRM：反向峰值电压控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM = 80% URSM（反向击穿电压）。普通晶闸管URRM为100V--3000V）

I IF URSM IH 额定正向平均电流反向击穿电压 U UDSM 正向转折电压 UDRM URRM (3) IF：额定正向平均电流：通用系列为： 1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。

uG G A K uT u1 uL u2 RL 10.3 可控整流电路 1. 单相半波可控整流电路 (1) 电路及工作原理

uG G A K u2 uT u1 uL u2 RL t uG t uL t uT t    ：控制角  ：导通角 (2) 工作波形(设u1为正弦波) u2 > 0 时，加上触发电压 uG，晶闸管导通。且 uL的大小随 uG加入的早晚而变化；u2 < 0 时，晶闸管不通，uL = 0 。故称可控整流。

p 1 ò = w U u d t L L p 2 a p 1 ò = w w 2 U sin td t 2 p 2 a uL U = L I  t  2  L R L (3) 输出电压及电流的平均值

UDRM= uT 2 U 2 t 承受的最高反向电压:

G uL K A uT R – u1 u2 L D + 电感性负载（如直流电动机的激磁线圈）电路及工作原理 u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，电感产生反电动势。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，失去单向导电作用。解决办法：加续流二极管D,加入D的目的就是消除反电动势的影响，使晶闸管在u2过零时关断

uG A uL + T2 T1 u2 RL - D1 D2 B T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --二极管 2. 单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路 (1) 电路及工作原理 • u2 > 0的导通路径： u2(A) T1 RL u2(B) D2 T1、D2导通， T2、D1截止

uG A uL - T2 T1 u2 RL + D1 D2 B T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管 • u2 < 0的导通路径： u2 (B) T2 RL u2 (A) D1 T2、D1导通， T1、D2截止

u2 t uG A t uL + T2 T1 uL  u2  RL - t D1 D2 B uT1 t (2) 工作波形

uL  t  2  p 1 ò = w U u d ( t ) L L p a p 1 ò = w w 2 U sin td ( t ) 2 p a U = L I L R L (3) 输出电压及电流的平均值

A uL + T2 T1 u2 RL UL - D1 D2 B 2 U UDRM= 2 U = L I 承受的最高反向电压: L R =311V L 例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15~180，求输出电压平均值Uo的调节范围，以及可控硅（包括二极管）的电流平均值的最大值和承受的最大反向电压。 =191V， =15 =0V， =180 =191/3=64A

R T2 T1 uL D L u2 D1 D2 二、电感性负载桥式可控整流电路该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似。

电路一： T D2 D1 uL RL u2 D3 D4 两种常用可控整流电路的特点 1. 该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。电路特点 2. 晶闸管和负载上的电流相同。

电路二： T1 D1 R uL u2 L T2 D2 1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2便起续流二极管作用。电路特点 2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。

结构等效电路 B2 B2 （第二基极）（发射极） RB2 N E E P RB1 B1 B1 （第一基极）管内基极体电阻 PN结 10.4 触发电路 1. 单结晶体管工作原理

B2 RB2 E uE UBB A iE RB1 B1  UP -- 峰点电压 UF -- PN结正向导通压降工作原理：当uE < UP = UA+UF时 PN结反偏，iE很小；当 uEUP 时 PN结正向导通, iE迅速增加。  -- 分压比 (0.35 ~ 0.75)

iE uE B2 RB2 E UBB A IV iE RB1 uE B1 UP UV UP--峰点电压 UV、IV --谷点电压、电流（单结管由截止变导通所需发射极电压。）（维持单结管导通的最小电压、电流。） 2. 单结晶体管的特性和参数 uE<UV 时单结管截止 uE>UP 时单结管导通

单结晶体管符号 B2 N E P B1 单结晶体管符号

uC uP R2 R uv t B2 E U B1 uo C uO uC R1 t 3. 单结晶体管振荡电路 (1) 电路组成振荡波形

R2 R B2 E U B1 C IR1 uO uC R1 (2)振荡过程分析 (a) uE = uC <UP时，单结管不导通，uo 0。此时R1上的电流很小，其值为： R1、R2是外加的，不同于内部的RB1、RB2。前者一般取几十欧~几百欧； RB1+RB2 一般为2~15千欧。

uC UP R2 R UV t E U uo t C uO uC R1 (b) 随电容的充电，uC逐渐升高。当uC UP时，单结管导通。然后电容放电，R1上便得到一个脉冲电压。 UP、UV--峰点、谷点电压 R2起温度补偿作用 (c) 电容放电至 uc uv时，单结管重新关断，使uo0。

a c R R2 RP d e DZ u2 R1 C uc b u1 uL RL T2 T1 u3 D1 D2 10.5 单结管触发的可控整流电路一、电路触发电路主电路

u2 a c R uab 整流 UZ DZ u2 UZ ucb 削波 b UZ 二、波形关系整流稳压电路部分

ucb 削波 UZ c R2 udb RP 电容充、放电 UZ d UP e DZ UV C uc R1 b ueb 触发脉冲 UP-UD     单结晶体管电路部分

u3 ueb e b ueb 触发脉冲 RL T2 T1 u3     uL 输出电压 D1 uL D2 可控硅桥式整流电路部分

a c R R2 RP d e DZ u2 R1 C uc b u1 uL RL T2 T1 u3 D1 D2 问题讨论 1. 单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？

a c R R2 RP d e DZ u2 R1 C uc b u1 uL RL T2 T1 u3 D1 D2 2. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？

ueb 触发脉冲   2  3. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？其移相范围（即控制角 的变化范围）有多大？

a c R R2 RP d e DZ u2 R1 C uc b u1 uL RL T2 T1 u3 D1 D2 4. 输出电压如何调节，其大小如何计算？

u2 udb uab 整流 ueb ucb  削波   u3 UZ uL 1. 单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？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个触发脉冲出现的时刻相同（即 角一样），以使输出平均电压不变。

c R2 udb RP ueb UZ d UP e DZ UV C uc R1 b     2. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作用是：将整流后的电压变成梯形（即削波），使单结管两端电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化的影响。

3. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？其移相范围（即控制角 的变化范围）有多大？根据单结管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有一个触发脉冲起作用。

ude t  a c R R2 RP d e DZ u2 R1 C uc b 触发脉冲移相范围的计算 f—电源电压的频率

uL UL 4. 输出电压如何调节，其大小如何计算？电压的调节电容充电速度变慢 RP  电压的计算

UCC J 1 2 12 T3 D1 3 11 开锁继电器 4 10 T2 9 5 T1 D2 8 6 7 R 按钮 S 10.6 晶闸管的其他应用拨盘式密码锁控制电路拨盘

工作原理 UCC J 1. 开锁时晶闸管工作情况根据晶闸管的特性分析可知，开锁时三个晶闸管的工作顺序应该是：T1–T2–T3。否则T3或T2将因阳极和阴极间加不上电压而不导通，继电器线圈不通电，锁打不开。 T3 D1 T2 D2 T1 T1导通时的路径 T1导通时的路径如图中虚线，此时发光管D2导通，给出指示信号。

UCC J 1 2 12 T3 D1 3 11 4 10 T2 9 5 T1 D2 8 6 7 R 锁打开 S 2. 开锁过程根据开锁时三只晶闸管导通顺序的要求以及图中连线，可知开锁过程如下：拨盘拨至7 按下S T1导通按下S T2导通拨盘拨至10 按下S 拨盘拨至2 T3导通

结论  此密码锁的开锁密码是： 7--10--2  改换密码号的办法：变更拨盘和晶闸管控制极的连线。

电子技术

电子技术

Presentation Transcript