电子技术PPT电子课件教案-第17章 晶闸管及其应用.ppt

第17章 晶闸管及其应用,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,第 17 章 晶闸管及其应用,课堂讨论,下一章,上一章,17.3 单结晶体管触发电路,17.6 可关断晶闸管,17.4 晶闸管的应用,17.1 普通晶闸管,17.2 可控整流电路,17.5 双向晶闸管,返回主页,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.1 普通晶闸管,第17章 晶闸管及其应用,晶闸管是晶体闸流管的简称，它是具有 pnpn 四层结构的各种开关器件的总称 。 普通晶闸管是晶闸管家族中的一种，旧称为可 控硅，正式名称为反向阻断三端晶闸管。 晶闸管的特点 体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大。 晶闸管的应用领域 整流、逆变、变频、斩波。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,一、基本结构,晶闸管的结构示意图,17.1 普通晶闸管,晶闸管的简化结构示意图,图形符号,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,晶闸管,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,晶闸管,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,晶闸管,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,二、工作原理,17.1 普通晶闸管,1. 晶闸管的导通实验,结论 ua 0 时，若 ug0，晶闸管不导通。 ua 0 时，若 ug 0，晶闸管就导通。 晶闸管导通后，门极失去控制作用。 ua0 时，晶闸管截止。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 工作原理,(1) ug0 时 无论 ua0 或 ua0，晶闸管均截止。, ua , ug ,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,(2) ua 0，ug 0 时,ig ib1 t1 导通 ic1= ib2 t2 导通 ib1 = igic2 t1进一步导通 由于 ib1 ic2， 若使 ug 0 （ig = 0 ）， 管子会继续导通。,vt2,vt1,管子迅速导通。,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,(3) 晶闸管由导通转换为截止的条件,ua0 或 iaih（维持电流） 结论 晶闸管具有单向导电性（直流开关）。,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,正向转 折电压,三、伏安特性与参数,反向转 折电压, ,通态平均电流,正向重复 峰值电压 ( 80%ubo ),反向重复 峰值电压 ( 80%ubr ),通态平均电压,17.1 普通晶闸管,维持电流,1. 伏安特性,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 主要参数,17.2 可控整流电路,(1) 正向重复峰值电压ufrm ufrm = 80% ubo (2) 反向重复峰值电压 urrm urrm = 80% ubr (3) 额定电压 un 取 ufrm 与 urrm 中的较小者。 (4) 通态平均电压 ut （电流小于 100 a 的不标）,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.2 可控整流电路,(5) 通态平均电流（额定电流）it (6) 维持电流 ih (7) 掣住电流 il il = (2 4) ih (8) 门极参数 门极触发电压、门极触发电流。 (9) 动态参数,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,3. 晶闸管的型号,通态平均电压 （uf = 0.4 1.2 v）,额定电压级别 （ufrm 与urrm 中较小者）,额定正向平均电流 (a),p 普通晶闸管 k 快速晶闸管 s 双向晶闸管,晶闸管,晶闸管类型,17.1 普通晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.1 普通晶闸管,四、晶闸管的保护,晶闸管的主要弱点 承受过电压和过电流的能力很弱。 1. 晶闸管的过电压保护 主要保护方法：阻容保护和硒堆保护。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.1 普通晶闸管,2. 晶闸管的过电流保护,(1) 快速熔断器保护,注：快速熔断器还可以接在晶闸管电路的输出端 或输入端。 (2) 过电流继电器保护 (3) 过电流截止保护,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.2 可控整流电路,第17章 晶闸管及其应用,一、单相半波可控整流电路 1. 工作原理 (1) u2 的正半周时 ua0，vt 未导通。 当施加 ug 时，vt 导通。 (2) u2 的负半周时 ua0， vt 关断。, u1 , u2 , uo , ua , ug , u2 ,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 工作波形,17.2 可控整流电路,触发角,导通角,3. 数量关系,u2 = uauo,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系, uo ,二、单相半控桥式整流电路, u2 ,17.2 可控整流电路, u1 ,1. 工作原理 (1) u2 的正半周时 vt1 和 vd2 承受 正向电压。 当施加 ug 时， vt1 导通，vd2 导通。 (2) u2 的负半周时 vt1 关断，vd2 截止。, ug , u2 ,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系, uo ,二、单相半控桥式整流电路,17.2 可控整流电路, u1 ,1. 工作原理 (1) u2 的正半周时 vt1 和 vd2 承受 正向电压。 当施加 ug 时， vt1 导通，vd2 导通。 (2) u2 的负半周时 vt1 关断，vd2 截止。 vt2 和 vd1 承受正向电压。 当施加 ug 时， vt2 导通，vd1导通。, ug , u2 ,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 工作波形,17.2 可控整流电路,正半周： u2 = ua1uo 负半周： u2 =( ua2uo ) 3. 数量关系,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,三、单相全控桥式整流电路,17.2 可控整流电路,全控桥与半控桥的工作原理相似。 半控桥只能作整流电路，全控桥既能作整流电 路又能作逆变电路。 全控桥整流电路的控制灵敏度比半控桥整流电 路高。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.3 单结晶体管触发电路,第17章 晶闸管及其应用,一、单结晶体管的工作原理,结构示意图,发射极,第二基极,第一基极,等效电路,图形符号,pn 结,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,= ubb 分压比 。 调节 rp 使 ue 从 0 开始 ， 当 ue ubb 时， pn 结反偏； 当 ue ubbud 时， pn 结正向导通， ie 迅速增加， 管子导通。, ue ,峰点电压,17.3 单结晶体管触发电路, ue , ub1 ,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,二、单结晶体管的伏安特性,ue up 后， 大量空穴注入基区， rb1 ie ue 负阻特性,导通条件 ueup 。 截止条件 ueuv 。,17.3 单结晶体管触发电路,峰点电压,谷点电压,峰点电流,谷点电流,p,v,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,三、单结晶体管的主要参数,1. 分压比 一般 = 0.35 0.9 。 2. 峰点电流 ip 和峰点电压 up ip 是使管子导通的最小电流（微安数量级）。 峰点电压 up 的数值与外加电压有关。 3. 谷点电流 iv 和谷点电压 uv 谷点电流 iv 一般为毫安数量级。 谷点电压 uv 的数值与外加电压有关， 一般 uv = 2 5 v。,17.3 单结晶体管触发电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系, uc ,四、单结晶体管弛张振荡电路,1. 工作原理 (1) ue = uc up 时 管子截止，uo = 0。 (2) 电容充电阶段 uc ucup 时 管子导通电容放电。 (3) 电容放电阶段 电容放电 输出电压 uo uc uc = uv 时，ieiv 管子重新关断，uo = 0。,0.47f 50 , u , uo ,17.3 单结晶体管触发电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,2. 工作波形,17.3 单结晶体管触发电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,3. 弛张振荡电路的参数,(1) 脉冲宽度和幅度,设 u = 20 v， = 0.5，c = 0.11 f，r1 = 50 100 。 则 tw = 几十微秒，脉冲幅度为 7 8 v。 (2) 振荡周期,(3) 振荡条件,17.3 单结晶体管触发电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,主电路,控制电路, uo , u21 , u22 , ug , uz , uc ,例2,17.3 单结晶体管触发电路,五、单结晶体管同步振荡电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,稳压电路输出,电容电压,触发电路输出 (触发脉冲),工作波形,17.3 单结晶体管触发电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,思考题, 由单结晶体管同步振荡电路触发的可控整流 电路中，主电路和触发电路为什么接在同一 个变压器上？ 触发电路中，整流后为什么没有滤波而直接 接稳压管稳压电路？ 每半个周期的一系列触发脉冲中，每一个触 发脉冲均起作用吗？ 触发角 的变化范围有多大？ 注： 的变化范围称为移相范围。 整流电路的输出电压如何调节？,17.3 单结晶体管触发电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.4 晶闸管的应用,第17章 晶闸管及其应用,一、晶闸管直流调速系统,转速负反馈有静差 直流调速系统原理图,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.4 晶闸管的应用,二、晶闸管交流调压, ui , uo ,随着触发角的增大，灯光越来越暗。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,例17.1 图示电路为拨盘式密码锁的控制电 路，ka 是开锁继电器的线圈。分析工作原理， 说明其密码。,17.4 晶闸管的应用,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,分析：,17.4 晶闸管的应用,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,开锁过程, 拨盘拨至 8 按下 sb vt1 导通。 拨盘拨至 10 按下 sb vt2 导通。 拨盘拨至 1 按下 sb vt3 导通 线圈 ka 通电 锁打开。,拨盘,17.4 晶闸管的应用,结论 此密码锁的密码是： 8、10、1。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,思考题, 怎样更改密码 ？ 答：改换密码号的办法是变更拨盘和晶闸管 的连线。 怎样增加密码的位数？ 答：增加晶闸管的只数。 如果长时按下按钮而转动拨盘，该密码锁将 自动打开。怎样改进锁的结构，从而预防这 种不正当的开锁办法？ 答：将拨盘中的某几个点接地。,17.4 晶闸管的应用,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,密码锁的改进,17.4 晶闸管的应用,拨盘,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.5 双向晶闸管,第17章 晶闸管及其应用,一、双向晶闸管的基本结构 相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个 控制极。,结构 示意图,图形符号,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,二、双向晶闸管的伏安特性,17.5 双向晶闸管, u ,1. 伏安特性,2. 触发方式 (1) u0，ug0 (2) u0，ug0 (3) u0，ug0 (4) u0，ug0, ug ,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,三、双向晶闸管交流调压, ui , uo ,17.5 双向晶闸管,交流开关,1. 灯光调节,采用触发管触发的电路,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.5 双向晶闸管,2. 交流电动机的软起动,起动之初，晶闸管的触发角很大， 电动机的线电压很低。 起动过程中，逐渐减小触发角， 电动机的线电压逐渐升高。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.6 可关断晶闸管,第17章 晶闸管及其应用,图形符号,一、可关断晶闸管的特点 uak0 时，ugk0，管子被触发导通。 uak0 时，ugk0，管子被关断。 工作频率高，是一种理想的直流开关。,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,二、斩波电路,占空比,调节 uo 的方法 脉冲宽度调制 （pwm）。 脉冲频率调制 （pfm）。,ugk, ui , uo ,17.6 可关断晶闸管,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,课 堂 讨 论,第15章 直流稳压电源,17.1 可控整流电路中的整流元件是（ ）。 a. 二极管 b. 稳压管 c. 晶闸管,c,17.2 在可控整流电路中，如果增大控制角，其输 出电压的平均值将（ ） a. 减小 b. 增加 c. 不变,a,17.3 在单相半控桥式整流电路中，如果负载为纯 电阻，当控制角为 30o ，则导通角为（ ）。 a. 30o b. 150o c. 60o,b,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,17.4 由单结晶体管同步振荡电路触发的可控整流 电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？ 答： 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状态开始 充电，当控制信号的大小不变时，可以保证每半个周期 产生第一个脉冲的时刻相同，以使晶闸管的导通角和输 出电压平均值保持不变。 该整