中级电工培训(电子技术部分).ppt

一、 晶闸管概述,晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流电压，换句话说，它的功率放大倍数可以达到数十万倍以上。由于元件的功率增益可以做得很大，所以在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流直流、直流交流、交流交流、直流直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。,晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运用很敏感，实际运用时应该注意留有较大电压、电流余量，并应尽量解决好器件的散热问题。,根据结构及用途的不同，晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管等。,2 晶闸管,2.1 晶闸管结构、符号与外形,晶闸管的内部结构示意图和图形符号如图12-2所示。它由PNPN四层半导体构成，其间形成三个PN结，引出三个电极，分别为阳极a、阴极k和控制极g。,图12-1 晶闸管的外形图,图12-2 晶闸管的内部结构和符号,2.2 晶闸管的工作原理,为了说明晶闸管的工作原理，可将晶闸管等效地看成由PNP和NPN型两个三极管连接而成，每个三极管基极与另一个三极管的集电极相连，如图12-3所示，阳极a相当于PNP型三极管T2的发射极，阴极k相当于NPN型T1三极管的发射极。,图12-3 等效电路,按图12-4所示电路图连接，在晶闸管阳极a和阴极k之间加正向电压，同时在控制极g和阴极k之间也加正向电压时，则可使晶闸管导通。,控制极的作用只是使晶闸管触发导通，而导通后，控制极就失去了控制作用，所以控制极g又称做门极。,阳极电流IA减少到小于某一数值IH时，晶闸管就不能维持正反馈过程而变为关断，此时称为正向阻断，IH称为维持电流；如果在阳极和阴极之间加反向电压时，晶闸管亦不可导通，称为反向阻断。,图12-4 晶闸管的导通原理,晶闸管的导通条件为：,(1) 在阳极和阴极间加正向电压。,(2) 在控制极和阴极间加正向触发电压。,(3) 阳极电流不小于维持电流。,2.3 晶闸管的伏安特性及其主要参数,1. 晶闸管的伏安特性,(1) 正向特性,当U 0时对应的曲线称正向特性。由图12-5可看出，晶闸管的正向特性可分为阻断状态OA段和导通状态BC段两个部分。,(2) 反向特性,当U0时，对应的曲线称为反向特性晶闸管的反向特性与二极管相似，此时，晶闸管状态与控制极上是否加触发电压无关。,图12-5 晶闸管的伏安特性,2.3 晶闸管的伏安特性及其主要参数,2. 晶闸管的主要参数,(1) 正向重复峰值电压UDRM,(2) 反向重复峰值电压URRM,(3) 额定正向平均电流IF,(4) 维持电流IH,(5) 触发电压UGG和触发电流IG,2.4 晶闸管的型号,目前我国生产的晶闸管的型号有两种表示方法，即KP系列和3CT系列。,图12-6 KP系列参数表示方式,图12-7 3CT系列参数表示方式,2.5 普通型晶闸管质量粗测,1. 测量晶闸管内部的PN结,晶闸管内部有三个PN结，这三个PN结的好坏直接影响晶闸管的质量。所以使用前，应该先对这三个PN结进行测量，测量方法如图12-8所示。,图12-8 晶闸管的测量,2. 测量晶闸管的关断状态,控制极g和阴极k之间只有一个PN结，利用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。,晶闸管在反向连接时是不导通的，如果正向连接，但是没有控制电压，它也是不导通的。,3. 测量晶闸管的触发能力,图12-9 测量小功率晶闸管的触发能力,检查小功率晶闸管触发电路如图12-9所示。,-,3 单相桥式半控整流电路,可控整流电路是应用广泛的电能变换电路，其作用是将交流电变换成大小可调的直流电，作为直流用电设备的电源。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。当电路带有电阻性负载和电感性负载时，其工作情况是不同的。,电阻性负载,当单相桥式半控整流电路的负载为纯电阻时，称电阻性负载，其电路如图12-10(a) 所示。,图12-10 电阻性负载单相半控桥式整流电路及波形,(1)电路原理 当电源电压u2为正半周时，晶闸管T1和二极管D2上为正向电压作用。在t1时刻，控制极上加触发脉冲uG，使T1和D2导通，负载RL中流过输出电流io，形成输出整流电压uo。此时，晶闸管T2和二极管D1因承受反向电压而截止。在t2时刻，电源电压u2过零，使T1和D2关断。 当电源电压u2为负半周时，T2和D1上加正向电压。在t3时刻，控制极加触发脉冲，使T2和D1导通，在负载RL上有io和uo，直到t4时刻u2过零时关断。此时，T1和D2截止。电阻性负载半控整流电路的工作波形图如图12-10(b)所示。,(2) 电路的计算,输出电压的平均值:,(12-1),输出电流的平均值:,(12-2),晶闸管T和二极管D中流过的电流平均值:,(12-3),晶闸管所承受的最高正向电压和二极管所承受的 最高反向电压均为,二、 单结晶体管触发电路,要使晶闸管导通，除了加正向阳极电压外，还必须在控制极和阴极之间加触发电压。提供触发电压的电路称为触发电路。触发电路的种类很多，常用的有单结晶体管触发电路、阻容移相触发电路、集成触发电路以及晶体管触发电路等。本节重点介绍单结晶体管触发电路。,1.1 对触发电路的要求,(1) 应能提供足够大的触发功率。,(2) 触发脉冲应有足够的宽度。,(3) 为了保证触发时间准确，要求触发脉冲具有陡峭上升沿。,(4) 触发脉冲应与主电路的交流电源同步。,(5) 触发脉冲应能在足够宽的范围内平稳地移相。,1.2 单结晶体管的结构与特性,1. 单结晶体管的外形符号与结构,图12-12 N型单结晶体管,图12-12所示为单结晶体管的外形图。可以看出，它的外形与普通三极管相似，具有三个电极，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。,单结晶体管又叫双基极二极管，它的符号和外形见附图。 判断单结晶体管发射极E的方法是： 把万用表置于R*100挡或R*1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极， 当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。 单结晶体管B1和B2的判断方法是： 把万用表置于R*100挡或R*1K挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极， 两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。,应当说明的是，上述判别B1、B2的方法，不一定对所有的单结晶体管都适用，有个别管子的E-B1间的正向电阻值较小。 不过准确地判断哪极是B1，哪极是B2在实际使用中并不特别重要。 即使B1、B2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲的幅度（单结晶体管多作脉冲发生器使用）， 当发现输出的脉冲幅度偏小时，只要将原来假定的B1、B2对调过来就可以了。,2. 单结晶体管的伏安特性,图 (a)为测试单结晶体管伏安特性的试验电路。,图 (b)为单结晶体管的伏安特性曲线，可将其分为三个区域。,图12-13 单结晶体管的伏安特性曲线,结论：当单结晶体管的发射结电压UeUp时，管子导通；若导通后，UeUv时，管子又恢复到截止状态。,1.3 单结晶体管同步触发电路,振荡的电路的输出可作为触发脉冲，但必须使