模拟电子技术第二配套PPT学习教案

1、会计学1 模拟电子技术第二配套模拟电子技术第二配套 (10-2) 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） 变频（交流 交流） 斩波（直流 直流） 此外还可作无触点开关等。 晶闸管（Thyristor） 第1页/共91页 (10-3) 10.1.1 结构 A（阳极） P1 P2 N1 三 个 PN 结 N2 四 层 半 导 体

2、 K（阴极） G（控制极） 第2页/共91页 (10-4) 符 号 A K G G K P1 P2 N1 N2 A P P N N N P A G K 10.1.2 工作原理 示意图 第3页/共91页 (10-5) A P P N N N P G K ig ig ig K A G T1 T2 由二个三极管组成的电路等效 第4页/共91页 (10-6) G 1.若只加UAK正向电压，控制极不加触发电压，两三极管均不能导通，即晶闸管不通。 导通过程 2.当UAK 0且UGK0 时，晶闸管迅速导通。 UGK开始加入时， T1首先导通， ib1 = ig、 iC1 = ib1 ； 然后T2导通， ib

3、2= iC1 = ib1、 ic2 = ib2 = ib1，此后T1进一步导通， 形成正反馈，A、k两极间迅速导通。 K A T1 T2 i b1 ic2 i c1 i g i b2 第5页/共91页 (10-7) 3.晶闸管导通后，去掉电压UGK，依靠正反馈， 晶闸管仍维持导通状态； 4.晶闸管截止的条件： 晶闸管的A、K两极间加反向电压，或开始工作时就不加触发信号（即令UGK = 0 ），晶闸管则不能导通； （1） （2） 晶闸管正向导通后，欲令其截止，必须 减小UAK，或加大回路电阻，致使晶闸管中的电流减小到维持电流（IH）以下，正反馈失效，晶闸管截止。 第6页/共91页 (10-8)

4、（1）晶闸管具有单向导电性。 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。 正向导通条件：A、K间加正向电 压，G、K间加触发信号。 晶闸管的工作原理小结 （2）晶闸管一旦导通，控制极失去作用。 第7页/共91页 (10-9) 10.2.1 特性 U I URRM IH UDRM IF IG1=0A IG2IG3 IG3IG2IG1 正向反向 U - 阳极、阴极间的电压 I - 阳极电流 URSM 反向击穿电压 导通后管压降约 1V 额定正 向平均 电流 维持电 流 UDSM 正向转折电压 断态重复峰值电压 第8页/共91页 (10-10) 正向特性： 在阳

5、极和阴极间加正向电压。 UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向 转折电压。 随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。 当U = UDSM 时，PN结N1P2反向极击穿 ，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应小于UDSM 。 A P1 P2 N1 N2 K G 控制极开路时： PN结P1N1、P2N2正向偏 置，N1P2反向偏置，晶闸管截止。 若在G和K间加正向电压：UGK 越大，则UDSM 越小。 UGK 足够大时，正向特性与二极管的正向特性类似。 第9页/共91页 (10-11) 随反向电压的增加，反向漏电流 稍有增加，当 U = URSM 时，反 向极击穿。正常工作时，反向电 压必须小于URS

6、M。 A P1 P2 N1 N2 K G 反向特性： 在阳极和阴极间加反向电压。 这时PN结P1N1、P2N2 反向偏置， N1P2正向偏置，晶闸管截止。 URSM ：反向不重复峰值电压。 第10页/共91页 (10-12) 1. UDRM：断态重复峰值电压 晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM 。 普通晶闸管UDRM 为 100V-3000V 10.2.2 主要参数 U I IH UDSM 正向转折 电压 URSM UDRM 第11页/共91页 (10-13) 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。普通晶闸管URRM为100

7、V-3000V） 2. URRM：反向重复峰值电压 U I IH UDSM URSM 反向击穿电 压 URRM UDRM 第12页/共91页 (10-14) ITAV含义 i t 2 ITAV )(dsin 2 1 0 m mTAV I ttII 3. ITAV：通态平均电流 环境温度为40。C时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为1A-1000A。） 第13页/共91页 (10-15) 额定通态平均电流即正向平均电流（IF）。 通用系列为： 1、5、10、20、30、50、100、200、300、400 5

8、00、600、800、1000A 等14种规格。 U I IH IF 额定 正向 平均 电流 UDSM 正向转折 电压 URSM 反向击穿电 压 UDRM URRM 第14页/共91页 (10-16) 4. UTAV ：通态平均电压 6. UG、IG：控制极触发电压和电流 管压降。在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。 5. IH：最小维持电流 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小电流。一般为几十到一百多毫安。 在室温下， 阳极电压为直流 6V 时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般UG为

9、15V，IG 为几十到几百毫安。 第15页/共91页 (10-17) 晶闸管型号 通态平均电压（UAVT） 额定电压级别（UDRM） 额定通态平均电流 （ITAV） 晶闸管类型 P-普通晶闸管 K-快速晶闸管 S -双向晶闸管 晶闸管 K 第16页/共91页 (10-18) 晶闸管电压、电流级别： 额定通态电流（ITAV）通用系列为 1、5、10、20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。 额定电压（UDRM）通用系列为： 1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的 每200V 为一级。 通态平均电压（UTAV）等级一般

10、用 A I字母表示： 由 0.4 1. 2V每 0.1V 为一级。 第17页/共91页 (10-19) 10.3.1 单相半波可控整流电路 一、电阻性负载 1. 电路及工作原理 u1 u2 uT uL A G K RL uG 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 R 时， ILAV 在整个周期中可近似看做直流。 第33页/共91页 (10-35) 4. 晶闸管的选择 晶闸管电压 （1.5 2）U2M 晶闸管电流 （1.5） 57. 1 T I (2) 晶闸管中的电流 0 2 d 2 1 tII LAVT LAV I 360 有效值

11、: 平均值: LAVTAV II 360 第34页/共91页 (10-36) 10.3.2 单相全波可控整流电路 一、电阻性负载桥式可控整流电路 T1、T2 -晶闸管 D1、D2 -二极管 T1 T2 D1 D2 RL uL u2 A B + - uG 第35页/共91页 (10-37) u2 0时的导通路径 （UG加入后）： u2 (A) T1 RL D2 u2 (B) T1 T2 D1 D2 RL uL u2 A B + - 1. 电路及工作原理 uG 第36页/共91页 (10-38) T2 RL D1 u2 (A) u2 (B) u2 0时导通路径： T1 T2 D1 D2 RL uL

12、 u2 A B + - 第37页/共91页 (10-39) 2. 工作波形 t u2 t uG t uL t uT1 T1T2 D1D2 RL uL u2 A B + - 第38页/共91页 (10-40) 3. 输出电压及电流的平均值 2 )(d 1 tuU LAV 2 )(dsin2 1 ttU L LAV LAV R U I 2 cos1 9 .0 2 U 第39页/共91页 (10-41) 例：桥式可控整流电路中， U2=220V，RL=3,可控 硅控制角=15180， 求输出电压平均值UL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。 T1T2

13、 D1D2 RL uL u2 A B + - =191V， =15 =0V， =180 =191/3=64A 承受的最高反向电压: 2 cos1 9 . 0 2 UULAV L LAV LAV R U I V3112 2 UUDRM 第40页/共91页 (10-42) 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，请自行分析。 u2 T1 T2 D1 D2 D uL R L 第41页/共91页 (10-43) 两种常用可控整流电路的特点 电路 特点 1. 该电路只用一只晶闸管，且其 上无反向电压。 2. 晶闸管和负载上的电流相同。 电路

14、一： u2 T D2 D1 D4 uL RL D3 第42页/共91页 (10-44) T1 T2 D1 D2 u2 uL R L 电路 特点 1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。 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。 电路二： 第43页/共91页 (10-45) 思考 T1 T2 D1D2 R uL u2 E + 带反电动势负载的可控整流电路 1. 该电路的工作过程。 2. 画出uL、iL的工作波形。 第44页/共91页 (10-46) 10.4.1 单结晶体管工作原理 结构等效电路 E （发射极） B2 （第二基极） B1 （第

15、一基极） N P E B2 B1 RB2 RB1 管内基极 体电阻 PN结 第45页/共91页 (10-47) 工作原理： 当uE UA+UF = UP 时 PN结反偏，iE很小； 当 uE UP 时 PN结正向导通, iE迅速增加。 B2 E RB1 RB2 B1 A UBB iE - 分压比 (0.35 0.75) UP - 峰点电压 UF - PN结正向 导通压降 BB BB B BBA U RR R UU 21 1 第46页/共91页 (10-48) 10.4.2 单结晶体管的特性和参数 IE uE UV UP IV UV、IV -谷点电压、电流 （维持单结管导通的最小 电压、电流。）

16、 负阻区 UP- 峰点电压 （单结管由截止变导通 所需发射极电压。） uEUP 时单结管导通 第47页/共91页 (10-49) IE uE UV UP IV 负阻区 UEUP 后，大量空穴注入基区，管内基极体电阻RB1 0，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。 负阻区存在的原因： E B2 B1 RB2 RB1 第48页/共91页 (10-50) 单结管符号 E B2 B1 单结管重 要特点 1. UEUP 时单结管导通。 第49页/共91页 (10-51) 10.4.3 单结晶体管振荡电路 一、振荡过程分析 R R2 R1 C U uC uO E B1 B2 电路组成 振荡波形 uC t

17、 t uo UV UP 第50页/共91页 (10-52) 21BB RR U 2211 1 RRRR U I BB R 1. uE = uC UP 时，单结管不导通，uo 0。 IR1 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215千欧。 此时R1上的电流很小，其值为： R R2 R1 C E uC uO E B1 B2 第51页/共91页 (10-53) 2. 随电容的 充电，uC逐渐升高。当 uC UP 时，单结管导通， uo=UP-UF。然后电容通过R1放电，当放电至 uc UV 时，单结管重新关断，使 uo0。R1上便得到一

18、个脉冲电压。 R2起温度补偿作用 UP UV UP-UF UP、UV- 峰点、谷点电压 UF -PN结正向导通压降 E R2 R1 R C E uC uo uC t uo t 第52页/共91页 (10-54) uC t t uo UV UP VC Uu ) 0 ( *二、振荡周期与脉冲宽度的计算 T tw T振荡周期；tw 脉冲宽度。 设T1=T-tw uC上升阶段： RC t VVC UEUu e )( P V UE UE RCTln 1 t=T1时，uC=UP EuC)( RC 第53页/共91页 (10-55) P V UE UE RCTln 1 1 1 lnln 1 RC UE UE RCT P V 因为UV UT2时，控制极相对于T2 加正脉冲， 晶闸管正向 导通，电流 从T1流向T2 。UT2UT1时，控制极相对于T2