晶闸管及其应用ppt课件

1、第第 9 章晶闸管及其运用章晶闸管及其运用本章学习目的本章学习目的9.1晶闸管简介晶闸管简介9.2可控整流电路可控整流电路9.3晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路9.4晶闸管的维护和防失控措施晶闸管的维护和防失控措施本章小结本章小结本章学习目的本章学习目的熟习晶闸管的任务特性，了解其主要参数的含义。熟习晶闸管的任务特性，了解其主要参数的含义。掌握单相可控整流电路的组成方式，了解电阻性负载掌握单相可控整流电路的组成方式，了解电阻性负载可控整流电路的任务原理。可控整流电路的任务原理。了解单结晶体管的任务特性、电路符号，了解单结晶了解单结晶体管的任务特性、电路符号，了解单结晶体管触发电路的组成及任务原

2、理。体管触发电路的组成及任务原理。了解晶闸管常用的维护措施及防失控措施。了解晶闸管常用的维护措施及防失控措施。9.1晶闸管简介晶闸管简介9.1.1晶闸管的构造和符号晶闸管的构造和符号9.1.2晶闸管的任务原理晶闸管的任务原理9.1.3晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数9.1.4晶闸管的型号及简易检测晶闸管的型号及简易检测9.1.1晶闸管的构造和符号晶闸管的构造和符号图图 (a) 所示是常见晶闸管外形，它有三个电极：阳极所示是常见晶闸管外形，它有三个电极：阳极 a、阴、阴极极 c 和控制极和控制极 g。图。图b是晶闸管的符号，图是晶闸管的符号，图c是晶闸管内是晶闸管内部构造表示图。部构造表示图。图

3、图(c)可见，晶闸管可见，晶闸管内部有三个内部有三个 PN 结，分别结，分别用用 J1、J2 和和 J3 表示。表示。 晶体闸流管晶体闸流管( (简称晶闸管，旧称可控硅简称晶闸管，旧称可控硅) ) 广泛运用于无触点广泛运用于无触点开关电路及可控整流设备中。开关电路及可控整流设备中。 9.1.2晶闸管的任务原理晶闸管的任务原理晶闸管的任务特点有以下三点：晶闸管的任务特点有以下三点：晶闸管的这些任务特性是晶闸管的这些任务特性是由其内部构造决议的，可用表由其内部构造决议的，可用表示图来解释。示图来解释。1晶闸管导通必需具备两个条件：一是晶闸管阳极与阴极晶闸管导通必需具备两个条件：一是晶闸管阳极与阴极

4、间必需接正向电压，二是控制极与阳极之间也接正向电压。间必需接正向电压，二是控制极与阳极之间也接正向电压。2晶闸管一旦导通后，降低或去掉控制极电压时，晶闸管晶闸管一旦导通后，降低或去掉控制极电压时，晶闸管依然导通。依然导通。3导通后的晶闸管假设要关断时，必需减小阳极电流使其导通后的晶闸管假设要关断时，必需减小阳极电流使其小于晶闸管的导通维持电流。小于晶闸管的导通维持电流。晶闸管可以看成由一只 NPN 三极管与一只 PNP 三极管组成，仅在阳极 a 和阴极 c 之间加上正向电压以后，V1V2 两只三极管由于没有基极电流，所以均不导通。假设在假设在 V1 的基极的基极 g (即晶闸管的控制极上即晶闸

5、管的控制极上)加上正向电压，加上正向电压，使使 V1 产生基极电流产生基极电流 IG，此电流经，此电流经 V1 放大以后，在放大以后，在 V1 集电集电极上就产生极上就产生 IG 的电流，经过的电流，经过 V2 再次放大，再次放大，V2 的集电极的集电极电流到达电流到达 12 IG，而此电流又重新反响到，而此电流又重新反响到 V1 作为作为 V1 基基极电流又一次被极电流又一次被 V1 放大，使两只三极管迅速饱和导通。放大，使两只三极管迅速饱和导通。即晶闸管阳极即晶闸管阳极 a 与阴极与阴极 c 之间完全导通。由于之间完全导通。由于 V1 基极上自基极上自动维持有正反响电流，所以即使去掉动维持

6、有正反响电流，所以即使去掉 V1 基极基极 g 上的正向电压，上的正向电压，V1 和和 V2 仍能继续坚持饱和形状。仍能继续坚持饱和形状。晶闸管导通时，晶闸管导通时，V1、V2 饱和导通总压降约饱和导通总压降约 1 V 左右，假设左右，假设阳、阴极之间正向电压太低，使渡过阳极的电流难以维持导通阳、阴极之间正向电压太低，使渡过阳极的电流难以维持导通值，值，V1、V2 就会截止，晶闸管即关断。就会截止，晶闸管即关断。晶闸管的控制极电压、电流比较低，电压只需几伏，电流晶闸管的控制极电压、电流比较低，电压只需几伏，电流只需几十到几百毫安，但被控制的器件那么可以承当很大的电只需几十到几百毫安，但被控制的

7、器件那么可以承当很大的电压和经过很大的电流。压和经过很大的电流。电压可达几千伏，电流可大到几百安以上。因此晶闸管是电压可达几千伏，电流可大到几百安以上。因此晶闸管是一种可控的单导游电开关，常用于以弱电支控制强电的各类电一种可控的单导游电开关，常用于以弱电支控制强电的各类电路中。路中。9.1.3晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1额定正向平均电流在规定的环境温度和散热条件下，额定正向平均电流在规定的环境温度和散热条件下，允许经过阳极和阴极之间的电流平均值。允许经过阳极和阴极之间的电流平均值。2维持电流在规定的环境温度、控制极断开的条件下，维持电流在规定的环境温度、控制极断开的条件下，要坚持晶闸管处

8、于导通形状所需求的最小正向电流。要坚持晶闸管处于导通形状所需求的最小正向电流。3控制极触发电压和电流在规定的环境温度及一定的控制极触发电压和电流在规定的环境温度及一定的正向电压条件下，使晶闸管从关断到导通，控制极所需的电波正向电压条件下，使晶闸管从关断到导通，控制极所需的电波电压和电流。电压和电流。4正向阻断值电压控制极断开，加正向电压晶闸管截止正向阻断值电压控制极断开，加正向电压晶闸管截止的形状称正向阻断；此时允许加到晶闸管上的正向电压最大值的形状称正向阻断；此时允许加到晶闸管上的正向电压最大值称正向阻断峰电压。称正向阻断峰电压。5反向阻断峰电压控制极断开，加反向电压晶闸管截止反向阻断峰电压

9、控制极断开，加反向电压晶闸管截止的形状称反向阻断，此时允许加到晶闸管上的反向电压最大值的形状称反向阻断，此时允许加到晶闸管上的反向电压最大值称反向阻断峰值电压。称反向阻断峰值电压。9.1.4晶闸管的型号及简易检测晶闸管的型号及简易检测我国目前消费的晶闸管的型号有两种表示方法，即我国目前消费的晶闸管的型号有两种表示方法，即 3CT 系系列和列和 KP 系列。系列。 一、型号一、型号3 C T 5/500表示正向阻断峰值电压表示正向阻断峰值电压(V)500 V表示额定正向平均电流表示额定正向平均电流(A)5 A表示晶闸管元件表示晶闸管元件表示表示 N 型硅资料型硅资料表示表示 三个电极三个电极P

10、K 200 10 D通态平均电压级别通态平均电压级别(小于小于100 A 的不标的不标) D 级为级为 0.7 V额定电压级别额定电压级别 为为 1000 V 额定正向平均电流额定正向平均电流 200 A 普通型普通型晶闸管晶闸管额定电压在额定电压在 1 000 V 以下的每以下的每 100 V 为一级，为一级，1 000 V 到到 3 000 V 的每的每 200 V 为一级。用百位数或千位及百位数组合为一级。用百位数或千位及百位数组合表示级数。表示级数。通态平均电压分通态平均电压分 9 级，用级，用 A I 字母表示，由字母表示，由 0.4 12 V，每隔，每隔 0.1 V 为一级。为一级

11、。二、简易检测二、简易检测1检测阳、阴极正、反向能否短路。可用万用表检测阳、阴极正、反向能否短路。可用万用表 R 1 k 电阻挠，测试阳、阴极间的正、反向电阻，都应很大电阻挠，测试阳、阴极间的正、反向电阻，都应很大(指针根本指针根本不动不动)，否那么元件内部有短路或性能不好。，否那么元件内部有短路或性能不好。2检测控制极能否短路或断开。因控制极与阴极之间是一检测控制极能否短路或断开。因控制极与阴极之间是一个个 PN 结，判别的原那么同测普通晶体二极管方法一样。结，判别的原那么同测普通晶体二极管方法一样。9.2单相可控整流电路单相可控整流电路9.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 9

12、.2.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路 9.2.1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路改动触发电压到改动触发电压到来的时辰，亦即改动来的时辰，亦即改动控制角控制角 的大小，的大小，就改动了导通角就改动了导通角 ，也就改动了负载电压也就改动了负载电压 vL vL 的平均值。的平均值。9.2.2单相桥式可控整流单相桥式可控整流由可见，此电路也是由可见，此电路也是经过调整触发信号出现的经过调整触发信号出现的时间来改动晶闸管控制角时间来改动晶闸管控制角 和导通角和导通角 ，从而实，从而实现控制输出的直流电压平现控制输出的直流电压平均值之目的。均值之目的。动画单相桥式整流电路动画单相桥式整

13、流电路晶闸管除了用于可控整流电路晶闸管除了用于可控整流电路外，还可作为无触点可控开关。外，还可作为无触点可控开关。如图当开关如图当开关 S 闭合后，电路处于值班形状。闭合后，电路处于值班形状。晶闸管晶闸管 V 的的 g 极被极被 B、间导线短路接地而使晶闸管截止。、间导线短路接地而使晶闸管截止。当短路导线被弄断时，电源当短路导线被弄断时，电源 G 经经 R1 和和 R2 的分压使的分压使 g 极获得极获得触发电压，晶闸管触发电压，晶闸管 V 导通，防盗报警器导通，防盗报警器(蜂鸣器蜂鸣器)H 即发声报警。即发声报警。运用实例运用实例防盗报警器防盗报警器(断线报警器断线报警器)9.3晶闸管的触发

14、电路晶闸管的触发电路9.3.1可控整流对触发电路的要求可控整流对触发电路的要求9.3.2单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路晶闸管由阻断转化为导通，除了在阳极与阴极之间加正向晶闸管由阻断转化为导通，除了在阳极与阴极之间加正向电压之外，还必需在控制极加正向触发电压。提供正向触发电电压之外，还必需在控制极加正向触发电压。提供正向触发电压的电路称为触发电路。压的电路称为触发电路。 9.3.1可控整流对触发电路的要求可控整流对触发电路的要求可控整流电路中晶闸管对触发电路提供应控制的触发信号有可控整流电路中晶闸管对触发电路提供应控制的触发信号有以下几点要求：以下几点要求：

15、 1触发电压必需在晶闸管接受正向电压时加到它的控制极触发电压必需在晶闸管接受正向电压时加到它的控制极上；上；2触发电压只需求短时间存在，因此常用脉冲电压触发电压只需求短时间存在，因此常用脉冲电压(电子技电子技术中把瞬间突变、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简术中把瞬间突变、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称脉冲称脉冲)。3触发脉冲应有一定的幅值和功率并有足够的移相范围以触发脉冲应有一定的幅值和功率并有足够的移相范围以到达可以心迹控制角之目的。到达可以心迹控制角之目的。4触发脉冲与可控整流电路的交流电压频率一样并坚持一触发脉冲与可控整流电路的交流电压频率一样并坚持一定的相位角关系，

16、即触发电路输出脉冲与整流主电路输出电压定的相位角关系，即触发电路输出脉冲与整流主电路输出电压必必“同步。同步。9.3.2单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路一、单结晶体管的构造和型号一、单结晶体管的构造和型号单结晶体管，它有三个电极，即发射极单结晶体管，它有三个电极，即发射极 e、第一基极、第一基极 b1、第二基极第二基极 b2，只需一个，只需一个 PN 结，所以称单结晶体管或双基极二结，所以称单结晶体管或双基极二极管。极管。 单结晶体管的图形符号如图单结晶体管的图形符号如图(b)所示，发射极箭头倾斜指向所示，发射极箭头倾斜指向 b1，表示经，表示经 PN 结的电流只流向结的电流只流向 b1

17、极。极。 图图(c)是它的等效电路图。由于是它的等效电路图。由于 e 和和 b1 间是一个间是一个PN 结，结，故用二极管故用二极管 V 等效，其正向压降等效，其正向压降 VD = 0.7 V。Rb1 表示表示 e 与与 b1 间电阻，它随发射极电流而变，即间电阻，它随发射极电流而变，即 IE 上升，上升，Rb1下降。下降。Rb2 表示表示 e 与与 b2 间的电阻，数值与间的电阻，数值与 IE 无关。两基极间电阻无关。两基极间电阻 Rbb = Rb1 + Rb2。 称为分压比，称为分压比， 普通在普通在 0.3 0.8 之间。之间。 bbb1RR 单结晶体管的型号有单结晶体管的型号有 BT3

18、1、 BT32、 BT33、 BT35 等。等。二、单结晶体管的负阻二、单结晶体管的负阻单结晶体管具有负阻特性，如图单结晶体管具有负阻特性，如图(a)特性曲线所示。所谓负特性曲线所示。所谓负阻特性，就是当发射极电流添加时，发射极电压阻特性，就是当发射极电流添加时，发射极电压 VE反而减小。反而减小。假设在假设在 b1、b2 间加固定电间加固定电压压 VBB，且在，且在 e 和和 b1 间加一个间加一个可调理的电源可调理的电源 GE，那么当，那么当 VE 从从 0 开场添加，但小于开场添加，但小于VBB 时，因二极管时，因二极管 V 处于反偏，故处于反偏，故不导通，此时只需很小的反向电不导通，此

19、时只需很小的反向电流。流。当当 VEE = VBB 时，二极管时，二极管 V 反偏，帮反偏，帮 IE = 0。当。当 VE 继继续升高，使续升高，使 VE VBB + VD ( VD 是是 PN 结正向压降结正向压降)， PN 结结导通后，导通后，P 区空穴将注入区空穴将注入 N 区，使区，使 e、b1 间空穴浓度添加，导间空穴浓度添加，导电性能加强导致电性能加强导致 Rbi 的减小，必然使的减小，必然使 VB1 减小，减小，它导致它导致 PN 结正向电压加大，结正向电压加大，Rb1 又进一步减小又进一步减小 。),(BBBBbbb1B1VVRRV 急剧上升的急剧上升的 IE 在在 RP 上的

20、压降加大，使得上的压降加大，使得 VE 反而减小，反而减小，呈现明显的负阻特性。呈现明显的负阻特性。BB + VD 为峰点电压为峰点电压 VP，IP 为峰点电流。为峰点电流。峰点左侧为截止区、峰点峰点左侧为截止区、峰点右侧为负阻区。右侧为负阻区。当当 VE 下降到谷点电压下降到谷点电压 VV，Rb1 下降至极限不再下降，此下降至极限不再下降，此时的电流称谷点电流时的电流称谷点电流 IV。谷点电流谷点电流 IV。谷点的左侧。谷点的左侧为负阻区，右侧为饱和区。管为负阻区，右侧为饱和区。管子处在饱和区时，子处在饱和区时，IE 很大而很大而 VE 很小。很小。三、单结晶体管振荡器三、单结晶体管振荡器v

21、0 是一个前沿峻峭的电压脉冲。可以用来作晶闸管的触发是一个前沿峻峭的电压脉冲。可以用来作晶闸管的触发脉冲。改动脉冲。改动 Re、C 的值，即可改动电容充电电路时间常数，从的值，即可改动电容充电电路时间常数，从而改动电压脉冲的振荡频率而改动电压脉冲的振荡频率(或周期或周期)。四、带有同步触发电路的可控整流电路四、带有同步触发电路的可控整流电路图中所示为带有同步触发电路的晶闸图中所示为带有同步触发电路的晶闸管整流电路和电压波形图。管整流电路和电压波形图。9.4晶闸管的维护和防失控措施晶闸管的维护和防失控措施9.4.1晶闸管的维护晶闸管的维护9.4.2带感性负载时的防失控措施带感性负载时的防失控措施

22、9.4.1晶闸管的维护晶闸管的维护一、晶闸管的过电流维护一、晶闸管的过电流维护晶闸管过电流维护方法有：快速熔断器维护、灵敏继电器晶闸管过电流维护方法有：快速熔断器维护、灵敏继电器维护和过载截止维护等。维护和过载截止维护等。快速熔断器在电路中的位置可以在整流电路的交流侧，如快速熔断器在电路中的位置可以在整流电路的交流侧，如图中图中 FU1；也可在整流电路的直流侧与晶闸管或负载串联，如；也可在整流电路的直流侧与晶闸管或负载串联，如图中图中 FU2。在熔断器与晶闸管元件相串联时，可按下表的参考数据选在熔断器与晶闸管元件相串联时，可按下表的参考数据选用快速熔断器的额定电流。用快速熔断器的额定电流。晶闸

23、管额定电流晶闸管额定电流 / A5 10 20 30 50 100 200 300 500快速熔断器额定电流快速熔断器额定电流 / A8 15 30 50 80 150 300 500 800二、晶闸管的过电压维护二、晶闸管的过电压维护假设可控整流电路中含有电感元件，那么电路切断时能够假设可控整流电路中含有电感元件，那么电路切断时能够引起晶闸管上的过电压。最常用的过压维护措施是接入阻容吸引起晶闸管上的过电压。最常用的过压维护措施是接入阻容吸收回路，如收回路，如 R1、C1 或直流侧晶闸管边上，图中的或直流侧晶闸管边上，图中的 R2、C2。也。也可并联在电感负载的两端，如图中可并联在电感负载的两

24、端，如图中 R3、C3。9.4.2带感性负载时的防失控措施带感性负载时的防失控措施电感性负载可用电感电感性负载可用电感 L 和电阻和电阻 R 串连表示。如图，当晶闸串连表示。如图，当晶闸管导通时，电感管导通时，电感 L 中存储了磁场能量。当中存储了磁场能量。当 v2 过零变负时，电感过零变负时，电感中产生感应电动势，迫使晶闸管不能及时关断呵斥失控。中产生感应电动势，迫使晶闸管不能及时关断呵斥失控。通常在负载两端并联二极管，图中的 V2 来处理，当交流电压 v2 过零或变负时，感应电动势产生的电流可经过这个二极管(称作续流二极管)构成回路电流。这时，V2 的两端电压近似为 0，晶闸管受反向电压二

25、迅速关断。该当指出二极管 V2 的极性不要接反，否那么引起短路事故。本章小结本章小结晶闸管是一种可控整流元件，旧称可控硅。它的导通条晶闸管是一种可控整流元件，旧称可控硅。它的导通条件时阳极电位高于阴极电位件时阳极电位高于阴极电位(加正向电压加正向电压)，同时控制极，同时控制极与阴极间加适当正向电压。晶闸管导通后控制极就失去与阴极间加适当正向电压。晶闸管导通后控制极就失去控制造用，要使导通的晶闸管关断，必需设法使阳极电控制造用，要使导通的晶闸管关断，必需设法使阳极电流小于维持电流。因此在阳极电压过零或变为负值时，流小于维持电流。因此在阳极电压过零或变为负值时，晶闸管就被关断。晶闸管就被关断。晶闸管整流电路可以把交流电压整流为大小可调的直流晶闸管整流电路可以把交流电压整流为大小可调的直流电压。它是经过改动晶闸管控制