晶闸管及其应用1ppt课件

1、电子技术电子技术第十章第十章 晶闸管及其运用晶闸管及其运用模拟电路部分模拟电路部分第十章第十章 晶闸管及其运用晶闸管及其运用10.1 任务原理任务原理10.2 特性与参数特性与参数10.3 可控整流电路可控整流电路10.4 触发电路触发电路10.5 单结管触发的可控整流电路单结管触发的可控整流电路10.6 晶闸管的其它运用晶闸管的其它运用10.7 晶闸管的维护及其它类型晶闸管的维护及其它类型别名：可控硅别名：可控硅SCR)Silicon Controlled Rectifier是一种大功率半导体器件，出现于是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电

2、领的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。域。 特点：体积小、分量轻、无噪声、寿命长、特点：体积小、分量轻、无噪声、寿命长、 容量大正容量大正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏。向平均电流达千安、正向耐压达数千伏。运用领域：运用领域： 整流交流整流交流 直流直流 逆变直流逆变直流 交流交流 变频交流变频交流 交流交流 斩波直流斩波直流 直流直流此外还可作无触点开关等。此外还可作无触点开关等。晶闸管晶闸管Thyristor10.1 任务原理任务原理10.1.1 构造构造A阳极阳极P1P2N1三三 个个 PN结结N2四四 层层 半半 导导 体体K阴极阴极G控制极控制极符号符号AKGGKP1P2

3、N1N2APPNNNPAGK10.1.2 任务原理任务原理表示图表示图APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效为由二个等效为由二个三极管组成三极管组成1. UAK 0 、UGK0时时T1导通ig = ib1ic1 = ig = ib2ic2 =ib2 = ig = ib1T2 导通构成正反响构成正反响晶闸管迅速导通晶闸管迅速导通T1 进一步导通igigigKAGT1T22. 晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉UGK依托正反响，晶闸管仍维持导通形状。依托正反响，晶闸管仍维持导通形状。(1) 晶闸管开场任务时晶闸管开场任务时 ，UAK加反向电压，或不加触发信加反向电压，或不加触发信号即号

4、即UGK = 0 。3. 晶闸管截止的条件：晶闸管截止的条件：(2) 晶闸管正导游通后，令其截止晶闸管正导游通后，令其截止的方法：的方法：igigigKAGT1T2 减小减小UAK，使晶闸管中电流小，使晶闸管中电流小于某一值于某一值IH。 加大回路电阻，使晶闸管中电加大回路电阻，使晶闸管中电流小于某一值流小于某一值IH时，正反响时，正反响效应不能维持。效应不能维持。IH：最小维持电流：最小维持电流1晶闸管具有单导游电性。晶闸管具有单导游电性。假设使其关断，必需降低假设使其关断，必需降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流减或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。小到维持电流以下。正导游通

5、条件：正导游通条件：A、K间加正向电间加正向电压，压，G、K间加触发信号。间加触发信号。晶闸管的任务原理小结晶闸管的任务原理小结2晶闸管一旦导通，控制极失去作用。晶闸管一旦导通，控制极失去作用。10.2 特性与参数特性与参数10.2.1 特性特性UIURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3 IG2 IG1正向正向反向反向U - 阳极、阴极间的电压阳极、阴极间的电压 I - 阳极电流阳极电流URSM反向击穿电压反向击穿电压导通后管压降约导通后管压降约1V额定正向额定正向平均电流平均电流维持电流维持电流UDSM正向转机电压正向转机电压正向特性：正向特性： 在阳极和阴极间加正向电压。在

6、阳极和阴极间加正向电压。UDSM：断态不反复峰值电压，又称正：断态不反复峰值电压，又称正向转机电压。向转机电压。随随UAK的加大，阳极电流逐渐添加。的加大，阳极电流逐渐添加。当当U = UDSM时，时，PN结结N1P2反向极击反向极击穿，晶闸管自动导通。正常任务时，穿，晶闸管自动导通。正常任务时， UAK应小于应小于 UDSM 。AP1P2N1N2KG假设在假设在G和和K间加正向电压：间加正向电压：UGK越大，那么越大，那么UDSM越小。越小。控制极开路时：控制极开路时： PN结结P1N1、P2N2正向正向偏置，偏置，N1P2反向偏置，晶闸管截止。反向偏置，晶闸管截止。UGK足够大时，正向特性

7、与二极管的正向特性类似。足够大时，正向特性与二极管的正向特性类似。随反向电压的添加，反向漏电流随反向电压的添加，反向漏电流稍有添加，当稍有添加，当 U = URSM 时，反时，反向极击穿。正常任务时，反向电向极击穿。正常任务时，反向电压必需小于压必需小于URSM。AP1P2N1N2KG反向特性：反向特性： 在阳极和阴极间加反向电压。在阳极和阴极间加反向电压。这时这时PN结结P1N1、P2N2反向偏置，反向偏置，N1P2正向偏置，晶闸管截止。正向偏置，晶闸管截止。URSM ：反向不反复峰值电压。：反向不反复峰值电压。1. UDRM：断态反复峰值电压：断态反复峰值电压晶闸管耐压值。普通取晶闸管耐压

8、值。普通取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管普通晶闸管UDRM 为为 100V-3000V10.2.2 主要参数主要参数UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转机正向转机电压电压URSM反向击穿电压反向击穿电压UDRM控制极断路时，可以反复作用在晶闸管上的反控制极断路时，可以反复作用在晶闸管上的反向反复电压。普通取向反复电压。普通取URRM = 80% URSM。普。普通晶闸管通晶闸管URRM为为100V-3000V2. URRM：反向反复峰值电压：反向反复峰值电压UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转机正向转机电压电压URSM反向击穿电压反向

9、击穿电压UDRMURRMITAV含义含义it 2ITAVmmTAVIttdII0)(sin21 3. ITAV：通态平均电流：通态平均电流环境温度为环境温度为40。C时时,在在 电阻性负载、单相工频电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为为1A-1000A。额定通态平均电流即正向平均电流。额定通态平均电流即正向平均电流。通用系列为：通用系列为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等14

10、种规格。种规格。UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转机正向转机电压电压URSM反向击穿电压反向击穿电压UDRMURRM4. UTAV ：通态平均电压：通态平均电压6. UG、IG：控制极触发电压和电流：控制极触发电压和电流管压降。在规定的条件下，经过正弦半波平均管压降。在规定的条件下，经过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。阴两极间的电压平均值。普通为普通为1V左右。左右。5. IH：最小维持电流：最小维持电流在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通形状所必需的最小电流。普通为几十维持

11、导通形状所必需的最小电流。普通为几十到一百多毫安。到一百多毫安。在室温下，在室温下， 阳极电压为直流阳极电压为直流 6V 时，使晶闸管完时，使晶闸管完全导通所必需的最小控制极直流电压、电流全导通所必需的最小控制极直流电压、电流 。普。普通通UG为为 15V，IG 为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。晶闸管型号晶闸管型号通态平均电压通态平均电压UTAV额定电压级别额定电压级别UDRM额定通态平均电流额定通态平均电流ITAV晶闸管类型晶闸管类型P-普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管S -双向晶闸管双向晶闸管晶闸管晶闸管K晶闸管电压、电流级别：晶闸管电压、电流级别：额定通态电流额定通态电流

12、ITAV通用系列为通用系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等14种规格。种规格。额定电压额定电压UDRM通用系列为：通用系列为：1000V以下的每以下的每100V为一级，为一级，1000V到到3000V的的每每200V 为一级。为一级。通态平均电压通态平均电压UTAV等级普通用等级普通用 A I字母表示：字母表示：由由 0.4 1. 2V每每 0.1V 为一级。为一级。10.3 可控整流电路可控整流电路10.3.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路一、电阻性负载一、电阻性负载1. 电路及任务原理电路及任务原理u1u2

13、uTuLAGKRLuG2. 任务波形任务波形(设设u1为正弦波为正弦波)tu2tuGtuLtuT ：控制角：控制角 ：导通角：导通角u2 0 时，加上时，加上触发电压触发电压 uG ，晶闸管导通晶闸管导通 。且。且 uL 的大小随的大小随 uG 参与的早晚而变参与的早晚而变化；化； u2 R 时，时， ILAV 在在整个周期中可近似看做直整个周期中可近似看做直流。流。(2) 晶闸管的中电流晶闸管的中电流0221tdIILAVTLAVI360平均值平均值:有效值有效值:LAVTAVII3604. 晶闸管的选择晶闸管的选择晶闸管电压晶闸管电压 1.5 2U2M晶闸管电流晶闸管电流 1.557. 1

14、TI10.3.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路1. 电路及任务原理电路及任务原理T1、T2 -晶闸管晶闸管D1、D2 -晶体管晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uG2. 任务波形任务波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-3. 输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值)(12tduULAV)(sin212ttdULLAVLAVRUI2cos19.02U例：桥式可控整流电路中，例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控可控硅控制角硅控制角=15180，求输出电压平均值求输出

15、电压平均值UL的的调理范围，以及可控硅调理范围，以及可控硅包括二极管的电流平包括二极管的电流平均值的最大值和接受的最均值的最大值和接受的最大反向电压。大反向电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V， =15=0V， =180=191/3=64A接受的最高反向电压接受的最高反向电压:2cos19 . 02UULAVLLAVLAVRUIV31122UUDRM二、电感性负载桥式可控整流电路二、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任务情况以及负载上的该电路加续流二极管后电路任务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。电流、电压和电阻性负载类似，请自行分析。u2

16、T1T2D1D2DuLRL两种常用可控整流电路的特点两种常用可控整流电路的特点电路电路特点特点1. 该电路只用一只晶闸管，且其该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。上无反向电压。2. 晶闸管和负载上的电流一样。晶闸管和负载上的电流一样。电路一：电路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL电路电路特点特点1. 该电路接入电感性负载时，该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。便起续流二极管作用。2. 由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管的阴极相连，两管控制极必需加独立的触发信号。控制极必需加独立的触发信号。电路二：电路二：思索思索T1T2D1D2

17、RuLu2E+带反电动势负载的可控整流电路带反电动势负载的可控整流电路1. 该电路的任务过程。该电路的任务过程。2. 画出画出uL、iL的任务波形。的任务波形。10.4 触发电路触发电路10.4.1 单结晶体管任务原理单结晶体管任务原理构造构造等效电路等效电路E发射极发射极B2第二基极第二基极B1第一基极第一基极NPEB2B1RB2RB1管内基极管内基极 体电阻体电阻PN结结任务原理：任务原理：当当uE UA+UF = UP 时时PN结反偏，结反偏，iE很小；很小；当当 uE UP 时时PN结正导游通结正导游通, iE迅迅速添加。速添加。B2ERB1RB2B1AUBBiE - 分压比分压比 (

18、0.35 0.75)UP - 峰点电压峰点电压UF - PN结正向结正向 导通压降导通压降BBBBBBBAURRRUU21110.4.2 单结晶体管的特性和参数单结晶体管的特性和参数IEuEUVUPIVUV、IV -谷点电压、电流谷点电压、电流维持单结管导通的最小维持单结管导通的最小 电压、电流。电压、电流。负阻区负阻区UP- 峰点电压峰点电压单结管由截止变导通单结管由截止变导通 所需发射极电压。所需发射极电压。 uEUP 时单结管导通时单结管导通IEuEUVUPIV负阻区负阻区UEUP 后，大量空穴注入基区，管内基极体电阻后，大量空穴注入基区，管内基极体电阻RB1 0，致使，致使IE添加、添

19、加、UE反而下降，出现负阻。反而下降，出现负阻。负阻区存在的缘由：负阻区存在的缘由：EB2B1RB2RB1单结管符号单结管符号EB2B1单结管重单结管重要特点要特点1. UEUP 时单结管导通。时单结管导通。10.4.3 单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路一、振荡过程分析一、振荡过程分析RR2R1CUuCuOEB1B2电路组成电路组成振荡波形振荡波形uCttuoUVUP21BBRRU22111RRRRUIBBR1. uE = uC UP 时，单结管不导通，时，单结管不导通，uo 0。IR1R1、R2是外加的，不同于内是外加的，不同于内部的部的RB1、RB2。前者普通取。前者普通取几十欧几十欧

20、几百欧；几百欧； RB1+RB2普通为普通为215千欧。千欧。此时此时R1上的电流很小，其值为：上的电流很小，其值为：RR2R1CEuCuOEB1B22. 随电容的随电容的 充电，充电，uC逐渐升高。当逐渐升高。当 uC UP 时，单时，单结管导通，结管导通， RB1 0 。然后电容经过。然后电容经过R1放电，当放电，当放电至放电至 uc UV 时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使 uo0。R1上便得到一个脉冲电压。上便得到一个脉冲电压。R2起温度补偿作用起温度补偿作用UPUVUP-UFUP、UV- 峰点、谷点电压峰点、谷点电压UF -PN结正导游通压降结正导游通压降ER2R1RCEuCuouCtuotuCttuoUVUP振荡波形：振荡波形：RR2R1CEuCuOEB1