第9章晶闸管电路与其应用

第9章晶闸管电路与其应用第一页，共76页。本章教学目标1、了解普通晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要参数，熟悉电路符号。2、了解双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管工作原理、电路符号，了解温控晶闸管工作原理。3、熟悉单相可控整流电路的工作原理，会对电路参数进行计算。4、了解单结晶体管的基本特性，熟悉单结晶体管触发电路组成及其应用。了解触发二极管及其应用。5、选学晶闸管应用示例，固态继电器原理、分类、主要特点、电路调试方法。第二页，共76页。9.1晶闸管结构及工作原理晶闸管（Hhyristor）全称硅晶体闸流管，又称可控硅（Siliconcontrolledrectifier简写为SCR）。它于1957年问世后，因具有体积小、重量轻、抗震动、效率高、容量大、耐高压、无火花、寿命长、可控性能好等优点，在二十世纪六、七十年代获得迅速发展，除器件本身性能不断提高外，还派生出快速晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、双向晶闸管等，形成晶闸管系列。本书如不特别说明，所述晶闸管为普通晶闸管。

第三页，共76页。

9.1.1晶闸管的结构、电路符号晶闸管有三个电极：阳极A，阴极K，门极(控制极)G，根据外形可把晶闸管分为螺栓式、平板式和小电流塑封式，外形图如图9.1.1所示，图形符号如图9.1.1（e）所示，晶闸管在电路中用文字符号“”、“”表示（旧标准中用字母“”表示）。

图9.1.1晶闸管的外形与图形符号

第四页，共76页。晶闸管是电力电子器件，工作时发热量大，必须安装散热器。图9.1.1（b）、（c）为螺栓式（中功率），使用时必须紧栓在散热器上，它的螺旋端为阳极，另一较粗端为阴极，引线较细的为门极。图9.1.1（d）为平板式，使用时由两个彼此绝缘的散热器把其紧夹在中间。冷却方式有自然冷却、强风冷却、液体介质循环冷却等。

平板形晶闸管与散热器

第五页，共76页。晶闸管内部结构如图9.1.2（a）所示，由P1-N1-P2-N2四层半导体通过一定工艺制造而成。其间形成三个PN结（J1、J2、J3结），分别从P1区引出阳极A，从P2区引出门极G，从N2区引出阴极K。晶闸管结构示意图如9.1.2（b）所示。

图9.1.2晶闸管内部结构（a）内部结构（b）结构示意图

第六页，共76页。9.1.2晶闸管工作原理一、晶闸管的导通实验晶闸管导通实验电路如图9.1.3所示。实验步骤如下：

图9.1.3晶闸管的导通实验（a）晶闸管正偏但未加触发电压（b）晶闸管正偏加触发电压后导通（c）晶闸管正偏切断触发电压仍导通

第七页，共76页。首先将晶闸管阳极A经灯泡接阳极电源VAA的正端，阴极接VAA的负端，晶闸管正向偏置，开关S断开，门极G不加触发电压UG（电池），如图9.1.3（a）所示。此时灯不亮，说明晶闸管没有导通。然后合上开关S，门极G加上正极触发电压UG，于是灯亮了，说明晶闸管已导通，如图9.1.3（b）所示。最后，将开关S打开，切断门极的触发电压UG，发现灯仍亮着，说明晶闸管维持导通，如图9.1.3（c）所示。

进一步的实验发现，假若门极加的是负极性触发电压，则无论晶闸管正向偏置还是反向偏置（阳极接电源负端，阴极接电源正端），灯都不亮，说明晶闸管不能导通（称之为关断或阻断）；假若门极加的是正极性电压，而晶闸管反偏，灯也不会亮，说明晶闸管也不能导通。

第八页，共76页。二、晶闸管的工作原理上述晶闸管导通实验，说明了晶闸管导通和关断的外部条件，下面从晶闸管内部结构分析其工作原理。

普通晶闸管的内部四层（P1-N1-P2-N2）结构可以等效为两个晶体三极管V2（PNP管）P1-N1-P2和V1（NPN管）N1-P2-N2互联，如图9.1.4所示。图9.1.4晶闸管的工作原理（a）内部结构（b）等效电路

第九页，共76页。晶闸管在阳极-阴极施加正向电压下，给门极注入一定功率的门极触发电流iG，晶闸管内部的晶体管V1进入放大状态，形成集电极电流iC1，集电极电流iC1成为V2管的基极电流，促使晶体管V2发射极电流iA和集电极电流iC2增加，晶体管V2集电极电流iC2和门极触发电流iG叠加，形成正反馈，促使晶体管V1快速进入饱和导通，产生更大的晶体管V1集电极电流iC1和晶体管V2集电极电流iC2，形成强烈正反馈过程，使两个晶体管V2和V1完全饱和导通，晶体管V2形成较大的发射极电流iA，即晶闸管的阳极-阴极电流iAK，晶闸管从截止变为导通，晶闸管正反馈过程为

第十页，共76页。当晶闸管导通后，由于晶闸管的正反馈过程的存在，即使晶闸管门极触发电流iG消失，晶闸管仍然可以保持导通状态，因此晶闸管门极触发电流iG可以采用脉冲电流触发。要使导通的晶闸管关断，只有去掉门极触发电流iG，同时减小晶闸管阳极阴极间电流iAK，当iAK小于一定值（即晶闸管的维持电流iH，此电流一般为mA级）时，晶闸管的正反馈过程受到破坏，不能重新建立时，晶闸管就由导通状态变成截止状态（阻断状态）。

第十一页，共76页。普通晶闸管器件具有如下特性：

（1）晶闸管具有正向阻断特性，当外加正向电压时管子还不能导通，晶闸管触发导通的条件是阳极和阴极间须施加正向电压UAK，门极对阴极施加一定功率的正向触发电流iG脉冲。（2）晶闸管的关断条件是阳极阴极间电流iAK小于晶闸管的维持电流iH，可采用降低阳极电源电压，或增加阳极回路电阻的方法来实现。（3）晶闸管一旦触发后，门极便失去控制作用，属于半控型电力电子器件。（4）晶闸管在阳极阴极间施加正向电压UAK时，可通过门极触发电流iG来控制晶闸管的导通和关断，当晶闸管施加反向电压UAK时，无论门极触发电流iG脉冲如何，晶闸管则完全处于关断状态，因而晶闸管具有单向导电性。

第十二页，共76页。9.1.3伏安特性及主要参数一、伏安特性晶闸管阳极阴极间施加的电压UAK与流过其间电流IAK之间的关系称为晶闸管的伏安特性，如图9.1.5所示，它由第I象限正向特性区和第Ⅲ象限反向特性区组成。

图9.1.5晶闸管的伏安特性

第十三页，共76页。第1象限为正向伏安特性，是晶闸管由正向阻断状态到正向导通状态的特性，正向阻断状态的高阻区（高电压、小电流），在不同的门极触发电流IG作用下经不同的转折电压UBO和负阻区（电流增加，电压减小），到达正向导通状态（低电压，大电流）。正向导通特性和一般二要管的正向导通特性一样，门极触发电流IG越大，转折电压UBO越低。

第十四页，共76页。当IG=0时，晶闸管正向电压UAK增大到转折电压UBO前，器件处于正向阻断状态，其正向漏电流随UAK电压增高而逐渐增大，当UAK达到UBO时管子将突然从阻断状态转为导通状态，导通后器件的特性与整流二极管正向伏安特性相似。当通入门极电流IG且足够大时，正向转折电压降至极小，使晶闸管像整流二极管一样，一加上正向阳极电压就导通，这种导通称为触发导通。当已导通的管子的阳极电流IA减小到维持电流IH时，管子又从导通返回正向阻断，晶闸管只能稳定工作在阻断与导通两个状态。

第十五页，共76页。第III象限反向特性区是晶闸管反向阻断状态，反映阳极电压和阳极反向电流之间的关系，与一般二极管的反向阻断特性类似，晶闸管加反向阳极电压时，只流过很小的反向漏电流，当反向电压升高到UBR时，管子反向击穿，UBR称为反向击穿电压。

第十六页，共76页。二、晶闸管的主要参数1.晶闸管的电压参数

（1）正向转折电压UBO（Forwardbreakovervoltage）

在额定结温（100A以上为115℃，50A以下为100℃）和门极开路的条件下，阳极和阴极间加正弦半波正向电压使器件由阻断状态发生正向转折变成导通状态所对应的电压峰值。

（2）断态重复峰值电压UDRM（Blockingrecurrencepeakvoltage）

指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶闸管上的正向峰值电压。重复频率为每秒50次，每次持续时间不大于10ms，其值为

UDRM=UBO—100V

第十七页，共76页。（3）反向转折电压UBR

就是反向击穿电压。

（4）反向重复峰值电压URRM

指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶闸管上的反向峰值电压。

第十八页，共76页。（5）额定电压UT

通常用UDRM和URRM中较小者，再取相应于标准电压等级中偏小的电压值作为晶闸管的标称额定电压。在1000V以下，每100V一个等级；在1000~3000V，则是每200V一个等级。为了防止工作中的晶闸管遭受瞬态过电压的损害，通常取电压安全系数为2~3，例如器件在工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压为UTM，则取额定电压UT=（2~3）UTM。

（6）通态正向平均电压UF

在规定的环境温度和标准散热条件下，器件正向通过正弦半波额定电流时，其两端的电压降在一周期内的平均值，又称管压降，其值在0.6~1.2V之间。

第十九页，共76页。2.晶闸管的电流参数

（1）通态平均电流IF

指在环境温度为+40℃和规定的冷却条件下，晶闸管元件在电阻性负载的单相工频正弦半波电路中，导通角不小于170°。稳定结温不超过额定值时，所允许的最大平均电流，并按标准取其整数值作为该元件的额定电流。反映晶闸管元件所允许的有效值电流，等于电流波形系数(电流波形系数Kf定义为电流有效值与电流平均值之比)和通态平均电流IF之乘积，例如一只额定电流IF＝100A的晶闸管，其允许的有效值电流为157A。

（2）维持电流IH（Holdingcurrent）

指在室温和门极开路时，逐渐减小导通状态下晶闸管的阳极电流，最后能维持晶闸管持续导通所必须的最小阳极电流，结温越高，维持电流IH越小，晶闸管越难关断。

第二十页，共76页。（3）掣住电流IL（Latchingcurrent）

指晶闸管触发后，刚从正向阻断状态转入导通状态，在立刻撤出门极触发信号后，能维持晶闸管导通状态所需要的最小阳极电流。晶闸管的擎住电流IL通常是其维持电流的2~4倍。

第二十一页，共76页。3.晶闸管的控制极参数

(1)门极触发电流IG（Gatetriggercurrent）

在室温下，晶闸管施加6V的正向阳极电压时，使元件从正向阻断到完全导通所必须的最小门极电流。

(2)门极触发电压UG

指产生门极触发电流IG所必须的最小门极电压。

第二十二页，共76页。三、国产晶闸管的型号按国家有关部门规定，晶闸管的型号及其含义如下：

如KP100-12G表示额定电流为100A，额定电压为1200V，管压降（通态平均电压）为1V的普通型晶闸管。

第二十三页，共76页。有的制造厂采用老型号3CT口/口。如3CT100/800表示额定电流为100A，额定电压为800V的可控硅整流元件，即现在定名的晶闸管。3CTK为快速管，3CTS为双向管。

第二十四页，共76页。9.1.4其他晶闸管一、双向晶闸管（Bidirectionalthyristor）普通晶闸管只能单方向导通。而双向晶闸管在其门极G与主电极A间加上正向或反向触发信号可使器件的两个方向都能控制导通。它是由两个反并联的主晶闸管，一个作门极触发用的晶闸管和一个晶体管构成的N-P-N-P-N五层器件，可作为三端交流开关使用，故简称TRIAC。双向晶闸管的这一特点使其作为控制元件，在工业控制和家用电器等领域内得到极为广泛的应用。近年来，固态继电器和接触器的发展，为双向晶闸管作为执行元件开拓了新的应用领域。

第二十五页，共76页。图9.1.6为双向晶闸管的结构、符号和二象限标注的门极触发特性。

图9.1.6双向晶闸管的结构、符号和特性（a）结构图（b）电路符号（c）伏安特性

第二十六页，共76页。与普通晶闸管不同的是，双向晶闸管有四个PN结，采用结型门极结构，门极下面不仅有P型层，同时还有N型层，门极的极性可正可负，以便开通两个反并联的晶闸管；它是一种交流元件，其伏安特性是对称的，在第一象限和第三象限都能导通，同时控制极可正可负，故有四种触发方式，通常称为I+、I-、III+、III-触发。四种触发方式的灵敏度各不相同，其中III+方式最低，因此，在实际应用中只采用（I+、III-）和（I-、III-）两组触发方式。

第二十七页，共76页。二、可关断晶闸管GTO（GateTurnOffThyristor）普通单、双向晶闸管一旦触发导通后，门极就失去了控制作用，不能控制晶闸管再关断。门极关断晶闸管具有在门极施加正脉冲可以使晶闸管触发导通、施加负脉冲可以关断晶闸管的功能。门极关断晶闸管的图形符号如图9.1.7所示，门极关断晶闸管具有工作频率高、开关速度快、无触点、耐压高、门极关断等特点，主要用于高压直流开关、逆变器、高压脉冲发生器、过电流保护等电路中。

图9.1.7门极关断晶闸管图形符号

第二十八页，共76页。三、光控晶闸管利用光来触发晶闸管导通的光控（Photocontrolled）晶闸管实际上是把光敏元件和双向晶闸管做在一起的集成器件，电路符号如图9.1.8所示，触发晶闸管的光源有钨丝灯泡、发光二极管等，光源和器件之间可以通过透镜、棱镜、光导纤维进行传输。

由于光控晶闸管的控制信号是光，触发电路和主电路之间电气上完全隔离，因此，光控晶闸管可用于符号识别、逻辑控制、相位控制、监控等电路中，以及其它强电磁干扰的场合中。

图9.1.8光控晶闸管的电路符号第二十九页，共76页。四、温控晶闸管温控（Thermalcontrolled）晶闸管是一种新型温度敏感开关器件，它将温度传感器与控制电路结合为一体，输出驱动电流大，可直接驱动继电器等执行部件或直接带动小功率负荷。

温控晶闸管的结构与普通晶闸管的结构相似（电路图形符号也与普通晶闸管相同），也是由PNPN半导体材料制成的三端器件，但在制作时，温控晶闸管中间的PN结中注入了对温度极为敏感的成分（如氩离子），因此改变环境温度，即可改变其特性曲线。第三十页，共76页。在温控晶闸管的阳极A接上正电压，在阴极K接上负电压，在门极G和阳极A之间接入分流电阻，就可以使它在一定温度范围内（通常为–40~+130℃）起开关作用。温控晶闸管由断态到通态的转折电压随温度变化而改变，温度越高，转折电压值就越低。温控晶闸管可用于温度控制、温度保护、温度报警等场合。

第三十一页，共76页。9.2单相可控整流电路生产与生活中大量需要电压可调的直流电源，如电机调速、同步电机励磁、电焊、电镀等。用晶闸管组成的相控整流电路，可以方便地把交流电变换成大小可调的直流电，具有体积小、重量轻、效率高以及控制灵敏等优点。在不影响工程计算精度的情况下，以下分析均把晶闸管、二极管看成理想器件，即导通时正向电压降与关断时的漏电流均忽略不计，管子的开通与关断都是瞬时完成的。

第三十二页，共76页。9.2.1单相半波相控整流电路图9.2.1（a）为单相半波相控整流电路（Single-phasehalfwavecontrollablerectifier），整流变压器二次电压有效值用U2表示，瞬时值用u2表示，负载上输出电压用uo表示。

图9.2.1单相半波相控整流电路及波形（a）电路图（b）波形图

第三十三页，共76页。在u2正半周内，晶闸管加上正向阳极电压，但是管子触发脉冲未出现之前的（0~α）管子无法导通，负载RL中没有电流，负载两端电压uO=0，晶闸管VT承受u2电压。当ωt=α时，晶闸管门极加上触发脉冲uG，VT立即导通，电源电压u2全部加在RL上（忽略晶闸管电压降）。当管子导通到ωt=π时，u2降至零，晶闸管因流过它的电流随着下降到零、小于管子的维持电流而关断，此时iO、uO也为零。在u2负半周期间，VT因承受反压而阻断。直至下一个周期正半周，再加上触发脉冲时，晶闸管再重新导通。当u2电压的每一个周期都以恒定的α角加上触发脉冲，负载RL上就能得到稳定的缺α角半波电压波形，这是一个单方向的脉动直流电压，电流iO=uO/RL与uO波形相同，如图9.2.1（b）所示。用示波器测量波形时要注意：①波形中垂直上跳或下跳的线段是显示不出的；②要测量有直流分量的波形必须从示波器的直流测量端输入且预先确定基准水平线位置。

第三十四页，共76页。在单相电路中，把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度α称为触发延迟角（Controlangle），亦称触发角、控制角；晶闸管在一个周期内导通的电角度用θ表示，称为导通角。改变α的大小即改变触发脉冲在每周期内出现的时刻称为移相，这种控制方式称为相控。对单相半波电路而言，α移相范围为0~π，对应的θ在π~0范围内变化

α＋θ＝π

输出端的直流电压是以平均值来衡量的，UO(AV)是uO波形在一个周期内面积的平均值，直流电压表测得的即为此值，UO(AV)可由下式积分求得

第三十五页，共76页。可控整流输出电流的平均值为

流过晶闸管的通态平均电流IF

由于电流iO也是缺角正弦半波，因此在选择晶闸管、熔断器、导线截面以及计算负载电阻RL的有功功率时必须按电流有效值计算。

第三十六页，共76页。电流波形的波形系数Kf定义为电流有效值与电流平均值之比

理论证明，当α=0时

第三十七页，共76页。9.2.2阻性负载单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路如图9.2.2（a）所示，RL为电热丝、电镀、电焊等电阻性负载。

图9.2.2单相半控桥式整流电路及波形（a）电路图（b）波形图

第三十八页，共76页。在u2的正半周（图中极性为上正下负时），VT2和VD1反向偏置而截止。VT1和VD2正向偏置，在VT1门极的触发信号来到之前，ωt<α，VT1不导通，因此，负载中无电流流过。当ωt=α时，VT1触发导通，当ωt=180O时，u2降为零，VT1阻断。同样，在u2的负半周，VT2和VD1正向偏置，当VT2的门极加上触发信号后，VT2导通，直至ωt=360°，VT2阻断，在这段时间内VT1和VD2是反向偏置，故不导电。电路中各处波形如图9.2.2（b）所示。

第三十九页，共76页。电阻性负载的桥式半控整流电路的输出电压平均值为

可控整流输出电流平均值为

由式（9.2.6）可见，当触发延迟角α从π到0方向变化时，可控整流输出电压平均值从零到0.9U2之间连续变化。

第四十页，共76页。晶闸管承受的最大正向、反向电压和二极管承受的最大反向电压均为通过晶闸管及整流二极管的平均电流为

第四十一页，共76页。在选择晶闸管时要注意以下问题：（1）选择晶闸管型号时，其主要额定指标为：正向阻断峰值电压UDRM、反向重复峰值电压URRM和额定平均电流IF，需从可靠性、经济性及具体电路的具体要求合理地选择。

（2）晶闸管所承受的电压与所采用的整流电路形式及电压有关。对于单相桥式半控整流电路来说，晶闸管承受的最大反向电压按下式选择

晶闸管正向阻断峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM按下式选取

第四十二页，共76页。（3）晶闸管实际应用时的允许电流是要保证晶闸管不因过流使结温超过允许值而损坏。晶闸管发热所允许的电流值为有效值，为此要把晶闸管额定正向平均电流IF通过波形系数换算成额定正向电流有效值If。

正弦全波可控整流在导通角为180°的情况下

导通角为30°的情况下

一般情况晶闸管额定正向平均电流IF可用下式估算:

式中，Ifm为晶闸管可能流过最大电流有效值。

第四十三页，共76页。（4）二极管参数参照晶闸管选取。

【例9.2.1】在图9.2.3的单相桥式可控整流电路中，负载电阻为10Ω，交流电压U＝220V，触发延迟角调节范围为45°～180°，问：（1）直流输出电压可调节的范围；（2）晶闸管两端的最大反向电压；（3）晶闸管承受的最大平均电流。

图9.2.3例9.2.1图

第四十四页，共76页。9.2.3电感性负载半波可控整流电路及续流二极管整流电路直流负载的感抗ωL和电阻RL的大小相比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。属于此类负载的有：电机的励磁线圈，输出串接电抗器的负载等。整流电路带电感性负载时的工作情况与带电阻性负载时有很大不同，为便于分析，在电路中把电感L与电阻RL分开，如图9.2.4（a）所示，其工作原理可按图9.2.4（b）波形分段说明。

第四十五页，共76页。图9.2.4带电感性负载的单相半波可控整流电路及波形（a）电路图（b）波形图

第四十六页，共76页。0~ωt1（α）期间：晶闸管虽承受正电压，但门极触发脉冲尚未出现，管子阻断，承受全部电源电压。ωt1~ωt2期间：管子触发导通，电源电压全部加到负载。由于电感L的作用，负载电流iO只能从零开始逐渐增大，到ωt2时电流达到最大值为U2/RL。此期间电源不但向RL供给能量而且还供给L能量，使电感的磁场能量WL=0.5LiO增至最大值。ωt2~ωt3期间：由于iO开始下降，L中感应电动势eL改变方向阻碍电流下降，在ωt3时u2已降为零但晶闸管仍承受正压而导通。ωt3~ωt4期间：电源电压u2已由零变负使电流继续下降，但只要保持eL大于u2值，管子仍受正压继续导通。当eL=u2时，管子电压下降为零而关断，iO降为零。此期间L中储存的磁场能量释放，一部分供给RL，另一部分返送电源（此时的u2<0而i>0电源吸收功率）。从ωt5开始重复上述过程。

第四十七页，共76页。由上述分析可见，电路串接电感后，iO的变化落后uO的变化，使电流的峰值下降，导通时间延长，负载端出现负电压。L使电流波形平稳，起到“平滑”的作用。在实际使用中，为了在负载RL上得到平稳的直流，必须外接电感量很大的平波电抗器。由于电感的存在使负载电压波形出现部分负电压，电感L越大导通角θ也越大。当L增大使电压波形的负面积接近正面积，即导通角θ=2π-2α时，不管α如何变化输出电压平均值UO总是很小，甚至出现晶闸管久久不能关断的失控现象，使电路无法工作，这种情况必须严加防止，一般通过加接续流二极管来解决。

第四十八页，共76页。图9.2.5有续流二极管带电感性负载半波可控整流电路（a）电路图（b）波形图

第四十九页，共76页。有了续流二极管，负载上的电流波形也平直多了。因为晶闸管阻断以后，电感中自感电动势使续流二极管VD导通，负载电流被二极管所续流，晶闸管不再有因自感电动势使其在该关断时不关断的情况发生。所以iO在整个周期内几乎连续不变，设晶闸管导通角为θ，负载电流平均值为IO(AV)，则晶闸管平均电流为（θ/360°）IO(AV)，续流二极管平均电流为[（360°-θ）/360°]IO(AV)

。值得注意的是，续流二极管的极性不能接反，否则会引起电源短路事故。同理，对于图9.2.2（a）的单相桥式可控整流电路，若采用电感性负载，则在RL两端必须并接一个续流二极管，以提高输出电压的平均值，以使电路正常工作。

第五十页，共76页。9.3触发电路向晶闸管门极提供触发信号的电路称为触发电路，本节介绍单结晶体管及其触发电路、触发二极管等。

当晶闸管处于正向电压时，在触发信号作用下，管子开始导通。一般采用脉冲电压作为门极的触发信号。第五十一页，共76页。9.3.1对晶闸管触发电路的要求对触发电路的基本要求如下：（1）触发脉冲发出的时刻，必须与主回路电源电压的相位有一定对应的触发延迟角关系。这称之为同步。触发脉冲应有足够的移相范围。（2）触发脉冲信号能提供足够大的电压和电流，应符合晶闸管对触发信号的要求。一般触发电压为4~10V。（3）触发脉冲的上升前沿要陡，以保证触发时间的准确性，最好在10μs以下。（4）触发脉冲要有足够的宽度.由于晶闸管开通时间约为6μs，故触发脉冲宽度最好为20~50μs，最小不低于6μs。对电感性负载，脉冲还应加宽。（5）在触发脉冲发送之前，触发电路的输出电压应小于0.15~0.2V。必要时，可在门极加-1~-2V电压，以提高抗干扰能力，避免误触发。

第五十二页，共76页。9.3.2单结晶体管的结构与特性一、单结晶体管的结构单结晶体管（Unijunctiontransistor，缩写UJT）示意性结构如图9.3.1（a）所示

图9.3.1单结晶体管的结构、等效电路、图形符号、引脚（a）结构（b）等效电路（c）图形符号（d）引脚

第五十三页，共76页。在一块高电阻率的N型硅半导体基片上，引出两个电极，第一基极b1与第二基极b2，这两个基极之间的电阻Rbb称为基区电阻约2～12kΩ。在两基极之间，靠近b2极处设法掺入P型杂质引出电极称为发射极e。所以它是一种特殊的半导体器件，有三个引出端，只有一个PN结，故称单结晶体管，其等效电路、符号与管脚如图9.3.1（b）、（c）、（d）所示，Rb1、Rb2分别为e极与b1、b2之间电阻。其中Rb1的阻值会随发射极电流IE的变化而变化，可等效成一个可变电阻。

图9.3.1（b）中Rb1上的分压

UA=UBB×Rb1/（Rb1+Rb2）=ηUBB

式中，η是单结晶体管的一个重要参数，称为分压比

第五十四页，共76页。二、单结晶体管的特性曲线若在b1和b2之间加一个正向偏压UBB，如图9.3.2（a）所示，调节UDD使UE改变，发射极电流IE随之变化，图9.3.2（b）是UE和IE相应变化的伏安特性曲线。

图9.3.2单结晶体管的特性（a）实验电路（b）特性曲线

第五十五页，共76页。当UE=0时，Rb1电阻上的电压URb1使等效的二极管VD截止，只有很小的反向电流IEO存在，单结晶体管处于截止区。在UE提高至UE≥ηUBB+UD时(UD为等效二极管导通电压)，二极管VD导通，IE明显增大，当IE继续增大时，等效电阻Rb1阻值下降，导致分压比η下降，UA值下降，二极管VD正向偏压增加，进一步使Rb1减小，这一正反馈过程结果使UE电压反而下降，产生了如图所示的负阻特性，P点处的电压UP称为单结晶体管的峰点（Peakpoint）电压，相对应的IP称为峰点电流，这是使器件导通所需的最小电流。

由上述分析可知

UP＝ηUBB+UD

第五十六页，共76页。在UE降低至谷点（valleypoint）后，IE增加，UE也有所增加，器件进入饱和区，谷点电压UV是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，在UE<UV时，器件又重新截止，一般UV为2~5V。单结晶体管的型号有BT3X，例如BT31、BT33、BT35等。

第五十七页，共76页。9.3.3单结晶体管自激振荡电路利用单结晶体管的负阻特性可组成自激振荡电路，产生频率可调的脉冲，其电路如图9.3.3（a）所示。

图9.3.3单结晶体管振荡电路与波形（a）电路图（b）波形图

第五十八页，共76页。R2为温度补偿电阻，R1为负载电阻，当加上直流电压U后，一路经R2、R1在单结晶体管两个基极之间按分压比η分压；另一路通过Re对电容C充电，发射极电压Ue等于电容两端电压Uc，按指数曲线渐渐上升，如图9.3.3（b）所示。当Uc<Up时，管子e、b1之间处于截止状态。随着Uc值的增大，电容电压Uc充到刚开始大于Up的瞬间，管子eb1间的电阻突然变小（降为20欧左右）而开始导通。电容上的电荷通过eb1迅速向电阻R1放电。由于放电回路电阻很小，放电时间很短，所以在R1上得到很窄的尖脉冲。当Uc小于谷点电压Uv时，管子从导通又转为截止，电容C又开始充电，电路不断振荡，在电容上形成锯齿波电压，在R1上输出前沿很陡的尖脉冲。uC、uG波形如图9.3.3（b）所示。

第五十九页，共76页。振荡频率为改变Re可方便地改变振荡频率。

第六十页，共76页。9.3.4单结晶体管触发电路应用示例图9.3.4单相半控桥式单结晶体管触发电路及波形第六十一页，共76页。9.3.4单结晶体管触发电路应用示例图9.3.4单相半控桥式单结晶体管触发电路及波形第六十二页，共76页。9.3.5触发二极管及其应用简介双向二极管（DIAC）又称为触发二极管，在触发双向晶闸管的控制电路中得到广泛的应用，双向二极管（DIAC）是由二极管的交流（AC）开关而得名。DIAC使用在从交流电源直接得到触发脉冲的电路中，特别是它具有双向对称翻转电压特性的优点。DIAC的基本结构如图9.3.5（a）所示，它具有PNP（或NPN）三层对称的结构。它的伏安特性如图9.3.5（c）所示，图中给出了对称的翻转电压（通常为20～40V）。

第六十三页，共76页。图9.3.5双向二极管的结构、符号和伏安特性（a）基本结构（b）符号（c）伏安特性

第六十四页，共76页。用触发二极管和双向晶闸管组成的简易调光电路如图9.3.6所示，该电路可用作家用电扇调速和台灯调光控制。

图9.3.6简易调光电路

第六十五页，共76页。当调节电位器RP时，便可改变RC时