晶闸管可控硅课件

1、 10.1.1晶闸管结构及其特性晶闸管结构及其特性 晶闸管结构 晶闸管结构如图10.1所示。 图10.1晶闸管结构、外型及符号 第第10章晶闸管及其应用章晶闸管及其应用 10.1晶闸管晶闸管 2. 晶闸管的工作原理 为了更清楚的说明工作原理，晶闸管可以看作是 两个三极管PNP（V1）管和NPN（V2）管组合而成， 电路模型如图10.2所示。 图10.2 晶闸管电路模型 设在阳极和阴极之间接上电源UA，在控制极和阴 极之间接入电源UG，如图10.3所示。 图10.3 晶闸管工作原理 (1) 晶闸管加阳极负电压-UA时，晶闸管处于反向 阻断状态 。 (2) 晶闸管加阳极正电压UA，控制极不加电压时

2、， 晶闸管处于正向阻断状态。 (3) 晶闸管加阳极正电压+UA，同时也加控制极正 电压+UG，晶闸管导通。 (4) 要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降至 零或为负，使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。 综上所述，可得如下结论： 晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能 力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导 通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制 极也加正向触发电压。 晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要 使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将 阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减 小到零或使之反向。 3. 晶闸管电压电流特性 晶闸管的电压电流特

3、性曲线，如图10.4所示。 图10.4晶闸管电压电流特性曲线 晶闸管导通后可以通过很大的电流，而它本身的压 降只有1V左右，所以这一段特性曲线(BC段)靠近纵轴 而且陡直，与二极管正向特性曲线相似。 晶闸管的反向特性与一般二极管相似，当反向电压 在某一数值以下时，只有很小的反向漏电流，晶闸管 处于反向阻断状态。当反向电压增加到某一值时，反 向漏电流急剧增大，使晶闸管反向击穿，这时所对应 的电压称为反向转折电压UBR，晶闸管一旦反向击穿就 永久损坏，在实际应用中应避免。 电压参数 (1) 正向阻断峰值电压UDRM 正向阻断峰值电压UDRM ，指控制极断开时，允许重 复加在晶闸管两端的正向峰值电压

4、， (2) 反向阻断峰值电压UDRM 反向阻断峰值电压UDRM ，指允许重复加在晶闸管上 的反向峰值电压。 (3) 额定电压UD 通常把UDRM 和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额 定电压。 10.1.2晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 (4) 通态平均电压UT(AV) 习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小 越好，一般为0.4V1.2V。 2. 电流参数 (1) 通态平均电流IT(AV) 通态平均电流IT(AV)简称正向电流，指在标准散热 条件和规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频 (50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。 (2) 维持电流IH 维持电流IH，指在

5、规定的环境温度和控制极断路 的情况下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电 流。 10.2.1 晶闸管交直流开关晶闸管交直流开关 1. 交流开关 图10.5(a)所示是用两只普通晶闸管V1和V2反向 并联而组成的交流调压电路，其调压原理如下。 (a) 电路图 (b) 波形图 图10.5晶闸管交流调压 10.2晶闸管应用晶闸管应用 (1) 电源电压u的正半周，在t1时刻(t1= ，又称控 制角)将触发脉冲加到V2管的控制极，V2管被触发导通， 此时V1管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时， V2管自然关断。 (2) 电源电压u的负半周，在t2时刻(t2=180o+)将 触发脉冲加到V1管的控

6、制极，V1管被触发导通，此时 V2管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V1管 自然关断，负载上获得的电压波形如图10.5（b）所示， 调节控制角便可实现交流调压。 当控制角=0o时，即为交流开关。 2. 直流开关 图10.6是一种能使连接在直流电源上的直流负载通、 断的电路。开关S合在A端使晶闸管V1接通，V2断开， 电容器C按图示的极性充电。然后当S倒向B端时，V2接 通，C上的电荷通过V2放电，使V1反向偏置而截止。 图10.6 直流开关电路 1. 单结管结构与特性 单结管结构示意图如图10.7（a）所示。 图10.7 单结管结构、符号和等效电路 10.2.2 触发电路触发电路 在基

7、极电源电压UBB一定时，单结管的电压电流特 性可用发射极电流IE和发射极与第一基极B1之间的电压 UBE1的关系曲线来表示，该曲线又称单结管伏安特性， 如图10.8所示。 图10.8 单结管的电压电流特性 三个区域的分界点是P(称为峰点)和V（称为谷点）。 UP、IP分别称为峰点电压和峰点电流；UV、IV分别称为 谷点电压和谷点电流。 由图10.7可知 式中 称单结管分压比，一般为 0.50.8。上式表明峰点电压随基极电压改变而改变， 实用中应注意这一点。 BBB BB B AADP UU RR R VUUU 21 1 22 1 BB B RR R (1) 截止区 截 止 区 对 应 曲 线

8、中 的 起 始 段 ( O P ) 。 此 段 UEUD+UA后，等 效二极管导通，使RB1迅速减小， 增大；又进一步促使 RB1减小。从E、B1两端看，UE 随 的增大而减小，即 具有负阻特性，这是单结管特有的。 (3) 饱和区 饱和区对应曲线中的V点以后段，过V点后 再 继续增大，RB1将变大，单结管进入饱和导通状态，又 呈现正阻特性，与二极管正向特性相似。 E i E i E i 综上所述，单结管具有以下特点： 当发射极电压等于峰点电压UP时，单结管导通。 导通之后，当发射电压减小到uEUV时，管子由导通变 为截止。一般单结管的谷点电压在25V。 单结管的发射极与第一基极之间的RB1是一

9、个 阻值随发射极电流增大而变小的电阻，RB2则是一个与 发射极电流无关的电阻。 不同的单结管有不同的UP和UV。同一个单结管， 若电源电压UBB不同，它的UP和UV也有所不同。在触 发电路中常选用UV低一些或IV大一些的单结管。 2. 单结管振荡电路 单结管振荡电路如图10.9（a）所示，它能产生一系 列脉冲，用来触发晶闸管。 （a）电路图 (b)波形图 图10.9 单结管振荡电路及波形 当合上开关S后，电源通过R1、R2加到单结管的两 个基极上，同时又通过R、RP向电容器C充电，uC按指 数规律上升。在uC（uC=uE ）UP时，单结管截止，R1 两端输出电压近似为0。当uC达到峰点电压UP

10、时，单结 管的E、B1极之间突然导通，电阻RB1急剧减小，电容 上的电压通过RB1、R1放电，由于RB1、R1都很小，放 电很快，放电电流在R1上形成一个脉冲电压uo。当uC下 降到谷点电压UV时，E、B1极之间恢复阻断状态，单 结管从导通跳变到截止，输出电压uo下降到零，完成 一次振荡。 当E、B1极之间截止后，电源又对C充电，并重复 上述过程，结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电 压，如图10.9(b)所示。 上述电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和 RC充放电特性，如果改变RP，便可改变电容充放电的 快慢，使输出的脉冲前移或后移，从而改变控制角， 控制了晶闸管触发导通的时刻。显然，充放电时间常 数=RC大时，触发脉冲后移，大，晶闸管推迟导通； 小时，触发脉冲前移，小，晶闸管提前导通。 需要特别说明的是：实用中必须解决触发电路与 主电路同步的问题，否则会产生失控现象。用单结管 振荡电路提供触发电压时，解决同步问题的具体办法 可用稳压管对全波整流输出限幅后作为基极电源，如 图10.10所示。图中TS称同步变压器，初级接主电源。 图10.10 单结管触发电路。 1.晶闸管是一种大功率可控整流器件，其主要特点是 具有正反向阻断特性