晶闸管及其整流电路补充内容

1、晶闸管及其整流电路补充内容一、晶闸管的基本结构一、晶闸管的基本结构晶闸管的外形及符号晶闸管的外形及符号N N型型半半导导体体-P P型型半半导导体体-+-PNPN结结( (耗耗尽尽层）层）-+-+-+- -+- - - - P1P1P2P2N1N1N2N2P1P2N1N2K GAKAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGP1P2N1N2N1P2AGK T T1 1T T2 2三、三、 工作原理工作原理G2Bii 1BG22Ciii 在极短时间内使两个三极管均在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。饱和导通，此过程称触发导通。211CCii 2BG21ii E EG GE

2、 EA A+ +_ _R RGi2BiG21iG2iG GE EA A+ +_ _R R T T1 1T T2 2Gi2BiGi21Gi2E EG GG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 晶闸管导通的条件晶闸管导通的条件 晶闸管正常导通的条件：晶闸管正常导通的条件： 1 1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，U UAKAK0 0 2 2）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流，和电流， U UGKGK00. . 维持晶闸管导通的条件：维持晶闸管导通的条件： 保持流

3、过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上晶闸管关断的条件晶闸管关断的条件 晶闸管的关断晶闸管的关断 只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用：只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用： 阳极电压反向阳极电压反向 减小阳极电压减小阳极电压 增大回路阻抗增大回路阻抗 U URRMRRMU UFRMFRMI IG2 G2 I IG1 G1 I IG0 G0 U UBRBRI IF FU UBOBOI IH Ho oU UI II IG0G0I IG1G1I IG2G2正向平均电流正向平均电流)(曲线UfI 正向特性正向特性I IG G=0=0时，

4、器件两端施加正时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向向电压，只有很小的正向漏电流，正向阻断状态。漏电流，正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电正向电压超过正向转折电压压U Ubobo，则漏电流急剧增大，则漏电流急剧增大，器件开通。器件开通。 随着门极电流幅值的增大，随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小，在在1 1V V左右。左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性( (I IG2G2 I IG1G1 I IG G) )晶闸管的

5、伏安特性晶闸管的伏安特性正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM2)2) 反向特性反向特性 施加反向电压时，伏安特施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。性类似二极管的反向特性。 反向阻断状态时，只有极反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管电压后，可能导致晶闸管发热损坏。发热损坏。五五. . 动特性动特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形 1) 1)

6、 开通过程开通过程延迟时间延迟时间t td d s)s)上升时间上升时间t tr r s)s)开通时间开通时间t tgtgt以上两者之以上两者之和，和，t tgtgt= =t td d+ + t tr r100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形2) 2) 关断过程关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr关 断 时 间关 断 时 间t tq q 以 上 两 者 之 和以 上 两 者 之 和t tq q= =t trrrr+ +t tgrgr普通晶闸管的关

7、断时间约几百微秒。普通晶闸管的关断时间约几百微秒。六、主要参数六、主要参数U UFRMFRM: :正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下晶闸管控制极开路且正向阻断情况下, ,允许重复加在晶闸管两端的正向允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。峰值电压。一般取一般取U UFRM FRM = 80% = 80% U UB0 B0 。普通晶闸管普通晶闸管 U UFRMFRM 为为100V- 3000V100V- 3000V反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极开路时控制极开路时, ,允许重复作用在晶闸管元允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电

8、压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 U URRMRRM = 80% = 80% U UBR BR 普通晶闸管普通晶闸管 U URRMRRM为为100V-3000V100V-3000VU URRMRRM：)(sin21m0mFIttdII 额定正向平均电流额定正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。通过的工频正弦半波电流的平均值。 I IF F：I IF F t t 2 2 i如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为I Im m, ,则则普通晶闸管普通晶闸

9、管I IF F为为1A 1A 1000A 1000A。U UF F: : 通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降） 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为一般为1V1V左右。左右。I IH H: : 维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。 一般一般I IH H为几十为几十 一百多毫安。一百多毫安。U UG G、I IG G：控制极触发电压和电流：控制极触发电压和电流 室温

10、下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般一般U UG G为为1 1到到5V5V，I IG G为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。 动态参数动态参数 除开通时间除开通时间t tgtgt和关断时间和关断时间t tq q外，还有：外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率d du u/d/dt t 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。 电压上升率过

11、大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 通态电流临界上升率通态电流临界上升率d di i/d/dt t 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级, , 用字母用字母A-IA-I表示表示额定电压额定电压, ,用百位或千位数表示取用百位或千位数表示取U UFRMFRM或或U URRMRRM较较小者小者额定正向平

12、均电流额定正向平均电流( (I IF F) ) 晶闸管晶闸管K KP P普通型普通型如如KP5-7KP5-7表示额定正向平均电流为表示额定正向平均电流为5A,5A,额定电压为额定电压为700V700V。部分晶闸管的型号与参数部分晶闸管的型号与参数型型号号通态平均通态平均电流电流IT(AV)IT(AV)(A)(A)断态重复断态重复峰值电压峰值电压UDRMUDRM(V)(V)反向重反向重复峰值复峰值电压电压URRMURRM(V)(V)额定额定结温结温TJMTJM( ( ) )门极触发门极触发电流电流IGTIGT(mA)(mA)门极触发门极触发电压电压VGTVGT(V)(V)断态电压断态电压临界上升

13、临界上升率率通态电通态电流临界流临界上升率上升率浪涌电浪涌电流流ITSMITSM(A)(A)门极不门极不触发电触发电流流IGDIGD(mA)(mA)门极不触门极不触发电压发电压VGDVGD(V)(V)门极正门极正向峰值向峰值电流电流IGFMIGFM(A)(A)KP5050100300010081503.5305094010.15/KP10010011510250410080188010.15/KP50050011520300510080942010.154单结晶体管单结晶体管（双基极二极管）（双基极二极管）单结晶体管的结构示意图单结晶体管的结构示意图低掺杂的低掺杂的N型硅棒型硅棒 扩散工艺扩散

14、工艺 高掺杂高掺杂P区区 PN结结 构成单结晶体管构成单结晶体管 (UJT)。P型半导体引出的电极为发射极型半导体引出的电极为发射极E；N型半导体的型半导体的两端引出两个电极，分别为基极两端引出两个电极，分别为基极B1和基极和基极B2，B1和和B2之间的之间的N型区域型区域 可以等效为一个纯电阻，可以等效为一个纯电阻，即基区电阻即基区电阻RBB。单结晶体管因有两个基极，故也称为双基极晶体管。单结晶体管因有两个基极，故也称为双基极晶体管。(a)(b) 单结晶体管得表示符号及等效电路单结晶体管得表示符号及等效电路RB1表示表示E与与B1之间的等效电阻，之间的等效电阻，它的阻值受它的阻值受E-B1间

15、电压的控制，间电压的控制，所以等效为可变电阻。所以等效为可变电阻。RBB=RB1+RB2，分压比分压比: RB1与与RBB的比值称为的比值称为 =RB1/RBB 一般在一般在0.30.8之间。之间。 单结晶体管外形单结晶体管外形工作原理工作原理ADiEREVEERB1RB2VBBEB2B1B1+-UEB1当当VBB固定，等效电路中，固定，等效电路中，A点对点对B1的电压的电压UA= VBB为定值。当为定值。当VEE较较小时，小时，UEB1UA，iE开始开始大于零，由于硅二极管的正向压降大于零，由于硅二极管的正向压降UDV，所以所以iE不会有显著的增加。不会有显著的增加。 当当 UEB1=UA+

16、UD时，二极管时，二极管D仍不导仍不导通，此时的电压通，此时的电压UEB1称为峰值电压称为峰值电压UP，对应电流称为峰值电流对应电流称为峰值电流IP。这一区域称为这一区域称为截止区。截止区。ADiEREVEERB1RB2VBBEB2B1B1+-UEB1UEB1继续增加，继续增加，UEB1UA+UD，管子转管子转向导通，向导通，PN结电流开始显著增加，这时将结电流开始显著增加，这时将有大量的空穴进入基区，有大量的空穴进入基区，E、B1间载流子间载流子大量增加，使大量增加，使RB1迅速减小，而迅速减小，而RB1的减的减小又使小又使UA降低，导致降低，导致iE又进一步加大，形又进一步加大，形成正反馈。成正反馈。ADiEREVEERB1RB2VBBEB2B1B1+-UEB1正反馈过程使正反馈过程使iE急剧增加，急剧增加，UA下降，单下降，单结管呈现了负阻特性，图中曲线结管呈现了负阻特性，图中曲线“2”线段，到了线段，到了“V”点负阻特性结束，点负阻特性结束，V点点电压电压UV称为谷点电压称为谷点电压V，对应的电流称对应