实验二单结晶体管触发电路实验

实验二单结晶体管触发电路实验第一页，共六十三页，2022年，8月28日第二页，共六十三页，2022年，8月28日一、 实验目的(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。第三页，共六十三页，2022年，8月28日二、实验所需挂件及附件序号型号备注1TKDD-1电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DK05晶闸管触发电路该挂件包含“单结晶体管触发电路”等模块。3双踪示波器YB4328第四页，共六十三页，2022年，8月28日三、实验线路及原理第五页，共六十三页，2022年，8月28日四、实验内容(1)单结晶体管触发电路的调试。(2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。第六页，共六十三页，2022年，8月28日五、预习要求阅读本教材1-3节及电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。第七页，共六十三页，2022年，8月28日单结晶体管触发电路一、

单结晶体管结构及工作原理1.结构B2第二基极B1N欧姆接触接触电阻P发射极E第一基极PN结N型硅片(a)示意图单结晶体管结构示意图及其表示符号(b)符号B2EB1第八页，共六十三页，2022年，8月28日2.单结晶体管的测试方法以国产BT33为例来说明测试方法。①判断单结晶体管发射极e的方法：将万用表置于RX100挡或RXlk挡，用黑表笔接其中的一个极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，则黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。②单结晶体管b1和b2的判断方法：将万用表置于RX100挡或RXlk挡，用黑表笔接发射极，红表笔接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是b1极。但对于个别单结晶体管的e-bl之间的正向电阻值较小，测量时不一定准确，仅供参考。第九页，共六十三页，2022年，8月28日3.工作原理

UE<

UBB+UD=UP时PN结反偏，IE很小；PN结正向导通,IE迅速增加。UE

UP时

–

分压比(0.5~0.9)UP

–

峰点电压UD–

PN结正向导通压降B2B1UBBEUE+_+_RP+_+_等效电路RB1RB2AUBBEUE+_RP+_+_B2B1测量单结晶体管的实验电路由图可求得第十页，共六十三页，2022年，8月28日4.单结晶体管的伏安特性UV、IV(谷点电压、电流):维持单结管导通的最小电压、电流。

UP(峰点电压)：

单结管由截止变导通

所需发射极电压。IpIVoIEUEUP峰点电压UV谷点电压V负阻区截止区饱和区负阻区：UE>UP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。P第十一页，共六十三页，2022年，8月28日（1）UE<UP时单结管截止；UE>UP时单结管导通，UE<UV时恢复截止。单结晶体管的特点B2EB1（2）单结晶体管的峰点电压UP与外加固定电压UBB及分压比

有关，外加电压UBB或分压比不同，则峰点电压UP不同。（3）不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都不一样。谷点电压大约在2~5V之间。常选用稍大一些，UV稍小的单结晶体管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。第十二页，共六十三页，2022年，8月28日二、单结晶体管触发电路1.振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管振荡电路利用单结管的负阻特性及RC电路的充放电特性组成频率可调的振荡电路。ugR2R1RUucE+C+__+_50100k3000.47F第十三页，共六十三页，2022年，8月28日ugR2R1RUuCE+C+__+_50100k3000.47F2.

振荡过程分析设通电前uC=0。接通电源U,电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。

当uC

UP时,单结管导通,电容C放电,R1上得到一脉冲电压。UpUvUp-UDuCtugt电容放电至uC

Uv时，单结管重新关断，使ug0。(a)(b)第十四页，共六十三页，2022年，8月28日注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。upuv(c)电压波形uCttugOO第十五页，共六十三页，2022年，8月28日主电路触发电路u1+RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+–uC++–RuL+ug+u+三、单结管触发的半控桥式整流电路1.电路第十六页，共六十三页，2022年，8月28日2.工作原理(1)整流削波U2M削波UZRu2+–+–uo+–uZ整流U2MtOZtOtO第十七页，共六十三页，2022年，8月28日(2)触发电路UP-UDR1R2RPCuc+Rug+uZ+ttUvUpRLT1D1D2T2uL+(3)输出电压uLOOUZtOtO第十八页，共六十三页，2022年，8月28日问题讨论1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？

目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？

稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。第十九页，共六十三页，2022年，8月28日3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角？根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。改变充电时间常数即可改变控制角。控制角变化的范围称为移相范围。4.电压的调节R

电容充电速度变慢uL第二十页，共六十三页，2022年，8月28日六、思考题(1)单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中C1的数值有什么关系?(2)单结晶体管触发电路的移相范围能否达到180°?第二十一页，共六十三页，2022年，8月28日七、实验方法(1)单结晶体管触发电路的观测将TKDD-1电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DK05的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。）第二十二页，共六十三页，2022年，8月28日七、实验方法(1)单结晶体管触发电路的观测如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。按下“启动”按钮，打开DK05电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路，第二十三页，共六十三页，2022年，8月28日七、实验方法(1)单结晶体管触发电路的观测经半波整流后“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”点锯齿波的周期变化及“5”点的触发脉冲波形；最后观测输出的“G、K”触发电压波形，其能否在30°～170°范围内移相?第二十四页，共六十三页，2022年，8月28日七、实验方法(2)单结晶体管触发电路各点波形的记录当α＝30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图2-2的各波形进行比较。第二十五页，共六十三页，2022年，8月28日第二十六页，共六十三页，2022年，8月28日第二十七页，共六十三页，2022年，8月28日第二十八页，共六十三页，2022年，8月28日七、实验方法

AC60TP1TP2TP3TP4TP5幅值(V度(ms)10691080.0015第二十九页，共六十三页，2022年，8月28日第三十页，共六十三页，2022年，8月28日有效值为60V的正弦交流电;最大值2Χ60≈170V+85V;-85V5V/DIV;Χ10；3.4DIV频率：50Hz；周期：20ms5ms/DIV;4DIV第三十一页，共六十三页，2022年，8月28日八、实验报告画出α=60°时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。第三十二页，共六十三页，2022年，8月28日九、注意事项双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。第三十三页，共六十三页，2022年，8月28日九、注意事项(2)由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则，无法观察到正确的脉冲波形。第三十四页，共六十三页，2022年，8月28日2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作用是：将整流后的电压变成梯形（即削波），使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb第三十五页，共六十三页，2022年，8月28日触发脉冲移相范围的计算f—电源电压的频率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet第三十六页，共六十三页，2022年，8月28日结束,谢谢!!!第三十七页，共六十三页，2022年，8月28日1.6

电力电子器件器件的驱动1.6.1电力电子器件驱动电路概述1.6.2晶闸管的触发电路1.6.3典型全控型器件的驱动电路第三十八页，共六十三页，2022年，8月28日1.6.1电力电子器件驱动电路概述使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号。对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。驱动电路——主电路与控制电路之间的接口第三十九页，共六十三页，2022年，8月28日1.6.1电力电子器件驱动电路概述

驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。

光隔离一般采用光耦合器

磁隔离的元件通常是脉冲变压器图1-25光耦合器的类型及接法a)普通型b)高速型c)高传输比型第四十页，共六十三页，2022年，8月28日1.6.1电力电子器件驱动电路概述按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电压驱动型。驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。分类第四十一页，共六十三页，2022年，8月28日1.6.2晶闸管的触发电路作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路应满足下列要求：脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。触发脉冲应有足够的幅度。不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。tIIMt1t2t3t4图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1~t2脉冲前沿上升时间（<1s）t1~t3强脉宽度IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）晶闸管的触发电路第四十二页，共六十三页，2022年，8月28日1.6.2晶闸管的触发电路V1、V2构成脉冲放大环节。脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节。

V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。图1-27常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路第四十三页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路(1)GTOGTO的开通控制与普通晶闸管相似。GTO关断控制需施加负门极电流。图1-28推荐的GTO门极电压电流波形OttOuGiG1)

电流驱动型器件的驱动电路正的门极电流5V的负偏压GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。第四十四页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿。目前应用较广，但其功耗大，效率较低。图1-29典型的直接耦合式GTO驱动电路第四十五页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。tOib

图1-30理想的GTR基极驱动电流波形(2)GTR第四十六页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。图1-31

GTR的一种驱动电路驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。第四十七页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。使MOSFET开通的驱动电压一般10~15V，使IGBT开通的驱动电压一般15~20V。关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5~-15V）有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。2)电压驱动型器件的驱动电路第四十八页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路(1)电力MOSFET的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大电路两部分图1-32电力MOSFET的一种驱动电路专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为16mA，输出最大脉冲电流为+2A和-3A，输出驱动电压+15V和-10V。

第四十九页，共六十三页，2022年，8月28日

典型全控型器件的驱动电路(2)IGBT的驱动图1-33

M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

多采用专用的混合集成驱动器。第五十页，共六十三页，2022年，8月28日1.7电力电子器件器件的保护1.7.1过电压的产生及过电压保护1.7.2过电流保护1.7.3缓冲电路第五十一页，共六十三页，2022年，8月28日1.7.1过电压的产生及过电压保护外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压第五十二页，共六十三页，2022年，8月28日1.7.1过电压的产生及过电压保护过电压保护措施图1-34过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。第五十三页，共六十三页，2022年，8月28日1.7.2过电流保护过电流——过载和短路两种情况保护措施负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。图1-37过电流保护措施及配置位置第五十四页，共六十三页，2022年，8月28日1.7.2过电流保护全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快。快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种第五十五页，共六十三页，2022年，8月28日

缓冲电路关断缓冲电路（du/dt抑制电路）——吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）——抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路——关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路(SnubberCircuit)

：

又称吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。第五十六页，共六十三页，2022年，8月28日b)tuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC

缓冲电路缓冲电路作用分析无缓冲电路：有缓冲电路：图1-38

di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a)电路b)波形ADCB无缓冲电路有缓冲电路uCEiCO

图1-39关断时的负载线第五十七页，共六十三页，2022年，8月28日

缓冲电路充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。图1-38

di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a)电路其中RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容