晶体管及其基本电路演示文稿

晶体管及其基本电路演示文稿当前第1页\共有46页\编于星期一\2点优选晶体管及其基本电路当前第2页\共有46页\编于星期一\2点

晶闸管的缺点：

1）过载能力差。过电流，过电压时容易损坏，要采用保护措施，使用的电压及电流要留余量。

2）抗干扰能力差，易受冲击电压的影响。

3）导致电网电压波形畸变，产生高次谐波分量，对电网产生干扰。

4）控制电路复杂。目前的许多大功率器件已经克服了这些缺点。当前第3页\共有46页\编于星期一\2点10.1电力半导体器件分类：1.不可控器件，例如功率二极管2.半控型器件，例如可控硅（SCR)3.全控型器件，GTO，GTR，功率MOSFET，IGBT当前第4页\共有46页\编于星期一\2点当前第5页\共有46页\编于星期一\2点10.1.1晶闸管（SiliconControlledRectifier—SCR)1.晶闸管的结构和符号：是可控制的硅整流元件----可控硅。3个PN结的四层三端元件当前第6页\共有46页\编于星期一\2点2.晶闸管的工作原理：晶闸管具有可控的单向导电性。

1）可控性：既当控制极（G）加电压才导通。

2）单向导通：反向电压时不导通。当前第7页\共有46页\编于星期一\2点将晶闸管等效地看成是两只晶体管的组合:一只为PNP型晶体管,另一只为NPN型晶体管.中间的PN结为两管共用.在A-K和G-K之间加上正向电压,会形成强烈的正反馈,循环下去,晶闸管就导通了.思考题:什么是闸流特性?当前第8页\共有46页\编于星期一\2点晶闸管的特性：

1）起始时若控制极不加电压，则无论阳极加正向电压或反向电压，晶闸管均不导通。

2）晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压晶闸管才导通，晶闸管导通同时具备的两个条件。

3）晶闸管导通后，控制极就失去了作用；要使晶闸管由导通变为关断，就要将晶闸管的正向电压降到一定值（正向电压关断或正向电压反向）。晶闸管PN结间可通过几十A~几千A的电流。当前第9页\共有46页\编于星期一\2点3.晶闸管的伏安特性：(1)伏安特性:晶闸管阳极电压与阳极电流的关系曲线.(2)伏安特性上几个点:正向转折电压UBO(正向不重复峰值电压UDSM);正向重复峰值电压UDRM;UDRM约为UBO的80%.当前第10页\共有46页\编于星期一\2点4)晶闸管的主要参数(1)额定电压---正向或反向重复峰值电压UDRM或URRM它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%.一般选择额定电压为晶闸管在电路中承受的正常峰值电压的2倍.(2)额定电流----通态平均电流IT晶闸管额定电流是指环境温度40度,规定的冷却条件下,电阻性负载,单相正弦半波电流的平均值.(3)维持电流IH----晶闸管流过的电流小于维持电流会自动关断.当前第11页\共有46页\编于星期一\2点额定电流IT的选取：正弦半波电流的平均值其有效值故式中，K为波形系数为确保安全可靠地工作，一般按下式来选晶闸管，即式中，为实际通过晶闸管的电流有效值，为晶闸管允许的电流平均值，为实际流过晶闸管的电流平均值。

显然，波形系数K值是与电路结构和导通角有关的，可查手册选取。当前第12页\共有46页\编于星期一\2点10.1.２其他电力半导体器件１.双向晶闸管：用于交流电路。相当于两只普通的晶闸管的反并联，或叫交流晶闸管。控制极对电源的两个半周均有触发控制作用。当前第13页\共有46页\编于星期一\2点２.可关断晶闸管（GTO)(1)GTO的控制极可以控制元件的导通和关断，而晶闸管控制极只能控制元件的导通。优点：（1）只要在GTO的控制极加不同极性的脉冲触发信号就可以控制其导通与断开。（2）动态特性比晶闸管好，导通时间差不多，而关断时间短。不足：GTO所需的控制电流远较晶闸管大，例如，额定电流相同的GTO与晶闸管相比较，如果晶闸管需要30μA的控制触发电流．则GTO约需要20mA才能动作。当前第14页\共有46页\编于星期一\2点３.功率晶体管：适用于高电压和高电流的晶体管。优点：（1）正向压降小，功耗小。（2）当基极电流消失或反相时，晶体管立即截止，因而不存在关断问题。缺点：（1）电压和电流额定值低；（2）基极功耗较大。当前第15页\共有46页\编于星期一\2点10.1.3电力半导体器件的发展现状五个阶段：（1）二极管和晶闸管（2）功率MOSFET，GTO，GTR（3）绝缘栅双极晶体管（IGBT）（4）新的大功率型器件：对称栅极换流晶体管（SGCT），集成门极换向晶体管（IGCT）。高集成度模块化是另一个发展方向，如智能功率模块（IPM)。（5）功率集成电路（PIC）及其派生器件将电力电子器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路集成在同一芯片上。当前第16页\共有46页\编于星期一\2点10.２单相可控整流电路

可组成单相半波，单相桥式，三相零式和三相桥式整流电路。10.２.1单相半波可控整流电路

1.带电阻负载的可控整流电路：当前第17页\共有46页\编于星期一\2点当前第18页\共有46页\编于星期一\2点２.带电感性负载的可控整流电路：当前第19页\共有46页\编于星期一\2点３.带电感性负载的可控整流电路（加续流二极管）：当前第20页\共有46页\编于星期一\2点例:单相半波可控整流电路带电阻负载,已知:U2=220V,输出直流电压50V,输出直流电流20A.求(1)晶闸管的控制角;(2)电流有效值;(3)选用晶闸管。解;(1)

由得：(2)电流有效值(3)晶闸管允许的电流平均值K值查表得来额定电压选KP-50/700当前第21页\共有46页\编于星期一\2点10.２.２单相桥式可控整流电路１.单相半控桥式整流电路；１）.电阻性负载；当前第22页\共有46页\编于星期一\2点２）.电感性负载；当前第23页\共有46页\编于星期一\2点２）.反电势负载当前第24页\共有46页\编于星期一\2点电流是断续的,加平波电抗器后,负载的电流是连续的当前第25页\共有46页\编于星期一\2点2.单相全控桥式整流电路：

用两只晶闸管代替半控桥中的两只二极管即组成全控桥。带电阻负载时电路的输出与半控桥相同。带电感负载且没有续流二极管，电压波形会出现负值。当前第26页\共有46页\编于星期一\2点10.3三相可控整流电路10.3.1三相半波可控整流电路

变压器的副边接成星形，有公共零点，也叫三相零式电路。负载上的电压为电源的相电压。改变触发脉冲的相位可得到不同的直流电压。

1.电阻性负载：相邻两相的电压波形交点为自然换相点。控制角α从自然换相点算起。三相触发角相差2π/3。当前第27页\共有46页\编于星期一\2点1）当α=0时：当前第28页\共有46页\编于星期一\2点2）当0≤α≤π/6时：当前第29页\共有46页\编于星期一\2点3）当π/6≤α≤5π/6时：当α=5π/6时，Ud=0。电阻负载时,α的移相范围为0~5π/6当前第30页\共有46页\编于星期一\2点2.电感性负载：由于电感的作用,电流的变化落后于电压的变化.当前第31页\共有46页\编于星期一\2点当α=π/2时，Ud=0。三相半波整流电路带电感负载时,α的移相范围为0~π/2.当α=π/3时三相半波整流电路只用三只晶闸管，但晶闸管承受的反向电压高.当前第32页\共有46页\编于星期一\2点10.3.2三相桥式全控整流电路

对于共阴极组的晶闸管而言某一相电压较其他两相为正,同时又有触发脉冲,该相晶闸管触发导通；对于共阳极组的晶闸管而言某一相电压较其他两相为负,同时又有触发脉冲,该相晶闸管触发导通.当前第33页\共有46页\编于星期一\2点三相全控桥式整流电路是三相半波整流电路的两倍.电阻性负载电流连续时的输出电压：当前第34页\共有46页\编于星期一\2点

三相桥式全控整流电路输出电压数值等于共阴极组与共阳极组输出电压之和，即为线电压.当前第35页\共有46页\编于星期一\2点10.4逆变器整流器定义：交流---直流称整流逆变器定义：直流---交流称逆变变流器定义:既能整流,又能逆变的为变流器.逆变器分类：有源逆变和无源逆变逆变后的交流返回电网的称有源逆变;

供给负载的称无源逆变.当前第36页\共有46页\编于星期一\2点10.4.1有源逆变电路1.整流状态（0<a<π/2）电路主要工作在交流电源的正半波,电动机电枢电流由高电位流向低电位,是负载,电动机吸收电能工作于电动状态.2)逆变状态（π/2<a<π）电路主要工作在交流电源的负半波,电动机电枢电流由低电位流向高电位,是电源,电动机输出能量工作于发电状态.3)实现有源逆变的条件有对晶闸管元件施加正向电压的直流电源;控制角大于90度.4)逆变角为了计算方便,引入逆变角.逆变角的变化范围:5)有源逆变的工业应用高压直流输电;三相线绕式异步电动机串级调速.当前第37页\共有46页\编于星期一\2点整流状态逆变状态当前第38页\共有46页\编于星期一\2点10.4.2无源逆变电路1.无源逆变电路的工作原理无源逆变电路是指把直流电变成交流电供向负载.当前第39页\共有46页\编于星期一\2点单相桥式逆变器当前第40页\共有46页\编于星期一\2点2单相无源逆变器的电压控制对于交流变频调速，要求U/f不变，即在改变频率时必须改变端电压的大小，因此，要求逆变器必须进行电压控制。其控制方法有：

1）控制逆变器的输入直流电压

如果电源为交流，则可以通过可控整流电路，把交流变成可调的直流输入到逆变器，而控制逆变器的输出交流电压。这在交—直—交变频器中常用。若为直流电源，则可利用直流变成交流，控制逆变器或斩波器来改变直流输入电压的大小。这些方法的缺点是逆变器输出交流电压波形的谐波成分随着输出电压的减少而增加。

当前第41页\共有46页\编于星期一\2点2)在逆变器内部的电压控制这种电压控制有两种方法：

(1)脉宽控制。不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管(或晶体管)的导通时间以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压，此方法称脉宽控制。如果改变VS3和VS4相对于VS1和VS2的触发角之间的相位关系(如延迟π/2),可得到图10．34所示的电压波形。从波形图看出，若使延迟角从0变到π，可使逆变器的输出电压从零变到最大值。

当前第42页\共有46页\编于星期一\2点脉宽控制电压波形当前第43页\共有46页\编于星期一\2点由图10．34可以明显看出，当输出脉冲宽度减小(即输出电压减小)时，输出电压波形的谐波分量却随着增加，当基波减小到最大值的20％时，3次、5次、7次谐波几乎和基波值相等，因此这是它的最主要的缺点。采用脉宽调制的方法可以解决这个问题。

n=1时为基波，n>1时为谐波。当前第44页\共有46页\编于星期一\2点几个基本概念：载波信号：高频振荡信号称为载波信号。调制信号：缓变信号称为调制信号。调制：利用缓变信号来控制调节高频振荡信号的某个参数，使其按缓变信号的规律变化。调制波：载波被缓变信号调制后称为调制波。

(2)脉宽调制(PWM)和SPWM当前第45页\共有46页\编于星期一\2点10.5晶闸管的触发电路

向晶闸管供给触发脉冲的电路，叫触发电路。比较常用的触发电路有下面几种。