第十章晶閘管--模擬電子技術-ppt課件

1、電子技術電子技術第十章第十章 晶閘管及其應用晶閘管及其應用模擬電路部分模擬電路部分第十章第十章 晶閘管及其應用晶閘管及其應用10.1 工作原理工作原理10.2 特性與參數(shù)特性與參數(shù)10.3 可控整流電路可控整流電路10.4 觸發(fā)電路觸發(fā)電路10.5 單結管觸發(fā)的可控整流電路單結管觸發(fā)的可控整流電路10.6 晶閘管的其它應用晶閘管的其它應用10.7 晶閘管的保護及其它類型晶閘管的保護及其它類型別名：可控硅別名：可控硅SCR)（Silicon Controlled Rectifier是一種大功率半導體器件，出現(xiàn)于是一種大功率半導體器件，出現(xiàn)于70年代。它年代。它的出現(xiàn)使半導體器件由弱電領域擴展到強

2、電領的出現(xiàn)使半導體器件由弱電領域擴展到強電領域。域。 特點：體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、特點：體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、 容量大正容量大正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。應用領域：應用領域： 整流交流整流交流 直流）直流） 逆變直流逆變直流 交流）交流） 變頻交流變頻交流 交流）交流） 斬波直流斬波直流 直流）直流）此外還可作無觸點開關等。此外還可作無觸點開關等。晶閘管晶閘管Thyristor）10.1.1 構造構造A陽極）陽極）P1P2N1三三 個個 PN結結N2四四 層層 半半 導導 體體K陰極）陰極）G控制極）控制極）10.1 工作原

3、理工作原理符號符號AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK10.1.2 工作原理工作原理示意圖示意圖APPNNNPGKigigigKAGT1T2由二個三極管組由二個三極管組成的電路等效成的電路等效G1.1.若只加若只加UAKUAK正向電壓，控制正向電壓，控制極不加觸發(fā)電壓，兩三極管均極不加觸發(fā)電壓，兩三極管均不能導通，即晶閘管不通。不能導通，即晶閘管不通。導通過程導通過程2.2.當當UAK 0UAK 0且且UGK0 UGK0 時，時，晶閘管迅速導通。晶閘管迅速導通。 UGKUGK開開始加入時，始加入時， T1T1首先導通，首先導通， ib1 = igib1 = ig、 iC1 = iC1

4、 = ib1 ib1 ； 然后然后T2T2導通，導通， ib2= iC1 = ib2= iC1 = ib1ib1、ic2 = ib2 = ib1，此后，此后T1進一步導通，進一步導通，形成正反饋，形成正反饋，A、k兩極間迅速導通。兩極間迅速導通。KAT1T2i b1ic2i c1i gi b23.3.晶閘管導通后，去掉電壓晶閘管導通后，去掉電壓UGKUGK，依靠正反饋，依靠正反饋，晶閘管仍維持導通狀態(tài)；晶閘管仍維持導通狀態(tài)；4.4.晶閘管截止的條件：晶閘管截止的條件：晶閘管的晶閘管的A A、K K兩極間加反向電壓，或開始工兩極間加反向電壓，或開始工作時就不加觸發(fā)信號即令作時就不加觸發(fā)信號即令U

5、GK = 0 UGK = 0 ），晶），晶閘管則不能導通；閘管則不能導通；（1）（2）晶閘管正向導通后，欲令其截止，必需晶閘管正向導通后，欲令其截止，必需減小減小UAKUAK，或加大回路電阻，致使晶閘管中，或加大回路電阻，致使晶閘管中的電流減小到維持電流的電流減小到維持電流IHIH以下，正反以下，正反饋失效，晶閘管截止。饋失效，晶閘管截止。（1晶閘管具有單向導電性。晶閘管具有單向導電性。若使其關斷，必須降低若使其關斷，必須降低 UAK 或或加大回路電阻，把陽極電流減小加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。到維持電流以下。正向導通條件：正向導通條件：A、K間加正向電間加正向電壓，壓，G、K

6、間加觸發(fā)信號。間加觸發(fā)信號。晶閘管的工作原理小結晶閘管的工作原理小結（2晶閘管一旦導通，控制極失去作用。晶閘管一旦導通，控制極失去作用。10.2.1 特性特性UIURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3 IG2 IG1正向正向反向反向U - 陽極、陰極間的電壓陽極、陰極間的電壓 I - 陽極電流陽極電流URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓導通后管壓降約導通后管壓降約1V額定正向額定正向平均電流平均電流維持電流維持電流UDSM正向轉折電壓正向轉折電壓10.2 特性與參數(shù)特性與參數(shù)斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電壓正向特性：正向特性： 在陽極和陰極間加正向電壓。在陽極和陰極間加正向電壓。U

7、DSM：斷態(tài)不重復峰值電壓，又稱正：斷態(tài)不重復峰值電壓，又稱正向轉折電壓。向轉折電壓。隨隨UAKUAK的加大，陽極電流逐漸增加。當?shù)募哟?，陽極電流逐漸增加。當U = UDSM U = UDSM 時，時，PNPN結結N1P2N1P2反向極擊穿，反向極擊穿，晶閘管自動導通。正常工作時，晶閘管自動導通。正常工作時， UAKUAK應小于應小于UDSM UDSM 。AP1P2N1N2KG控制極開路時：控制極開路時： PNPN結結P1N1P1N1、P2N2P2N2正向偏正向偏置，置，N1P2N1P2反向偏置，晶閘管截止。反向偏置，晶閘管截止。若在若在G和和K間加正向電壓：間加正向電壓：UGK 越大，則越大

8、，則UDSM 越越小。小。UGK 足夠大時，正向特性與二極管的正向特性類似。足夠大時，正向特性與二極管的正向特性類似。隨反向電壓的增加，反向漏電流隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當稍有增加，當 U = URSM U = URSM 時，反時，反向極擊穿。正常工作時，反向電向極擊穿。正常工作時，反向電壓必須小于壓必須小于URSMURSM。AP1P2N1N2KG反向特性：反向特性： 在陽極和陰極間加反向電壓。在陽極和陰極間加反向電壓。這時這時PNPN結結P1N1P1N1、P2N2 P2N2 反向偏置，反向偏置，N1P2N1P2正向偏置，晶閘管截止。正向偏置，晶閘管截止。URSM ：反向不重復峰

9、值電壓。：反向不重復峰值電壓。1. UDRM：斷態(tài)重復峰值電壓：斷態(tài)重復峰值電壓晶閘管耐壓值。一般取晶閘管耐壓值。一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶閘管普通晶閘管UDRM 為為 100V-3000V10.2.2 主要參數(shù)主要參數(shù)UIIHUDSM正向轉折正向轉折電壓電壓URSMUDRM控制極斷路時，可以重復作用在晶閘管上的反控制極斷路時，可以重復作用在晶閘管上的反向重復電壓。一般取向重復電壓。一般取URRM = 80% URSM。普。普通晶閘管通晶閘管URRM為為100V-3000V）2. URRM：反向重復峰值電壓：反向重復峰值電壓UIIHUDSMURSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓

10、URRMUDRMITAV含義含義it 2ITAV)(dsin210mmTAVIttII 3. ITAV：通態(tài)平均電流：通態(tài)平均電流環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為40。C時時,在在 電阻性負載、單相工頻電阻性負載、單相工頻 正弦半波、導電角不小于正弦半波、導電角不小于170o的電路中，晶閘的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管 ITAV 為為1A-1000A。）。）額定通態(tài)平均電流即正向平均電流額定通態(tài)平均電流即正向平均電流IF）。）。通用系列為：通用系列為：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等

11、等14種規(guī)格。種規(guī)格。UIIHIF額定額定正向正向平均平均電流電流UDSM正向轉折正向轉折電壓電壓URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓UDRMURRM4. UTAV ：通態(tài)平均電壓：通態(tài)平均電壓6. UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流：控制極觸發(fā)電壓和電流管壓降。在規(guī)定的條件下，通過正弦半波平均管壓降。在規(guī)定的條件下，通過正弦半波平均電流時，晶閘管陽、電流時，晶閘管陽、 陰兩極間的電壓平均值。陰兩極間的電壓平均值。一般為一般為1V左右。左右。5. IH：最小維持電流：最小維持電流在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導通后，在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導通后，維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾

12、十維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。到一百多毫安。在室溫下，在室溫下， 陽極電壓為直流陽極電壓為直流 6V 時，使晶閘管完時，使晶閘管完全導通所必須的最小控制極直流電壓、電流全導通所必須的最小控制極直流電壓、電流 。一。一般般UG為為 15V，IG 為幾十到幾百毫安。為幾十到幾百毫安。晶閘管型號晶閘管型號通態(tài)平均電壓通態(tài)平均電壓UAVT）額定電壓級別額定電壓級別UDRM）額定通態(tài)平均電流額定通態(tài)平均電流（ITAV）晶閘管類型晶閘管類型P-普通晶閘管普通晶閘管K-快速晶閘管快速晶閘管S -雙向晶閘管雙向晶閘管晶閘管晶閘管K晶閘管電壓、電流級別：晶閘管電壓、電流級別：額定通態(tài)電

13、流額定通態(tài)電流ITAV通用系列為通用系列為1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等14種規(guī)格。種規(guī)格。額定電壓額定電壓UDRM通用系列為：通用系列為：1000V以下的每以下的每100V為一級，為一級，1000V到到3000V的的每每200V 為一級。為一級。通態(tài)平均電壓通態(tài)平均電壓UTAV等級一般用等級一般用 A I字母表示：字母表示：由由 0.4 1. 2V每每 0.1V 為一級。為一級。10.3.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路一、電阻性負載一、電阻性負載1. 電路及工作原理電路及工作原理u1u2uTuLAGKRLu

14、G10.3 可控整流電路可控整流電路 u2 0 時，加上觸發(fā)電壓時，加上觸發(fā)電壓 uG ，晶閘管導通，晶閘管導通 。且。且 uL 的大小隨的大小隨 uG 加入的早晚而變化；加入的早晚而變化； u2 R 時，時， ILAV 在整個周期中可近在整個周期中可近似看做直流。似看做直流。4. 晶閘管的選擇晶閘管的選擇晶閘管電壓晶閘管電壓 （1.5 2U2M晶閘管電流晶閘管電流 （1.5）57. 1TI(2) 晶閘管中的電流晶閘管中的電流02d21tIILAVTLAVI360有效值有效值:平均值平均值:LAVTAVII36010.3.2 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路一、電阻性負載橋式可控整流電

15、路一、電阻性負載橋式可控整流電路T1、T2 -晶閘管晶閘管D1、D2 -二極管二極管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGu2 0時的導通路徑時的導通路徑（UG加入后）：加入后）：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1T2D1D2RLuLu2AB+-1. 電路及工作原理電路及工作原理uGT2RLD1u2 (A)u2 (B)u2 0時導通路徑：時導通路徑：T1T2D1D2RLuLu2AB+-2. 工作波形工作波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-3. 輸出電壓及電流的平均值輸出電壓及電流的平均值2)(d1tuULAV2)(dsin21ttULLAVLAVRUI2

16、cos19.02U例：橋式可控整流電路中，例：橋式可控整流電路中，U2=220V，RL=3,可控可控硅控制角硅控制角=15180，求輸出電壓平均值求輸出電壓平均值UL的的調節(jié)范圍，以及可控硅調節(jié)范圍，以及可控硅包括二極管的電流平包括二極管的電流平均值的最大值和承受的最均值的最大值和承受的最大反向電壓。大反向電壓。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V， =15=0V， =180=191/3=64A承受的最高反向電壓承受的最高反向電壓:2cos19 . 02UULAVLLAVLAVRUIV31122UUDRM二、電感性負載橋式可控整流電路二、電感性負載橋式可控整流電路 該電路加續(xù)流二極管

17、后電路工作情況以及負載上該電路加續(xù)流二極管后電路工作情況以及負載上的電流、電壓和電阻性負載類似，請自行分析。的電流、電壓和電阻性負載類似，請自行分析。u2T1T2D1D2DuLRL兩種常用可控整流電路的特點兩種常用可控整流電路的特點電路電路特點特點1. 該電路只用一只晶閘管，且其該電路只用一只晶閘管，且其上無反向電壓。上無反向電壓。2. 晶閘管和負載上的電流相同。晶閘管和負載上的電流相同。電路一：電路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL電路電路特點特點1. 該電路接入電感性負載時，該電路接入電感性負載時，D1、D2 便起續(xù)流二極管作用。便起續(xù)流二極管作用。2. 由于由

18、于T1的陽極和的陽極和T2的陰極相連，兩管的陰極相連，兩管控制極必須加獨立的觸發(fā)信號?？刂茦O必須加獨立的觸發(fā)信號。電路二：電路二：考慮考慮T1T2D1D2RuLu2E+帶反電動勢負載的可控整流電路帶反電動勢負載的可控整流電路1. 該電路的工作過程。該電路的工作過程。2. 畫出畫出uL、iL的工作波形。的工作波形。10.4.1 單結晶體管工作原理單結晶體管工作原理構造構造等效電路等效電路E（發(fā)射極）（發(fā)射極）B2（第二基極）（第二基極）B1（第一基極）（第一基極）NPEB2B1RB2RB1管內基極管內基極 體電阻體電阻PN結結10.4 觸發(fā)電路觸發(fā)電路工作原理：工作原理：當當uE UA+UF =

19、 UP 時時PN結反偏，結反偏，iE很??；很??；當當 uE UP 時時PN結正向導通結正向導通, iE迅迅速增加。速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE - 分壓比分壓比 (0.35 0.75)UP - 峰點電壓峰點電壓UF - PN結正向結正向 導通壓降導通壓降BBBBBBBAURRRUU21110.4.2 單結晶體管的特性和參數(shù)單結晶體管的特性和參數(shù)IEuEUVUPIVUV、IV -谷點電壓、電流谷點電壓、電流（維持單結管導通的最?。ňS持單結管導通的最小 電壓、電流。）電壓、電流。）負阻區(qū)負阻區(qū)UP- 峰點電壓峰點電壓（單結管由截止變導通（單結管由截止變導通 所需發(fā)射極電壓。）所需發(fā)射

20、極電壓。） uEUP 時單結管導通時單結管導通IEuEUVUPIV負阻區(qū)負阻區(qū)UEUP 后，大量空穴注入基區(qū)，管內基極體電阻后，大量空穴注入基區(qū)，管內基極體電阻RB1 0，致使，致使IE增加、增加、UE反而下降，出現(xiàn)負阻。反而下降，出現(xiàn)負阻。負阻區(qū)存在的原因：負阻區(qū)存在的原因：EB2B1RB2RB1單結管符號單結管符號EB2B1單結管重單結管重要特點要特點1. UEUP 時單結管導通。時單結管導通。10.4.3 單結晶體管振蕩電路單結晶體管振蕩電路一、振蕩過程分析一、振蕩過程分析RR2R1CUuCuOEB1B2電路組成電路組成振蕩波形振蕩波形uCttuoUVUP21BBRRU22111RRRR

21、UIBBR1. uE = uC UP 時，單結管不導通，時，單結管不導通，uo 0。IR1R1、R2是外加的，不同于內是外加的，不同于內部的部的RB1、RB2。前者一般取。前者一般取幾十歐幾十歐幾百歐；幾百歐； RB1+RB2一般為一般為215千歐。千歐。此時此時R1上的電流很小，其值為：上的電流很小，其值為：RR2R1CEuCuOEB1B22. 隨電容的隨電容的 充電，充電，uC逐漸升高。當逐漸升高。當 uC UP 時，單時，單結管導通，結管導通， uo=UP-UF。然后電容通過。然后電容通過R1放電，當放電，當放電至放電至 uc UV 時，單結管重新關斷，使時，單結管重新關斷，使 uo0。R1上便得到一個脈沖電壓。上便得到一個脈沖電壓。R2起溫度補償作用起溫度補償作用UPUVUP-UFUP、UV- 峰點、谷點電壓峰點、谷點電壓U