電子技術(shù)基礎(chǔ)及技能 伍湘彬主編

1、第第6 6章章 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路6.2.1 雙向晶閘管 6.2.2 快速晶閘管6.2.3 可關(guān)斷晶閘管6.2.4 光控晶閘管 6.2 特殊晶閘管及其應(yīng)用6.1.2 晶閘管的主要參數(shù)6.1.1 晶閘管的基本結(jié)構(gòu)與工作特性6.1.4 晶閘管觸發(fā)電路（補充）6.1.3 晶閘管應(yīng)用電路6.1 一般晶閘管及其應(yīng)用6.1 6.1 一般晶閘管及其一般晶閘管及其應(yīng)用應(yīng)用 6.1.1 6.1.1 晶閘管的基本結(jié)構(gòu)與工作特性晶閘管的基本結(jié)構(gòu)與工作特性 1. 1.晶閘管的基本結(jié)構(gòu)及電路符號晶閘管的基本結(jié)構(gòu)及電路符號 由 PNPN 四層半導(dǎo)體構(gòu)成, 中間形成三個 PN 結(jié)： J1、J2、J3, 由

2、最外層的 P1、 N2 分別引出兩個電極，稱為陽極 A 和陰極 K, 由中間的 P2 引出電極，稱為控制極G。 （1）晶閘管具有單向?qū)щ娦院驼驅(qū)煽匦浴?. 2. 晶閘管的工作特性晶閘管的工作特性 （2）晶閘管由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)應(yīng)同時具備兩個條件：一是晶閘管的陽極 A 電位要高于陰極 K 電位；二是控制極 G 和陰極K 間施加正向電壓。 晶閘管的關(guān)斷方法是 A 極K 極之間電壓為零或負(fù)電壓。當(dāng)晶閘管的陽極電流小于其維持電流時，也會由導(dǎo)通變?yōu)樽钄唷?6.1.2 6.1.2 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1.反向峰值電壓 VRRM 2.額定正向平均電流 IF3.正向平均管壓降 VF4

3、.維持電流 IH5.最小觸發(fā)電壓 VG 1. 1.可控整流電路可控整流電路 6.1.3 6.1.3 晶閘管應(yīng)用電路晶閘管應(yīng)用電路（1）電路組成 用晶閘管替代單相半波整流電路中的二極管就構(gòu)成了單相半波可控整流電路, 如圖所示。 在 0t 期間，觸發(fā)電壓 vG=0 ，單向晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，輸出電壓 vo =0。 在0t期間，v2 為正半周，單向晶閘管承受正向電壓，此時：（2）工作原理Vvovo 當(dāng)t=（控制角）時，控制極 G 加有觸發(fā)電壓vG，單向晶閘管導(dǎo)通。由于單向晶閘管正向電壓很小，電源電壓幾乎全部加到負(fù)載上，輸出電壓 vo = v2 。 當(dāng)t= 時，v2 =0，晶閘管自行關(guān)斷。 在t

4、期間，盡管觸發(fā)電壓 vG 已消失，但單向晶閘管仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，vo = v2。 在t 期間，v2 為負(fù)半周，單向晶閘管承受反向電壓，呈反向阻斷狀態(tài)，輸出電壓 vo =0。Vvovovo 比較圖 (b）和圖（c）可知，控制控制角的大小，便可以控制整流輸出電壓平均值的大小。2. 2. 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 將兩只單向晶閘管反向并聯(lián)之后串聯(lián)在交流電路中。（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理 在vi為正半周時，晶閘管V1因承受反向電壓而截止，而晶閘管V2承受正向電壓，在t = t 1時刻，觸發(fā)電壓vG加到V2控制極G時，V2觸發(fā)導(dǎo)通，輸出端獲得正半周電壓。當(dāng)輸入電壓vi過零時， V2管自動關(guān)斷。 在vi為

5、負(fù)半周時，V2截止，在t = t 2時刻，vG加到V1控制極G，V1觸發(fā)導(dǎo)通，輸出端獲得負(fù)半周電壓。當(dāng)輸入電壓vi過零時，V1管自動關(guān)斷。t5t4t2t3電路組成將交流調(diào)壓電路中兩單向晶閘管的控制極 G 通過開關(guān)連接起來，可構(gòu)成交流無觸點開關(guān)電路，其電路如圖所示。3. 無觸點開關(guān)電路無觸點開關(guān)電路無觸點開關(guān)電路常用于開關(guān)頻率很高的電路之中。（1）交流無觸點開關(guān)電路 V2 A K G a S G vi K A RL V1 b V2 A K G a S G vi K A RL V1 b 電路工作原理單向晶閘管K-G極間存在300500之間的電阻，如果電路中的開關(guān)S閉合，即有：當(dāng)vi為正半周，即a端

6、為正，b端為負(fù)時，晶閘管V1的K-G極間電阻向晶閘管V2提供觸發(fā)電壓和電流，使其導(dǎo)通，交流電自a端經(jīng)V2、RL流向b端；當(dāng)vi過零時，V2由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)； 當(dāng)vi為負(fù)半周，即b端為正， a 端為負(fù)時，晶閘管V的K-G極間電阻向晶閘管V提供觸發(fā)電壓和電流，使其導(dǎo)通，交流電自b端經(jīng)V、RL流向a 端；當(dāng)vi再次過零時，V1則由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。 當(dāng)開關(guān)S關(guān)斷時，晶閘管由于得不到觸發(fā)電壓和電流，交流電路被切斷。 V2 A K G a S G vi K A RL V1 b (2)直流無觸點開關(guān)電路工作原理 當(dāng) vG 加至V1控制極 G 時，V1導(dǎo)通，有電流流過負(fù)載 RL，同時，充電電流經(jīng)

7、R 及V1對電容 C 充電；當(dāng) vG 加至V2控制極 G時， V2導(dǎo)通，電容 C 兩端的電壓VC經(jīng)V2加在V1的A、K極兩端， V1因承受反向電壓而被關(guān)斷，此時，無電流流過 RL ，達到了控制電流在負(fù)載 RL中的流通與關(guān)斷目的。 電路組成6.1.4 6.1.4 晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路 1晶閘管對觸發(fā)電路的基本要求晶閘管對觸發(fā)電路的基本要求 提供觸發(fā)電壓的電路稱為觸發(fā)電路。常用的有阻容移相式觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)電路等。（3）不觸發(fā)時，觸發(fā)電路的輸出電壓應(yīng)該小于 0.15V0.20V。（1）觸發(fā)電路輸出的觸發(fā)信號應(yīng)有足夠大的觸發(fā)電壓、觸發(fā)功率。（2）

8、觸發(fā)脈沖不僅前沿要陡而且還應(yīng)有一定的寬度。（4）觸發(fā)脈沖應(yīng)與主回路陽極電壓同步，且有足夠的移相范圍。 （1）單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu) 單結(jié)晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電路符號及等效電路如圖所示，圖中發(fā)射極箭頭方向指向 b1 極，表示經(jīng) PN 結(jié)的電流只流向 b1 極。 e 極與 b1 極之間等效電阻 Rb1 具有阻值隨發(fā)射極電流 ie的上升而下降的特性，而 e 極與 b2 極之間的等效電阻 Rb2 的阻值與 ie 的變化無關(guān)。2 2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 單結(jié)晶體管的伏安特性曲線如圖所示，它反映當(dāng)兩基極間電源電壓VBB一定時， ie 與 ve 之間的關(guān)系。單結(jié)晶體管有三個工作區(qū)：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)和飽和區(qū)

9、。（2）單結(jié)晶體管的伏安特性3 3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路電路vevo 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路是利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和 RC 電路的充、放電原理，組成頻率可調(diào)的振蕩電路，如圖所示，其輸出電壓可為晶閘管提供觸發(fā)脈沖。電路工作過程如下：VccVcc（1）雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)特點與符號 6.2.1 6.2.1 雙向晶閘管雙向晶閘管 雙向晶閘管是 NPNPN 五層器件，三個電極分別是A1、 A2、 G。 應(yīng)用：交流調(diào)壓、交流調(diào)速、交流開關(guān)、調(diào)光設(shè)備。 普通晶閘管是直流控制器件，要控制交流負(fù)載，需兩套獨立的觸發(fā)電路，而雙向晶閘管只需用一個控制極，就可以控制晶閘管的正向?qū)ê头聪驅(qū)ā＃?）雙

10、向晶閘管的工作特點 當(dāng)G極和A2極相對于A1的電壓均為正時, A2是陽極, A1是陰極。反之, 當(dāng)G極和A2極相對于A1的電壓均為負(fù)時，A1變?yōu)殛枠O, A2為陰極，即只需用一個控制極, 就可以控制晶閘管的正向?qū)ê头聪驅(qū)ā?6.2 6.2 特殊晶閘管及其應(yīng)用特殊晶閘管及其應(yīng)用 6.2.2. 6.2.2. 快速晶閘管快速晶閘管（1）快速晶閘管的結(jié)構(gòu)特點與符號快速晶閘管屬 PNPN 四層三個電極器件。 它具有開通速度快、開關(guān)時間短、開關(guān)損耗小，承受電流上升率和電壓上升率能力強等優(yōu)點。其開通時間為 48s，關(guān)斷時間為1060s。 普通晶閘管因為導(dǎo)通和關(guān)斷需要一定的時間，且陽極電壓上升速度太快時，不僅會使元件產(chǎn)生誤導(dǎo)通，而且會燒壞元件。因此，它不適用在開關(guān)頻繁、電壓電流變化快的場合。 應(yīng)用：大功率直流開關(guān)、大功率中頻感應(yīng)加熱電源、超聲波電源、激光電源、雷達調(diào)制器及直流電動車輛調(diào)速等領(lǐng)域。 （2）快速晶閘管的工作特點6.2.3 6.2.3 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管PNPN 四層三個電極器件。 已導(dǎo)通的晶閘管欲使其關(guān)斷，只要在控制極上加入負(fù)觸發(fā)脈沖即可。 普通晶閘管導(dǎo)通后欲使其關(guān)斷，必須使正向電流低于維持電流IH，或施加反向電壓強迫其關(guān)斷。 應(yīng)用：斬波器、逆變器、電子開關(guān)、恒壓調(diào)頻裝置及電力系統(tǒng)。 （1）可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)特點與符號（2）可關(guān)斷晶閘管的工作特點6.2.4 6.2.4