單結(jié)晶體管觸發(fā)電路.

1、晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路1.4 晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路1.4.1 對(duì)觸發(fā)電路的要求對(duì)觸發(fā)電路的要求 晶閘管的型號(hào)很多，其應(yīng)用電路種類(lèi)也很多，不同的晶閘管型號(hào)、不同的晶閘管應(yīng)用電路對(duì)觸發(fā)信號(hào)都會(huì)有不同的具體要求。歸納起來(lái)， 晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。不管是哪種觸發(fā)電路， 對(duì)它產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖都有如下要求： （1） 觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。由于晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門(mén)極觸發(fā)信號(hào)即失去控制作用，為了減小門(mén)極的損耗，一般不采用直流或交流信號(hào)觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號(hào)。 （2） 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率。觸發(fā)脈沖的電壓和電流應(yīng)大于晶閘管要求的數(shù)值，并留有一

2、定的裕量。觸發(fā)功率的大小是決定晶閘管元件能否可靠觸發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。 由于晶閘管元件門(mén)極參數(shù)的分散性很大，隨溫度的變化也大，為使所有合格的元件均能可靠觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄來(lái)設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的輸出電壓和電流值。 (3） 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡， 以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。普通晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間約為6 s， 故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)有6s以上。對(duì)于電感性負(fù)載，由于電感會(huì)抵制電流上升，因而觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)更大一些， 通常為0.51 ms。 此外，某些具體的電路對(duì)觸發(fā)脈沖的寬度會(huì)有一定的要求，如后續(xù)將要討論的三相全控橋等電路的觸發(fā)脈

3、沖寬度要求大于60或采用雙窄脈沖。 為了快速可靠地觸發(fā)大功率晶閘管，常在觸發(fā)脈沖的前沿疊加上一個(gè)強(qiáng)觸發(fā)脈沖，其波形如圖1-14所示。強(qiáng)觸發(fā)電流的幅值igm可達(dá)最大觸發(fā)電流的5倍，前沿t1約幾微秒。 tt10igmig圖1-14 強(qiáng)觸發(fā)電流波形 （4） 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。為保證控制的規(guī)律性，要求晶閘管在每個(gè)陽(yáng)極電壓周期都必須在相同的控制角觸發(fā)導(dǎo)通，這就要求觸發(fā)脈沖的頻率與陽(yáng)極電壓的頻率一致，且觸發(fā)脈沖的前沿與陽(yáng)極電壓應(yīng)保持固定的相位關(guān)系，這叫做觸發(fā)脈沖與陽(yáng)極電壓同步。不同的電路或者相同的電路在不同負(fù)載、不同用途時(shí)，要求的變化范圍（移相范圍）亦即觸發(fā)

4、脈沖前沿與陽(yáng)極電壓的相位變化范圍不同， 所用觸發(fā)電路的脈沖移相范圍必須能滿足實(shí)際的需要。2.6.2 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性 單結(jié)晶體管也稱(chēng)為雙基極二極管，它有一個(gè)發(fā)射極和兩個(gè)基極, 外形和普通三極管相似。 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)是在一塊高電阻率的N型半導(dǎo)體基片上引出兩個(gè)歐姆接觸的電極：第一基極B1和第二基極B2；在兩個(gè)基極間靠近B2處，用合金法或擴(kuò)散法滲入P型雜質(zhì)，引出發(fā)射極E。單結(jié)晶體管共有上述三個(gè)電極， 其結(jié)構(gòu)示意圖和電氣符號(hào)如圖1-15所示。B2 、B1間加入正向電壓后， 發(fā)射極E、 基極B1間呈高阻特性。 但是當(dāng)E的電位達(dá)到B2 、B1間電壓的某一比值（例如59%）時(shí)，

5、E、 B1間立刻變成低電阻，這是單結(jié)晶體管最基本的特點(diǎn)。 圖 1-15 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和電氣符號(hào)發(fā)射極E歐姆接觸電阻B2第二基極B1第一基極EB2B1 圖1-16所示為單結(jié)晶體管特性實(shí)驗(yàn)電路及其等效電路。將單結(jié)晶體管等效成一個(gè)二極管和兩個(gè)電阻RB1、RB2組成的等效電路，那么當(dāng)基極上加電壓UBB時(shí)，RB1上分得的電壓為BBBBBBBBBBBBAUURRURRRU1211 式中， 為分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，一般為0.50.9。 圖 1-16 單結(jié)晶體管特性試驗(yàn)電路及其等效電路(a) 特性實(shí)驗(yàn)電路； (b) 等效電路 下面分析單結(jié)晶體管的工作情況。 調(diào)節(jié)RP，使UE從零逐漸增加。當(dāng)

6、UE UBB時(shí)，單結(jié)晶體管PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，只有很小的反向漏電流。當(dāng)發(fā)射極電位UE比UBB高出一個(gè)二極管的管壓降UVD時(shí)，單結(jié)晶體管開(kāi)始導(dǎo)通，這個(gè)電壓稱(chēng)為峰點(diǎn)電壓Up，故Up =UBB+ UVD, 此時(shí)的發(fā)射極電流稱(chēng)為峰點(diǎn)電流Ip, Ip是單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流。 圖 1-17 單結(jié)晶體管發(fā)射極伏安特性曲線PVUpIpUvIvIE0UE 當(dāng)IE增大至一定程度時(shí)，載流子的濃度使注入空穴遇到阻力， 即電壓下降到最低點(diǎn)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為飽和。欲使IE繼續(xù)增大，必須增大電壓UE。由負(fù)阻區(qū)轉(zhuǎn)化到飽和區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)V稱(chēng)為谷點(diǎn)。與谷點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓和電流分別稱(chēng)為谷點(diǎn)電壓Uv和谷點(diǎn)電流Iv。谷點(diǎn)電壓是維持單結(jié)

7、晶體管導(dǎo)通的最小電壓，一旦UE小于Uv ，則單結(jié)晶體管將由導(dǎo)通轉(zhuǎn)化為截止。 綜上所述， 單結(jié)晶體管具有以下特點(diǎn)： （1） 當(dāng)發(fā)射極電壓等于峰點(diǎn)電壓Up時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通。 導(dǎo)通之后，當(dāng)發(fā)射極電壓小于谷點(diǎn)電壓Uv時(shí)，單結(jié)晶體管就恢復(fù)截止。 （2） 單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Up與外加固定電壓及其分壓比有關(guān)。 （3） 不同單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓Uv和谷點(diǎn)電流Iv都不一樣。 谷點(diǎn)電壓大約在25 V之間。在觸發(fā)電路中，常選用稍大一些，Uv低一些和Iv大一些的單結(jié)晶體管，以增大輸出脈沖幅度和移相范圍。1.4.3 單結(jié)晶體管的自激振蕩電路單結(jié)晶體管的自激振蕩電路圖 1-18 單結(jié)晶體管自激振蕩電路及其波形(a)

8、電路； (b) 波形R2R1RECEuR100uCUpUvttuR1(a)(b)uC 設(shè)電源未接通時(shí)，電容C上的電壓為零。電源接通后，C經(jīng)電阻RE充電，電容兩端的電壓uC逐漸升高，當(dāng)uC達(dá)到單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Up時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電容經(jīng)單結(jié)晶體管的發(fā)射極、電阻RB1向電阻R1放電, 在R1上輸出一個(gè)脈沖電壓。 當(dāng)電容放電至uC=Uv并趨向更低時(shí)，單結(jié)晶體管截止， R1上的脈沖電壓結(jié)束。之后電容從Uv值又開(kāi)始充電，充電到Up時(shí)，單結(jié)晶體管又導(dǎo)通，此過(guò)程一直重復(fù)下去，在R1上就得到一系列的脈沖電壓。由于C的放電時(shí)間常數(shù)1=（ R1 +RB1）C, 遠(yuǎn)小于充電時(shí)間常數(shù)2=REC，故脈沖電壓為鋸齒

9、波。uC和u R1的波形如圖1-18所示。改變RE的大小，可改變C的充電速度，從而改變電路的自振蕩頻率。 應(yīng)該注意，當(dāng)RE的值太大或太小時(shí)，不能使電路振蕩。當(dāng)RE太大時(shí)，較小的發(fā)射極電流IE能在RE上產(chǎn)生大的壓降，使電容兩端的電壓uC升不到峰點(diǎn)電壓Up，單結(jié)晶體管就不能工作到負(fù)阻區(qū)。當(dāng) RE太小時(shí)， 單結(jié)晶體管導(dǎo)通后的IE將一直大于Iv，單結(jié)晶體管不能關(guān)斷。 欲使電路振蕩，RE的值應(yīng)滿足下列條件VVEPPIUERIUE 如忽略電容的放電時(shí)間， 上述電路的自振蕩頻率近似為11111nCRTfEl 電阻R2的作用是溫度補(bǔ)償。無(wú)電阻R2時(shí)，若溫度升高，則二極管的正向電壓降UD降低，單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電

10、壓Up也就隨之下降，導(dǎo)致振蕩頻率f不穩(wěn)定。有電阻R2時(shí)，若溫度升高， 則電阻RBB增加，進(jìn)而使UBB增加。這樣，雖然二極管的正向壓降UD隨溫度升高而下降， 但管子的峰點(diǎn)電壓Up=UBB+UD仍基本維持不變，保證振蕩頻率f基本穩(wěn)定。通常R2取200600 。 電容C的大小由脈沖寬度和RE的大小決定，通常取0.11 F。1.4.4 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路220 V60 VTVD5VD6VD3VD4RVDWRPR2BTR1V1V2VD1VD2Rd(a)C圖 1-19 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及其波形(a) 電路； (b) 波形圖 1-19 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及其波形(a) 電路； (b) 波

11、形0uCt0ugt0udt(b)uVDWuVDWuVDW 1 同步電源同步電源 同步電壓由變壓器TB獲得， 而同步變壓器與主電路接至同一電源， 故同步電壓與主電壓同相位，同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流再經(jīng)穩(wěn)壓管VDW削波為梯形波uVDW，它的最大值UW，uVDW既是同步信號(hào)，又是觸發(fā)電路的電源。當(dāng)uVDW過(guò)零時(shí)，單結(jié)晶體管的電壓UBB= uVDW =0，UA=0，故電容C經(jīng)單結(jié)晶體管的發(fā)射極E、第一基極B1、電阻R1迅速放電。也就是說(shuō)， 每半周開(kāi)始，電容C都基本上從零開(kāi)始充電，進(jìn)而保證每周期觸發(fā)電路送出一個(gè)距離過(guò)零時(shí)刻一致的脈沖。距離過(guò)零時(shí)刻一致即控制角在每個(gè)周期相同，這樣就實(shí)現(xiàn)了同步。 2 移相

12、控制移相控制 當(dāng)調(diào)節(jié)電阻RP增大時(shí)，單結(jié)晶體管充電到峰點(diǎn)電壓Up的時(shí)間(即充電時(shí)間)增大，第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻后移，即控制角增大，實(shí)現(xiàn)了移相。 3 脈沖輸出脈沖輸出 觸發(fā)脈沖由R1直接取出，這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)， 但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。 可以采用脈沖變壓器輸出來(lái)改進(jìn)這一觸發(fā)電路。 3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路3）波形分析）波形分析單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試以及在今后的使用過(guò)程中的檢修單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試以及在今后的使用過(guò)程中的檢修主要是通過(guò)幾個(gè)點(diǎn)的典型波形來(lái)判斷個(gè)元器件是否正常。主要是通過(guò)幾個(gè)點(diǎn)的典型波形來(lái)判斷個(gè)元器件是否正常。橋式整流后脈動(dòng)電壓的波形橋式整流后脈

13、動(dòng)電壓的波形將探頭的測(cè)試端接于將探頭的測(cè)試端接于“A”點(diǎn)，接地端接于點(diǎn)，接地端接于“E”點(diǎn)，測(cè)得波點(diǎn)，測(cè)得波形。形。 （a）實(shí)測(cè)波形）實(shí)測(cè)波形 （b）理論波形）理論波形 3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、削波后梯形波電壓波形、削波后梯形波電壓波形將探頭的測(cè)試端接于將探頭的測(cè)試端接于“B”點(diǎn)，測(cè)得點(diǎn)，測(cè)得B點(diǎn)的波形點(diǎn)的波形（a）實(shí)測(cè)波形）實(shí)測(cè)波形 （b）理論波形）理論波形 （2）脈沖移相與形成）脈沖移相與形成 1）電路組成）電路組成 脈沖移相由電阻脈沖移相由電阻RE和電容和電容C組成，脈沖形成由單結(jié)晶體管、組成，脈沖形成由單結(jié)晶體管、溫補(bǔ)電阻溫補(bǔ)電阻R3、輸出電阻、輸出電阻R4組成。組成。

14、 改變張馳振蕩電路中電容改變張馳振蕩電路中電容C的充電電阻的阻值，就可以改的充電電阻的阻值，就可以改變充電的時(shí)間常數(shù)，圖中用電位器變充電的時(shí)間常數(shù)，圖中用電位器RP來(lái)實(shí)現(xiàn)這一變化，例來(lái)實(shí)現(xiàn)這一變化，例如：如：RPC出現(xiàn)第一個(gè)脈沖的時(shí)間后移出現(xiàn)第一個(gè)脈沖的時(shí)間后移Ud （2）脈沖移相與形成）脈沖移相與形成2）波形分析）波形分析、電容電壓的波形、電容電壓的波形將探頭的測(cè)試端接于將探頭的測(cè)試端接于“C”點(diǎn)點(diǎn)（a）實(shí)測(cè)波形）實(shí)測(cè)波形 （b）理論波形）理論波形半個(gè)周期 （2）脈沖移相與形成）脈沖移相與形成調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器RP的旋鈕，觀察的旋鈕，觀察C點(diǎn)的波形的變化范圍。點(diǎn)的波形的變化范圍。、輸出脈沖

15、的波形、輸出脈沖的波形將探頭的測(cè)試端接于將探頭的測(cè)試端接于“D”點(diǎn)點(diǎn)（a）實(shí)測(cè)波形）實(shí)測(cè)波形 （b）理論波形）理論波形調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器RP的旋鈕，觀察的旋鈕，觀察D點(diǎn)的波形的變化范圍。點(diǎn)的波形的變化范圍。3觸發(fā)電路各元件的選擇觸發(fā)電路各元件的選擇（1）、充電電阻的選擇）、充電電阻的選擇改變充電電阻的大小，就可以改變張馳振蕩電路的頻率，但是頻改變充電電阻的大小，就可以改變張馳振蕩電路的頻率，但是頻率的調(diào)節(jié)有一定的范圍，如果充電電阻選擇不當(dāng)，將使單結(jié)晶體率的調(diào)節(jié)有一定的范圍，如果充電電阻選擇不當(dāng)，將使單結(jié)晶體管自激振蕩電路無(wú)法形成振蕩。管自激振蕩電路無(wú)法形成振蕩。充電電阻的取值范圍為：充電電阻

16、的取值范圍為：其中：其中：加于圖中加于圖中B-E兩端的觸發(fā)電路電源電壓兩端的觸發(fā)電路電源電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的谷點(diǎn)電流單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電流單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的峰點(diǎn)電流單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電流PPEVVIUURIUU（2）、電阻的選擇）、電阻的選擇電阻是用來(lái)補(bǔ)償溫度對(duì)峰點(diǎn)電壓的影響，通常取值范圍為：電阻是用來(lái)補(bǔ)償溫度對(duì)峰點(diǎn)電壓的影響，通常取值范圍為：200600。（3）、輸出電阻的選擇）、輸出電阻的選擇輸出電阻的大小將影響將影響輸出脈沖的寬度與幅值，通常取值輸出電阻的大小將影響將影響輸出脈沖的寬度與幅值，通常取值范圍為：范圍為：501

17、00。（4）、電容）、電容C的選擇的選擇電容電容C的大小與脈沖寬窄和的大小有關(guān)，通常取值范圍為：的大小與脈沖寬窄和的大小有關(guān)，通常取值范圍為：0.11。實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)記錄2.6.3同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路總結(jié)總結(jié)l 由此可見(jiàn)，若鋸齒波的頻率與主電路電源頻率同步即能使觸發(fā)脈沖與主電路由此可見(jiàn)，若鋸齒波的頻率與主電路電源頻率同步即能使觸發(fā)脈沖與主電路電源同步，鋸齒波是由電源同步，鋸齒波是由V2管來(lái)控制的，管來(lái)控制的，V2管由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，管由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，V2管截止的持續(xù)時(shí)間就是鋸齒波的脈寬，管截止的持續(xù)時(shí)間就是鋸齒

18、波的脈寬， V2管的開(kāi)關(guān)頻率就是鋸齒波的頻管的開(kāi)關(guān)頻率就是鋸齒波的頻率。率。在這里，同步變壓器在這里，同步變壓器TS和主電路整流變壓器接在同一電源上，用和主電路整流變壓器接在同一電源上，用TS次次級(jí)電壓來(lái)控制級(jí)電壓來(lái)控制V2的導(dǎo)通和截止，從而保證了觸發(fā)電路發(fā)出的脈沖與主電路電的導(dǎo)通和截止，從而保證了觸發(fā)電路發(fā)出的脈沖與主電路電源同步。源同步。l 所以所以只要只要V2管周期性導(dǎo)通關(guān)斷，電容管周期性導(dǎo)通關(guān)斷，電容C2兩端就能得到線性很好的鋸齒波電壓。兩端就能得到線性很好的鋸齒波電壓。l 脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻是由脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻是由V4導(dǎo)通時(shí)刻決定（鋸齒波和導(dǎo)通時(shí)刻決定（鋸齒波和Ub、Uc之和達(dá)到之和達(dá)到0

19、.7時(shí)），時(shí)），l 工作時(shí)，把負(fù)偏移電壓工作時(shí)，把負(fù)偏移電壓Ub調(diào)整到某值固定后，改變控制電壓調(diào)整到某值固定后，改變控制電壓Uc，就能改變，就能改變ub4波形與時(shí)間橫軸的交點(diǎn)，就改變了波形與時(shí)間橫軸的交點(diǎn)，就改變了V4轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的時(shí)刻，即改變了觸發(fā)脈轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的時(shí)刻，即改變了觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，達(dá)到移相的目的。沖產(chǎn)生的時(shí)刻，達(dá)到移相的目的。l 電路中增加負(fù)偏移電壓電路中增加負(fù)偏移電壓Ub的目的是為了調(diào)整的目的是為了調(diào)整Uc時(shí)觸發(fā)脈沖的初始位置。時(shí)觸發(fā)脈沖的初始位置。l 由此可見(jiàn)，脈沖產(chǎn)生時(shí)刻由導(dǎo)通瞬間確定，脈沖寬度由由此可見(jiàn)，脈沖產(chǎn)生時(shí)刻由導(dǎo)通瞬間確定，脈沖寬度由V5、V6持續(xù)截止持續(xù)截止的時(shí)間確

20、定。的時(shí)間確定。所以脈寬由所以脈寬由C3反充電時(shí)間常數(shù)反充電時(shí)間常數(shù)(=C3R11)來(lái)決定。來(lái)決定。 2.4.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路l目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的集成觸發(fā)器有KJ系列和KC系列，國(guó)外生產(chǎn)的有TCA系列，下面簡(jiǎn)要介紹由KC系列的KC04移相觸發(fā)器和KC4lC六路雙脈沖形成器所組成的三相全控橋集成觸發(fā)器的工作原理。 1、KC04移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋裝置主要用于單相或三相全控橋裝置l （1）KC04移相觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)如下移相觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：l 電源電壓：DCl5V，允許波動(dòng)5%；l 電源電流：正電流l5mA，負(fù)電流8mA；l 移相范圍： ( =30V， =l5K)；l 脈沖寬度：400 s2ms；l 脈沖幅值：13V；l 最大輸出能力：100mA；l 正負(fù)半周脈沖不均衡：土 ；l 環(huán)境溫度：- 。C100C700030170su4R（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)）內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）KC04移相觸發(fā)器的內(nèi)部線路組成移相觸發(fā)器的內(nèi)部線路組成 l KC04移相觸發(fā)器的內(nèi)部線路是由同步環(huán)節(jié)、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成及