汽車電工電子技術(shù)97360學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1汽車電工電子汽車電工電子(dinz)技術(shù)技術(shù)97360第一頁，共90頁。7.1 晶晶 閘閘 管管 晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu) 晶閘管又稱為可控硅（晶閘管又稱為可控硅（SCRSCR）, , 普通型晶閘管的外殼結(jié)構(gòu)主要普通型晶閘管的外殼結(jié)構(gòu)主要(zhyo)(zhyo)有兩種形式，一種是螺栓式，另一種是平板式，它們的外形如圖有兩種形式，一種是螺栓式，另一種是平板式，它們的外形如圖7.17.1所示。所示。 第1頁/共90頁第二頁，共90頁。圖7.1 晶閘管的外形(wi xn) (a) 螺栓式； (b) 平板式 第2頁/共90頁第三頁，共90頁。晶閘管有3個電極：陽極A、陰極K和門極(控制極)G。

2、在圖7.1（a）中， 下端的螺栓是陽極A，使用時把螺栓固定在散熱器上，上端有兩根引出線，粗的一根(y n)是陰極K，細(xì)的一根(y n)是控制極G。在圖7.1（b）平板式晶閘管中，與晶閘管中間金屬環(huán)連接的引線是控制極；離控制極較近的端面是陰極，較遠(yuǎn)的端面是陽極。 晶閘管的內(nèi)部有一個由硅半導(dǎo)體材料做成的管心。管心是一個圓形薄片，它是四層（P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G）器件。它有三個PN結(jié)，可以把中間的N1和P2分為兩部分，可看成是一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管，如圖7.2所示。 第3頁/共90頁第四頁，共90頁。圖7.2 晶閘管的結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖和圖形符號 第4

3、頁/共90頁第五頁，共90頁。晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理1 1 反向阻斷實驗反向阻斷實驗(shyn)(shyn)如圖如圖7.37.3（a a）所示，晶閘管有兩個回路：）所示，晶閘管有兩個回路： EA(-)RLVTEA(-)RLVT（A A極極-K-K極）極）EA(+)EA(+) EG(+)RGEG(+)RG開關(guān)開關(guān)SVTSVT（G G極極-K-K極）極）EG(-) EG(-) 第5頁/共90頁第六頁，共90頁。圖7.3 晶閘管的簡單實驗（a） 反向阻斷； （b） 方向(fngxing)阻斷； （c） 觸發(fā)導(dǎo)通； （d） 切除觸發(fā)信號仍導(dǎo)通 第6頁/共90頁第七頁，共90頁。前一回路稱為(

4、chn wi)晶閘管的主電路，后一回路稱為(chn wi)晶閘管的控制電路。由主電路可知，此時晶閘管的陽極電位低于陰極， 加在晶閘管上的電壓為反向電壓。在此狀態(tài)下，不論控制電路是否接通，電燈HL均不亮，晶閘管不導(dǎo)通。此時稱晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。 從晶閘管的結(jié)構(gòu)圖可見，當(dāng)晶閘管承受反向電壓時，對J2結(jié)來說雖為正向偏置，但對J1和J3結(jié)則為反向偏置，它們的電阻很大，晶閘管只有極小的反向漏電流通過，所以晶閘管處于阻斷狀態(tài)。 第7頁/共90頁第八頁，共90頁。2. 正向阻斷實驗如圖7.3(b)所示，此時晶閘管雖承受正向偏壓(pin y)，但控制極未接通，電燈也不亮， 說明晶閘管未導(dǎo)通，晶閘管處于正向

5、阻斷狀態(tài)。在正向電壓作用下，雖然J1和J3結(jié)為正向偏置， 但J2結(jié)為反向偏置， 故晶閘管仍不能導(dǎo)通。 第8頁/共90頁第九頁，共90頁。3 觸發(fā)導(dǎo)通實驗如圖7.3（c）所示，把開關(guān)S合上，在控制極與陰極之間加上適當(dāng)大小的正向觸發(fā)電壓UG。此時，電燈亮，晶閘管由阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。 晶閘管導(dǎo)通后，即使斷開控制極電路開關(guān)S，電燈仍保持原亮度，這說明晶閘管一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通， 控制極便失去了控制作用。一旦觸發(fā)導(dǎo)通以后，即使切除觸發(fā)信號(xnho)， 晶閘管仍然導(dǎo)通(見圖7.3（d）)。 第9頁/共90頁第十頁，共90頁。由以上實驗可知， 要使晶閘管導(dǎo)通必須同時具備下列兩個條件： (1) 陽極A和陰極K之

6、間施加正向(zhn xin)電壓。 (2) 控制極G與陰極K之間施加正向(zhn xin)觸發(fā)電壓。 為了說明晶閘管的工作原理，我們把四層結(jié)構(gòu)的晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管連接而成，每一個晶體管的基極與另一個晶體管的集電極相連，如圖7.4所示。陽極A相當(dāng)于PNP型晶體管V1的發(fā)射極， 陰極K相當(dāng)于NPN型晶體管V2的發(fā)射極。 第10頁/共90頁第十一頁，共90頁。圖7.4 把晶閘管看成由PNP和NPN型兩個(lin )晶體管的組合 第11頁/共90頁第十二頁，共90頁。圖7.5 晶閘管的工作(gngzu)原理 第12頁/共90頁第十三頁，共90頁。如果晶閘管陽極加正向電壓EA，控制極

7、加正向電壓EG(見圖7.5)，那么晶體管V2處于正向偏置，電壓EG產(chǎn)生的控制極電流就是V2的基極電流，由于V2的放大作用，iC2=2iB2。而iC2又是晶體管V1的基極電流，V1的集電極電流iC1=1iC2=12iB2。 此電流又流入V2基極， 再一次放大。 這樣循環(huán)下去，形成了強烈的正反饋，使兩個晶體管很快達(dá)到飽和導(dǎo)通。這就是晶閘管的導(dǎo)通過程，導(dǎo)通后的管壓降很小，即UAK1 V, 電源電壓幾乎全部(qunb)加在負(fù)載上，晶閘管中就流過負(fù)載電流, 即IAEA/RL。 第13頁/共90頁第十四頁，共90頁。在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠(yko)管子自身的反饋作用來維持，即使控制極電流i

8、G消失，晶閘管仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。所以，控制極的作用僅僅是觸發(fā)一下晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后控制極就失去控制作用了。 所以觸發(fā)電壓常常是一個具有一定幅度而存在時間很短的脈沖電壓。要想關(guān)斷晶閘管， 必須將陽極電流減小到使之不能維持正反饋過程，當(dāng)然也可以將陽極電源切斷或者在晶閘管的陽極和陰極加上一個反向電壓。 第14頁/共90頁第十五頁，共90頁。晶閘管的主要參數(shù)和型號晶閘管的主要參數(shù)和型號1 1） 正向阻斷峰值正向阻斷峰值(fn zh)(fn zh)電壓電壓UFRMUFRM在控制極斷開和晶閘管正向阻斷的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽極與陰極之間的正向峰值在控制極斷開和晶閘管正向阻斷的情況下，允許重復(fù)加

9、到晶閘管陽極與陰極之間的正向峰值(fn zh)(fn zh)電壓。電壓。 第15頁/共90頁第十六頁，共90頁。2） 反向阻斷峰值電壓URRM在控制極斷開的情況下，允許(ynx)重復(fù)加到晶閘管陽極與陰極之間的反向峰值電壓。 如果晶閘管的UFRM和URRM不相等，則取較小的那個電壓值， 作為該元件的額定電壓。在實際應(yīng)用中，由于晶閘管的過載能力較差，所以在選擇晶閘管的額定值時，需要留有一定的余量。 通常選額定電壓和額定電流是實際工作電壓和工作電流的2倍左右。例如工作在交流有效值為220 V（峰值為311 V）的電路中， 應(yīng)選用額定電壓為600 V的晶閘管。 第16頁/共90頁第十七頁，共90頁。3

10、） 額定正向平均電流IF在環(huán)境溫度不超過40和規(guī)定的散熱條件下，晶閘管的陽極與陰極(ynj)之間允許連續(xù)通過的工頻（50 Hz）正弦半波電流的平均值。 需要指出，晶閘管的額定正向平均電流并不是一成不變的， 它與環(huán)境溫度、散熱條件、元件的導(dǎo)通角等因素有關(guān)。例如100 A的元件，如不加風(fēng)冷，則只能用到其容量的30左右。 此外，若晶閘管中流過的平均電流相同，則導(dǎo)通角越小， 電流的波形越尖，峰值越大，元件發(fā)熱越重。這時晶閘管所允許通過的電流平均值必須適當(dāng)降低。 第17頁/共90頁第十八頁，共90頁。4） 維持電流IH在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷開的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通所需要的最小陽極電流，稱為維持

11、電流IH。當(dāng)晶閘管的陽極電流小于此值時，晶閘管將自行(zxng)關(guān)斷。IH一般為幾十至二三百毫安。 目前我國生產(chǎn)的普通型晶閘管的型號組成如下： 第18頁/共90頁第十九頁，共90頁。導(dǎo)通時正向平均電壓的組別，（小于100A不標(biāo)），共分九級，用AI表示，A級為0.4V,I級為1.2V第19頁/共90頁第二十頁，共90頁。7.2 可控整流可控整流(zhngli)電路電路 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路1. 電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路1） 工作原理工作原理(1) u2為正半波時，為正半波時，uaub，晶閘管承受正向陽極，晶閘管承受正向陽極(yngj)電壓。

12、電壓。 此時若在門極加上正向觸發(fā)電壓，則晶閘管導(dǎo)通，電流此時若在門極加上正向觸發(fā)電壓，則晶閘管導(dǎo)通，電流io流向：流向： aVTRLb。忽略管壓降。忽略管壓降uT，則，則uo=u2，io= u2/RL。當(dāng)。當(dāng)u2的正半波電壓逐漸減少時，的正半波電壓逐漸減少時，io也逐漸減少，當(dāng)也逐漸減少，當(dāng)u2 0時，時，io0，晶閘管關(guān)斷。，晶閘管關(guān)斷。 第20頁/共90頁第二十一頁，共90頁。(2）u2為負(fù)半波時，uaub, 晶閘管承受反向電壓，處于反向阻斷狀況(zhungkung)，uo0，u2的下一個周期情況與前述相同，重復(fù)出現(xiàn)。 電路中各電壓、 電流波形圖如圖7.6(b)所示。 第21頁/共90頁第

13、二十二頁，共90頁。圖7.6 電阻性負(fù)載(fzi)單相半波可控整流電路圖及波形圖(a) 電路圖； (b) 波形圖 第22頁/共90頁第二十三頁，共90頁。2） 控制角與導(dǎo)通角從晶閘管承受正向電壓起到晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時的空間電角度稱為控制角，一個周期(zhuq)內(nèi)導(dǎo)通的范圍稱為導(dǎo)通角， 顯然，-。改變晶閘管的觸發(fā)時刻就可以改變控制角，亦即可以改變晶閘管的導(dǎo)通范圍，從而改變uo。的變化范圍稱為移相范圍，值的改變稱為移相。 第23頁/共90頁第二十四頁，共90頁。3）負(fù)載直流平均(pngjn)電壓Uo與平均(pngjn)電流Io設(shè) 則負(fù)載上的直流平均(pngjn)電壓Uo為 式中，Uo為uo波形的平均

14、值；U2為電源有效電壓；為控制角。 Uo和及u2有關(guān)，若電源電壓給定后，Uo只與有關(guān)。當(dāng)0時，Uo=0.45U2,為最大輸出直流平均電壓；當(dāng)=時，Uo0。 所以(suy)的移相范圍為0，而Uo在00.45U2范圍連續(xù)可調(diào)。 （7-1）第24頁/共90頁第二十五頁，共90頁。負(fù)載(fzi)電流的平均值為 （7-2） 式中，Io為負(fù)載電流的平均值；U2為電源(dinyun)電壓有效值；RL為負(fù)載電阻。 第25頁/共90頁第二十六頁，共90頁。4） 晶閘管的電壓和電流(dinli)(1） 晶閘管所承受的最大正反向電壓URM。 （7-3） (2） 流過晶閘管的電流(dinli)平均值IT。 （7-4）

15、 第26頁/共90頁第二十七頁，共90頁。 2. 電感性負(fù)載單相半波可控整流電路實際電路中有許多負(fù)載是電感性負(fù)載，它們既含有電阻(dinz)又含有電感。 電感性負(fù)載單相半波可控整流電路如圖7.7所示。 第27頁/共90頁第二十八頁，共90頁。圖7.7 電感性負(fù)載(fzi)單相半波可控整流電路圖及波形圖（a） 電路圖; (b) 波形圖 第28頁/共90頁第二十九頁，共90頁。1） 工作原理當(dāng)u2為正半波時，晶閘管VT承受正向電壓u2，控制極未加觸發(fā)脈沖時，晶閘管不導(dǎo)通，uo0。在t1時刻，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，u2加在負(fù)載(fzi)上，uou2 。io只能逐漸增加， 因為電感L的自感電動勢阻礙io增

16、加。當(dāng)uo達(dá)到最大值后又開始減少時，io增大速度變慢，直至最大，再開始減少。當(dāng)io減少時，電感L的自感電動勢阻礙io減少。自感電動勢的方向?qū)чl管來說是正方向，所以，在t2t3期間，雖然u2已變?yōu)樨?fù)， 但只要自感電動勢大于u2，晶閘管就承受正向電壓而繼續(xù)導(dǎo)通，io繼續(xù)減少，但只要io不小于IH, 晶閘管就不關(guān)斷，uou2。直至ioIH, 晶閘管才關(guān)斷，開始承受反向電壓， uo0。波形圖如圖7.7(b)所示。 第29頁/共90頁第三十頁，共90頁。2） 續(xù)流二極管的作用由于電感L的存在，使負(fù)載(fzi)電壓出現(xiàn)負(fù)值，平均電壓Uo減少。所以必須采取一定措施，避免uo出現(xiàn)負(fù)值。為解決此問題， 可以在

17、負(fù)載(fzi)兩端并聯(lián)一個二極管，稱為續(xù)流二極管，其電路圖及波形圖如圖7.8所示。 第30頁/共90頁第三十一頁，共90頁。圖7.8 續(xù)流二極管的感性(gnxng)負(fù)載電路圖及波形圖（a） 電路圖; (b) 波形圖 第31頁/共90頁第三十二頁，共90頁。單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路1. 1. 單相半控橋式整流電路的組成單相半控橋式整流電路的組成單相半波可控整流電路雖然有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少的優(yōu)點單相半波可控整流電路雖然有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少的優(yōu)點(yudin)(yudin)，但卻有整流電壓脈動大、輸出電流小的缺點。，但卻有整流電壓脈動大、輸出電流小的缺點。 所

18、以，經(jīng)常用的是單相橋式可控整流電路。單相橋式可控整流電路分為半控橋式整流電路和全控橋式整流電路。如圖所以，經(jīng)常用的是單相橋式可控整流電路。單相橋式可控整流電路分為半控橋式整流電路和全控橋式整流電路。如圖7.97.9所示為兩種常用的單相半控橋式整流電路。在圖所示為兩種常用的單相半控橋式整流電路。在圖7.97.9（a a）中，）中， 采用兩個晶閘管和兩個二極管組成橋式電路；在圖采用兩個晶閘管和兩個二極管組成橋式電路；在圖7.97.9（b b）中，采用四個二極管和一個晶閘管組成開關(guān)管式電路。如果在圖）中，采用四個二極管和一個晶閘管組成開關(guān)管式電路。如果在圖7.97.9（a a）中的四個晶體管都采用晶

19、閘管，則稱為單相全控橋式整流電路。但由于這種電路晶閘管較多，觸發(fā)電路較復(fù)雜，）中的四個晶體管都采用晶閘管，則稱為單相全控橋式整流電路。但由于這種電路晶閘管較多，觸發(fā)電路較復(fù)雜， 成本較高，成本較高， 故不常采用。故不常采用。 第32頁/共90頁第三十三頁，共90頁。圖7.9 單相半控橋式整流(zhngli)電路（a） 半控式； (b) 開關(guān)管式 第33頁/共90頁第三十四頁，共90頁。在圖7.9（a）中，變壓器副邊電壓u2在正半周時，VT1和VD2承受正向電壓。當(dāng)t時，如對晶閘管VT1引入觸發(fā)(chf)信號， 則VT1和VD2導(dǎo)通，電流的通路為 aVT1RLVD2b 這時，VT2和VD1承受(

20、chngshu)反向電壓而截止。同樣在電壓u2的負(fù)半周時， VT2和VD1承受(chngshu)正向電壓。這時，如對晶閘管VT2引入觸發(fā)信號， 則VT2和VD1導(dǎo)通，電流的通路為 bVT2RLVD1a 這時，VT1和VD2處于(chy)截止?fàn)顟B(tài)。 第34頁/共90頁第三十五頁，共90頁。當(dāng)整流電路為電阻性負(fù)載時，單相半控橋式整流電壓uo的波形(b xn)如圖7.10所示。顯然，與單相半波可控整流相比，其輸出電壓的平均值應(yīng)增大一倍，即 （7-5） 輸出(shch)電流的平均值 (7-6) 第35頁/共90頁第三十六頁，共90頁。圖7.10 單相橋式可控整流(zhngli)的電壓波形圖 第36頁/

21、共90頁第三十七頁，共90頁。由上述可知(k zh)，當(dāng)0，即180時，負(fù)載上的電壓最大，即Uo=0.9U2。改變觸發(fā)脈沖uG的加入時刻，即改變控制角大小，使晶閘管在不同的時刻導(dǎo)通， 便可調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的平均值Uo， 從而實現(xiàn)可控整流。 第37頁/共90頁第三十八頁，共90頁。例7-1有一純阻性負(fù)載，要求單相半控橋式整流電路對負(fù)載提供可調(diào)的直流電壓平均值Uo為0100 V，電流Io為010 A，求變壓器副繞組的電壓有效值U2,并選擇晶閘管。 解設(shè)輸出的直流電壓平均值為100 V時，晶閘管全導(dǎo)通, 即180，0。由公式可求出可控整流電路的輸入(shr)交流電壓有效值： 第38頁/共90頁第三十九頁

22、，共90頁。實際上，晶閘管的最大導(dǎo)通角只有160170左右， 因此，要得到100 V的直流輸出(shch)電壓， 就必須在計算結(jié)果的基礎(chǔ)上加大10左右，所以 U2=111(1+0.1)=122 (V) 晶閘管承受(chngshu)的最大反向電壓 第39頁/共90頁第四十頁，共90頁。晶閘管中流過的平均(pngjn)電流 二極管中流過的平均(pngjn)電流 按兩倍的余量選擇晶閘管，則可選用KP型晶閘管，它的額定( dng)正向平均電流為10 A，額定( dng)電壓為400 V即可。 第40頁/共90頁第四十一頁，共90頁。例例7-27-2設(shè)負(fù)載電阻對可控整流電路的要求與上例相同設(shè)負(fù)載電阻對可

23、控整流電路的要求與上例相同(xin tn)(xin tn)， 為了減輕整流裝備的重量，縮小體積，不采用整流變壓器，為了減輕整流裝備的重量，縮小體積，不采用整流變壓器， 直接由電網(wǎng)的交流直接由電網(wǎng)的交流220 V220 V（有效值）電壓作為整流電路的輸入電壓，求晶閘管最大導(dǎo)通角，并選擇晶閘管。（有效值）電壓作為整流電路的輸入電壓，求晶閘管最大導(dǎo)通角，并選擇晶閘管。 解當(dāng)輸出直流電壓平均值為解當(dāng)輸出直流電壓平均值為100 V100 V時，導(dǎo)通角為時，導(dǎo)通角為，控制角為，控制角為， 根據(jù)公式得根據(jù)公式得 第41頁/共90頁第四十二頁，共90頁。解得 最大導(dǎo)通角 晶閘管所承受(chngshu)的最大反

24、向電壓 第42頁/共90頁第四十三頁，共90頁。2. 2. 單相半控橋式整流電路的應(yīng)用單相半控橋式整流電路的應(yīng)用可控硅整流充電機(jī)可控硅整流充電機(jī)如圖如圖7.117.11所示是一臺所示是一臺8 kW8 kW可控硅移相調(diào)壓充電機(jī)。可控硅移相調(diào)壓充電機(jī)。 由于它采用移相調(diào)壓，故體積小、重量輕，由于它采用移相調(diào)壓，故體積小、重量輕， 結(jié)構(gòu)合理，結(jié)構(gòu)合理， 使用方便可靠，使用方便可靠， 比較比較(bjio)(bjio)適合汽車修理廠使用?，F(xiàn)將電氣原理介紹如下：該充電機(jī)包括主整流電路、適合汽車修理廠使用?，F(xiàn)將電氣原理介紹如下：該充電機(jī)包括主整流電路、 觸發(fā)電路和控制電路三個部分。觸發(fā)電路和控制電路三個部分

25、。 第43頁/共90頁第四十四頁，共90頁。圖7.11 單相(dn xin)半控橋式充電機(jī)電器原理圖 第44頁/共90頁第四十五頁，共90頁。1） 主整流電路主整流電路是用兩個硅二極管、兩個可控硅元件(yunjin)組成的單相橋式整流電路，并由220 V單相交流電直接供電，不設(shè)置整流變壓器， 以提高輸出直流電壓。 第45頁/共90頁第四十六頁，共90頁。2） 觸發(fā)(chf)電路觸發(fā)(chf)電路是典型的單結(jié)晶體管移相觸發(fā)(chf)電路。三極管V1的基極電壓是通過控制電路來改變的。從同步變壓器8 V一側(cè)繞組來的交流電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后，加在電阻器RP上，調(diào)節(jié)RP， 改變?nèi)龢O管的基極與發(fā)射極之間

26、的電壓，達(dá)到移相調(diào)壓的目的。 第46頁/共90頁第四十七頁，共90頁。3) 控制電路在觸發(fā)電路中，還設(shè)置了電容器C2，它的作用是，當(dāng)三極管V1的基極發(fā)射極之間電壓升高(shn o)時，V1導(dǎo)通，觸發(fā)電路的直流電通過R3，V1向電容器C1充電。如果充電速度加快,電容器C1兩端的電壓上升速度就加快，輸出脈沖就提前，晶體管將提前導(dǎo)通而使充電電壓提高。設(shè)置了電容器C2之后，可以使相位角后移6左右，保證在充電電壓低時也能很好地觸發(fā)。 使用時，應(yīng)首先將電位器RP調(diào)到阻值最小處，接上蓄電池，再接交流電源，指示燈亮。調(diào)節(jié)RP使輸出的直流電壓達(dá)到需要的數(shù)值。 充電完畢后，先將電位器RP的阻值回調(diào)至最小，再切斷交

27、流電源， 最后卸下蓄電池。 第47頁/共90頁第四十八頁，共90頁。在使用可控硅移相調(diào)壓充電機(jī)時應(yīng)注意(zh y)以下幾點： （1） 在充電電壓低于蓄電池電動勢一定值時，還會出現(xiàn)充電電流，這是因為可控硅充電機(jī)輸出的是短脈沖電壓， 而電壓表測量的是平均電壓。 （2） 在實際充電時可控硅充電機(jī)的功率選擇應(yīng)盡可能接近實際需要的功率，以便可控硅能在較大的導(dǎo)通角下工作。 （3） 充電機(jī)輸出導(dǎo)線應(yīng)選用截面積較大的導(dǎo)線，避免發(fā)熱損壞。一般按輸出電流的有效值來選擇線徑， 并有一定的余量。 第48頁/共90頁第四十九頁，共90頁。7.3 晶閘管的觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)(chf)電路電路 單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管

28、又稱為雙基極二極管，它有一個發(fā)射極和兩個基極。圖單結(jié)晶體管又稱為雙基極二極管，它有一個發(fā)射極和兩個基極。圖7.127.12是單結(jié)晶體管的外形、結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號。是單結(jié)晶體管的外形、結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號。 把一塊高電阻率的（輕摻雜的）把一塊高電阻率的（輕摻雜的）N N型硅片，焊接在縫寬為型硅片，焊接在縫寬為0.25 mm0.25 mm的鍍金陶瓷片上。鍍金陶瓷片的兩個部分，即為單結(jié)晶體管的兩個基極，分別稱為第一基極的鍍金陶瓷片上。鍍金陶瓷片的兩個部分，即為單結(jié)晶體管的兩個基極，分別稱為第一基極B1B1和第二基極和第二基極B2B2。在兩個基極之間靠近。在兩個基極之間靠近B2B2處的處的N N型硅

29、片上摻入型硅片上摻入P P型雜質(zhì)，并引出一個鋁質(zhì)電極，型雜質(zhì)，并引出一個鋁質(zhì)電極， 這個電極就是發(fā)射極這個電極就是發(fā)射極E E。于是。于是(ysh)(ysh)在發(fā)射極與硅片的交界處形成一個在發(fā)射極與硅片的交界處形成一個PNPN結(jié)。單結(jié)晶體管的發(fā)射極與任一基極之間都存在著單向?qū)щ娦?。?dāng)發(fā)射極不與電路接通時，基極結(jié)。單結(jié)晶體管的發(fā)射極與任一基極之間都存在著單向?qū)щ娦浴．?dāng)發(fā)射極不與電路接通時，基極B2B2和和B1B1之間約有之間約有3 312 k12 k的電阻，單結(jié)晶體管可用圖的電阻，單結(jié)晶體管可用圖7.137.13的等效電路來表示。的等效電路來表示。第49頁/共90頁第五十頁，共90頁。圖7.12

30、 單結(jié)晶體管（a） 外形； (b) 結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖； （c） 圖形符號（箭頭指向第一基極） 第50頁/共90頁第五十一頁，共90頁。圖7.13 單結(jié)晶體管的等效電路 第51頁/共90頁第五十二頁，共90頁。單結(jié)晶體管工作時，需要在兩個(lin )基極上加電壓UBB，且B2接正極，B1接負(fù)極。在發(fā)射極不加電壓時，rB1兩端分得的電壓為（7-7）式中, 稱為單結(jié)晶體管的分壓比，用表示。因此 BB1Brr分壓比是單結(jié)晶體管的一個重要參數(shù)(cnsh)，其值與單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般在0.50.8之間。對某一單結(jié)晶體管而言，是一常數(shù)。 （7-8）第52頁/共90頁第五十三頁，共90頁。在發(fā)射極E

31、與第一基極B1之間，加上可調(diào)的控制電壓UE， 并使E極接可調(diào)電源的正極，B1接負(fù)極。當(dāng)UEUB1時，PN結(jié)被反向偏置，等效電路中的二極管截止，此時E、B1極之間呈現(xiàn)高電阻。當(dāng)控制電壓上升到UE=UB1UV（UV為PN結(jié)的正向電壓降， 在室溫時UV約為0.67 V）時，PN結(jié)正向?qū)?。這時就有大量的空穴由發(fā)射極的P區(qū)注入到與第一基極相連接的N區(qū)，使這一區(qū)域的導(dǎo)電性增強(zngqing)。因而E、B1極之間的電阻突然大幅度地減小， rB1中出現(xiàn)一個較大的脈沖電流。使E、B1極之間由截止突然變?yōu)閷?dǎo)通所需的控制電壓，稱為單結(jié)晶體管的峰點電壓，用UP表示。 顯然， UP =UBB+UV。 第53頁/共9

32、0頁第五十四頁，共90頁。 單結(jié)晶體管導(dǎo)通后，E、B1極之間的電阻急劇下降，雖然這時IE較大，但I(xiàn)B1與rB1的乘積仍不大，A點的電位較低，即使控制電壓調(diào)節(jié)(tioji)到低于峰點電壓UP以下，單結(jié)晶體管仍繼續(xù)導(dǎo)通。 直到控制電壓降低到某一值，使PN結(jié)再次反偏時，單結(jié)晶體管才截止。使單結(jié)晶體管的E、B1極之間由導(dǎo)通突然變?yōu)榻刂梗?發(fā)射極所加的較低電壓稱為單結(jié)晶體管的谷點電壓，用UV表示。 第54頁/共90頁第五十五頁，共90頁。綜上所述，單結(jié)晶體管具有下列幾個重要特點(tdin)： （1）單結(jié)晶體管相當(dāng)于一個開關(guān)。當(dāng)加在它控制極（即發(fā)射極）上的電壓達(dá)到峰點電壓時， 單結(jié)晶體管由截止突然變?yōu)楫愅?/p>

33、。導(dǎo)通后，當(dāng)加在控制極上的電壓下降到谷點電壓時， 單結(jié)晶體管突然由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂?第55頁/共90頁第五十六頁，共90頁。（2） 不同的單結(jié)晶體管有不同的UP和UV值。同一個單結(jié)晶體管，若所加的UBB不同，它的UP和UV也有所不同。例如(lr)型號為BT33B的單結(jié)晶體管，若UBB=20 V, 則UP12.8 V，UV3 V。 若UBB=10 V，則UP6.7 V，UV2.6 V。 第56頁/共90頁第五十七頁，共90頁。（3） 單結(jié)晶體管的發(fā)射極與第一基極的電阻rB1是一個隨發(fā)射極電流而改變的電阻。在單結(jié)晶體管未導(dǎo)通時，發(fā)射極電流很小，rB1是一個高電阻。導(dǎo)通后，隨著發(fā)射極電流的增大，就有大

34、量的空穴注入(zh r)到第一基極的N區(qū)，致使rB1急劇下降。而rB2則是一個與發(fā)射極電流無關(guān)的電阻。所以，在單結(jié)晶體管的等效電路中, rB1用可變電阻表示。 第57頁/共90頁第五十八頁，共90頁。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路(dinl)在電源接通之前，晶體管觸發(fā)電路在電源接通之前，晶體管觸發(fā)電路(dinl)中電容器中電容器C上的電壓上的電壓uC為零。接通電源后，它就經(jīng)為零。接通電源后，它就經(jīng)RP、r向電容器充電，電容器兩端電壓按指數(shù)曲線上升，當(dāng)向電容器充電，電容器兩端電壓按指數(shù)曲線上升，當(dāng)uC升高到等于單結(jié)晶體管峰點電壓升高到等于單結(jié)晶體管峰點電壓UP時，由于電容器兩端電壓就是加在

35、單結(jié)晶體管的發(fā)射極時，由于電容器兩端電壓就是加在單結(jié)晶體管的發(fā)射極E和第一基極和第一基極B1之間的之間的, 因而使單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電阻因而使單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電阻rB1就急劇減?。s就急劇減?。s20 ），電容器向），電容器向R1放電。放電。 第58頁/共90頁第五十九頁，共90頁。圖7.14 單結(jié)晶體管的弛張振蕩電路(zhn dn din l)第59頁/共90頁第六十頁，共90頁。由于R1取得較小，放電很快，因而放電電流在R1上形成一個脈沖電壓，如圖7.15所示。由于電阻RP+R取得較大，當(dāng)電容器的電壓下降到單結(jié)晶體管谷點電壓時，電源(dinyun)經(jīng)過電阻RP和R所供給的電壓小于單結(jié)晶體管的

36、谷點電壓，于是單結(jié)晶體管截止。電源(dinyun)再次經(jīng)RP和R向電容器C充電，重復(fù)上述過程。于是在R1上就形成一個接一個的觸發(fā)脈沖。 第60頁/共90頁第六十一頁，共90頁。圖7.15 馳張振蕩電路產(chǎn)生的脈沖(michng)電壓（a） 周期為T時； (b) 周期為T時 第61頁/共90頁第六十二頁，共90頁。在觸發(fā)電路中，RP+R的值不能太小，否則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通之后，電源經(jīng)過RP和R所供給的電流較大，使單結(jié)晶體管的電流不能降到谷點電流之下，電容器的電壓始終大于谷點電壓， 造成單結(jié)晶體管不能截止的直通現(xiàn)象(xinxing)。選用谷點電流大一些的管子，可以減少這種現(xiàn)象(xinxing)。 當(dāng)然

37、，RP +R的值也不能太大， 否則充電太慢， 在整流的半個周期內(nèi)電容器充不到峰點電壓， 管子就不能導(dǎo)通。 第62頁/共90頁第六十三頁，共90頁。為了可靠地觸發(fā)晶閘管，通常要求觸發(fā)脈沖的功率為0.52 W，電壓幅值為410 V，寬度在10 s以上。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出的脈沖電壓的寬度，主要取決于電容器放電的時間常數(shù)=RC。如選用C=0.11 F，R150100 ，就可得到數(shù)十微秒的脈沖寬度。脈沖電壓的幅度(fd)決定于直流電源電壓和單結(jié)晶體管的分壓比。如電源電壓為20 V，單結(jié)晶體管的分壓比為0.5，則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通時，電容器上的電壓為10 V，除去管壓降外，在R1上可獲得幅度(fd)為7

38、8 V的輸出脈沖電壓，符合晶閘管的觸發(fā)要求。 第63頁/共90頁第六十四頁，共90頁。觸發(fā)電路中的R2是作溫度補償用的。因為在峰點電壓UP=UBB+UV的式中，分壓比不隨溫度變化，而UV則隨溫度的上升而下降，所以峰點電壓也隨溫度的上升而下降。 這就引起觸發(fā)電路的工作不穩(wěn)定。當(dāng)接入R2后，UBB是由穩(wěn)壓電源的電壓U經(jīng)R2、RBB、R1分壓而得的，而阻值RBB隨溫度上升而增大正溫度系數(shù)，因此在溫度上升后，RBB增大，電流IB=U/(R2+RBB+R1)就減小，在R2和R1上壓降也減小, UBB就增大一些，于是補償了UV因溫度上升而下降的值，從而(cng r)使峰點電壓UP保持不變。 第64頁/共9

39、0頁第六十五頁，共90頁。觸發(fā)電路與主電路的連接觸發(fā)電路與主電路的連接圖圖7.167.16所示為全波橋式可控整流電路，觸發(fā)脈沖是由單結(jié)晶體管振蕩電路產(chǎn)生的。電路元件的作用簡述所示為全波橋式可控整流電路，觸發(fā)脈沖是由單結(jié)晶體管振蕩電路產(chǎn)生的。電路元件的作用簡述(jin sh)(jin sh)如下。如下。 第65頁/共90頁第六十六頁，共90頁。圖7.16 觸發(fā)電路(dinl)與主電路(dinl)的連接 第66頁/共90頁第六十七頁，共90頁。1） 變壓器負(fù)載RL所在的電路稱為主電路，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的是觸發(fā)電路。由于兩種電路所要求的電壓往往不同，故采用變壓器Tr。 Tr的另一個(y )重要作用是使u

40、1、u2同相，從而使觸發(fā)電路的過零時刻與主電路的過零時刻保持一致， 即所謂“同步”。 圖7.17為主電路和觸發(fā)電路的電壓波形。由圖可以看出， 晶閘管VT1和VT2分別在每個周期中第一個(y )尖脈沖電壓到來時導(dǎo)通， 它們的控制角不變，即1=2。 第67頁/共90頁第六十八頁，共90頁。圖7.17 觸發(fā)電路(dinl)和主電路(dinl)的電壓波形 第68頁/共90頁第六十九頁，共90頁。2） 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管VDZ的作用是削波穩(wěn)壓,即把電壓uo的頂部削掉， 使uo穩(wěn)定在U2,并使波形變成梯形波，如圖7.17所示。這樣(zhyng)， 當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，單結(jié)晶體管輸出脈沖的幅度以及每半周中產(chǎn)生的第一

41、個脈沖（后面的脈沖與觸發(fā)無關(guān)）的時間不受影響。 同時， 削波以后可以增大移相范圍和降低單結(jié)晶體管所承受的峰值電壓。 第69頁/共90頁第七十頁，共90頁。3） 電位器電位器RP的電阻值與電容C的充電時間有關(guān)。例如，當(dāng)RP的數(shù)值增大(zn d)時，電容電壓uC上升慢，半個周期中第一個尖脈沖來得遲，控制角加大，導(dǎo)通角減小，電壓uL的平均值就小， 因此RP是調(diào)壓電位器。 第70頁/共90頁第七十一頁，共90頁。4） 溫度補償電阻電阻R2的作用是補償溫度變化對單結(jié)晶體管峰值電壓UP的影響。當(dāng)溫度升高(shn o)時，結(jié)電壓UD略有減小，但單結(jié)晶體管的電阻RBB隨溫度升高(shn o)而略有增大。串聯(lián)電

42、阻R2以后，若RBB增大， 按照分壓原理，UBB隨之增大，因此UBB的增大補償了UD的減小， 使UP基本穩(wěn)定。R2一般取200600 。 第71頁/共90頁第七十二頁，共90頁。7.4 晶閘管的保護(hù)晶閘管的保護(hù)(boh) 晶閘管的熱容量很小， 一旦發(fā)生過電流，溫度就會急劇上升而導(dǎo)致PN結(jié)燒壞。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負(fù)載兩端短接或過載；某個晶閘管被擊穿(j chun)短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作的不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)而引起過電流等等。表7-1 為KP系列晶閘管在風(fēng)冷條件下所容許的過電流倍數(shù)和過載時間的關(guān)系。 第72頁/共90頁第七十三頁，共90頁。表表7-1 7-1

43、 晶閘管的過載晶閘管的過載(guzi)(guzi)特性特性 第73頁/共90頁第七十四頁，共90頁。1. 快速熔斷器普通熔斷器由于熔斷時間長，用來保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管已燒壞但熔斷器還沒有融斷時，這樣就起不了保護(hù)作用。 因此，晶閘管的保護(hù)必須采用專門的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥鞯膬?nèi)部裝有銀質(zhì)熔絲或熔斷片。由于銀質(zhì)熔絲的導(dǎo)熱性好， 熱容量小，它與普通的熔絲相比，在相同的過電流倍數(shù)下， 它的熔斷時間要短得多。以RS3型快速熔斷器為例，當(dāng)熔絲通過5倍的額定電流時，其熔斷時間小于0.02 s。所以，只要選擇(xunz)正確，當(dāng)電路中出現(xiàn)過電流時，銀質(zhì)熔絲就可能在晶閘管損壞之前已被熔斷， 起到保護(hù)作用。

44、第74頁/共90頁第七十五頁，共90頁。圖7.18 快速(kui s)熔斷器的接入方式 第75頁/共90頁第七十六頁，共90頁。快速(kui s)熔斷器的接入方式有三種（見圖7.18）： （1） 接在輸出（負(fù)載）端。這種接法對輸出回路的過載或短路起保護(hù)作用， 但對元件本身故障引起的過電流不起保護(hù)作用。 （2）與元件串聯(lián)。這種接法可以對元件本身的故障進(jìn)行保護(hù)。 （3） 接在交流輸入端。這種接法可以同時對輸出端短路和元件短路實行保護(hù)，但是熔斷器熔斷后，不能立即判斷是什么故障。 以上三種接法中，前兩種接法一般需要同時采用；對有些電路，甚至三種接法需同時采用。 第76頁/共90頁第七十七頁，共90頁。

45、必須指出，熔絲的額定電流是按有效值計算的，而晶閘管的額定電流是按平均值計算的。由于工頻半波正弦電流（180）的有效值是其平均值的1.57倍，所以額定正向平均電流為10 A的晶閘管， 可以通過15 A的直流電流。因此，IF10 A的晶閘管應(yīng)選配(xun pi)15 A的快速熔絲來保護(hù)。 快速熔斷器的型號有RLS、 RS3等幾種。 第77頁/共90頁第七十八頁，共90頁。2. 過電流繼電器在輸出端（直流側(cè)）裝直流過電流繼電器，或在輸入端（交流側(cè)）經(jīng)電流互感器接入較靈敏的過電流繼電器，都可在發(fā)生過電流故障時起保護(hù)作用。這種保護(hù)措施對過載是有效的，但是在發(fā)生短路故障時， 由于過電流繼電器的動作時間較長

46、，故對元件(yunjin)不能實現(xiàn)有效保護(hù)。 第78頁/共90頁第七十九頁，共90頁。晶閘管的過電壓保護(hù)晶閘管的過電壓保護(hù)(boh) (boh) 1. 晶閘管過電壓的保護(hù)措施1） 阻容保護(hù)阻容吸收元件可以并聯(lián)在整流裝置的交流側(cè)（輸入端）、 直流側(cè)（輸出端）或元件側(cè)，如圖7.19所示。 阻容保護(hù)是利用電容器吸收過電壓，即實質(zhì)就是將造成(zo chn)電壓的能量變成電場能量儲存到電容器中，然后釋放到電阻中消耗掉。 這是過電壓保護(hù)的基本方法。 第79頁/共90頁第八十頁，共90頁。圖7.19 阻容吸收(xshu)元件與硒堆保護(hù)第80頁/共90頁第八十一頁，共90頁。2) 硒堆保護(hù)硒堆XR（硒整流片）是一種非線性電阻元件，具有(jyu)較陡的反向特性。 當(dāng)硒堆上電壓超過某一數(shù)值后