模擬電子技術(shù)第10章課件

第10章晶閘管電路10.1晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理晶閘管，也稱可控硅，是由四層半導(dǎo)體、三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的一種大功率半導(dǎo)體器件，多用于可控整流、可控開關(guān)、調(diào)光、調(diào)壓、電機(jī)調(diào)速等電路。10.1.1晶閘管的電路符號和外形晶閘管的電路符號如圖10.1.1（a）所示，其中a稱為陽極，k稱為陰極，g稱為控制極（或稱門極）。工程上常用的晶閘管外形如圖10.1.1（b）、（c）、（d）所示。

圖10.1.1晶閘管的電路符號和外形（a）電路符號（b）螺栓式（c）平板式（d）小功率塑封式第10章晶閘管電路圖10.1.1晶閘管的電路符號和外形110.1.2晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖10.1.2（a）所示，它由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交替相間的四層半導(dǎo)體材料構(gòu)成，分別為P1、N1、P2和N2，從而形成了三個(gè)PN結(jié)，分別為J1、J2和J3，故晶閘管也稱為四層半導(dǎo)體器件或PNPN器件。其中，P1區(qū)的引出線為陽極a，N2區(qū)的引出線為陰極k，P2區(qū)的引出線為控制極g。為了更好地理解晶閘管的工作原理，常將四層PNPN半導(dǎo)體分成兩部分，P1－N1－P2構(gòu)成一只PNP型管，N1－P2－N2構(gòu)成一只NPN型管，如圖10.1.2（b）所示；于是，晶閘管就可以等效為一對連接在一起的三極管電路，如圖10.1.2（c）所示。圖10.1.2晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）等效為兩只相連的BJT（c）等效電路10.1.2晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理圖10.1.2晶閘管的2晶閘管工作原理電路如圖10.1.3所示。其中，10.1.3（a）為實(shí)際電路，10.1.3（b）為等效電路。晶閘管正常導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：（1）陽極電路加正向電壓；（2）控制極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷海üこ躺?，控制極常加正觸發(fā)脈沖信號）。如圖10.1.2（a）所示，如果控制極不加電壓，無論在陽極與陰極之間加上何種極性的電壓，晶閘管內(nèi)的三個(gè)PN結(jié)中，至少有一個(gè)結(jié)是反偏的，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通，處于阻斷狀態(tài)。如圖10.1.3所示，當(dāng)晶閘管陽極a和陰極k之間加正向電壓，控制g和陰極k之間加正向電壓時(shí)，在正向控制電壓vGK（又稱觸發(fā)信號）的作用下，若T2管的基極產(chǎn)生電流iB2，即為觸發(fā)信號電流iG，經(jīng)T2放大后形成集電極電流iC2＝β2iB2；而T1管的基極電流iB1＝iC2＝β2iB2，因此T1管的集電極電流iC1＝β1β2iB2；該電流又注入T2的基極，作為T2管的基極電流，再進(jìn)一步進(jìn)行上述放大過程，形成正反

晶閘管工作原理電路如圖10.1.3所示。其中，10.1.3（3饋，使兩只三極管在很短的時(shí)間內(nèi)（一般不超過幾微秒）均進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶閘管完全導(dǎo)通，這個(gè)過程稱為晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極就失去控制作用，晶閘管依靠內(nèi)部的正反饋始終維持在導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，陽極和陰極之間的正向?qū)▔航礦F約為0.4~1.2V，電源電壓幾乎全部加在負(fù)載上；陽極電流iA因型號不同可達(dá)幾十~幾千安。

圖10.1.3晶閘管的工作原理（a）實(shí)際電路（b）等效電路如何使晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)：饋，使兩只三極管在很短的時(shí)間內(nèi)（一般不超過幾微秒）均進(jìn)入飽和4如果降低陽極正向電壓，使陽極電流iA小于維持電流IH（維持晶閘管導(dǎo)通所需最小的陽極電流，約幾十至一百多毫安），導(dǎo)致晶閘管不能維持正反饋過程時(shí)，晶閘管將被關(guān)斷，這種判斷稱為正向阻斷；如果在陽極和陰極之間加反向電壓，晶閘管也將關(guān)斷，這種關(guān)斷稱為反向阻斷。即，要使晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，則必須通過減小陽極電流或改變vAK電壓極性的方法來實(shí)現(xiàn)。綜上所述，晶閘管是一個(gè)可控的單向?qū)щ婇_關(guān)。與只有一個(gè)PN結(jié)的二極管相比，晶閘管的正向?qū)ň哂惺芸赜诳刂茦O電流的可控性；與有兩個(gè)PN結(jié)的三極管相比，晶閘管對控制電流沒有放大作用。10.1.3晶閘管的伏安特性以晶閘管的控制極電流iG為參變量，陽極電流iA和陽極與陰極間的電壓vAK的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性，即如果降低陽極正向電壓，使陽極電流iA小于維持電流IH（維持晶5晶閘管的伏安特性曲線如圖10.1.4所示。vAK＞0時(shí)的伏安特性稱為晶閘管的正向特性。從圖10.1.4所示的伏安特性曲線的正向特性看，當(dāng)IG＝0，且正向電壓vAK＜VBO時(shí)，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，雖然vAK逐漸增大，但由于晶閘管中有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，所以iA為很小的正向漏電流，曲線與二極管的反向特性類似，晶閘管呈現(xiàn)為很大的電阻，見圖10.1.4中曲線的OA段；當(dāng)正向電壓vAK進(jìn)一步增大到VBO時(shí)，晶閘管中間反偏的PN結(jié)將被擊穿，晶閘管由正向阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通，出現(xiàn)負(fù)阻特性，iA驟然增大、vAK迅速下降，見圖10.1.4中曲線的AB段，這種不是由控制極控制（IG＝0）的導(dǎo)通稱為誤導(dǎo)通，這種導(dǎo)通方式很容易造成晶閘管因不可恢復(fù)性擊穿而損壞，使用中應(yīng)當(dāng)避免，使晶閘管從阻斷到導(dǎo)通的正向電壓vAK稱為正向轉(zhuǎn)折電壓VBO；在vAK＞0的同時(shí)，控制極所加的正向觸發(fā)電流IG越大，則對應(yīng)的正向轉(zhuǎn)折電壓就越小，圖10.1.4中曲線的AB段左移。晶閘管正常工作時(shí)，其導(dǎo)通狀態(tài)是受控制極電流iG控制的。晶閘管導(dǎo)通后，陽極電流iA的大小受陽極回路中的電阻（通常為負(fù)載電阻）限制，正向?qū)▔航导s為1V左右。

晶閘管的伏安特性曲線如圖10.1.4所示。6VAK＜0時(shí)的伏安特性稱為晶閘管的反向特性。從圖10.1.4所示的伏安特性曲線的反向特性看，晶閘管的反向特性與二極管的反向特性相似。當(dāng)｜vAK｜＜VBR（反向擊穿電壓）時(shí)，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，iA為很小的反向漏電流IR，見圖10.1.4中的OD段；當(dāng)反向電壓增加到反向擊穿電壓VBR時(shí)，晶閘管的PN結(jié)被擊穿，反向電流急劇增加，這將造成晶閘管的永久性損壞。圖10.1.4晶閘管的伏安特性曲線10.1.4晶閘管的主要參數(shù)與型號1、額定正向平均電流IF：在環(huán)境溫度小于40℃和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，允許連續(xù)通過晶閘管陽極的工頻（50Hz）正弦波半波電流的平VAK＜0時(shí)的伏安特性稱為晶閘管的反向特性。從圖10.1.47均值。為留有安全余量，工程設(shè)計(jì)中一般取IF為正常工作平均電流的1.5~2倍。2、維持電流IH：在控制極開路且規(guī)定的環(huán)境溫度下，晶閘管維持導(dǎo)通時(shí)的最小陽極電流。當(dāng)正向電流小于IH時(shí)，晶閘管將自動(dòng)阻斷。3、控制極觸發(fā)電壓VG和觸發(fā)電流IG：室溫下，當(dāng)vAK＝6V時(shí)，使晶閘管從阻斷到完全導(dǎo)通所需的最小控制極直流電壓和電流。一般，VG為1~5V，IG為幾十至幾百毫安。4、正向重復(fù)峰值電壓VDRM：在控制極開路和晶閘管正向阻斷的條件下，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大正向電壓。一般VDRM＝VBO×80%，VBO是晶閘管在IG＝0時(shí)的轉(zhuǎn)折電壓。5、反向重復(fù)峰值電壓VRRM：在控制極開路時(shí)，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大反向電壓。一般VRRM＝VBR×80%。6、通態(tài)平均電壓VF：指通過額定正向平均電流時(shí)，vAK的平均值。一般為0.4~1.2V。7、額定電壓VD：指加在晶閘管a、k間最大允許電壓，俗稱耐壓。均值。為留有安全余量，工程設(shè)計(jì)中一般取IF為正常工作平均電流8按原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB1144－75規(guī)定，我國生產(chǎn)的KP型普通系列晶閘管的型號及含義表示如下：KP□－□□導(dǎo)通時(shí)平均電壓VF的組別（小于100A不標(biāo)注），共9級，用字母A~I表示0.4~1.2V，每級差0.1V。額定正向平均電流（A）普通型晶閘管額定電壓VD，為VDRM和VRRM中較小的一個(gè)，單位為100V。例如，KP5-7表示額定正向平均電流為5A，額定電壓（耐壓）為700V的晶閘管。 表10.1.1列出了幾件普通晶閘管的主要參數(shù)。按原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB1144－75規(guī)定，我國生產(chǎn)的KP型普9表10.1.1幾種普通晶閘管的主要參數(shù)型號IF/AVD/V型號IF/AVD/V3CT1011100TCR15A15253CT1033100TCR15B15203CT10510100TCR151151002N387025100CR25A0525502N387225400MCR38351252510.2單相可控整流電路與單結(jié)晶體管觸發(fā)電路10.2.1單相半波可控整流電路1、電路組成與工作原理帶電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路如圖10.2.1（a）所示。設(shè)，則圖10.2.1（a）所示電路中各點(diǎn)的電壓工作波形如圖10.2.1（b）所示。表10.1.1幾種普通晶閘管的主要參數(shù)型號IF/A10圖10.2.1電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路（a）整流電路（b）電壓工作波形在v2的正半周，晶閘管T承受正向電壓，但ωt在0－α期間，因vg＝0，晶閘管T的控制極未加觸發(fā)脈沖信號，所以T處于正向阻斷狀態(tài)，負(fù)載RL中的電流為零，負(fù)載兩端的輸出電壓vO＝0，v2全部作用晶閘管的陽極和陰極之間。在ωt＝α?xí)r刻，晶閘管T在控制極正向觸發(fā)脈沖信號vg的作用下開始導(dǎo)通。由于晶閘管T導(dǎo)通后的管壓降可忽略不計(jì)，因此ωt在α－π晶閘管導(dǎo)通期間，輸出電壓與v2相似。圖10.2.1電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路在v2的正半11當(dāng)交流電壓v2過零值時(shí)，流過晶閘管的電流小于維持電流IH，晶閘管自行關(guān)斷，輸出電壓vO＝0。當(dāng)交流電壓v2進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，晶閘管承受反向電壓，vAK＜0，無論控制極加或不加觸發(fā)脈沖信號，晶閘管均處于反向阻斷狀態(tài)，vO＝0。當(dāng)下一個(gè)周期來臨時(shí)，電路重復(fù)上述過程。使晶閘管開始導(dǎo)通的角度α稱為控制角，晶閘管導(dǎo)通的角度θ稱為導(dǎo)通角，θ＝π－α。顯然，控制角α越小，即導(dǎo)通角θ越大時(shí)，輸出電壓vO的平均值越大。由此可見，改變觸發(fā)脈沖vg的加入時(shí)刻，就可以改變晶閘管的導(dǎo)通角θ，也就改變了輸出電壓的平均值，從而實(shí)現(xiàn)了可控整流。2、電路參數(shù)估算由圖10.2.1（b）所示電壓工作波形，輸出電壓的平均值為當(dāng)交流電壓v2過零值時(shí)，流過晶閘管的電流小于維持電流IH，晶12輸出電流的平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為VTM＝V2

晶閘管中流過的平均電流就是輸出電流的平均值IO（AV）。10.2.2單相半控橋式整流電路1、電路組成與工作原理帶純電阻負(fù)載的單相半控橋式整流電路如圖10.2.2（a）所示。設(shè)，則圖10.2.2（a）所示電路中各點(diǎn)的電壓工作波形如圖10.2.2（b）所示。在v2的正半周，T1和D2承受正向電壓，但若控制極不加觸發(fā)脈沖，T1處于阻斷狀態(tài)，D2截止，不能導(dǎo)通。假設(shè)當(dāng)ωt＝α?xí)r，T1的控制極加上觸發(fā)脈沖vg，則T1導(dǎo)通，電流從v2的a端流出，經(jīng)T1、RL和D2流回V2的b端。由于晶閘管T和半導(dǎo)體二極管D導(dǎo)通時(shí)的管壓降很小，v2基本上都降落在RL上，因此可以認(rèn)為vO＝v2。此時(shí)，T2和D1輸出電流的平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為13圖10.2.2電阻性負(fù)載單相半控橋式整流電路（a）整流電路（b）電壓工作波形承受反向電壓，處于阻斷和截止的狀態(tài)。當(dāng)ωt＝180°時(shí)，v2＝0，T1阻斷、D2截止。在v2的負(fù)半周，T2和D1承受正向電壓，當(dāng)T2的控制極加上觸發(fā)脈沖時(shí)，T2導(dǎo)通，電流從v2的b端出發(fā)，經(jīng)T2、RL和D1流回v2的a端，直到ωt＝360°，v2＝0時(shí)，T2阻斷，D2截止。2、電路參數(shù)估算由圖10.2.2（b）所示電壓工作波形，有

圖10.2.2電阻性負(fù)載單相半控橋式整流電路承受反向電壓，14晶閘管和半導(dǎo)體二極管承受的最大反向電壓均為V2。流過晶閘管T和半導(dǎo)體二極管D的電流平均值IT（AV）＝ID（AV）＝IO（AV）

10.2.3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、電路符號和等效電路單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖10.2.3（a）所示。它是在一塊低摻雜的N型基片上利用擴(kuò)散工藝制作一個(gè)高摻雜的P型區(qū)，使P區(qū)與N型基片之間形成一個(gè)PN結(jié)而構(gòu)成的。P型區(qū)引出的電極稱為發(fā)射極e，N型基片的上下兩端各引出一個(gè)電極，下面的稱為第一基極b1，上面的稱為第二基極b2。單結(jié)晶體管有兩個(gè)基極，故也稱其為雙基極晶體管。晶閘管和半導(dǎo)體二極管承受的最大反向電壓均為V2。15單結(jié)晶體管的電路符號如圖10.2.3（b）所示，單結(jié)晶體管的等效電路如圖10.2.3（c）所示。自PN結(jié)處的A點(diǎn)至兩個(gè)基極b1、b2之間的等效電阻分別為rb1和rb2，一般rbb＝rb1＋rb2≈2~15kΩ，若在b2、b1間加上電源電壓Vbb，且發(fā)射極e開路時(shí)，A點(diǎn)的電位為式中η稱為單結(jié)晶體管的分壓比，其數(shù)值與單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)有關(guān)，是管子的主要參數(shù)，一般在0.3~0.9之間。單結(jié)晶體管的外形如圖10.2.3（d）所示。圖10.2.3單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、符號、等效電路與外形（a）結(jié)構(gòu)（b）電路符號（c）等效電路（d）外形單結(jié)晶體管的電路符號如圖10.2.3（b）所示，單結(jié)晶體管的162、單結(jié)晶體管的伏安特性單結(jié)晶體管伏安特性的測試電路如圖10.2.4（a）所示，在Vbb一定的情況下，發(fā)射極電流iE與eb1結(jié)壓降vEB1之間的函數(shù)關(guān)系，即單結(jié)晶體管的伏安特性曲線，如圖10.2.4（b）所示。圖10.2.4單結(jié)晶體管的伏安特性曲線（a）測量等效電路（b）伏安特性曲線當(dāng)外加電壓vEB1由零逐漸增大，vBE1＜VP，Vp＝ηVbb＋VD（on）時(shí)，單結(jié)晶體管內(nèi)PN結(jié)的正向壓降小于正向?qū)▔航礦D（on），iE電流很小，單結(jié)晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)，rb1呈現(xiàn)很大的電阻，稱為截止區(qū)，如圖10.2.4（b）中的FP段所示。在FP段的G點(diǎn)vEB1＝VA，PN結(jié)零偏，iE＝0。2、單結(jié)晶體管的伏安特性圖10.2.4單結(jié)晶體管的伏安特性17當(dāng)vEB1＞VP時(shí)，單結(jié)晶體管隨即導(dǎo)通，iE迅速增大，由于從P區(qū)向N區(qū)大量注入空穴，從而使rb1急劇減小，η也減小，PN結(jié)兩端的正向電壓又增加，iE更大，這一正反饋過程使vEB1因rb1的減小而減小，即iE增大時(shí)，vEB1反而減小，呈現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，稱為負(fù)阻區(qū)，如圖10.2.4（b）中的PV段所示。在PV段的P點(diǎn)，vEB1＝VP，iE＝IP，VP稱為峰點(diǎn)電壓，相對應(yīng)的電流IP稱為峰點(diǎn)電流。由前面分析可知VP＝VA＋VD（on）＝ηVbb＋VD（on）≈ηVbb

當(dāng)vEB1降到最低后，iE再增加，vEB1也有所增加，單結(jié)晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，如圖10.2.4（b）中的VB段所示。負(fù)阻區(qū)與飽和區(qū)的分界點(diǎn)V稱為谷點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓VV稱為谷點(diǎn)電壓，相對應(yīng)的電流IV稱為谷點(diǎn)電流。晶閘管導(dǎo)通后，當(dāng)vEB1＜VV時(shí)，單結(jié)晶體管又會(huì)重新截止，故VV是維持晶閘管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓。3、單結(jié)晶體管振蕩電路由單結(jié)晶體管構(gòu)成的典型振蕩電路如圖10.2.5（a）所示，其中BT33C的rbb＝3~6kΩ，η＝0.45~0.75，VV＜4V，IV＞1.5mA，利當(dāng)vEB1＞VP時(shí)，單結(jié)晶體管隨即導(dǎo)通，iE迅速增大，由于從18用其工作在負(fù)阻區(qū)的負(fù)阻效應(yīng)，可產(chǎn)生用以觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)脈沖信號。圖10.2.5單結(jié)晶體管振蕩電路（a）振蕩電路（b）電壓波形電路開始工作時(shí)，電容C上的電壓為零，vE＝0，單結(jié)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，電源Vbb通過RE對C充電，vE按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)vE≥VP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通并進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，電容C通過單結(jié)晶體管的發(fā)射結(jié)和RB1迅速放電，將有一個(gè)很大的放電電流在RB1上產(chǎn)生一個(gè)脈沖電壓，vo有一個(gè)上跳沿脈沖電壓輸出。由于單結(jié)晶體管導(dǎo)通后的rb1阻值很小，且RB1的阻值也較小，所以C放電的過程很快，vE按指數(shù)規(guī)律迅速下降，vo產(chǎn)生一個(gè)上跳沿后也即按此規(guī)律迅速下降。當(dāng)vE≤VV時(shí)，單結(jié)晶體管截止，電容C又開始充電。如此，周而復(fù)始用其工作在負(fù)阻區(qū)的負(fù)阻效應(yīng)，可產(chǎn)生用以觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)脈沖信19形成振蕩，即從RB1兩端輸出周期性的尖峰脈沖信號vo，電路的工作電壓波形如圖10.2.5（b）所示。由于C放電時(shí)間T1的時(shí)間常數(shù)（rb1＋RB1）C遠(yuǎn)小于充電的時(shí)間T2的時(shí)間常數(shù)REC，故尖峰脈沖信號的振蕩周期T≈T2。依據(jù)一階RC充放電電路暫態(tài)過程的三要素公式，有

當(dāng)單結(jié)晶體管選定以后，改變RE或C的數(shù)值即可改變輸出尖峰脈沖信號周期的大小。而改變RB1的數(shù)值可以調(diào)節(jié)尖峰脈沖信號的脈沖寬度，一般情況下取RB1＝（50~100）Ω。4、單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路形成振蕩，即從RB1兩端輸出周期性的尖峰脈沖信號vo，電路的20單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路如圖10.2.6（a）所示。圖中采用了一個(gè)同步變壓器Tr，變壓器的一次側(cè)與主電源電路接至同一個(gè)交流電源，二次側(cè)電壓經(jīng)橋式整流和穩(wěn)壓管DZ削波限幅后，得到一個(gè)高度為vZ的梯形波電壓vB，作為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源電壓，電路工作電壓波形如圖10.2.6（b）所示。當(dāng)主電路電源過零時(shí)，梯形波vB也過零點(diǎn)，也就是單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源電壓(VBB)等于零，由式（10.2.8）可知，此時(shí)峰點(diǎn)電壓VP也接近于零，如果這時(shí)電容C上還有殘余電荷，則將通過RB1迅速將電荷泄放，以使電容C從下一個(gè)半周期重新從零開始充電，從而保證了每個(gè)半周期觸發(fā)電路輸出的第一個(gè)尖峰脈沖距過零時(shí)刻的α角一致，即保證了觸發(fā)電路和主電路的同步。從圖10.2.6（a）中可以看出，在主電路交流電源的半個(gè)周期內(nèi)，觸發(fā)電路可能產(chǎn)生若干個(gè)尖峰脈沖，但是其中只有第一個(gè)尖峰脈沖信號作用于兩個(gè)晶閘管T1、T2的控制極上能起觸發(fā)的作用，使承受正向電壓的一只晶閘管導(dǎo)通。調(diào)節(jié)充電回路中RP的大小，可改變控制角α的大小，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出直流電壓的目的。單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路如圖10.2.6（a）21圖10.2.6單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路（a）電路圖（b）工作電壓波形圖【例10.2.1】單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相半控橋式整流電路如圖10.2.6（a）所示，設(shè)單結(jié)晶體管的分壓比η＝0.6，試求：（1）控制角α的移相范圍；（2）輸出直流電壓Vo（AV）的調(diào)節(jié)范圍。解：（1）如圖10.2.6（a）所示，由式（10.2.9）可求得觸發(fā)脈沖的最小周期和最大周期分別為s≈4.3mss≈8.6ms圖10.2.6單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路【例122交流電源頻率f1為50Hz，周期T1為20ms，對應(yīng)的電角度為360°，則所以，控制角α的移相范圍為77.4°~154.8°。（2）如圖10.2.6（a）所示，依式（10.2.4）可得V≈9.4VV≈120.6V所以，輸出直流電壓VO（AV）的調(diào)節(jié)范圍為9.4V~120.6V。10.3雙向晶閘管及其應(yīng)用10.3.1雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)與伏安特性雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)、電路符號如圖10.3.1（a）、（b）所示。雙向晶閘管有三個(gè)電極，一個(gè)是控制極g，另外兩個(gè)統(tǒng)稱為主電極，分別用a2和a1表示。如圖10.3.1（a）所示，主電極a2同時(shí)跨接在P1區(qū)和N4區(qū)，主電極a1同時(shí)跨接在P2區(qū)和N2區(qū)，控制極g同時(shí)跨接在P2區(qū)和N3區(qū)。因此，雙向晶閘管可以看成是由P1N1P2N2構(gòu)成的正向晶交流電源頻率f1為50Hz，周期T1為20ms，對應(yīng)的電角度23閘管和由P2N1P1N4構(gòu)成的反向晶閘管并聯(lián)構(gòu)成，并且用同一個(gè)控制極g來控制。雙向晶閘管的伏安特性曲線如圖10.3.1（c）所示。通常觸發(fā)電壓加在控制極g與主電極a1之間，觸發(fā)電壓可正可負(fù)，即可雙向觸發(fā)。相對于正向晶閘管其伏安特性曲線畫在第一象限，相對于反向晶閘管其伏安特性曲線畫在第三象限。只要主電極a1、a2之間加有一定大小的電壓，不論正負(fù)，再有一定大小的觸發(fā)電壓，也不論正負(fù)，雙向晶閘管即可導(dǎo)通。工程上一般取a2、a1極間加正向電壓，g極加正向觸發(fā)電壓，管子導(dǎo)通，伏安特性曲線在第一象限和a2、a1極間加反向電壓，g極加反向觸發(fā)電壓，管子導(dǎo)通，伏安特性曲線在第三象限的兩種工作模式。10.3.2雙向觸發(fā)二極管雙向觸發(fā)二極管，又稱觸發(fā)二極管，具有雙向?qū)ΨQ的正反轉(zhuǎn)折電壓VBO，可從交流電源直接為雙向晶閘管提供觸發(fā)電壓，在觸發(fā)雙向晶閘管的控制電路中得到了廣泛的應(yīng)用。雙向觸發(fā)二極管的電路符閘管和由P2N1P1N4構(gòu)成的反向晶閘管并聯(lián)構(gòu)成，并且用同一24圖10.3.1雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)、電路符號與伏安特性曲線（a）結(jié)構(gòu)（b）電路符號（c）伏安特性曲線號和伏安特性曲線如圖10.3.2所示。當(dāng)雙向觸發(fā)二極管兩端電壓的絕對值小于轉(zhuǎn)折電壓VBO時(shí)，器件呈現(xiàn)高阻狀態(tài)；當(dāng)雙向觸發(fā)二極管兩端電壓超過轉(zhuǎn)折電壓VBO值時(shí)，器件導(dǎo)通進(jìn)入負(fù)阻狀態(tài)。雙向觸發(fā)二極管的VBO值大致分為20~60V、100~150V和200~250V三個(gè)等級。10.3.3雙向晶閘管應(yīng)用舉例用雙向晶閘管和雙向觸發(fā)二極管構(gòu)成的多功能電子調(diào)節(jié)器的電原理圖如圖10.3.3所示。電子調(diào)節(jié)器的應(yīng)用很廣，可用于家庭、會(huì)議室等場所的白熾燈調(diào)光，也可用于電風(fēng)扇的無級調(diào)速和電熱器具的連圖10.3.1雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)、電路符號與伏安特性曲線號和25圖10.3.2雙向觸發(fā)二極管的電路符號和伏安特性曲線（a）電路符號（b）伏安特性曲線續(xù)調(diào)溫等用途。如圖10.3.3所示，調(diào)節(jié)RP可改變C2的充電時(shí)間常數(shù)，以改變雙向觸發(fā)二極管到達(dá)轉(zhuǎn)折電壓VBO的時(shí)間，即改變雙向晶閘管的控制角α，使負(fù)載RL兩端電壓的大小隨之改變，從而達(dá)到調(diào)速、調(diào)光或調(diào)溫的目的。雙向晶閘管可根據(jù)負(fù)載功率的大小選用，如選用3CTS2，其正向平均電流IF＝2A，VDRM＝400~1000V，可滿足300W負(fù)載的需要。雙向觸發(fā)二極管若選用3CTS2，其轉(zhuǎn)折電壓VBO＝26~40V。C1、L為濾波電路，以抑制高頻干擾。圖10.3.2雙向觸發(fā)二極管的電路符號和伏安特性曲線續(xù)調(diào)溫26圖10.3.3300W多功能調(diào)節(jié)器圖10.3.3300W多功能調(diào)節(jié)器27本章小結(jié)1、單向晶閘管的導(dǎo)通條件是除了要在陽極a和陰極k之間加正偏電壓外，同時(shí)還必須在控制極g加適當(dāng)大小的正向觸發(fā)電壓。當(dāng)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)信號就失去了控制作用，當(dāng)陽極電流小于晶閘管的維持電流IH時(shí)，晶閘管才重新阻斷。2、改變晶閘管的控制角α大小，可控制晶閘管整流電路輸出電壓平均值的大小，對于電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路有，對于電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路。3、雙向晶閘管是正、反向都能控制導(dǎo)通的一種雙向可控整流元件。本章小結(jié)28第10章晶閘管電路10.1晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理晶閘管，也稱可控硅，是由四層半導(dǎo)體、三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的一種大功率半導(dǎo)體器件，多用于可控整流、可控開關(guān)、調(diào)光、調(diào)壓、電機(jī)調(diào)速等電路。10.1.1晶閘管的電路符號和外形晶閘管的電路符號如圖10.1.1（a）所示，其中a稱為陽極，k稱為陰極，g稱為控制極（或稱門極）。工程上常用的晶閘管外形如圖10.1.1（b）、（c）、（d）所示。

圖10.1.1晶閘管的電路符號和外形（a）電路符號（b）螺栓式（c）平板式（d）小功率塑封式第10章晶閘管電路圖10.1.1晶閘管的電路符號和外形2910.1.2晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖10.1.2（a）所示，它由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交替相間的四層半導(dǎo)體材料構(gòu)成，分別為P1、N1、P2和N2，從而形成了三個(gè)PN結(jié)，分別為J1、J2和J3，故晶閘管也稱為四層半導(dǎo)體器件或PNPN器件。其中，P1區(qū)的引出線為陽極a，N2區(qū)的引出線為陰極k，P2區(qū)的引出線為控制極g。為了更好地理解晶閘管的工作原理，常將四層PNPN半導(dǎo)體分成兩部分，P1－N1－P2構(gòu)成一只PNP型管，N1－P2－N2構(gòu)成一只NPN型管，如圖10.1.2（b）所示；于是，晶閘管就可以等效為一對連接在一起的三極管電路，如圖10.1.2（c）所示。圖10.1.2晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）等效為兩只相連的BJT（c）等效電路10.1.2晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理圖10.1.2晶閘管的30晶閘管工作原理電路如圖10.1.3所示。其中，10.1.3（a）為實(shí)際電路，10.1.3（b）為等效電路。晶閘管正常導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：（1）陽極電路加正向電壓；（2）控制極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷海üこ躺?，控制極常加正觸發(fā)脈沖信號）。如圖10.1.2（a）所示，如果控制極不加電壓，無論在陽極與陰極之間加上何種極性的電壓，晶閘管內(nèi)的三個(gè)PN結(jié)中，至少有一個(gè)結(jié)是反偏的，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通，處于阻斷狀態(tài)。如圖10.1.3所示，當(dāng)晶閘管陽極a和陰極k之間加正向電壓，控制g和陰極k之間加正向電壓時(shí)，在正向控制電壓vGK（又稱觸發(fā)信號）的作用下，若T2管的基極產(chǎn)生電流iB2，即為觸發(fā)信號電流iG，經(jīng)T2放大后形成集電極電流iC2＝β2iB2；而T1管的基極電流iB1＝iC2＝β2iB2，因此T1管的集電極電流iC1＝β1β2iB2；該電流又注入T2的基極，作為T2管的基極電流，再進(jìn)一步進(jìn)行上述放大過程，形成正反

晶閘管工作原理電路如圖10.1.3所示。其中，10.1.3（31饋，使兩只三極管在很短的時(shí)間內(nèi)（一般不超過幾微秒）均進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶閘管完全導(dǎo)通，這個(gè)過程稱為晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極就失去控制作用，晶閘管依靠內(nèi)部的正反饋始終維持在導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，陽極和陰極之間的正向?qū)▔航礦F約為0.4~1.2V，電源電壓幾乎全部加在負(fù)載上；陽極電流iA因型號不同可達(dá)幾十~幾千安。

圖10.1.3晶閘管的工作原理（a）實(shí)際電路（b）等效電路如何使晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)：饋，使兩只三極管在很短的時(shí)間內(nèi)（一般不超過幾微秒）均進(jìn)入飽和32如果降低陽極正向電壓，使陽極電流iA小于維持電流IH（維持晶閘管導(dǎo)通所需最小的陽極電流，約幾十至一百多毫安），導(dǎo)致晶閘管不能維持正反饋過程時(shí)，晶閘管將被關(guān)斷，這種判斷稱為正向阻斷；如果在陽極和陰極之間加反向電壓，晶閘管也將關(guān)斷，這種關(guān)斷稱為反向阻斷。即，要使晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，則必須通過減小陽極電流或改變vAK電壓極性的方法來實(shí)現(xiàn)。綜上所述，晶閘管是一個(gè)可控的單向?qū)щ婇_關(guān)。與只有一個(gè)PN結(jié)的二極管相比，晶閘管的正向?qū)ň哂惺芸赜诳刂茦O電流的可控性；與有兩個(gè)PN結(jié)的三極管相比，晶閘管對控制電流沒有放大作用。10.1.3晶閘管的伏安特性以晶閘管的控制極電流iG為參變量，陽極電流iA和陽極與陰極間的電壓vAK的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性，即如果降低陽極正向電壓，使陽極電流iA小于維持電流IH（維持晶33晶閘管的伏安特性曲線如圖10.1.4所示。vAK＞0時(shí)的伏安特性稱為晶閘管的正向特性。從圖10.1.4所示的伏安特性曲線的正向特性看，當(dāng)IG＝0，且正向電壓vAK＜VBO時(shí)，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，雖然vAK逐漸增大，但由于晶閘管中有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，所以iA為很小的正向漏電流，曲線與二極管的反向特性類似，晶閘管呈現(xiàn)為很大的電阻，見圖10.1.4中曲線的OA段；當(dāng)正向電壓vAK進(jìn)一步增大到VBO時(shí)，晶閘管中間反偏的PN結(jié)將被擊穿，晶閘管由正向阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通，出現(xiàn)負(fù)阻特性，iA驟然增大、vAK迅速下降，見圖10.1.4中曲線的AB段，這種不是由控制極控制（IG＝0）的導(dǎo)通稱為誤導(dǎo)通，這種導(dǎo)通方式很容易造成晶閘管因不可恢復(fù)性擊穿而損壞，使用中應(yīng)當(dāng)避免，使晶閘管從阻斷到導(dǎo)通的正向電壓vAK稱為正向轉(zhuǎn)折電壓VBO；在vAK＞0的同時(shí)，控制極所加的正向觸發(fā)電流IG越大，則對應(yīng)的正向轉(zhuǎn)折電壓就越小，圖10.1.4中曲線的AB段左移。晶閘管正常工作時(shí)，其導(dǎo)通狀態(tài)是受控制極電流iG控制的。晶閘管導(dǎo)通后，陽極電流iA的大小受陽極回路中的電阻（通常為負(fù)載電阻）限制，正向?qū)▔航导s為1V左右。

晶閘管的伏安特性曲線如圖10.1.4所示。34VAK＜0時(shí)的伏安特性稱為晶閘管的反向特性。從圖10.1.4所示的伏安特性曲線的反向特性看，晶閘管的反向特性與二極管的反向特性相似。當(dāng)｜vAK｜＜VBR（反向擊穿電壓）時(shí)，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，iA為很小的反向漏電流IR，見圖10.1.4中的OD段；當(dāng)反向電壓增加到反向擊穿電壓VBR時(shí)，晶閘管的PN結(jié)被擊穿，反向電流急劇增加，這將造成晶閘管的永久性損壞。圖10.1.4晶閘管的伏安特性曲線10.1.4晶閘管的主要參數(shù)與型號1、額定正向平均電流IF：在環(huán)境溫度小于40℃和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，允許連續(xù)通過晶閘管陽極的工頻（50Hz）正弦波半波電流的平VAK＜0時(shí)的伏安特性稱為晶閘管的反向特性。從圖10.1.435均值。為留有安全余量，工程設(shè)計(jì)中一般取IF為正常工作平均電流的1.5~2倍。2、維持電流IH：在控制極開路且規(guī)定的環(huán)境溫度下，晶閘管維持導(dǎo)通時(shí)的最小陽極電流。當(dāng)正向電流小于IH時(shí)，晶閘管將自動(dòng)阻斷。3、控制極觸發(fā)電壓VG和觸發(fā)電流IG：室溫下，當(dāng)vAK＝6V時(shí)，使晶閘管從阻斷到完全導(dǎo)通所需的最小控制極直流電壓和電流。一般，VG為1~5V，IG為幾十至幾百毫安。4、正向重復(fù)峰值電壓VDRM：在控制極開路和晶閘管正向阻斷的條件下，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大正向電壓。一般VDRM＝VBO×80%，VBO是晶閘管在IG＝0時(shí)的轉(zhuǎn)折電壓。5、反向重復(fù)峰值電壓VRRM：在控制極開路時(shí)，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大反向電壓。一般VRRM＝VBR×80%。6、通態(tài)平均電壓VF：指通過額定正向平均電流時(shí)，vAK的平均值。一般為0.4~1.2V。7、額定電壓VD：指加在晶閘管a、k間最大允許電壓，俗稱耐壓。均值。為留有安全余量，工程設(shè)計(jì)中一般取IF為正常工作平均電流36按原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB1144－75規(guī)定，我國生產(chǎn)的KP型普通系列晶閘管的型號及含義表示如下：KP□－□□導(dǎo)通時(shí)平均電壓VF的組別（小于100A不標(biāo)注），共9級，用字母A~I表示0.4~1.2V，每級差0.1V。額定正向平均電流（A）普通型晶閘管額定電壓VD，為VDRM和VRRM中較小的一個(gè)，單位為100V。例如，KP5-7表示額定正向平均電流為5A，額定電壓（耐壓）為700V的晶閘管。 表10.1.1列出了幾件普通晶閘管的主要參數(shù)。按原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB1144－75規(guī)定，我國生產(chǎn)的KP型普37表10.1.1幾種普通晶閘管的主要參數(shù)型號IF/AVD/V型號IF/AVD/V3CT1011100TCR15A15253CT1033100TCR15B15203CT10510100TCR151151002N387025100CR25A0525502N387225400MCR38351252510.2單相可控整流電路與單結(jié)晶體管觸發(fā)電路10.2.1單相半波可控整流電路1、電路組成與工作原理帶電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路如圖10.2.1（a）所示。設(shè)，則圖10.2.1（a）所示電路中各點(diǎn)的電壓工作波形如圖10.2.1（b）所示。表10.1.1幾種普通晶閘管的主要參數(shù)型號IF/A38圖10.2.1電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路（a）整流電路（b）電壓工作波形在v2的正半周，晶閘管T承受正向電壓，但ωt在0－α期間，因vg＝0，晶閘管T的控制極未加觸發(fā)脈沖信號，所以T處于正向阻斷狀態(tài)，負(fù)載RL中的電流為零，負(fù)載兩端的輸出電壓vO＝0，v2全部作用晶閘管的陽極和陰極之間。在ωt＝α?xí)r刻，晶閘管T在控制極正向觸發(fā)脈沖信號vg的作用下開始導(dǎo)通。由于晶閘管T導(dǎo)通后的管壓降可忽略不計(jì)，因此ωt在α－π晶閘管導(dǎo)通期間，輸出電壓與v2相似。圖10.2.1電阻性負(fù)載的單相半波可控整流電路在v2的正半39當(dāng)交流電壓v2過零值時(shí)，流過晶閘管的電流小于維持電流IH，晶閘管自行關(guān)斷，輸出電壓vO＝0。當(dāng)交流電壓v2進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，晶閘管承受反向電壓，vAK＜0，無論控制極加或不加觸發(fā)脈沖信號，晶閘管均處于反向阻斷狀態(tài)，vO＝0。當(dāng)下一個(gè)周期來臨時(shí)，電路重復(fù)上述過程。使晶閘管開始導(dǎo)通的角度α稱為控制角，晶閘管導(dǎo)通的角度θ稱為導(dǎo)通角，θ＝π－α。顯然，控制角α越小，即導(dǎo)通角θ越大時(shí)，輸出電壓vO的平均值越大。由此可見，改變觸發(fā)脈沖vg的加入時(shí)刻，就可以改變晶閘管的導(dǎo)通角θ，也就改變了輸出電壓的平均值，從而實(shí)現(xiàn)了可控整流。2、電路參數(shù)估算由圖10.2.1（b）所示電壓工作波形，輸出電壓的平均值為當(dāng)交流電壓v2過零值時(shí)，流過晶閘管的電流小于維持電流IH，晶40輸出電流的平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為VTM＝V2

晶閘管中流過的平均電流就是輸出電流的平均值IO（AV）。10.2.2單相半控橋式整流電路1、電路組成與工作原理帶純電阻負(fù)載的單相半控橋式整流電路如圖10.2.2（a）所示。設(shè)，則圖10.2.2（a）所示電路中各點(diǎn)的電壓工作波形如圖10.2.2（b）所示。在v2的正半周，T1和D2承受正向電壓，但若控制極不加觸發(fā)脈沖，T1處于阻斷狀態(tài)，D2截止，不能導(dǎo)通。假設(shè)當(dāng)ωt＝α?xí)r，T1的控制極加上觸發(fā)脈沖vg，則T1導(dǎo)通，電流從v2的a端流出，經(jīng)T1、RL和D2流回V2的b端。由于晶閘管T和半導(dǎo)體二極管D導(dǎo)通時(shí)的管壓降很小，v2基本上都降落在RL上，因此可以認(rèn)為vO＝v2。此時(shí)，T2和D1輸出電流的平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為41圖10.2.2電阻性負(fù)載單相半控橋式整流電路（a）整流電路（b）電壓工作波形承受反向電壓，處于阻斷和截止的狀態(tài)。當(dāng)ωt＝180°時(shí)，v2＝0，T1阻斷、D2截止。在v2的負(fù)半周，T2和D1承受正向電壓，當(dāng)T2的控制極加上觸發(fā)脈沖時(shí)，T2導(dǎo)通，電流從v2的b端出發(fā)，經(jīng)T2、RL和D1流回v2的a端，直到ωt＝360°，v2＝0時(shí)，T2阻斷，D2截止。2、電路參數(shù)估算由圖10.2.2（b）所示電壓工作波形，有

圖10.2.2電阻性負(fù)載單相半控橋式整流電路承受反向電壓，42晶閘管和半導(dǎo)體二極管承受的最大反向電壓均為V2。流過晶閘管T和半導(dǎo)體二極管D的電流平均值IT（AV）＝ID（AV）＝IO（AV）

10.2.3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、電路符號和等效電路單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖10.2.3（a）所示。它是在一塊低摻雜的N型基片上利用擴(kuò)散工藝制作一個(gè)高摻雜的P型區(qū)，使P區(qū)與N型基片之間形成一個(gè)PN結(jié)而構(gòu)成的。P型區(qū)引出的電極稱為發(fā)射極e，N型基片的上下兩端各引出一個(gè)電極，下面的稱為第一基極b1，上面的稱為第二基極b2。單結(jié)晶體管有兩個(gè)基極，故也稱其為雙基極晶體管。晶閘管和半導(dǎo)體二極管承受的最大反向電壓均為V2。43單結(jié)晶體管的電路符號如圖10.2.3（b）所示，單結(jié)晶體管的等效電路如圖10.2.3（c）所示。自PN結(jié)處的A點(diǎn)至兩個(gè)基極b1、b2之間的等效電阻分別為rb1和rb2，一般rbb＝rb1＋rb2≈2~15kΩ，若在b2、b1間加上電源電壓Vbb，且發(fā)射極e開路時(shí)，A點(diǎn)的電位為式中η稱為單結(jié)晶體管的分壓比，其數(shù)值與單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)有關(guān)，是管子的主要參數(shù)，一般在0.3~0.9之間。單結(jié)晶體管的外形如圖10.2.3（d）所示。圖10.2.3單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、符號、等效電路與外形（a）結(jié)構(gòu)（b）電路符號（c）等效電路（d）外形單結(jié)晶體管的電路符號如圖10.2.3（b）所示，單結(jié)晶體管的442、單結(jié)晶體管的伏安特性單結(jié)晶體管伏安特性的測試電路如圖10.2.4（a）所示，在Vbb一定的情況下，發(fā)射極電流iE與eb1結(jié)壓降vEB1之間的函數(shù)關(guān)系，即單結(jié)晶體管的伏安特性曲線，如圖10.2.4（b）所示。圖10.2.4單結(jié)晶體管的伏安特性曲線（a）測量等效電路（b）伏安特性曲線當(dāng)外加電壓vEB1由零逐漸增大，vBE1＜VP，Vp＝ηVbb＋VD（on）時(shí)，單結(jié)晶體管內(nèi)PN結(jié)的正向壓降小于正向?qū)▔航礦D（on），iE電流很小，單結(jié)晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)，rb1呈現(xiàn)很大的電阻，稱為截止區(qū)，如圖10.2.4（b）中的FP段所示。在FP段的G點(diǎn)vEB1＝VA，PN結(jié)零偏，iE＝0。2、單結(jié)晶體管的伏安特性圖10.2.4單結(jié)晶體管的伏安特性45當(dāng)vEB1＞VP時(shí)，單結(jié)晶體管隨即導(dǎo)通，iE迅速增大，由于從P區(qū)向N區(qū)大量注入空穴，從而使rb1急劇減小，η也減小，PN結(jié)兩端的正向電壓又增加，iE更大，這一正反饋過程使vEB1因rb1的減小而減小，即iE增大時(shí)，vEB1反而減小，呈現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，稱為負(fù)阻區(qū)，如圖10.2.4（b）中的PV段所示。在PV段的P點(diǎn)，vEB1＝VP，iE＝IP，VP稱為峰點(diǎn)電壓，相對應(yīng)的電流IP稱為峰點(diǎn)電流。由前面分析可知VP＝VA＋VD（on）＝ηVbb＋VD（on）≈ηVbb

當(dāng)vEB1降到最低后，iE再增加，vEB1也有所增加，單結(jié)晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，如圖10.2.4（b）中的VB段所示。負(fù)阻區(qū)與飽和區(qū)的分界點(diǎn)V稱為谷點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓VV稱為谷點(diǎn)電壓，相對應(yīng)的電流IV稱為谷點(diǎn)電流。晶閘管導(dǎo)通后，當(dāng)vEB1＜VV時(shí)，單結(jié)晶體管又會(huì)重新截止，故VV是維持晶閘管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓。3、單結(jié)晶體管振蕩電路由單結(jié)晶體管構(gòu)成的典型振蕩電路如圖10.2.5（a）所示，其中BT33C的rbb＝3~6kΩ，η＝0.45~0.75，VV＜4V，IV＞1.5mA，利當(dāng)vEB1＞VP時(shí)，單結(jié)晶體管隨即導(dǎo)通，iE迅速增大，由于從46用其工作在負(fù)阻區(qū)的負(fù)阻效應(yīng)，可產(chǎn)生用以觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)脈沖信號。圖10.2.5單結(jié)晶體管振蕩電路（a）振蕩電路（b）電壓波形電路開始工作時(shí)，電容C上的電壓為零，vE＝0，單結(jié)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，電源Vbb通過RE對C充電，vE按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)vE≥VP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通并進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，電容C通過單結(jié)晶體管的發(fā)射結(jié)和RB1迅速放電，將有一個(gè)很大的放電電流在RB1上產(chǎn)生一個(gè)脈沖電壓，vo有一個(gè)上跳沿脈沖電壓輸出。由于單結(jié)晶體管導(dǎo)通后的rb1阻值很小，且RB1的阻值也較小，所以C放電的過程很快，vE按指數(shù)規(guī)律迅速下降，vo產(chǎn)生一個(gè)上跳沿后也即按此規(guī)律迅速下降。當(dāng)vE≤VV時(shí)，單結(jié)晶體管截止，電容C又開始充電。如此，周而復(fù)始用其工作在負(fù)阻區(qū)的負(fù)阻效應(yīng)，可產(chǎn)生用以觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)脈沖信47形成振蕩，即從RB1兩端輸出周期性的尖峰脈沖信號vo，電路的工作電壓波形如圖10.2.5（b）所示。由于C放電時(shí)間T1的時(shí)間常數(shù)（rb1＋RB1）C遠(yuǎn)小于充電的時(shí)間T2的時(shí)間常數(shù)REC，故尖峰脈沖信號的振蕩周期T≈T2。依據(jù)一階RC充放電電路暫態(tài)過程的三要素公式，有

當(dāng)單結(jié)晶體管選定以后，改變RE或C的數(shù)值即可改變輸出尖峰脈沖信號周期的大小。而改變RB1的數(shù)值可以調(diào)節(jié)尖峰脈沖信號的脈沖寬度，一般情況下取RB1＝（50~100）Ω。4、單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路形成振蕩，即從RB1兩端輸出周期性的尖峰脈沖信號vo，電路的48單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路如圖10.2.6（a）所示。圖中采用了一個(gè)同步變壓器Tr，變壓器的一次側(cè)與主電源電路接至同一個(gè)交流電源，二次側(cè)電壓經(jīng)橋式整流和穩(wěn)壓管DZ削波限幅后，得到一個(gè)高度為vZ的梯形波電壓vB，作為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源電壓，電路工作電壓波形如圖10.2.6（b）所示。當(dāng)主電路電源過零時(shí)，梯形波vB也過零點(diǎn)，也就是單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源電壓(VBB)等于零，由式（10.2.8）可知，此時(shí)峰點(diǎn)電壓VP也接近于零，如果這時(shí)電容C上還有殘余電荷，則將通過RB1迅速將電荷泄放，以使電容C從下一個(gè)半周期重新從零開始充電，從而保證了每個(gè)半周期觸發(fā)電路輸出的第一個(gè)尖峰脈沖距過零時(shí)刻的α角一致，即保證了觸發(fā)電路和主電路的同步。從圖10.2.6（a）中可以看出，在主電路交流電源的半個(gè)周期內(nèi)，觸發(fā)電路可能產(chǎn)生若干個(gè)尖峰脈沖，但是其中只有第一個(gè)尖峰脈沖信號作用于兩個(gè)晶閘管T1、T2的控制極上能起觸發(fā)的作用，使承受正向電壓的一只晶閘管導(dǎo)通。調(diào)節(jié)充電回路中RP的大小，可改變控制角α的大小，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出直流電壓的目的。單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路如圖10.2.6（a）49圖10.2.6單結(jié)晶體管同步觸發(fā)單相半控橋式整流電路（a）電路圖（b）工作電壓波形圖【例10.2.1】單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相半控橋式整流電路如圖10.2.6（a）所示，設(shè)單結(jié)晶體管的分壓比η＝0.6，試求：（1）控制角α的移相范圍；（2）輸出直流電壓Vo（AV）的調(diào)節(jié)范圍。解：（1）如圖10.2.6（a）所示，由式（10.2.9）可求得觸發(fā)脈沖的最小周期和最大周期分別為