實驗二單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實驗

實驗二單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實驗第一頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日一、 實驗?zāi)康?1)熟悉單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理及電路中各元件的作用。(2)掌握單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法。第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日二、實驗所需掛件及附件序號型號備注1TKDD-1電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DK05晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“單結(jié)晶體管觸發(fā)電路”等模塊。3雙蹤示波器YB4328第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日三、實驗線路及原理第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日四、實驗內(nèi)容(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試。(2)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點電壓波形的觀察。第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日五、預(yù)習(xí)要求閱讀本教材1-3節(jié)及電力電子技術(shù)教材中有關(guān)單結(jié)晶體管的內(nèi)容，弄清單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理。第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、

單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)及工作原理1.結(jié)構(gòu)B2第二基極B1N歐姆接觸接觸電阻P發(fā)射極E第一基極PN結(jié)N型硅片(a)示意圖單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號(b)符號B2EB1第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.單結(jié)晶體管的測試方法以國產(chǎn)BT33為例來說明測試方法。①判斷單結(jié)晶體管發(fā)射極e的方法：將萬用表置于RX100擋或RXlk擋，用黑表筆接其中的一個極，紅表筆接另外兩極，當(dāng)出現(xiàn)兩次低電阻時，則黑表筆接的就是單結(jié)晶體管的發(fā)射極。②單結(jié)晶體管b1和b2的判斷方法：將萬用表置于RX100擋或RXlk擋，用黑表筆接發(fā)射極，紅表筆接另外兩極，兩次測量中，電阻大的一次，紅表筆接的就是b1極。但對于個別單結(jié)晶體管的e-bl之間的正向電阻值較小，測量時不一定準(zhǔn)確，僅供參考。第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.工作原理

UE<

UBB+UD=UP時PN結(jié)反偏，IE很小；PN結(jié)正向?qū)?IE迅速增加。UE

UP時

–

分壓比(0.5~0.9)UP

–

峰點電壓UD–

PN結(jié)正向?qū)▔航礏2B1UBBEUE+_+_RP+_+_等效電路RB1RB2AUBBEUE+_RP+_+_B2B1測量單結(jié)晶體管的實驗電路由圖可求得第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日4.單結(jié)晶體管的伏安特性UV、IV(谷點電壓、電流):維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。

UP(峰點電壓)：

單結(jié)管由截止變導(dǎo)通

所需發(fā)射極電壓。IpIVoIEUEUP峰點電壓UV谷點電壓V負(fù)阻區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)負(fù)阻區(qū)：UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。P第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日（1）UE<UP時單結(jié)管截止；UE>UP時單結(jié)管導(dǎo)通，UE<UV時恢復(fù)截止。單結(jié)晶體管的特點B2EB1（2）單結(jié)晶體管的峰點電壓UP與外加固定電壓UBB及分壓比

有關(guān)，外加電壓UBB或分壓比不同，則峰點電壓UP不同。（3）不同單結(jié)晶體管的谷點電壓UV和谷點電流IV都不一樣。谷點電壓大約在2~5V之間。常選用稍大一些，UV稍小的單結(jié)晶體管，以增大輸出脈沖幅度和移相范圍。第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日二、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1.振蕩電路單結(jié)晶體管弛張振蕩電路單結(jié)晶體管振蕩電路利用單結(jié)管的負(fù)阻特性及RC電路的充放電特性組成頻率可調(diào)的振蕩電路。ugR2R1RUucE+C+__+_50100k3000.47F第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日ugR2R1RUuCE+C+__+_50100k3000.47F2.

振蕩過程分析設(shè)通電前uC=0。接通電源U,電容C經(jīng)電阻R充電。電容電壓uC逐漸升高。

當(dāng)uC

UP時,單結(jié)管導(dǎo)通,電容C放電,R1上得到一脈沖電壓。UpUvUp-UDuCtugt電容放電至uC

Uv時，單結(jié)管重新關(guān)斷，使ug0。(a)(b)第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日注意：R值不能選的太小，否則單結(jié)管不能關(guān)斷，電路亦不能振蕩。upuv(c)電壓波形uCttugOO第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日主電路觸發(fā)電路u1+RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+–uC++–RuL+ug+u+三、單結(jié)管觸發(fā)的半控橋式整流電路1.電路第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.工作原理(1)整流削波U2M削波UZRu2+–+–uo+–uZ整流U2MtOZtOtO第十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日(2)觸發(fā)電路UP-UDR1R2RPCuc+Rug+uZ+ttUvUpRLT1D1D2T2uL+(3)輸出電壓uLOOUZtOtO第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日問題討論1.單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路中，主電路和觸發(fā)電路為什么接在同一個變壓器上？

目的：保證主電路和觸發(fā)電路的電源電壓同時過零(即兩者同步)，使電容在每半個周期均從零開始充電，從而保證每半個周期的第一個觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻相同(即角一樣)以使輸出平均電壓不變。2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？

穩(wěn)壓管的作用：是將整流后的電壓變成梯形(即削波)，使單結(jié)管兩端電壓穩(wěn)定在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值上，從而保證單結(jié)管產(chǎn)生的脈沖幅度和每半個周期產(chǎn)生第一脈沖的時間，不受交流電源電壓變化的影響。第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個起作用？如何改變控制角？根據(jù)晶閘管的特性，它一旦觸發(fā)導(dǎo)通，在陽極電壓足夠大的條件下，即使去掉觸發(fā)信號，仍能維持導(dǎo)通狀態(tài)。因此，每半個周期中只有第一個觸發(fā)脈沖起作用。改變充電時間常數(shù)即可改變控制角?？刂平亲兓姆秶Q為移相范圍。4.電壓的調(diào)節(jié)R

電容充電速度變慢uL第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日六、思考題(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的振蕩頻率與電路中C1的數(shù)值有什么關(guān)系?(2)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的移相范圍能否達(dá)到180°?第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日七、實驗方法(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的觀測將TKDD-1電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè),使輸出線電壓為200V（不能打到“交流調(diào)速”側(cè)工作，因為DK05的正常工作電源電壓為220V10%，而“交流調(diào)速”側(cè)輸出的線電壓為240V。）第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日七、實驗方法(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的觀測如果輸入電壓超出其標(biāo)準(zhǔn)工作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至?xí)?dǎo)致掛件的損壞。按下“啟動”按鈕，打開DK05電源開關(guān)，這時掛件中所有的觸發(fā)電路都開始工作，用雙蹤示波器觀察單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日七、實驗方法(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的觀測經(jīng)半波整流后“1”點的波形，經(jīng)穩(wěn)壓管削波得到“2”點的波形，調(diào)節(jié)移相電位器RP1，觀察“4”點鋸齒波的周期變化及“5”點的觸發(fā)脈沖波形；最后觀測輸出的“G、K”觸發(fā)電壓波形，其能否在30°～170°范圍內(nèi)移相?第二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日七、實驗方法(2)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點波形的記錄當(dāng)α＝30o、60o、90o、120o時，將單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的各觀測點波形描繪下來，并與圖2-2的各波形進行比較。第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日七、實驗方法

AC60TP1TP2TP3TP4TP5幅值(V度(ms)10691080.0015第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日有效值為60V的正弦交流電;最大值2Χ60≈170V+85V;-85V5V/DIV;Χ10；3.4DIV頻率：50Hz；周期：20ms5ms/DIV;4DIV第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日八、實驗報告畫出α=60°時，單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點輸出的波形及其幅值。第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日九、注意事項雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當(dāng)需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發(fā)生意外。第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日九、注意事項(2)由于脈沖“G”、“K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值），否則，無法觀察到正確的脈沖波形。第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？穩(wěn)壓管的作用是：將整流后的電壓變成梯形（即削波），使單結(jié)管兩端電壓穩(wěn)定在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值上，從而保證單結(jié)管產(chǎn)生的脈沖幅度和每半個周期產(chǎn)生第一脈沖的時間，不受交流電源電壓變化的影響。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日觸發(fā)脈沖移相范圍的計算f—電源電壓的頻率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日結(jié)束,謝謝!!!第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.6

電力電子器件器件的驅(qū)動1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路1.6.3典型全控型器件的驅(qū)動電路第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)。驅(qū)動電路的基本任務(wù)：按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。驅(qū)動電路——主電路與控制電路之間的接口第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述

驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述按照驅(qū)動信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路。分類第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時間（<1s）t1~t3強脈寬度IM強脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。

V1、V2導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。圖1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似。GTO關(guān)斷控制需施加負(fù)門極電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1)

電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路正的門極電流5V的負(fù)偏壓GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路直接耦合式驅(qū)動電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29典型的直接耦合式GTO驅(qū)動電路第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷GTR時，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動電流波形(2)GTR第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路GTR的一種驅(qū)動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖1-31

GTR的一種驅(qū)動電路驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15~20V。關(guān)斷時施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2)電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路(1)電力MOSFET的一種驅(qū)動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動電路專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓+15V和-10V。

第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日

典型全控型器件的驅(qū)動電路(2)IGBT的驅(qū)動圖1-33

M57962L型IGBT驅(qū)動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

多采用專用的混合集成驅(qū)動器。第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.7電力電子器件器件的保護1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護1.7.2過電流保護1.7.3緩沖電路第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓保護措施圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.7.2過電流保護過電流——過載和短路兩種情況保護措施負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖1-37過電流保護措施及配置位置第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.7.2過電流保護全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快。快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日

緩沖電路關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復(fù)合緩沖電路——關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路(SnubberCircuit)

：

又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日b)tuCEiCOdidt抑制電路無時didt抑制電路有時有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC

緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關(guān)斷時的負(fù)載線第五十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日

緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容