電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)

第8章直流穩(wěn)壓電源8.1概述8.2整流電路8.3濾波電路8.4線性穩(wěn)壓電路8.5開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源8.6單相可控硅整流電路小結(jié)8.1概述一般電子設(shè)備所需的直流穩(wěn)壓電源都由電網(wǎng)中的50Hz/220V交流電轉(zhuǎn)化而來(lái)。圖8-1為線性直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖?？梢?jiàn)50Hz/220V交流電經(jīng)變壓器變壓后，被由二極管組成的電路整流成脈動(dòng)的直流電，再經(jīng)濾波網(wǎng)絡(luò)平滑成有一定紋波的直流電壓，對(duì)于性能要求不高的電子電路，濾波后的直流電壓就可以應(yīng)用了，但對(duì)于穩(wěn)壓性能要求較高的電子電路，濾波后再加一級(jí)集成穩(wěn)壓環(huán)節(jié)。這樣加到負(fù)載上的直流電壓紋波就非常低了。圖8-1直流穩(wěn)壓電源框圖8.2整流電路8.2.1單相半波整流電路圖8-2（a）為電阻性負(fù)載，單相半波整流電路。圖8-2（b）為電路中電壓、電流的波形。電路中T為電源變壓器，VD為整流二極管，RL為負(fù)載電阻。圖8-2單相半波整流電路（a）電路；（b）工作波形參數(shù)計(jì)算如下：(1)輸出平均電壓Uo（av）。這是指輸出電壓uo在一個(gè)周期中的平均值，即（8-1）(2)輸出電流平均值Io（av）。輸出電流等于流過(guò)二極管的電流，兩者的平均值也相等，為（8-2）(3)二極管承受的最高反向峰值電壓URM。u2負(fù)半周時(shí)二極管截止，uD=u2，因此（8-3）(4)脈動(dòng)系數(shù)S。由于輸出是脈動(dòng)的直流電壓，即直流分量上還疊加著許多交流分量。脈動(dòng)系數(shù)S定義為輸出基波幅值UO1M與輸出平均電壓Uo（av）之比，即（8-4）半波整流電路雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但效率低，輸出脈動(dòng)大，因此很少單獨(dú)用作直流電源。8.2.2單相全波整流電路圖8-3（a）為電阻性負(fù)載單相全波整流電路。8-3（b）為電路中電壓、電流波形。電路中T為帶中心抽頭的變壓器，VD1、VD2為整流二極管，RL為負(fù)載電阻。圖8-3單相全波整流電路（a）整流電路圖;（b）電路中電壓、電流波形圖8-3單相相全波整流電路路（a）整流電電路圖;（b）電路中電電壓、電流波波形按單相半波整流流電路的分析方方法，可得輸輸出電壓平均值值、輸出電流流平均值為單相相半波整流的2倍，二極管管中的平均電流流值為（8-5）二極管承受的最最大反相電壓為為（8-6）8.2.3單單相橋式整流電電路圖8-4（a））為單相橋式整整流電路，圖圖8-4（b））為習(xí)慣畫(huà)法，，其中VD1～VD4為四個(gè)整流二極極管，也常稱稱之為整流橋。。圖8-4單相相橋式整流電路路（a）電路圖圖;（b）簡(jiǎn)簡(jiǎn)化畫(huà)法;（（c）電電壓、電流波波形圖8-4單相相橋式整流電路路（a）電路圖圖;（b）簡(jiǎn)簡(jiǎn)化畫(huà)法;（（c）電電壓、電流波波形橋式整流電路各各參數(shù)計(jì)算如下下：(1)輸出平平均電壓Uo（av）。由uo波形可知，橋橋式整流是半波波整流的2倍，，即（8-7）(2)流過(guò)二二極管的平均電電流ID(av)。由于VD1、VD3和VD2、VD4輪流導(dǎo)通，因因此流過(guò)每個(gè)二二極管的平均電電流只有負(fù)載電電流的一半，即即（8-8）(3)二極管管承受的最高反反向峰值電壓URM。當(dāng)u2上正下負(fù)時(shí)，VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止，VD2、VD4相當(dāng)于并聯(lián)后跨跨接在u2上，因此反向向最高峰值為（8-9）單相橋式整流電電路只比全波整整流電路多用了了兩個(gè)二極管，，由于二極管管的反向耐壓值值要求較低，因因此電路的效效率較高。8.3濾波波電路8.3.1電電容濾波電路在整流電路中，，把一個(gè)大電電容C并接在負(fù)負(fù)載電阻兩端就就構(gòu)成了電容濾濾波電路，其其電路和工作波波形如圖8-5所示。圖8-5橋式式整流電容濾波波電路及波形（a）電路;（b）電電壓、電流工工作波形經(jīng)上述分析可知知，由于在二二極管截止期間間電容Ｃ向負(fù)載電阻緩慢慢放電，使得得輸出電壓的脈脈動(dòng)減小，結(jié)結(jié)果平滑了許多多。輸出電壓壓平均值也得到到了提高。顯顯然RLC的值越大，濾濾波效果越好，，當(dāng)負(fù)載開(kāi)路路時(shí)（RL=∞），。為了取得良良好的濾波效果果，一般取(8-10)式中，T為交流電源的周周期。此時(shí)的的輸出電壓平均均值為Uo（av）≈1.2U2(8-11)例8-1在單單相橋式整流電電容濾波電路中中，已知交流流電源的頻率f=50Hz，，要求輸出直直流電壓40V，輸出電電流40mA。試選擇整整流二極管及濾濾波電容。8.3.2其其他形式的濾波波電路1．RCΠ型濾波器器圖8-6所示是是RCΠ型濾波器。。圖中C1電容兩端電壓中中的直流分量，，有很小一部部分降落在R上，其余部分分加到了負(fù)載電電阻RL上；而電壓中中的交流脈動(dòng)，，大部分被濾濾波電容C2衰減掉，只有有很小的一部分分加到負(fù)載電阻阻RL上。此種電路路的濾波效果雖雖好一些，但但電阻上要消耗耗功率，所以以只適用于負(fù)載載電流較小的場(chǎng)場(chǎng)合。圖8-6RCΠ型濾波器圖8-7LCΠ型濾波器2．LCΠ型濾波器圖8-7所示是是LCΠ型濾波器?？煽梢?jiàn)只是將RCΠ型濾波器中中的R用電感L做了替替換。由于電電感具有阻交流流通直流的作用用，因此在增增加了電感濾波波的基礎(chǔ)上，此此種電路的濾濾波效果更好，，而且L上無(wú)無(wú)直流功率損耗耗，所以一般般用在負(fù)載電流流較大和電源頻頻率較高的場(chǎng)合合。缺點(diǎn)是電電感的體積大，，使電路看起起來(lái)笨重。8.3.3倍倍壓電路1．二倍壓電電路如果想要用電容容整流濾波電路路獲得高于變壓壓器次級(jí)峰值電電壓的二倍、三三倍、四倍倍或更多倍，則則稱該電路為為倍壓電路。圖8-8所示為為二倍壓電路。。圖8-8二倍倍壓電路用Um來(lái)表示變壓器次次級(jí)電壓的峰值值，忽略二極極管的正向?qū)ㄍ▔航?，?dāng)變變壓器次級(jí)電壓壓源上正下負(fù)時(shí)時(shí)，VD1導(dǎo)通、VD2截止、電容C1被充電，兩端端電壓達(dá)到Um，如圖8-9(a)所示；；當(dāng)次級(jí)電壓壓上負(fù)下正時(shí)，，VD1截止、VD2導(dǎo)通，電容C2被充電，兩端端電壓等于C1上電壓與變壓器器次級(jí)繞組電壓壓之和，即為為2Um。如圖8-9(b)所示。C2兩端的電壓就是是輸出電壓。圖圖中二極管承承受的最大反向向耐壓值為2Um。圖8-9二倍倍壓電路分析（a）VD1導(dǎo)通、VD2截止;（b））VD1截止、VD2導(dǎo)通圖8-10為另另一種二倍壓電電路。當(dāng)變壓壓器次級(jí)電壓上上正下負(fù)時(shí)，VD1導(dǎo)通、VD2截止，電容C1被充電，兩端端電壓達(dá)到Um，如圖8-11（a）所示示；當(dāng)次級(jí)電電壓上負(fù)下正時(shí)時(shí)，VD1截止，VD2導(dǎo)通，電容C2被充電，兩端端電壓達(dá)到Um，如圖8-11（b）所示示。輸出電壓壓為C1和C2串聯(lián)在一起的電電容兩端電壓。。圖8-11(b)中二極管承承受的最大反向向電壓為Um。圖8-10二二倍壓電路圖8-11二二倍壓電路分析析(a)VD1導(dǎo)通、VD2截止;(b)VD1截止，VD2導(dǎo)通2．三倍壓和和四倍壓電路圖8-12為三三倍壓和四倍壓壓電路。設(shè)電電源接通的瞬間間，變壓器的的次級(jí)上正下負(fù)負(fù)，則VD1導(dǎo)通，其余二二極管都截止，，電容C1被充電，其兩兩端電壓被充到到變壓器的峰值值電壓。當(dāng)次次級(jí)的電壓上負(fù)負(fù)下正時(shí)，VD2導(dǎo)通，其余二二極管被截止，，電容C2被充電。當(dāng)次次級(jí)的電壓又轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為上正下負(fù)時(shí)時(shí)，VD3導(dǎo)通，其余二二極管截止，電電容C3被充電。當(dāng)次次級(jí)電壓再次上上負(fù)下正時(shí)，VD4導(dǎo)通，其余二二極管截止，電電容C4被充電。實(shí)際上經(jīng)過(guò)多次次的反復(fù)充電，，電容上的電電圧才能達(dá)到相相對(duì)穩(wěn)定的值，，除C1兩端為Um，其余電容上上的電壓均為2Um，電容兩端達(dá)達(dá)到穩(wěn)定值的先先后順序?yàn)镃1、C2、C3、C4。C1和C3串聯(lián)的兩端電壓壓可以達(dá)到3Um，C2和C4串聯(lián)的兩端電壓壓可以達(dá)到4Um，如圖中標(biāo)注注的那樣。圖圖中二極管所承承受的反向電壓壓峰值為2Um。圖8-12三三倍壓和四四倍壓電路8.4線性性穩(wěn)壓電路8.4.1直直流穩(wěn)壓電電源的主要性性能指標(biāo)由于直流穩(wěn)壓壓電路的輸出出電壓Uo是隨輸入電壓壓及整流濾波波電路的輸出出電壓、負(fù)負(fù)載電流Io和環(huán)境溫度的的變化而變化化的。因此此，可以用用與上述因素素有關(guān)的幾個(gè)個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量量直流穩(wěn)壓電電路的質(zhì)量。。1.電壓調(diào)調(diào)整率SU當(dāng)負(fù)載電流和和環(huán)境溫度不不變，輸入入電網(wǎng)電壓波波動(dòng)±10%時(shí)，輸出出電壓的相對(duì)對(duì)變化量被稱稱之為電壓調(diào)調(diào)整率，即即(8-12)它反映了直流流穩(wěn)壓電源克克服電網(wǎng)電壓壓波動(dòng)影響的的能力。2.電流調(diào)調(diào)整率SI(8-13)當(dāng)輸入電壓和和環(huán)境溫度不不變，負(fù)載載電流從零變變到最大時(shí)，輸出出電壓的相對(duì)對(duì)變化量，叫叫電流調(diào)整整率，即(8-14)3.溫度系系數(shù)ST當(dāng)輸入電壓和和負(fù)載電流均均不變時(shí)，輸輸出電壓的的變化量與環(huán)環(huán)境溫度變化化量之比，即即(8-15)它反映了直流流穩(wěn)壓電源克克服溫度影響響的能力。8.4.2串串聯(lián)反饋式式穩(wěn)壓電路圖8-13為為晶體管串聯(lián)聯(lián)反饋式穩(wěn)壓壓電路。圖圖中V1為調(diào)整元件，，電阻R1和R2為取樣電路，，R4和VDZ組成標(biāo)準(zhǔn)參考考電壓。V2為比較放大元元件，從反反饋放大器的的角度看，該該電路屬于于電壓串聯(lián)負(fù)負(fù)反饋電路，，而且調(diào)整整元件V1與負(fù)載電阻RL串聯(lián)，因此此也稱之為串串聯(lián)反饋式直直流穩(wěn)壓電路路。其穩(wěn)壓壓過(guò)程如下：：當(dāng)負(fù)載電阻RL不變時(shí)，電電網(wǎng)電壓波動(dòng)動(dòng)，波動(dòng)后后的電壓Ui上升會(huì)導(dǎo)致輸輸出電壓向上上波動(dòng)，同同時(shí)取樣電壓壓的增加使V2的基極電位UB2升高，造成成V2管的基極電流流IB2和集電極電流流IC2增大，導(dǎo)致致V2管的集電極UC2也就是V1管的基極UB1電位的下降，，使V1管的基極電流流IB1和集電極電流流IC1下降，而管管壓降UCE1增加。由于于輸出電壓Uo等于輸入電壓壓Ui減V1管壓降UCE1，因此抑制制了輸出電壓壓的增加，起起到了穩(wěn)壓壓作用。圖8-13晶晶體管串聯(lián)聯(lián)反饋式穩(wěn)壓壓電路電路中的電壓壓和電流調(diào)整整過(guò)程如下：：同理，當(dāng)輸輸入電壓上下下波動(dòng)引起輸輸出電壓減小小時(shí)，電路將產(chǎn)生與上上述相反的穩(wěn)穩(wěn)壓過(guò)程。8.4.3三三端集成穩(wěn)穩(wěn)壓器1.三端固固定輸出線性性集成穩(wěn)壓器器三端固定輸出出線性集成穩(wěn)穩(wěn)壓器有CW78XX（（正輸出）和和CW79XX（（負(fù)輸出）系系列。其型型號(hào)后兩位XX所標(biāo)數(shù)字字代表輸出電電壓值，有有5、6、、8、12、15、18、、24V。其中額額定電流以78（或79）后面的尾尾綴字母區(qū)分分，其中L表示0.1A，M表示0.5A，無(wú)無(wú)尾綴字母表表示1.5A等。如如CW78M05表示正輸出出、輸出電電壓5V、、輸出電流流0.5A。2.三端可可調(diào)線性集成成穩(wěn)壓器三端可調(diào)線性性集成穩(wěn)壓器器除了具備三三端固定集成成穩(wěn)壓器的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)外，在在性能方面也也有進(jìn)一步提提高，特別別是由于輸出出電壓可調(diào)，，應(yīng)用更為為靈活。目目前，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)三端可調(diào)正正輸出集成穩(wěn)穩(wěn)壓器系列有有CW117（軍軍用）、CW217（工工業(yè)用）、CW317（民民品）；負(fù)負(fù)輸出集成穩(wěn)穩(wěn)壓器系列有有CW137（軍軍用）、CW237（工工業(yè)用）、CW337（民民用）等。幾幾種三端集成成穩(wěn)壓器外形形及管腳排列列如圖8-14所示。圖8-14三三端集成穩(wěn)穩(wěn)壓器外形及及管腳排列8.4.4三三端集成穩(wěn)穩(wěn)壓器的應(yīng)用用1．CW78XX、CW79XX器件的應(yīng)應(yīng)用圖8-15為為CW78XX、CW79XX器器件的應(yīng)用電電路原理圖，，為保證穩(wěn)穩(wěn)壓器正常工工作，其最最小輸入、輸輸出電壓差差應(yīng)為2V。圖中電容C1可以減小輸入入電壓的紋波波，也可以以抵消輸入線線產(chǎn)生的電感感效應(yīng)，以以防止自激振振蕩。輸出出端電容C2用以改善負(fù)載載的瞬態(tài)響應(yīng)應(yīng)和消除電路路的高頻噪聲聲。三端集成穩(wěn)壓壓器當(dāng)中的低低壓差器件，，輸入、輸輸出之間的的電壓在0.6V以下下，有的在在0.4V以下也能正正常工作，其其靜態(tài)工作作電流也只有有幾毫安至幾幾十毫安，因因此效率很很高。電路路與圖8-14所示相同同。圖8-15CW78XX、CW79XX器器件的應(yīng)用電電路原理圖2．三端可可調(diào)輸出集成成穩(wěn)壓器的應(yīng)應(yīng)用如圖8-16所示為輸出出可調(diào)的正電電源，圖中中電容C1、C2的作用在前面面的電路中講講過(guò)，電容容C2用于抑制調(diào)節(jié)節(jié)電位器時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生的紋波干干擾。二極極管VD1、VD2為保護(hù)電路。。VD1用于防止輸入入短路時(shí)，C3通過(guò)穩(wěn)壓器的的放電而損壞壞穩(wěn)壓器；VD2用于防止輸出出短路時(shí)，C2通過(guò)調(diào)整端放放電而損壞穩(wěn)穩(wěn)壓器。在在輸出電壓小小于7V時(shí)時(shí)，也可不不接。圖8-16三三端可調(diào)輸出出正電源常溫下輸出端端和調(diào)整端電電壓的典型值值為1.25V，由由圖可知(8-16)Iadj為調(diào)整端的電電流，因其其值小,計(jì)計(jì)算時(shí)可忽略略。圖8-17所所示是以CW317、CW337為例的輸出出可調(diào)正負(fù)電源。其其分析、計(jì)計(jì)算方法和和正電源相同同。圖8-17可可調(diào)正負(fù)電電源8.5開(kāi)關(guān)關(guān)穩(wěn)壓電源8.5.1開(kāi)開(kāi)關(guān)電源的的控制方式1.脈沖沖寬度調(diào)制方方式脈沖寬度調(diào)制制方式簡(jiǎn)稱脈脈寬調(diào)制（PulesWidthModulation），縮寫寫為PWM式式。其特點(diǎn)點(diǎn)是固定開(kāi)關(guān)關(guān)頻率，通通過(guò)改變脈沖沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)占空比。其其缺點(diǎn)是受受功率開(kāi)關(guān)管管最小導(dǎo)通時(shí)時(shí)間的限制，，對(duì)輸出電電壓不能做寬寬范圍有效調(diào)調(diào)解。目前前集成開(kāi)關(guān)電電源大多采用用ＰＷM方式式。2.脈沖沖頻率調(diào)制方方式脈沖頻率調(diào)制制方式簡(jiǎn)稱脈脈頻調(diào)制(PulesFrenqencyModulation)。它是是將脈沖寬度度固定，通通過(guò)改變開(kāi)關(guān)關(guān)頻率來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)占空比的。。PWM方方式和PFM方式的調(diào)制制波形分別如如圖8-18所示，tp表示脈沖寬度度（即功率開(kāi)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通通時(shí)間Ton，T代表表周期)。從從中很容易易看出兩者的的區(qū)別。無(wú)無(wú)論是改變tp還是T，最最終調(diào)節(jié)的都都是脈沖占空空比（tp/T），輸輸出電壓和占占空比成正比比。圖8-18開(kāi)開(kāi)關(guān)電源調(diào)調(diào)制波形（a）PWM調(diào)制波形形;（b）PMF調(diào)制波形3.混合合調(diào)制方式混合調(diào)制方式式是指脈沖寬寬度與開(kāi)關(guān)頻頻率均不固定定，彼此都都能改變的方方式。它屬屬于PWM和和PMF混合合方式。由由于tp和T均可單獨(dú)獨(dú)調(diào)節(jié)，因因此占空比調(diào)調(diào)節(jié)范圍最寬寬，適合制制作供實(shí)驗(yàn)室室使用的輸出出電壓可寬范范圍調(diào)節(jié)的開(kāi)開(kāi)關(guān)電源。8.5.2脈脈寬調(diào)制式式開(kāi)關(guān)電源的的基本原理及及應(yīng)用電路1．帶高頻頻輸出變壓器器的開(kāi)關(guān)電源源帶高頻輸出變變壓器的開(kāi)關(guān)關(guān)電源的原理理框圖如圖8-19所示示。交流220V/50Hz輸入電壓經(jīng)經(jīng)過(guò)整流濾波波電路后變成成直流電壓，，再由功率率開(kāi)關(guān)管V（（或MOSFET）斬波波、高頻變變壓器Ｔ變壓壓，得到高高頻矩形波電電壓。圖8-19脈脈寬調(diào)制式式開(kāi)關(guān)電源圖8-20為為單片開(kāi)關(guān)電電源典型應(yīng)用用電路。TOPSWitch為PWM控制系統(tǒng)的的集成芯片，，為美國(guó)PI公司的產(chǎn)產(chǎn)品，T是是高頻變壓器器，VDZ1和VD1保護(hù)TOPSWitch不被高頻頻變壓器產(chǎn)生生的尖峰電壓壓所擊穿，VD2和Cout、VD3和Cf起整流濾波作作用。圖8-20單單片開(kāi)關(guān)電電源典型應(yīng)用用電路2．不帶高高頻輸出變壓壓器的開(kāi)關(guān)電電源不帶高頻輸出出變壓器的開(kāi)開(kāi)關(guān)電源原理理圖如圖8-21所示。。它由開(kāi)關(guān)關(guān)調(diào)整管V、、濾波器及及續(xù)流二極管管VD、控控制電路三大大部分組成。。其中控制制電路有專用用的集成電路路，其內(nèi)部部包含三角波波（或鋸齒波波）發(fā)生器、、基準(zhǔn)電壓壓源、誤差差放大器A1、電壓比較較器A2等。虛線框框內(nèi)為專用的的集成電路，，有些專用用的集成電路路也把調(diào)整管管置于其中。。圖8-21開(kāi)開(kāi)關(guān)電源原原理圖圖8-22L4690構(gòu)成的單片片開(kāi)關(guān)電源8.6單相相可控硅整流流電路8.6.1晶晶閘管晶閘管是晶體體閘流管的簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱，又稱稱為可控硅。。它是一種種大功率、可可以控制其其導(dǎo)通與截止止的半導(dǎo)體器器件，具有有用弱電控制制強(qiáng)電的特點(diǎn)點(diǎn)。因此，，晶閘管在在可控整流、、可控逆變變、可控開(kāi)開(kāi)關(guān)、交直直流電機(jī)的調(diào)調(diào)速系統(tǒng)、隨隨動(dòng)系統(tǒng)等等電路中得到到了廣泛應(yīng)用用。1．晶閘管管的結(jié)構(gòu)晶閘管內(nèi)部有有三個(gè)PN結(jié)結(jié)、PNPN四層半導(dǎo)導(dǎo)體，外引引出三個(gè)電極極，分別為為陽(yáng)極a、陰陰極k和控控制極或稱為為門級(jí)g。圖圖8-23為晶閘管的的結(jié)構(gòu)示意圖圖及等效電路路。圖8-23晶晶閘管的結(jié)結(jié)構(gòu)及等效電電路(a)結(jié)構(gòu)構(gòu);(b)等效電路路晶閘管的外形形有螺旋式、、平板式和和普通三極管管模樣的三足足式。平板板式的上、下下兩面金屬屬體是陽(yáng)極和和陰極。三三足式的三個(gè)個(gè)電極可以用用萬(wàn)用表測(cè)得得或根據(jù)型號(hào)號(hào)查手冊(cè)。大大功率晶閘閘管一般都加加散熱片。圖圖8-24是晶閘管的的符號(hào)和外形形。本教材材采用陰極側(cè)側(cè)受控的符號(hào)號(hào)，如圖8-24(a)所示。圖8-24晶晶閘管的符符號(hào)及外形（a）、（b）、（c）符號(hào)；；（d））、（e））、（f））外形2．晶閘管管的導(dǎo)電特性性如圖8-25所示，當(dāng)當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合、S2斷開(kāi)，即只只在晶閘管的的陽(yáng)極與陰極極之間加上正正向電壓Uak（簡(jiǎn)稱陽(yáng)壓UA）時(shí)，由于于晶閘管內(nèi)部部?jī)蓚€(gè)等效三三極管均無(wú)基基極電流而處處于截止?fàn)顟B(tài)態(tài)。因此，，此時(shí)晶閘閘管是截止的的。圖8-25晶晶閘管的導(dǎo)導(dǎo)電特性3.伏安特特性曲線晶閘管的陽(yáng)壓壓UA與陽(yáng)流IA之間的關(guān)系曲曲線稱為晶閘閘管的伏安特特性曲線，如如圖8-26所示。晶晶閘管的特特性曲線分為為正向特性和和反向特性兩兩個(gè)部分，下下面分別加加以討論。1)正向特特性當(dāng)晶閘管只加加正向陽(yáng)壓時(shí)時(shí)，流過(guò)晶晶閘管的電流流很小，晶晶閘管處于正正向阻斷狀態(tài)態(tài)，如曲線線中的0A段段。圖8-26伏安安特性曲線2)反向特性當(dāng)晶閘管加反向陽(yáng)陽(yáng)壓時(shí)，晶閘管管只有很小的反向向電流，晶閘管管處于反向阻斷狀狀態(tài)，如曲線0D所示。4.主要參數(shù)晶閘管的技術(shù)參數(shù)數(shù)有幾十項(xiàng)，下下面介紹幾個(gè)最主主要的參數(shù)。1)正向轉(zhuǎn)折電電壓UB0控制極開(kāi)路、額額定結(jié)溫條件下，，在晶閘管的陽(yáng)陽(yáng)極與陰極間加正正弦半波正向電壓壓，元件由正向向阻斷轉(zhuǎn)向?qū)顮顟B(tài)所對(duì)應(yīng)的電壓壓峰值，稱為正正向轉(zhuǎn)折電壓UB0。2)反向轉(zhuǎn)折電電壓UBR控制極開(kāi)路、額額定結(jié)溫條件下，，在晶閘管的陽(yáng)陽(yáng)極與陰極間加反反向電壓，元件件從反向阻斷轉(zhuǎn)向向擊穿狀態(tài)時(shí)的反反向電壓蜂值稱為為反向轉(zhuǎn)折電壓UBR。3)正向重復(fù)峰峰值電壓UFM0.8UB0值稱為正向重復(fù)峰峰值電壓。其本本意是在控制極開(kāi)開(kāi)路、額定結(jié)溫溫條件下，允許許重復(fù)加于晶閘管管的正向電壓峰值值。4)反向重復(fù)峰峰值電壓URM0.8UBR值稱為反向重復(fù)峰峰值電壓。其本本意是在控制極開(kāi)開(kāi)路、額定結(jié)溫溫條件下，允許許重復(fù)加于晶閘管管的反向電壓峰值值。5)額定電壓取UFM和URM中數(shù)值最小者為標(biāo)標(biāo)注在晶閘管上的的額定電壓值（由由于晶閘管UB0與UBR具有對(duì)稱性，因因此UFM與URM亦具有對(duì)稱性）。。為安全起見(jiàn)，，在使用中一般般取額定電壓是正正常工作電壓峰值值的2～3倍。6)額定正向平平均電流IF在標(biāo)準(zhǔn)散熱條件及及規(guī)定的環(huán)境溫度度條件下，允許許連續(xù)通過(guò)晶閘管管的工頻正弦半波波電流平均值稱為為額定平均電流IF。為在使用中不不使晶閘管過(guò)熱，，一般取IF是正常工作平均電電流的1.5～2倍。7)維持電流IH控制極開(kāi)路、維維持晶閘管導(dǎo)通的的最小電流稱為維維持電流。小于于此值時(shí)晶閘管將將自行關(guān)斷。8)浪涌電流ITSM元件在通態(tài)平均電電流穩(wěn)定后，在在工頻正弦一個(gè)周周期內(nèi)，元件所所能承受的過(guò)載峰峰值電流。9)控制極觸發(fā)發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG規(guī)定結(jié)溫條件下，，加一定陽(yáng)壓（（一般用工頻半波波峰值電壓為6V）時(shí)，能使使晶閘管從阻斷到到導(dǎo)通所需的最小小控制極直流電壓壓和直流電流值，，一般UG約為1～5V，，IG約為幾毫安至幾百百毫安。10)控制極反反向電壓UGR規(guī)定結(jié)溫條件下，，控制極與陰極極之間所能加的最最大反向電壓峰值值稱為控制極反向向電壓，UGR一般不超過(guò)10V。8.6.2單相相可控硅整流電路路1．單相半波可可控硅整流電路1）電路組成圖8-27(a)是電阻性負(fù)載的的單相半波可控硅硅整流電路。它它由電源變壓器ＴＴ、晶閘管V和和負(fù)載RL組成，圖中晶晶閘管的觸發(fā)電電路未畫(huà)出。圖圖8-27(b)是其工作作波形。圖8-27單單相半波可控硅硅整流電路(a)電路;(b)工工作波形2）工作原理理在圖8-27(b)中，當(dāng)當(dāng)電源電壓u2為正半周，即即上正下負(fù)時(shí)，，晶閘管承受受正向陽(yáng)壓，這這時(shí)只要在晶晶閘管的控制極極加上觸發(fā)信號(hào)號(hào)UG，晶閘管即可可導(dǎo)通。如在在ωt1處給晶閘管加觸觸發(fā)電壓，晶晶閘管便立即導(dǎo)導(dǎo)通，導(dǎo)通后后管壓降很小，，若忽略不計(jì)計(jì)，則u2電壓要通過(guò)晶閘閘管全部加于負(fù)負(fù)載RL上輸出，并有有電流io流過(guò)負(fù)載。3）電路參數(shù)數(shù)計(jì)算輸出電壓平均值值Uo(av)。由圖8-27（b）中的的uo波形可得輸出電電壓平均值為(8-17)式中的U2為變壓器次級(jí)電電壓有效值。輸出電流平均值值Io(av)(8-18)晶閘管承受的最最高反向電壓UTM為(8-19)輸出電壓有效值值（即均方根））為(8-20)負(fù)載電流有效值值為(8-21)2．單相橋式式可控硅整流電電路1）工作原理理圖8-28(a)是電阻性負(fù)負(fù)載的單相橋式式可控硅整流電電路。當(dāng)電源源電壓u2為正半周，即即上正下負(fù)時(shí)，，V1、VD2承受正向電壓，，V1被觸發(fā)即可導(dǎo)通通。如在ωt1處給V1加一個(gè)個(gè)觸發(fā)脈沖，則則V1、VD2導(dǎo)通，整流電電流的方向?yàn)閍→V1→RL→VD2→b，至ωt2處因電源電壓為為零，晶閘管管自行關(guān)斷。在在V1、VD2導(dǎo)通時(shí)，因V2、VD1受反壓而截止。。在電源電壓u2為負(fù)半周，即即上負(fù)下正時(shí)，，V2、VD1受正向電壓，V2被觸發(fā)即可導(dǎo)通通。如在ωt3處給V2加一個(gè)觸發(fā)脈沖沖，則V2、VD1立即導(dǎo)通，整整流電流的方向向?yàn)閎→V2→RL→VD1→a，至ωt4處因電源電壓為為零，晶閘管管自行關(guān)斷。在在V2、VD1導(dǎo)通時(shí)，V1、VD2因受反壓而截止止。其工作波波形如圖8-28(b)所示示。圖8-28單單相橋式可控硅硅整流電路及波波形(a)單相橋橋式可控整流電電路;(b)工作波形形2）電路參數(shù)數(shù)的計(jì)算輸出電壓平均值值Uo(av)。由圖8-28（b）中的的uo波形可得輸出電電壓平均值為(8-22)輸出電流平均值值為Io(av)(8-23)流過(guò)每個(gè)晶閘管管和整流二極管管的電流平均值值為(8-24)晶閘管和整流二二極管承受的最最高反向電壓為為(8-25)8.6.3晶晶閘管的觸發(fā)電電路晶閘管導(dǎo)通除了了需要在它的陽(yáng)陽(yáng)極和陰極之間間加正向陽(yáng)壓外外，還必須在在控制極與陰極極之間加一定的的正向觸發(fā)電壓壓，這種觸發(fā)發(fā)電壓可由觸發(fā)發(fā)電路來(lái)提供。。由于晶閘管管一旦導(dǎo)通后，，控制極就失失去控制作用，，因此觸發(fā)電電壓一般是持續(xù)續(xù)時(shí)間較短的脈脈沖信號(hào)，稱稱為觸發(fā)脈沖或或觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)當(dāng)然，也可可以用正弦波交交流電壓和直流流電壓作為觸發(fā)發(fā)信號(hào)。1．單結(jié)晶體體管單結(jié)晶體管是一一種具有一個(gè)PN結(jié)、一個(gè)個(gè)發(fā)射級(jí)e、兩兩個(gè)基極b1和b2的雙基極晶體管管，簡(jiǎn)稱單結(jié)結(jié)管。圖8-29是單單結(jié)管的結(jié)構(gòu)、、符號(hào)和等效效電路。它是是在一個(gè)N型硅硅片上引出兩個(gè)個(gè)歐姆接觸極b1和b2（分別叫做第一一基極和第二基基極），在靠靠近b2處制作一個(gè)P型型區(qū)，并引出出電極作為發(fā)射射極e，最后后密封成一個(gè)單單結(jié)管。圖8-29單單結(jié)管的結(jié)構(gòu)、、符號(hào)和等效效電路(a)結(jié)構(gòu);(b)符符號(hào);(c)等效電路路2．單結(jié)管的的伏安特性單結(jié)管發(fā)射極電電壓與發(fā)射極電電流之間的關(guān)系系曲線稱為伏安安特性，即(8-26)圖8-30是單單結(jié)管伏安特性性的測(cè)試電路及及特性曲線。圖8-30單單結(jié)管的測(cè)試電電路及伏安特性性曲線（a）電路;（b）伏伏安特性曲線由圖8-30可可知，當(dāng)b2、b1之間加上直流電電壓UCC時(shí)，此電壓分分別加于Rb2、Rb1上，b點(diǎn)對(duì)地地電壓為(8-27)式中,η為分壓比。3．單結(jié)管振振蕩器1）電路組成成圖8-31(a)所示為單結(jié)結(jié)管張馳振蕩器器的電路圖，圖圖8-31（（b）是其工作作波形。由圖圖8-31(a)可知，電電路中單結(jié)管外外接定時(shí)電阻Re、電容C、負(fù)載電阻R1和溫度補(bǔ)償電阻阻R2。圖8-31單單結(jié)管張馳振蕩蕩器及工作波形形（a）電路;（b）工工作波形2）工作原理理在圖8-31中中，當(dāng)電源電電壓接通后，UCC將通過(guò)Re對(duì)電容C充電、使電容容電壓uC（也就是單結(jié)管管發(fā)射極電壓Ue）逐漸升高。當(dāng)當(dāng)Ue升高到峰點(diǎn)電壓壓UP時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)導(dǎo)通，此時(shí)Rb1迅速減小，電電容電壓uC通過(guò)PN結(jié)向R1放電。由于放放電時(shí)間常數(shù)很很小，放電很很快結(jié)束，使使得電容電壓很很快降低。當(dāng)當(dāng)Ue降低到單結(jié)管的的谷點(diǎn)電壓UV時(shí)（此時(shí)因經(jīng)Re流入的電流也小小于IV），單結(jié)管阻阻斷。以后電電源UCC又通過(guò)Re對(duì)電容C充電，重復(fù)以以上過(guò)程。3）元件參數(shù)數(shù)選擇根據(jù)電路可知，，當(dāng)發(fā)射極電電壓被充到Ue=UP時(shí)，如所選選電阻Re太大，發(fā)發(fā)射極極電流Ie不能大于于IP，則單單結(jié)管不不能導(dǎo)通通。同同理，當(dāng)當(dāng)發(fā)射射極電壓壓Ue下降到UV時(shí)，如如所選選電阻Re太小，則則Ie不能小于于IV，也不不能由導(dǎo)導(dǎo)通轉(zhuǎn)為為截止而而產(chǎn)生振振蕩，根根據(jù)電電路可算算得(8-29)4．觸觸發(fā)脈沖沖對(duì)可控控硅整流流電路的的同步控控制所謂同步步控制，，是指指觸發(fā)脈脈沖要和和晶閘管管的交流流電源電電壓的相相位配合合得當(dāng)。。如圖圖8-32所示示，以以單相橋橋式可控控整流電電路為例例，必必須使觸觸發(fā)脈沖沖在電源源電壓每每次過(guò)零零后，都都滯后后α角出出現(xiàn)，使使晶閘閘管每次次導(dǎo)通控控制角αα都相同同。因因?yàn)橛脝螁蜗鄻蚴绞秸麟婋娐窞閱螁谓Y(jié)管張張弛振蕩蕩器供電電，使使得張馳馳振蕩器器在交流流電壓u2每次過(guò)零零點(diǎn)處，，其電電路工作作狀態(tài)都都相同，，即在在u2的每半個(gè)個(gè)周期內(nèi)內(nèi)，電電容C的充放電電過(guò)程都都相同，，從從而保證證了u2每半個(gè)周周期中的的控制角角α都相相同，工工作波波形如圖圖8-32(b)所示示。圖8-32可可控控硅整流流同步控控制電路路及工作作波形其中對(duì)于于UG的波形，，每半半個(gè)周期期中只是是第一個(gè)個(gè)觸發(fā)脈脈沖起作作用，因因?yàn)榫Ьчl管被被觸發(fā)導(dǎo)導(dǎo)通后，，控制制極就失失去了控控制作用用。習(xí)題題8.1在在圖8-33所示電電路中，，己知知輸入電電壓ui為正弦波波，試試分析哪哪些電路路可以作作為整流流電路?哪些些不能，，為什什么?應(yīng)應(yīng)如何改改正?圖8-338.2在在如圖圖8-5所示的的橋式整整流電容容濾波電電路中，，已知知C=1000μμF，RL=40ΩΩ。若若用交交流電壓壓表測(cè)得得變壓器器次級(jí)電電壓為20V，再再用直流流電壓表表測(cè)得RL兩端電電壓為下下列幾種種情況，，試分分析哪些些是合理理的?哪哪些表明明出了故故障?并并說(shuō)明原原因。(1)