2023學(xué)年完整公開課版晶閘管電路

1.5晶閘管電路常見晶閘管有塑封式、平板式和螺栓式，外形如圖（a）所示。圖（b）所示為晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，三個(gè)PN結(jié)分別為J1、J2和J3，有三個(gè)引出極，陽極A、陰極K和控制極（又稱門極）G。（c）為晶閘管符號。螺栓式1.5.1晶閘管基本概念

一、單向晶閘管塑封式平板式（a）外形（b）結(jié)構(gòu)（c）符號1.外形、結(jié)構(gòu)和符號

晶閘管工作原理可用圖所示實(shí)驗(yàn)電路驗(yàn)證。二、晶閘管工作原理

晶閘管導(dǎo)通的條件：陽極加正向電壓，控制極同時(shí)加正向電壓。晶閘管關(guān)斷的條件：正向陽極電壓降低到一定值（或者在晶閘管陽、陰極間加反向電壓）使流過晶閘管的電流小于維持電流，則晶閘管關(guān)斷。1．正向平均管壓降UF指晶閘管正向?qū)顟B(tài)下陽極和陰極兩端的平均電壓降，一般為0.4～1.2V。2．正向平均電流IF指晶閘管允許通過的正弦半波電流的平均值。3．維持電流IH當(dāng)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通所需要的最小陽極電流。4．觸發(fā)電壓UG指晶閘管正向偏置情況下，使晶閘管導(dǎo)通而要求控制極所加的最小觸發(fā)電壓。一般約為1～5V。三、晶閘管的主要參數(shù)

二、雙向晶閘管雙相晶閘管結(jié)構(gòu)、等效電路和符號如圖1.5.1.3所示。雙向晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管的反向并聯(lián)，但只有一個(gè)控制極。雙向晶閘管具有正、反兩個(gè)方向都能控制導(dǎo)電的特性，又有應(yīng)用電路與觸發(fā)電路簡單、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，是目前比較理想的交流開關(guān)器件。（c）符號（a）結(jié)構(gòu)

（b）等效電路

1．電阻負(fù)載1.5.2單相晶閘管整流電路一、單相半波可控整流電路u2正半周時(shí)，控制極無觸發(fā)脈沖，晶閘管處于阻斷狀態(tài)，uL=0,晶閘管承受u2全部電壓。在ωt1=α?xí)r,控制極加觸發(fā)脈沖電壓,晶閘管導(dǎo)通,負(fù)載兩端電壓uL=u2。在u2=0時(shí),晶閘管的電流小于維持電流,晶閘管關(guān)斷，uL=0。u2負(fù)半周時(shí),晶閘管承受反向電壓,呈反向阻斷狀態(tài),輸出電壓uL=0。從晶閘管承受正向電壓起到被觸發(fā)導(dǎo)通止，所對應(yīng)的角度稱為控制角，用α表示。晶閘管開始導(dǎo)通到關(guān)斷之間的角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示，θ=π-α。（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理（3）輸出直流電壓和電流負(fù)載電壓的平均值為負(fù)載電流的平均值為當(dāng)α=0,θ=π時(shí),晶閘管全導(dǎo)通,

UL=0.45U2當(dāng)α=π,θ=0時(shí),晶閘管全阻斷,UL=0。（4）晶閘管上的電壓和電流由圖（b）可知，晶閘管上所承受的最高正向電壓和反向電壓為流過晶閘管的平均電流2.電感性負(fù)載（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理u2正半周時(shí)，當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后,由于感性負(fù)載電流不能突變，輸出電流iL由零逐漸增加。當(dāng)u2由正半周下降至過零變負(fù)時(shí)，由于感應(yīng)電動勢的存在，加在晶閘管陽極和陰極之間仍然存在正向電壓，因而晶閘管仍維持導(dǎo)通。由上面分析，當(dāng)為電感性負(fù)載時(shí)，在電源電壓進(jìn)入負(fù)半周后晶閘管仍維持一定的導(dǎo)通時(shí)間，因而整流輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值。為了使U2過零變負(fù)時(shí)能及時(shí)地關(guān)斷晶閘管，可以在整流輸出端并聯(lián)二極管D，如圖所示。輸出的電壓波形與電阻性負(fù)載的是一樣的，如右圖所示。但負(fù)載電流的波形不同。二、單相半控橋式整流電路

1.阻性負(fù)載當(dāng)ui為正半周時(shí)，V1、D2承受正向電壓。給V1控制極加正向觸發(fā)電壓，V1導(dǎo)通，電流流通的路徑是a→V1→RL→D2→b。（2）工作原理（1）電路結(jié)構(gòu)當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，V2、D1承受正向電壓。給V2控制極加正觸發(fā)電壓，V2導(dǎo)通，電流流通的路徑是b→V2→RL→D1→a。電源電壓ui過零時(shí)，V1阻斷，電流為零。（3）整流電壓的平均值UO和整流電流的平均值IO（4）晶閘管上的電壓和電流晶閘管和二極管承受的最高反向工作電壓以及晶閘管可能承受的最大正向電壓均等于電源電壓的最大值。流過每個(gè)晶閘管和二極管電流的平均值等于負(fù)載電流的一半,即2．感性負(fù)載帶電感性負(fù)載的單相橋式半控整流電路如圖所示。由于是電感負(fù)載，采用了續(xù)流二極管。當(dāng)電源電壓過零時(shí)，負(fù)載經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流，晶閘管電流降為零而關(guān)斷。單結(jié)晶體管又稱雙基極二極管，它內(nèi)部只有一個(gè)PN結(jié)，有三個(gè)引出腳，分別稱為第一基極b1、第二基極b2和發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)、等效電路與符號如圖所示，其中Rb1、Rb2分別為兩個(gè)基極至PN結(jié)之間的電阻，發(fā)射極對基極可等效為一個(gè)二極管。（a）結(jié)構(gòu)（b）等效電路（c）符號一、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)與符號

1.5.3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

二、單結(jié)晶體管伏安特性

在b1和b2間加一恒定直流電壓UBB，Ie與Ue之間的關(guān)系特性曲線當(dāng)發(fā)射極電壓不接，電壓UBB接在b1和b2之間，A點(diǎn)的電壓在發(fā)射極e與基極b1間加一個(gè)電壓UEE,，當(dāng)外加電壓Ue<UA+UD，單結(jié)管處于截止?fàn)顟B(tài),這段特性區(qū)稱為截止區(qū)。當(dāng)Ue>UA+UD時(shí),發(fā)射極電流Ie增大，發(fā)射極電壓Ue反而減小了，在這一段特性曲線的動態(tài)電阻為負(fù)值，故這一段特性稱為負(fù)阻區(qū)。發(fā)射極電流Ie增大到一定值后，電壓Ue下降到最低點(diǎn)，對應(yīng)特性曲線上的V點(diǎn)，稱為谷點(diǎn)。在谷點(diǎn)以后，發(fā)射極電壓Ue隨著電流Ie增大而增大,對應(yīng)的特性區(qū)域稱為飽和區(qū)。由上面的分析可知，單結(jié)晶體管具有以下特點(diǎn)：（1）當(dāng)發(fā)射極電壓Ue小于峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管為截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)Ue上升到峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通后若Ue低于谷點(diǎn)電壓UV，單結(jié)晶閘管立即轉(zhuǎn)入截止?fàn)顟B(tài)。（2）峰點(diǎn)電壓UP與管子的分壓比η和外加電壓UBB有關(guān)。η大則UP大，UBB大則UP也大。三、單結(jié)晶體管張弛振蕩電路

利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC電路的充放電特性，可組成單結(jié)晶體管自激振蕩電路，產(chǎn)生控制脈沖電壓合上電源開關(guān)S后，電源UBB經(jīng)電位器RP向電容器C充電，此時(shí)，單結(jié)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，R1兩端無脈沖輸出當(dāng)UC上升到單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電容器C放電，UC按指數(shù)規(guī)律下降，直到低于谷點(diǎn)電壓UV時(shí)，單結(jié)晶體管截止，輸出電壓Ug降為零。RL兩端就輸出一個(gè)尖脈沖電壓四、單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路

主回路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

圖中下半部分為主回路,是一單相半控橋式整流電路。上半部分為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。T為同步變壓器,它的原邊與可控橋路均接在用一相電源上，副邊得到同頻率的交流電壓,經(jīng)單相橋式整流,變成脈動直流電壓UAD,再經(jīng)穩(wěn)壓管削波變成梯形波電壓UBD。此電壓為單結(jié)管觸發(fā)電路的工作電壓。由于主、觸回路接在同一交流電源上,起到了很好的同步作用,當(dāng)電源電壓過零時(shí),振蕩自動停止,故電容每次充電時(shí),