汽車電工電子實(shí)施技術(shù)第七章

第7章晶閘管及其應(yīng)用7.1晶閘管

7.2可控整流電路

7.3晶閘管的觸發(fā)電路

7.4晶閘管的保護(hù)

7.1晶

閘

管

晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管又稱為可控硅（SCR）,普通型晶閘管的外殼結(jié)構(gòu)主要有兩種形式，一種是螺栓式，另一種是平板式，它們的外形如圖7.1所示。

圖7.1晶閘管的外形(a)螺栓式；

(b)平板式

晶閘管有3個(gè)電極：陽(yáng)極A、陰極K和門極(控制極)G。在圖7.1（a）中，下端的螺栓是陽(yáng)極A，使用時(shí)把螺栓固定在散熱器上，上端有兩根引出線，粗的一根是陰極K，細(xì)的一根是控制極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(yáng)極。晶閘管的內(nèi)部有一個(gè)由硅半導(dǎo)體材料做成的管心。管心是一個(gè)圓形薄片，它是四層（P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G）器件。它有三個(gè)PN結(jié)，可以把中間的N1和P2分為兩部分，可看成是一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管，如圖7.2所示。

圖7.2晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)

晶閘管的工作原理

1．反向阻斷實(shí)驗(yàn)如圖7.3（a）所示，晶閘管有兩個(gè)回路：EA(-)→RL→VT（A極-K極）→EA(+)

EG(+)→RG→開(kāi)關(guān)S→VT（G極-K極）→EG(-)圖7.3晶閘管的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)（a）

反向阻斷；

（b）

方向阻斷；

（c）

觸發(fā)導(dǎo)通；

（d）

切除觸發(fā)信號(hào)仍導(dǎo)通

前一回路稱為晶閘管的主電路，后一回路稱為晶閘管的控制電路。由主電路可知，此時(shí)晶閘管的陽(yáng)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(shí)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(jiàn)，當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，對(duì)J2結(jié)來(lái)說(shuō)雖為正向偏置，但對(duì)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(guò)，所以晶閘管處于阻斷狀態(tài)。

2.正向阻斷實(shí)驗(yàn)如圖7.3(b)所示，此時(shí)晶閘管雖承受正向偏壓，但控制極未接通，電燈也不亮，說(shuō)明晶閘管未導(dǎo)通，晶閘管處于正向阻斷狀態(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。

3．觸發(fā)導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)如圖7.3（c）所示，把開(kāi)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(shí)，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(kāi)控制極電路開(kāi)關(guān)S，電燈仍保持原亮度，這說(shuō)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(hào)，晶閘管仍然導(dǎo)通(見(jiàn)圖7.3（d）)。由以上實(shí)驗(yàn)可知，要使晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備下列兩個(gè)條件：

(1)陽(yáng)極A和陰極K之間施加正向電壓。

(2)控制極G與陰極K之間施加正向觸發(fā)電壓。為了說(shuō)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(gè)晶體管連接而成，每一個(gè)晶體管的基極與另一個(gè)晶體管的集電極相連，如圖7.4所示。陽(yáng)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。圖7.4把晶閘管看成由PNP和NPN型兩個(gè)晶體管的組合

圖7.5晶閘管的工作原理

如果晶閘管陽(yáng)極加正向電壓EA，控制極加正向電壓EG(見(jiàn)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=β2iB2。而iC2又是晶體管V1的基極電流，V1的集電極電流iC1=β1iC2=β1β2iB2。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(qiáng)烈的正反饋，使兩個(gè)晶體管很快達(dá)到飽和導(dǎo)通。這就是晶閘管的導(dǎo)通過(guò)程，導(dǎo)通后的管壓降很小，即UAK≈1V,電源電壓幾乎全部加在負(fù)載上，晶閘管中就流過(guò)負(fù)載電流,即IA≈EA/RL。在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子自身的反饋?zhàn)饔脕?lái)維持，即使控制極電流iG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(gè)具有一定幅度而存在時(shí)間很短的脈沖電壓。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽(yáng)極電流減小到使之不能維持正反饋過(guò)程，當(dāng)然也可以將陽(yáng)極電源切斷或者在晶閘管的陽(yáng)極和陰極加上一個(gè)反向電壓。晶閘管的主要參數(shù)和型號(hào)

1）正向阻斷峰值電壓UFRM在控制極斷開(kāi)和晶閘管正向阻斷的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的正向峰值電壓。

2）反向阻斷峰值電壓URRM在控制極斷開(kāi)的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽(yáng)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(gè)電壓值，作為該元件的額定電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，由于晶閘管的過(guò)載能力較差，所以在選擇晶閘管的額定值時(shí)，需要留有一定的余量。通常選額定電壓和額定電流是實(shí)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220V（峰值為311V）的電路中，應(yīng)選用額定電壓為600V的晶閘管。

3）額定正向平均電流IF在環(huán)境溫度不超過(guò)40℃和規(guī)定的散熱條件下，晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間允許連續(xù)通過(guò)的工頻（50Hz）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100A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(guò)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(shí)晶閘管所允許通過(guò)的電流平均值必須適當(dāng)降低。

4）維持電流IH在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷開(kāi)的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通所需要的最小陽(yáng)極電流，稱為維持電流IH。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極電流小于此值時(shí)，晶閘管將自行關(guān)斷。IH一般為幾十至二三百毫安。目前我國(guó)生產(chǎn)的普通型晶閘管的型號(hào)組成如下：

導(dǎo)通時(shí)正向平均電壓的組別，（小于100A不標(biāo)），共分九級(jí)，用A~I表示，A級(jí)為0.4V,I級(jí)為1.2V7.2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

1）工作原理

(1)u2為正半波時(shí)，ua>ub，晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓。此時(shí)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：a→VT→RL→b。忽略管壓降uT，則uo=u2，io=u2/RL。當(dāng)u2的正半波電壓逐漸減少時(shí)，io也逐漸減少，當(dāng)u2

＝0時(shí)，io＝0，晶閘管關(guān)斷。

(2）u2為負(fù)半波時(shí)，ua<ub,晶閘管承受反向電壓，處于反向阻斷狀況，uo＝0，u2的下一個(gè)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。圖7.6電阻性負(fù)載單相半波可控整流電路圖及波形圖(a)電路圖；

(b)波形圖

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(shí)的空間電角度稱為控制角α，一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的范圍稱為導(dǎo)通角θ，顯然，θ＝π-α。改變晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻就可以改變控制角α，亦即可以改變晶閘管的導(dǎo)通范圍，從而改變uo。α的變化范圍稱為移相范圍，α值的改變稱為移相。3）負(fù)載直流平均電壓Uo與平均電流Io設(shè)

則負(fù)載上的直流平均電壓Uo為

式中，Uo為uo波形的平均值；U2為電源有效電壓；α為控制角。Uo和α及u2有關(guān)，若電源電壓給定后，Uo只與α有關(guān)。當(dāng)α＝0時(shí)，Uo=0.45U2,為最大輸出直流平均電壓；當(dāng)α=π時(shí)，Uo＝0。所以α的移相范圍為0～π，而Uo在0～0.45U2范圍連續(xù)可調(diào)。（7-1）負(fù)載電流的平均值為

（7-2）

式中，Io為負(fù)載電流的平均值；U2為電源電壓有效值；RL為負(fù)載電阻。

4）晶閘管的電壓和電流(1）

晶閘管所承受的最大正反向電壓URM。

（7-3）

(2）

流過(guò)晶閘管的電流平均值IT。

（7-4）

2.電感性負(fù)載單相半波可控整流電路實(shí)際電路中有許多負(fù)載是電感性負(fù)載，它們既含有電阻又含有電感。電感性負(fù)載單相半波可控整流電路如圖7.7所示。

圖7.7電感性負(fù)載單相半波可控整流電路圖及波形圖（a）

電路圖;(b)波形圖

1）工作原理當(dāng)u2為正半波時(shí)，晶閘管VT承受正向電壓u2，控制極未加觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管不導(dǎo)通，uo＝0。在ωt1時(shí)刻，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，u2加在負(fù)載上，uo＝u2

。io只能逐漸增加，因?yàn)殡姼蠰的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙io增加。當(dāng)uo達(dá)到最大值后又開(kāi)始減少時(shí)，io增大速度變慢，直至最大，再開(kāi)始減少。當(dāng)io減少時(shí)，電感L的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙io減少。自感電動(dòng)勢(shì)的方向?qū)чl管來(lái)說(shuō)是正方向，所以，在ωt2～ωt3期間，雖然u2已變?yōu)樨?fù)，但只要自感電動(dòng)勢(shì)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，uo＝u2。直至io<IH,晶閘管才關(guān)斷，開(kāi)始承受反向電壓，uo＝0。波形圖如圖7.7(b)所示。

2）續(xù)流二極管的作用由于電感L的存在，使負(fù)載電壓出現(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(wèn)題，可以在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)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。圖7.8續(xù)流二極管的感性負(fù)載電路圖及波形圖（a）

電路圖;(b)波形圖

單相半控橋式整流電路

1.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(jiǎn)單、調(diào)整方便、使用元件少的優(yōu)點(diǎn)，但卻有整流電壓脈動(dòng)大、輸出電流小的缺點(diǎn)。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7.9所示為兩種常用的單相半控橋式整流電路。在圖7.9（a）中，采用兩個(gè)晶閘管和兩個(gè)二極管組成橋式電路；在圖7.9（b）中，采用四個(gè)二極管和一個(gè)晶閘管組成開(kāi)關(guān)管式電路。如果在圖7.9（a）中的四個(gè)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，

故不常采用。

圖7.9單相半控橋式整流電路（a）

半控式；

(b)開(kāi)關(guān)管式

在圖7.9（a）中，變壓器副邊電壓u2在正半周時(shí)，VT1和VD2承受正向電壓。當(dāng)ωt＝α?xí)r，如對(duì)晶閘管VT1引入觸發(fā)信號(hào)，則VT1和VD2導(dǎo)通，電流的通路為a→VT1→RL→VD2→b這時(shí)，VT2和VD1承受反向電壓而截止。同樣在電壓u2的負(fù)半周時(shí)，VT2和VD1承受正向電壓。這時(shí)，如對(duì)晶閘管VT2引入觸發(fā)信號(hào)，則VT2和VD1導(dǎo)通，電流的通路為b→VT2→RL→VD1→a這時(shí)，VT1和VD2處于截止?fàn)顟B(tài)。

當(dāng)整流電路為電阻性負(fù)載時(shí)，單相半控橋式整流電壓uo的波形如圖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）

輸出電流的平均值

(7-6)圖7.10單相橋式可控整流的電壓波形圖

由上述可知，當(dāng)α＝0，即θ＝180°時(shí)，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(shí)刻，即改變控制角α大小，使晶閘管在不同的時(shí)刻導(dǎo)通，便可調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的平均值Uo，從而實(shí)現(xiàn)可控整流。

例7-1有一純阻性負(fù)載，要求單相半控橋式整流電路對(duì)負(fù)載提供可調(diào)的直流電壓平均值Uo為0～100V，電流Io為0～10A，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100V時(shí)，晶閘管全導(dǎo)通,即θ＝180°，α＝0°。由公式可求出可控整流電路的輸入交流電壓有效值：

實(shí)際上，晶閘管的最大導(dǎo)通角只有160°～170°左右，因此，要得到100V的直流輸出電壓，

就必須在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加大10％左右，所以

U2=111×(1+0.1)=122(V)晶閘管承受的最大反向電壓

晶閘管中流過(guò)的平均電流

二極管中流過(guò)的平均電流

按兩倍的余量選擇晶閘管，則可選用KP型晶閘管，它的額定正向平均電流為10A，額定電壓為400V即可。

例7-2設(shè)負(fù)載電阻對(duì)可控整流電路的要求與上例相同，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220V（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100V時(shí)，導(dǎo)通角為θ，控制角為α，根據(jù)公式得

解得

最大導(dǎo)通角

晶閘管所承受的最大反向電壓

2.單相半控橋式整流電路的應(yīng)用——可控硅整流充電機(jī)

如圖7.11所示是一臺(tái)8kW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，結(jié)構(gòu)合理，使用方便可靠，比較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(gè)部分。

圖7.11單相半控橋式充電機(jī)電器原理圖

1）主整流電路主整流電路是用兩個(gè)硅二極管、兩個(gè)可控硅元件組成的單相橋式整流電路，并由220V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。

2）觸發(fā)電路觸發(fā)電路是典型的單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路。三極管V1的基極電壓是通過(guò)控制電路來(lái)改變的。從同步變壓器8V一側(cè)繞組來(lái)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)射極之間的電壓，達(dá)到移相調(diào)壓的目的。

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)射極之間電壓升高時(shí)，V1導(dǎo)通，觸發(fā)電路的直流電通過(guò)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(shí)也能很好地觸發(fā)。使用時(shí)，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，再切斷交流電源，

最后卸下蓄電池。

在使用可控硅移相調(diào)壓充電機(jī)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）在充電電壓低于蓄電池電動(dòng)勢(shì)一定值時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)充電電流，這是因?yàn)榭煽毓璩潆姍C(jī)輸出的是短脈沖電壓，而電壓表測(cè)量的是平均電壓。（2）在實(shí)際充電時(shí)可控硅充電機(jī)的功率選擇應(yīng)盡可能接近實(shí)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(lái)選擇線徑，并有一定的余量。7.3晶閘管的觸發(fā)電路

單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管又稱為雙基極二極管，它有一個(gè)發(fā)射極和兩個(gè)基極。圖7.12是單結(jié)晶體管的外形、結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)。把一塊高電阻率的（輕摻雜的）N型硅片，焊接在縫寬為0.25mm的鍍金陶瓷片上。鍍金陶瓷片的兩個(gè)部分，即為單結(jié)晶體管的兩個(gè)基極，分別稱為第一基極B1和第二基極B2。在兩個(gè)基極之間靠近B2處的N型硅片上摻入P型雜質(zhì)，并引出一個(gè)鋁質(zhì)電極，這個(gè)電極就是發(fā)射極E。于是在發(fā)射極與硅片的交界處形成一個(gè)PN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(shí)，基極B2和B1之間約有3～12kΩ的電阻，單結(jié)晶體管可用圖7.13的等效電路來(lái)表示。圖7.12單結(jié)晶體管（a）

外形；

(b)結(jié)構(gòu)示意圖；

（c）

圖形符號(hào)（箭頭指向第一基極）

圖7.13單結(jié)晶體管的等效電路

單結(jié)晶體管工作時(shí)，需要在兩個(gè)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(shí)，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η表示。因此

分壓比η是單結(jié)晶體管的一個(gè)重要參數(shù)，其值與單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般在0.5～0.8之間。對(duì)某一單結(jié)晶體管而言，η是一常數(shù)。

（7-8）在發(fā)射極E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)UE<UB1時(shí)，PN結(jié)被反向偏置，等效電路中的二極管截止，此時(shí)E、B1極之間呈現(xiàn)高電阻。當(dāng)控制電壓上升到UE=UB1＋UV（UV為PN結(jié)的正向電壓降，在室溫時(shí)UV約為0.67V）時(shí)，PN結(jié)正向?qū)?。這時(shí)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(qiáng)。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(gè)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(diǎn)電壓，用UP表示。顯然，UP=ηUBB+UV。

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(shí)IE較大，但I(xiàn)B1與rB1的乘積仍不大，A點(diǎn)的電位較低，即使控制電壓調(diào)節(jié)到低于峰點(diǎn)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(shí)，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?，發(fā)射極所加的較低電壓稱為單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓，用UV表示。綜上所述，單結(jié)晶體管具有下列幾個(gè)重要特點(diǎn)：（1）單結(jié)晶體管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)加在它控制極（即發(fā)射極）上的電壓達(dá)到峰點(diǎn)電壓時(shí)，單結(jié)晶體管由截止突然變?yōu)楫愅ā?dǎo)通后，當(dāng)加在控制極上的電壓下降到谷點(diǎn)電壓時(shí)，

單結(jié)晶體管突然由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂?/p>

（2）不同的單結(jié)晶體管有不同的UP和UV值。同一個(gè)單結(jié)晶體管，若所加的UBB不同，它的UP和UV也有所不同。例如型號(hào)為BT33B的單結(jié)晶體管，若UBB=20V,則UP≈12.8V，UV≈3V。若UBB=10V，則UP≈6.7V，UV≈2.6V。（3）單結(jié)晶體管的發(fā)射極與第一基極的電阻rB1是一個(gè)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(shí)，發(fā)射極電流很小，rB1是一個(gè)高電阻。導(dǎo)通后，隨著發(fā)射極電流的增大，就有大量的空穴注入到第一基極的N區(qū)，致使rB1急劇下降。而rB2則是一個(gè)與發(fā)射極電流無(wú)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。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路在電源接通之前，晶體管觸發(fā)電路中電容器C上的電壓uC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)uC升高到等于單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，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B1之間的,因而使單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電阻rB1就急劇減?。s20Ω），電容器向R1放電。圖7.14單結(jié)晶體管的弛張振蕩電路由于R1取得較小，放電很快，因而放電電流在R1上形成一個(gè)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(diǎn)電壓時(shí)，電源經(jīng)過(guò)電阻RP和R所供給的電壓小于單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓，于是單結(jié)晶體管截止。電源再次經(jīng)RP和R向電容器C充電，重復(fù)上述過(guò)程。于是在R1上就形成一個(gè)接一個(gè)的觸發(fā)脈沖。圖7.15馳張振蕩電路產(chǎn)生的脈沖電壓（a）

周期為T時(shí)；

(b)周期為T′時(shí)

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(guò)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(diǎn)電流之下，電容器的電壓始終大于谷點(diǎn)電壓，造成單結(jié)晶體管不能截止的直通現(xiàn)象。選用谷點(diǎn)電流大一些的管子，可以減少這種現(xiàn)象。當(dāng)然，RP+R的值也不能太大，否則充電太慢，在整流的半個(gè)周期內(nèi)電容器充不到峰點(diǎn)電壓，管子就不能導(dǎo)通。為了可靠地觸發(fā)晶閘管，通常要求觸發(fā)脈沖的功率為0.5～2W，電壓幅值為4～10V，寬度在10μs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(shí)間常數(shù)τ=RC。如選用C=0.1～1μF，R1＝50～100Ω，就可得到數(shù)十微秒的脈沖寬度。脈沖電壓的幅度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20V，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(shí)，電容器上的電壓為10V，除去管壓降外，在R1上可獲得幅度為7～8V的輸出脈沖電壓，符合晶閘管的觸發(fā)要求。觸發(fā)電路中的R2是作溫度補(bǔ)償用的。因?yàn)樵诜妩c(diǎn)電壓UP=ηUBB+UV的式中，分壓比η不隨溫度變化，而UV則隨溫度的上升而下降，所以峰點(diǎn)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(bǔ)償了UV因溫度上升而下降的值，從而使峰點(diǎn)電壓UP保持不變。觸發(fā)電路與主電路的連接圖7.16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(jiǎn)述如下。

圖7.16觸發(fā)電路與主電路的連接

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(gè)重要作用是使u1、u2同相，從而使觸發(fā)電路的過(guò)零時(shí)刻與主電路的過(guò)零時(shí)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(gè)周期中第一個(gè)尖脈沖電壓到來(lái)時(shí)導(dǎo)通，它們的控制角不變，即α1=α2。圖7.17觸發(fā)電路和主電路的電壓波形

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，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，單結(jié)晶體管輸出脈沖的幅度以及每半周中產(chǎn)生的第一個(gè)脈沖（后面的脈沖與觸發(fā)無(wú)關(guān)）的時(shí)間不受影響。同時(shí)，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。

3）電位器電位器RP的電阻值與電容C的充電時(shí)間有關(guān)。例如，當(dāng)RP的數(shù)值增大時(shí)，電容電壓uC上升慢，半個(gè)周期中第一個(gè)尖脈沖來(lái)得遲，控制角α加大，導(dǎo)通角θ減小，電壓uL的平均值就小，因此RP是調(diào)壓電位器。

4）溫度補(bǔ)償電阻電阻R2的作用是補(bǔ)償溫度變化對(duì)單結(jié)晶體管峰值電壓UP的影響。當(dāng)溫度升高時(shí)，結(jié)電壓UD略有減小，但單結(jié)晶體管的電阻RBB隨溫度升高而略有增大。串聯(lián)電阻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(bǔ)償了UD的減小，使UP基本穩(wěn)定。R2一般取200～600Ω。7.4晶閘管的保護(hù)

晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流，溫度就會(huì)急劇上升而導(dǎo)致PN結(jié)燒壞。晶閘管發(fā)生過(guò)電流的原因主要有：負(fù)載兩端短接或過(guò)載；某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過(guò)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(guò)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(guò)電流倍數(shù)和過(guò)載時(shí)間的關(guān)系。表7-1晶閘管的過(guò)載特性

1.快速熔斷器普通熔斷器由于熔斷時(shí)間長(zhǎng)，用來(lái)保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管已燒壞但熔斷器還沒(méi)有融斷時(shí)，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。快速熔斷器的內(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(guò)電流倍數(shù)下，它的熔斷時(shí)間要短得多。以RS3型快速熔斷器為例，當(dāng)熔絲通過(guò)5倍的額定電流時(shí)，其熔斷時(shí)間小于0.02s。所以，只要選擇正確，當(dāng)電路中出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)，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。圖7.18快速熔斷器的接入方式

快速熔斷器的接入方式有三種（見(jiàn)圖7.18）：（1）接在輸出（負(fù)載）端。這種接法對(duì)輸出回路的過(guò)載或短路起保護(hù)作用，但對(duì)元件本身故障引起的過(guò)電流不起保護(hù)作用。（2）與元件串聯(lián)。這種接法可以對(duì)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(shí)對(duì)輸出端短路和元件短路實(shí)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(shí)采用；對(duì)有些電路，甚至三種接法需同時(shí)采用。

必須指出，熔絲的額定電流是按有效值計(jì)算的，而晶閘管的額定電流是按平均值計(jì)算的。由于工頻半波正弦電流（θ＝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10A的晶閘管，可以通過(guò)15A的直流電流。因此，IF＝10A的晶閘管應(yīng)選配15A的快速熔絲來(lái)保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞯男吞?hào)有RLS、

RS3等幾種。

2.過(guò)電流繼電器在輸