《電子技術(shù)》晶閘管及應(yīng)用-課件

電子技術(shù)第十章晶閘管及其應(yīng)用模擬電路部分1ppt課件第十章晶閘管及其應(yīng)用§10.1工作原理§10.2特性與參數(shù)§10.3可控整流電路§10.4觸發(fā)電路§10.5單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路§10.6晶閘管的其它應(yīng)用§10.7晶閘管的保護(hù)及其它類型2ppt課件別名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。

特點：體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。應(yīng)用領(lǐng)域：

整流（交流直流）

逆變（直流交流）

變頻（交流交流）

斬波（直流直流）此外還可作無觸點開關(guān)等。晶閘管（Thyristor）3ppt課件§10.1工作原理10.1.1結(jié)構(gòu)A（陽極）P1P2N1三個

PN結(jié)N2四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）4ppt課件符號AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK10.1.2工作原理示意圖5ppt課件APPNNNPGKig?ig??igKAGT1T2等效為由二個三極管組成6ppt課件1.UAK

>0

、UGK>0時T1導(dǎo)通ig=ib1ic1=ig=ib2ic2=?ib2=ig=ib1T2導(dǎo)通形成正反饋晶閘管迅速導(dǎo)通T1進(jìn)一步導(dǎo)通ig?ig??igKAGT1T22.晶閘管導(dǎo)通后，去掉UGK依靠正反饋，晶閘管仍維持導(dǎo)通狀態(tài)。7ppt課件(1)晶閘管開始工作時，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號（即UGK=0）。3.晶閘管截止的條件：(2)晶閘管正向?qū)ê?，令其截止的方法：ig?ig??igKAGT1T2減小UAK，使晶閘管中電流小于某一值IH。加大回路電阻，使晶閘管中電流小于某一值IH時，正反饋效應(yīng)不能維持。IH：最小維持電流8ppt課件（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?。若使其關(guān)斷，必須降低UAK或加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。正向?qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加觸發(fā)信號。晶閘管的工作原理小結(jié)（2）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。9ppt課件§10.2特性與參數(shù)10.2.1特性UIURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1>>正向反向U--陽極、陰極間的電壓

I--陽極電流URSM反向擊穿電壓導(dǎo)通后管壓降約1V額定正向平均電流維持電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓10ppt課件正向特性：在陽極和陰極間加正向電壓。UDSM：斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓，又稱正向轉(zhuǎn)折電壓。隨UAK的加大，陽極電流逐漸增加。當(dāng)U=UDSM時，PN結(jié)N1P2反向極擊穿，晶閘管自動導(dǎo)通。正常工作時，

UAK應(yīng)小于UDSM

。AP1P2N1N2KG若在G和K間加正向電壓：UGK越大，則UDSM越小?？刂茦O開路時：PN結(jié)P1N1、P2N2正向偏置，N1P2反向偏置，晶閘管截止。UGK足夠大時，正向特性與二極管的正向特性類似。11ppt課件隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當(dāng)U=URSM

時，反向極擊穿。正常工作時，反向電壓必須小于URSM。AP1P2N1N2KG反向特性：在陽極和陰極間加反向電壓。這時PN結(jié)P1N1、P2N2反向偏置，N1P2正向偏置，晶閘管截止。URSM

：反向不重復(fù)峰值電壓。12ppt課件1.UDRM：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓晶閘管耐壓值。一般取UDRM

=80%UDSM

。普通晶閘管UDRM

為100V---3000V10.2.2主要參數(shù)UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRM13ppt課件控制極斷路時，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電壓。一般取URRM=80%URSM。普通晶閘管URRM為100V--3000V）2.URRM：反向重復(fù)峰值電壓UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRMURRM14ppt課件ITAV含義it2ITAV3.ITAV：通態(tài)平均電流環(huán)境溫度為40。C時,在電阻性負(fù)載、單相工頻正弦半波、導(dǎo)電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管ITAV

為1A---1000A。）15ppt課件額定通態(tài)平均電流即正向平均電流。通用系列為：1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRMURRM16ppt課件4.UTAV

：通態(tài)平均電壓6.UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流管壓降。在規(guī)定的條件下，通過正弦半波平均電流時，晶閘管陽、陰兩極間的電壓平均值。一般為1V左右。5.IH：最小維持電流在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。在室溫下，陽極電壓為直流6V時，使晶閘管完全導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1~5V，IG為幾十到幾百毫安。17ppt課件晶閘管型號通態(tài)平均電壓（UTAV）額定電壓級別（UDRM）額定通態(tài)平均電流（ITAV）晶閘管類型P---普通晶閘管K---快速晶閘管S---雙向晶閘管晶閘管K18ppt課件晶閘管電壓、電流級別：額定通態(tài)電流（ITAV）通用系列為1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。額定電壓（UDRM）通用系列為：1000V以下的每100V為一級，1000V到3000V的每200V為一級。通態(tài)平均電壓（UTAV）等級一般用A~I字母表示：由0.4~1.2V每0.1V為一級。19ppt課件§10.3可控整流電路10.3.1單相半波可控整流電路一、電阻性負(fù)載1.電路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG20ppt課件2.工作波形(設(shè)u1為正弦波)tu2tuGtuLtuT：控制角：導(dǎo)通角u2>0時，加上觸發(fā)電壓uG

，晶閘管導(dǎo)通。且uL

的大小隨uG

加入的早晚而變化；

u2<0時，晶閘管不通，uL=0。故稱可控整流。u1u2uTuLAGKRLuG21ppt課件晶閘管承受的最高反向電壓:tuT22ppt課件3.輸出電壓及電流的平均值23ppt課件4.晶閘管的選擇器件的損壞，取決于電流的熱效應(yīng)，而熱效應(yīng)與電流的有效值相關(guān)。因此電路設(shè)計中，晶閘管電流的選擇，必須依據(jù)電流的有效值，而不能依據(jù)平均值（ITAV）。電流波形為正弦半波的情況下，有效值與平均值的區(qū)別計算如下：(1)電流的選擇24ppt課件平均值：有效值：平均值=1.57有效值0°1.5730°1.6660°1.8890°2.22120°2.78150°3.99180°0不同

下有效值和平均值之比：25ppt課件晶閘管電流選擇步驟：1.計算給定下的通態(tài)電流平均值ITAV2.查表（或計算）相應(yīng)的電流有效值IT3.計算IT對應(yīng)的正弦半波電流平均值I'TAV5.選晶閘管的電流額定值26ppt課件(2)晶閘管電壓選擇步驟根據(jù)電源電壓的峰值（U2M）,計算正、反向重復(fù)峰值電壓。一般?。篣DRM

=URRM

=（1.5~2）U2M其中1.5~2為安全系數(shù)

根據(jù)UDRM

、URRM

選取晶閘管電壓的額定值。27ppt課件5.晶閘管的功率因數(shù)在半波可控整流電路中，由于輸出信號為非正弦，即使是電阻性負(fù)載，功率因數(shù)也不等于1。其值為：式中：IL=IT例：設(shè)=60°，則：代入上式得：28ppt課件計算舉例則設(shè)=37.2V29ppt課件選晶閘管22.3×1.5=33.5(A)=233(V)可選用額定值為：300V、50A的晶閘管30ppt課件二、電感性負(fù)載1.電路及工作原理設(shè)u1為正弦波Du2正半周時晶閘管導(dǎo)通，u2過零后，由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一定時間內(nèi)仍維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔谩AuLu1u2uTRKL解決辦法：加續(xù)流二極管D，用于消除反電動勢的影響，使晶閘管在u2過零時關(guān)斷。31ppt課件2.工作波形tu2tuGtuLtuTGAuLu1u2uTRKL(1)不加續(xù)流二極管32ppt課件(2)加續(xù)流二極管tu2tuGtuTuLtiLAVDGAuLu1u2uTRKL33ppt課件3.電壓與電流的計算（加入續(xù)流二極管后的情況）(1)負(fù)載中的電壓及電流當(dāng)L>>R時，ILAV在整個周期中可近似看做直流。(2)晶閘管的中電流平均值:有效值:34ppt課件4.晶閘管的選擇晶閘管電壓>（1.5~2）U2M晶閘管電流>（1.5）×35ppt課件10.3.2單相全波可控整流電路一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電路1.電路及工作原理T1、T2--晶閘管D1、D2--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uG36ppt課件2.工作波形tu2tuGtuLt

uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-37ppt課件3.輸出電壓及電流的平均值38ppt課件例：橋式可控整流電路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15~180，求輸出電壓平均值UL的調(diào)節(jié)范圍，以及可控硅（包括二極管）的電流平均值的最大值和承受的最大反向電壓。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V，=15=0V，=180=191/3=64A承受的最高反向電壓:39ppt課件二、電感性負(fù)載橋式可控整流電路該電路加續(xù)流二極管后電路工作情況以及負(fù)載上的電流、電壓和電阻性負(fù)載類似，請自行分析。u2T1T2D1D2DuLRL40ppt課件兩種常用可控整流電路的特點電路特點1.該電路只用一只晶閘管，且其上無反向電壓。2.晶閘管和負(fù)載上的電流相同。電路一：u2TD2D1D4uLRLD341ppt課件T1T2D1D2u2uLRL電路特點1.該電路接入電感性負(fù)載時，D1、D2

便起續(xù)流二極管作用。2.由于T1的陽極和T2的陰極相連，兩管控制極必須加獨立的觸發(fā)信號。電路二：42ppt課件思考T1T2D1D2RuLu2E+–帶反電動勢負(fù)載的可控整流電路1.該電路的工作過程。2.畫出uL、iL的工作波形。43ppt課件§10.4觸發(fā)電路10.4.1單結(jié)晶體管工作原理結(jié)構(gòu)等效電路E（發(fā)射極）B2（第二基極）B1（第一基極）NPEB2B1RB2RB1管內(nèi)基極體電阻PN結(jié)44ppt課件工作原理：當(dāng)uE<UA+UF=UP

時PN結(jié)反偏，iE很??；當(dāng)uE

UP時PN結(jié)正向?qū)?iE迅速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE--分壓比

(0.35~0.75)UP--峰點電壓UF--PN結(jié)正向?qū)▔航?5ppt課件10.4.2單結(jié)晶體管的特性和參數(shù)IEuEUVUPIVUV、IV--谷點電壓、電流（維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。）負(fù)阻區(qū)UP--

峰點電壓（單結(jié)管由截止變導(dǎo)通所需發(fā)射極電壓。）

uE<UV時單結(jié)管截止uE>UP時單結(jié)管導(dǎo)通46ppt課件IEuEUVUPIV負(fù)阻區(qū)UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，管內(nèi)基極體電阻RB10，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。負(fù)阻區(qū)存在的原因：EB2B1RB2RB147ppt課件單結(jié)管符號EB2B1單結(jié)管重要特點1.UE<UV時單結(jié)管截止；2.UE>UP時單結(jié)管導(dǎo)通。48ppt課件10.4.3單結(jié)晶體管振蕩電路一、振蕩過程分析RR2R1CUuCuOEB1B2電路組成振蕩波形uCttuoUVUP49ppt課件1.uE=uC<UP時，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo

0。IR1R1、R2是外加的，不同于內(nèi)部的RB1、RB2。前者一般取幾十歐~幾百歐；RB1+RB2一般為2~15千歐。此時R1上的電流很小，其值為：RR2R1CEuCuOEB1B250ppt課件2.隨電容的充電，uC逐漸升高。當(dāng)

uC

UP時，單結(jié)管導(dǎo)通，RB1

0。然后電容通過R1放電，當(dāng)放電至uc

UV時，單結(jié)管重新關(guān)斷，使

uo0。R1上便得到一個脈沖電壓。R2起溫度補(bǔ)償作用UPUVUP-UFUP、UV--

峰點、谷點電壓UF--PN結(jié)正向?qū)▔航礒R2R1RCEuCuouCtuot51ppt課件uCttuoUVUP振蕩波形：RR2R1CEuCuOEB1B252ppt課件uCttuoUVUP*二、振蕩周期與脈沖寬度的計算TtwT振蕩周期；tw脈沖寬度。設(shè)T1=T-twuC上升階段：t=T1時，uC=UP53ppt課件因為UV<<E，且54ppt課件uC下降階段：t=tw時，uC=UVRR2R1CEuCuOEB1B2——脈沖寬度55ppt課件——周期注意：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。R太小，uC下降階段：RR2R1CEuCuOEB1B256ppt課件§10.5單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路可控整流電路中，觸發(fā)電路必須與主電路同步。若不同步：uouCtuG可控硅的導(dǎo)通角不定。57ppt課件一、電路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3主電路觸發(fā)電路58ppt課件二、波形關(guān)系u2uabU2MU2Mucb削波整流UZau2RbcDZUZ整流穩(wěn)壓電路部分59ppt課件UZ削波ucbudbUPUVuebUP-UD觸發(fā)脈沖UZR1R2RPCuccdeDZb電容充、放電單結(jié)晶體管電路部分60ppt課件uLu3ueb觸發(fā)脈沖輸出電壓u3T1T2D1D2uLRLbe可控硅橋式整流電路部分61ppt課件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？問題討論du1R2R1aRPCucu2RbceDZT1T2D1D2uLRLu362ppt課件2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？du1R2R1aRPCucu2RbceDZT1T2D1D2uLRLu363ppt課件3.一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個起作用？其移相范圍（即控制角的變化范圍）有多大？ueb觸發(fā)脈沖264ppt課件4.輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計算？du1R2R1aRPCucu2RbceDZT1T2D1D2uLRLu365ppt課件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？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。udbUPUV電容充、放電66ppt課件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：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。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVuebUP-UD觸發(fā)脈沖電容充、放電67ppt課件3.一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個起作用？其移相范圍（即控制角的變化范圍）有多大？根據(jù)單結(jié)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，每半個周期中只有一個觸發(fā)脈沖起作用。68ppt課件觸發(fā)脈沖移相范圍的計算T—電源電壓的周期R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet每半個周期出現(xiàn)第一個脈沖的時間為電容電壓從0充到UP的時間T'。69ppt課件4.輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計算？RP電容充電速度變慢uL電壓的調(diào)節(jié)：電壓的計算：R2R1aRPCucu2RbcdeDZ70ppt課件*三、具有放大環(huán)節(jié)的可控整流電路放大環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)過程：US（給定電壓）T1管的uc1T2管的ic2電容充電速度加快觸發(fā)脈沖前移uL脈沖變壓器Ru2RE2R1RST1T2RE1RC1US71ppt課件§10.6單結(jié)管的其它應(yīng)用10.6.1交流調(diào)壓主電路觸發(fā)電路u1~uG1G2RLuLu2RRE2R1RST1T2RE1RC1USuG1uG272ppt課件電路特點：主電路的兩只晶閘管不共陰極，兩者的控制極必須由兩個獨立的觸發(fā)脈沖觸發(fā)，才能正常工作。因此，觸發(fā)電路中脈沖變壓器的副邊有兩個線圈，分別為兩只晶閘管提供觸發(fā)信號。主電路的兩只晶閘管，分別在交流電源的正負(fù)半周內(nèi)觸發(fā)導(dǎo)通，從而實現(xiàn)交流調(diào)壓的目的。波形關(guān)系uuL輸出電壓的調(diào)節(jié)uSuLuG1,uG273ppt課件10.6.2單相無源逆變器變壓器直流電源具有中心抽頭的電感濾波電容+-EL1L2T1T2C1C2RLG1G2T74ppt課件工作原理：工作時，兩晶閘管由頻率一定、相位差為180°的兩個脈沖信號交替作用在它們的控制極上。從而由直流電源提供能量，在負(fù)載上得到交流電壓。當(dāng)觸發(fā)脈沖作用于T1的控制極上時：T1導(dǎo)通，直流電源給電容C1充電，其方向如圖中虛線所示。充電電流通過變壓器T給負(fù)載提供一定的電壓；ULT1T2+-EL1L2C1C2RLG1G2T+-75ppt課件當(dāng)觸發(fā)脈沖作用于T2的控制極時：T2導(dǎo)通，電容C1通過T2放電，其方向如圖中虛線所示。放電電流通過變壓器T給負(fù)載提供與上方向相反的電壓。UL電容放電時，放電電流在電感L2上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，方向如圖所示。此感應(yīng)電動勢通過互感，在L1上產(chǎn)生的電壓將晶閘管T1關(guān)斷；同理，電容充電時L2上的感應(yīng)電動勢將T2關(guān)斷。+--+T1T2+-EL1L2C1C2RLG2T+-76ppt課件10.6.3晶閘管用做控制器件撥盤式密碼鎖控制電路123456789101112撥盤開鎖繼電器按鈕UCCJT3T2T1SD1D2R77ppt課件工作原理根據(jù)晶閘管的特性分析可知，開鎖時三個晶閘管的工作順序應(yīng)該是：T1–T2–T3。否則T3或T2將因陽極和陰極間加不上電壓而不導(dǎo)通，繼電器線圈不通電，鎖打不開。1.開鎖時晶閘管工作情況UCCT3T2T1JD1D2T1導(dǎo)通時的路徑T3、T2的導(dǎo)通路徑請自行分析。T1導(dǎo)通時的路徑如圖中虛線，此時發(fā)光管D2導(dǎo)通，給出指示信號。78ppt課件鎖打開2.開鎖過程根據(jù)開鎖時三只晶閘管導(dǎo)通順序的要求以及圖中連線，可知開鎖過程如下：撥盤撥至10T2導(dǎo)通按下ST3導(dǎo)通撥盤撥至2按下S撥盤撥至7按下ST1導(dǎo)通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R79ppt課件此密碼鎖的開鎖密碼是：7--10--2結(jié)論改換密碼號的辦法：變更撥盤和晶閘管控制