電子線路晶閘管

第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.晶閘管的工作原理為了更清楚的說明工作原理，晶閘管可以看作是兩個(gè)三極管PNP（V1）管和NPN（V2）管組合而成，電路模型如圖10.2所示。

圖10.2晶閘管電路模型第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)在陽極和陰極之間接上電源UA，在控制極和陰極之間接入電源UG，如圖10.3所示。圖10.3晶閘管工作原理第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)晶閘管加陽極負(fù)電壓-UA時(shí)，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。

(2)晶閘管加陽極正電壓UA，控制極不加電壓時(shí)，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。

(3)晶閘管加陽極正電壓+UA，同時(shí)也加控制極正電壓+UG，晶閘管導(dǎo)通。

(4)要使導(dǎo)通的晶閘管截止，必須將陽極電壓降至零或?yàn)樨?fù)，使晶閘管陽極電流降至維持電流IH以下。第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

綜上所述，可得如下結(jié)論：①晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管正向?qū)ū仨毦哂幸欢ǖ臈l件：陽極加正向電壓，同時(shí)控制極也加正向觸發(fā)電壓。②晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極即失去控制作用。要使晶閘管重新關(guān)斷，必須做到以下兩點(diǎn)之一：一是將陽極電流減小到小于維持電流IH；二是將陽極電壓減小到零或使之反向。第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.晶閘管電壓電流特性

晶閘管的電壓電流特性曲線，如圖10.4所示。圖10.4晶閘管電壓電流特性曲線第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

晶閘管導(dǎo)通后可以通過很大的電流，而它本身的壓降只有1V左右，所以這一段特性曲線(BC段)靠近縱軸而且陡直，與二極管正向特性曲線相似。晶閘管的反向特性與一般二極管相似，當(dāng)反向電壓在某一數(shù)值以下時(shí)，只有很小的反向漏電流，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí)，反向漏電流急劇增大，使晶閘管反向擊穿，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向轉(zhuǎn)折電壓UBR，晶閘管一旦反向擊穿就永久損壞，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)避免。第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

電壓參數(shù)

(1)正向阻斷峰值電壓UDRM

正向阻斷峰值電壓UDRM，指控制極斷開時(shí)，允許重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓，

(2)反向阻斷峰值電壓UDRM

反向阻斷峰值電壓UDRM，指允許重復(fù)加在晶閘管上的反向峰值電壓。

(3)額定電壓UD

通常把UDRM

和URRM中較小的一個(gè)值稱作晶閘管的額定電壓。10.1.2晶閘管的主要參數(shù)第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)通態(tài)平均電壓UT(AV)

習(xí)慣上稱為導(dǎo)通時(shí)的管壓降。這個(gè)電壓當(dāng)然越小越好，一般為0.4V~1.2V。

2.電流參數(shù)

(1)通態(tài)平均電流IT(AV)

通態(tài)平均電流IT(AV)簡(jiǎn)稱正向電流，指在標(biāo)準(zhǔn)散熱條件和規(guī)定環(huán)境溫度下(不超過40oC)，允許通過工頻(50Hz)正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)的最大平均值。

(2)維持電流IH

維持電流IH，指在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通時(shí)需要的最小陽極電流。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1晶閘管交直流開關(guān)

1.交流開關(guān)圖10.5(a)所示是用兩只普通晶閘管V1和V2反向并聯(lián)而組成的交流調(diào)壓電路，其調(diào)壓原理如下。

(a)電路圖(b)波形圖圖10.5晶閘管交流調(diào)壓10.2晶閘管應(yīng)用第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)電源電壓u的正半周，在t1時(shí)刻(ωt1=α，α又稱控制角)將觸發(fā)脈沖加到V2管的控制極，V2管被觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)V1管承受反向電壓而截止。當(dāng)電源電壓u過零時(shí)，V2管自然關(guān)斷。

(2)電源電壓u的負(fù)半周，在t2時(shí)刻(ωt2=180o+α)將觸發(fā)脈沖加到V1管的控制極，V1管被觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)V2管承受反向電壓而截止。當(dāng)電源電壓u過零時(shí)，V1管自然關(guān)斷，負(fù)載上獲得的電壓波形如圖10.5（b）所示，調(diào)節(jié)控制角α便可實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。當(dāng)控制角α=0o時(shí)，即為交流開關(guān)。第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

直流開關(guān)圖10.6是一種能使連接在直流電源上的直流負(fù)載通、斷的電路。開關(guān)S合在A端使晶閘管V1接通，V2斷開，電容器C按圖示的極性充電。然后當(dāng)S倒向B端時(shí)，V2接通，C上的電荷通過V2放電，使V1反向偏置而截止。

圖10.6直流開關(guān)電路第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.

單結(jié)管結(jié)構(gòu)與特性單結(jié)管結(jié)構(gòu)示意圖如圖10.7（a）所示。圖10.7單結(jié)管結(jié)構(gòu)、符號(hào)和等效電路10.2.2觸發(fā)電路第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月在基極電源電壓UBB一定時(shí)，單結(jié)管的電壓電流特性可用發(fā)射極電流IE和發(fā)射極與第一基極B1之間的電壓UBE1的關(guān)系曲線來表示，該曲線又稱單結(jié)管伏安特性，如圖10.8所示。

圖10.8單結(jié)管的電壓電流特性第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

三個(gè)區(qū)域的分界點(diǎn)是P(稱為峰點(diǎn))和V（稱為谷點(diǎn)）。UP、IP分別稱為峰點(diǎn)電壓和峰點(diǎn)電流；UV、IV分別稱為谷點(diǎn)電壓和谷點(diǎn)電流。由圖10.7可知式中稱單結(jié)管分壓比，一般為0.5~0.8。上式表明峰點(diǎn)電壓隨基極電壓改變而改變，實(shí)用中應(yīng)注意這一點(diǎn)。第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)截止區(qū)截止區(qū)對(duì)應(yīng)曲線中的起始段(OP)。此段UE<UD+UA，電流極小，E和B1兩電極間呈現(xiàn)高阻。

(2)負(fù)阻區(qū)負(fù)阻區(qū)對(duì)應(yīng)曲線中的PV段。當(dāng)UE>UD+UA后，等效二極管導(dǎo)通，使RB1迅速減小，增大；又進(jìn)一步促使RB1減小。從E、B1兩端看，UE

隨的增大而減小，即具有負(fù)阻特性，這是單結(jié)管特有的。

(3)飽和區(qū)飽和區(qū)對(duì)應(yīng)曲線中的V點(diǎn)以后段，過V點(diǎn)后再繼續(xù)增大，RB1將變大，單結(jié)管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，又呈現(xiàn)正阻特性，與二極管正向特性相似。第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

綜上所述，單結(jié)管具有以下特點(diǎn)：①當(dāng)發(fā)射極電壓等于峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通。導(dǎo)通之后，當(dāng)發(fā)射電壓減小到uE<UV時(shí)，管子由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。一般單結(jié)管的谷點(diǎn)電壓在2~5V。②單結(jié)管的發(fā)射極與第一基極之間的RB1是一個(gè)阻值隨發(fā)射極電流增大而變小的電阻，RB2則是一個(gè)與發(fā)射極電流無關(guān)的電阻。③不同的單結(jié)管有不同的UP和UV。同一個(gè)單結(jié)管，若電源電壓UBB不同，它的UP和UV也有所不同。在觸發(fā)電路中常選用UV低一些或IV大一些的單結(jié)管。第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

單結(jié)管振蕩電路單結(jié)管振蕩電路如圖10.9（a）所示，它能產(chǎn)生一系列脈沖，用來觸發(fā)晶閘管。

（a）電路圖(b)波形圖

圖10.9單結(jié)管振蕩電路及波形第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)合上開關(guān)S后，電源通過R1、R2加到單結(jié)管的兩個(gè)基極上，同時(shí)又通過R、RP向電容器C充電，uC按指數(shù)規(guī)律上升。在uC（uC=uE

）<UP時(shí)，單結(jié)管截止，R1兩端輸出電壓近似為0。當(dāng)uC達(dá)到峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)管的E、B1極之間突然導(dǎo)通，電阻RB1急劇減小，電容上的電壓通過RB1、R1放電，由于RB1、R1都很小，放電很快，放電電流在R1上形成一個(gè)脈沖電壓uo。當(dāng)uC下降到谷點(diǎn)電壓UV時(shí)，E、B1極之間恢復(fù)阻斷狀態(tài)，單結(jié)管從導(dǎo)通跳變到截止，輸出電壓uo下降到零，完成一次振蕩。第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)E、B1極之間截止后，電源又對(duì)C充電，并重復(fù)上述過程，結(jié)果在R1上得到一個(gè)周期性尖脈沖輸出電壓，如圖10.9(b)所示。上述電路的工作過程是利用了單結(jié)管負(fù)阻特性和RC充放電特性，如果改變RP，便可改變電容充放電的快慢，使輸出的脈沖前移或后移，從而改變控制角α，控制了晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的時(shí)刻。顯然，充放電時(shí)間常數(shù)τ=RC大時(shí)，觸發(fā)脈沖后移，α大，晶閘管推遲導(dǎo)通；τ小時(shí)，觸發(fā)脈沖前移，α小，晶閘管提前導(dǎo)通。第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

需要特別說明的是：實(shí)用中必須解決觸發(fā)電路與主電路同步的問題，否則會(huì)產(chǎn)生失控現(xiàn)象。用單結(jié)管振蕩電路提供觸發(fā)電壓時(shí)，解決同步問題的具體辦法可用穩(wěn)壓管對(duì)全波整流輸出限幅后作為基極電源，如圖10.10所示。圖中TS稱同步變壓器，初級(jí)接主電源。

圖10.10