I-O-汽車電工電子技術(shù)課件

吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)第九章 功率電子電路第一節(jié) 晶閘管第二節(jié) 單相可控整流電路第三節(jié) 晶閘管逆變電路第四節(jié) 直流斬波器的工作原理第五節(jié) 交流調(diào)壓電路吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)晶閘管又稱可控硅（SCR)（SiliconControlled

Rectifier）是一種大功率半導(dǎo)體器件，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。晶閘管具有體積小、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）等特點。9.1

晶閘管返回吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)螺旋式結(jié)構(gòu)平板式結(jié)構(gòu)吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)9.1.1基本構(gòu)造P1N1P2N2四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）A（陽極）三個PN結(jié)符號AKG吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)1.晶閘管工作原理的實驗9.1.2

工作原理陽極、陰極間加正向電壓，控制極(門極)不加電壓。吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)陽極、陰極間加正向電壓，門極加正向電壓。吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)陽極、陰極間加反向電壓，控制極(門極)加電壓。吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)2.晶閘管工作原理的解釋P1N2N1

N1P2

P2AGK控制無極論G和控陰制極KG之與間陰不極加K

正陽極A和陰極K加反向電壓反偏管均晶不閘能管導(dǎo)不通導(dǎo)。通正偏反電偏壓正反偏正向電壓足夠大時，三個PN結(jié)都正偏，晶閘管導(dǎo)通。K陽極A和陰極KA加正向電壓G向電之壓間是否加有V電T1壓，晶閘控制極G和陰極K之間加VT正2

向吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ1

β2IG正反饋兩個晶體管進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，UAK≈0.6～1.2V此時即使去掉控制極與陰極之間的電壓，由于本身的正反饋作用晶閘管仍能維持導(dǎo)通。控制極電壓UG的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)3.晶閘管工作原理的小結(jié)晶閘管的導(dǎo)通條件：①陽極和陰極間加正向電壓。②控制極和陰極間加正向觸發(fā)電壓。③陽極電流不小于維持電流。晶閘管的阻斷(截止)條件：①陽極和陰極之間加反向電壓，或電壓為零。②減小UAK或加大主回路電阻，使晶閘管陽極電流小于維持電流。屬于半控型的具有單向?qū)щ娦缘碾娮悠骷０肟兀嚎刂茦O的觸發(fā)信號只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷。吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)UAKIHGI

=0UBO9.1.3伏安特性導(dǎo)通IG增加IG2

IG1△U導(dǎo)通電壓1V左右正向折轉(zhuǎn)電壓IAIN反向擊穿電壓UROO吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)9.1.4主要參數(shù)通態(tài)平均電流IF：允許通過晶閘管陽極的工頻頻率正弦波半波電流的平均值。維持電流IH：在控制極開路的情況下，晶閘管維持導(dǎo)通時的最小陽極電流。正向電流小于IH時，管子自動阻斷。觸發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG：晶閘管從阻斷到完全導(dǎo)通所需要的最小的控制極直流電壓和電流。吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UFRM：控制極開路的條件下，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大正向電壓。一般情況下UFRM

＝UBQ×80%。反向重復(fù)峰值電壓URRM：控制極開路的條件下，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大反向電壓。一般情況下URRM

＝UBQ×80%。額定電壓UD：取UFRM和URRM中較小的一個數(shù)值標(biāo)為器件的額定電壓。吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)9.1.5

晶閘管觸發(fā)電路晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的條件：在陽極和陰極間加上正向電壓在控制極和陰極間加上正向觸發(fā)信號觸發(fā)信號的要求：觸發(fā)脈沖要有足夠的功率

觸發(fā)脈沖要有一定的寬度

觸發(fā)脈沖必須與主電路同步觸發(fā)脈沖要有一定的相移范圍吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)1.單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性b2（第二基極）b1（第一基極）NPPN結(jié)e(發(fā)射極)eb2b1結(jié)

構(gòu)符

號吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)ieUVueUPIVIPO單結(jié)晶體管的伏安特性b2b1ueUbbeieb2接正、b1接負(fù)e與b1間呈高阻態(tài)當(dāng)ue>ηUbb時e與b1間呈低阻態(tài)吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)UV、IV

--谷點電壓、電流維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。uE<UV

時單結(jié)管截止UP、IP

--峰點電壓、電流單結(jié)管由截止變導(dǎo)通所需發(fā)射極電壓。uE>UP

時單結(jié)管導(dǎo)通吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)2.單結(jié)晶體管的弛張振蕩電路tuR1RCEuCR1

uR1eb1b2uCUPUVtOO觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的移相吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)u2uZuCR2RRfxR1RWuWCu13.同步振蕩電路整流 削波 弛張振蕩電路觸發(fā)脈沖變壓器的同步作用：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α

角一樣），以使輸出平均電壓不變。吉林大學(xué)u2uZUZuWOOuR1O

TtuC汽車電工電子技術(shù)汽車電工電子技術(shù)tt改變電容C的充放電速度,可以改變觸發(fā)脈沖周期T。穩(wěn)壓管的作用：將整流后的電壓變成梯形波（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。吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)過流繼電器：在輸出端裝直流過電流繼電器。過流截止電路：利用電流反饋減小晶閘管的導(dǎo)通角或停止觸發(fā)，從而切斷過流電路。接在輸出端接在輸入端和晶閘管串聯(lián)~9.1.6

晶閘管的使用注意事項1、過流保護(hù)措施快速熔斷器：電路中加快速熔斷器。吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)2、過壓保護(hù)阻容吸收:利用電容吸收過壓。即將過電壓的能量變成電場能量儲存到電容中，然后由電阻消耗掉。硒整流堆:硒堆為非線性元件，過壓后迅速擊穿，其電阻減小，抑制過壓沖擊。硒堆~RCRRCC吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)通用系列為：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。加散熱片自然冷卻加散熱片強(qiáng)迫風(fēng)冷加散熱片強(qiáng)迫油冷3、嚴(yán)格遵守晶閘管規(guī)定的工作條件如：空氣溫度、濕度、周圍環(huán)境等。4、符合規(guī)定的冷卻條件吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)9.2單相可控整流電路9.2.1.

單相半波可控整流電路(1)電路及工作原理＋

uG—u1u2uTuOAGRL＋—＋——＋K—iO＋吉林大學(xué)吉林大學(xué) 汽車電工電子技術(shù)汽車電工電子技術(shù)(2)

工作波形(設(shè)u1為正弦波)u2ω

tuGω

tuOω

tuTαθα

：控制角θ

：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 晚而變化；u2

<0時，晶閘管不通，u

=0。故稱可L控整流。＋

u—u1u2uTuOAGGKRL＋—＋—

ω

t＋—＋—iO吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)(3)

輸出電壓及電流的平均值π

αωπtu

dU

OO12

αω

ω2π

1π

2U2

sin

td

tRLIO

UOω

tuOα2ππ吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)2.電感性負(fù)載D+–GuOu1RKL＋—A＋u2—＋—電流流經(jīng)晶閘管電流流經(jīng)續(xù)流二極管ωtuO電阻性負(fù)載時iO

3

工作原理：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，使負(fù)載兩端電壓波形出現(xiàn)負(fù)值。解決辦法：加續(xù)流二極管D后,消除了反電動勢的影響，使晶閘管在u2過零時關(guān)斷。u2正半周時晶閘管導(dǎo)通，u2過零后，電感產(chǎn)生反電動勢。（對照用）電感性負(fù)載時(加續(xù)流二極管后）ωtuOiO吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)9.2.2電阻性負(fù)載橋式可控整流電路VT1VT3RLuou)VT2

VT4電流方向1.

電路分析u負(fù)正半半周周(π０～～２π))

a(a－(＋)

)b(＋)b(－a觸發(fā)脈沖uG引入控制極VT13導(dǎo)通、VT42導(dǎo)通—

buo＝o＝－u+－+吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)2.工作波形ωtuωtωtuoωtθOuGO

αOuVT1Oπ

2π3π吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)3.參數(shù)計算整流輸出電壓平均值輸出電流平均值二極管和晶閘管承受的最高反相電壓為吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)＋—＋—T1

T2D1D2uLRLu3觸發(fā)電路主電路＋u1—R2ac

R1RbcRPCdeDZ＋u—＋u2—RP電容充電速度變慢αuL電壓的調(diào)節(jié):吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)一、填空題1、只有當(dāng)

確定之后，電路中某點才有確定的電位。2、電路中電流的實際方向，由結(jié)合

方向的代數(shù)量I的正負(fù)來表示。3、三相對稱負(fù)載是指三個負(fù)載的

相同。4、在RC電路的零輸入響應(yīng)中，電容的放電電壓按

下降。5、在RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)整個電路的總電壓和總電流同相時，這種狀態(tài)稱為

。6、圖示正弦交流電路中，V1表讀數(shù)為3V，V2表讀數(shù)為4V。則V表讀數(shù)為

伏。7、晶體三極管是

控制元件。處理模擬信號時，三極管工作在

狀態(tài)，處理數(shù)字信號時，三極管工作在

狀態(tài)。8、在放大電路中，測得某三極管的三個管腳對地的電位分別是－9V、－6V、－6.2V，則該管的類型是

。9、將邏輯函數(shù)F（ABC）＝AB＋BC寫為最小項之和的標(biāo)準(zhǔn)與或式為

。10、在時鐘脈沖CP作用下，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠連續(xù)（翻轉(zhuǎn)）計數(shù)，對于D觸發(fā)器應(yīng)

；J－K觸發(fā)器應(yīng)

。二、判斷題1、電路中的負(fù)載增加是指流過負(fù)載中的電流增加。（）2、在三相負(fù)載的三角形聯(lián)接中，線電流是相電流的 倍。

（

））3、為保證用電安全，在三相四線制供電系統(tǒng)中，應(yīng)在中線上安裝保險絲。

（

）4、若干元件串聯(lián)的正弦交流電路的各端電壓為U1、U2¨¨UN，則總電壓U＝U1＋U2＋¨¨＋UN

。（5、若電路中的電流i＝Imsin(ωt＋30°)A,電壓u＝Umsin(ωt＋60°)V,

則該電路呈感性。

（

））6、三極管具有電流放大作用，因此，在基極輸入一個小電流，集電極就會產(chǎn)生一個大電流。（7、譯碼器、編碼器均具有記憶功能。

（

）RCV1VV26題圖典型題型介紹汽車電工電子技術(shù)吉林大學(xué)8、圖示電路為一個12進(jìn)制計數(shù)器。

（9、共集電極放大電路沒有放大作用。（）））10、所有的門電路都只有“0”、“1”兩個狀態(tài)。（三、名詞解釋1、關(guān)聯(lián)方向2、相序3、對稱電源4、靜態(tài)工作點5、零點漂移四、單項選擇題1.

通常所說的電路負(fù)載小是指A、負(fù)載電阻小

B、負(fù)載電阻大

C、負(fù)載電流大

D、負(fù)載功率大2.

基爾霍夫定律是A、關(guān)于電路結(jié)構(gòu)約束的定律

C、關(guān)于電路電磁關(guān)系的定律B、關(guān)于元件伏安關(guān)系的定律

D、關(guān)于元件能量轉(zhuǎn)換的定律3.圖示正弦交流電路中，V1表讀數(shù)為3V，V2表讀數(shù)為4V。則V表讀數(shù)為A、1V

B、5V

C、7V

D、12V4.

對稱三相電源線電壓 為380伏，接在三角形聯(lián)結(jié)的對稱負(fù)載上，每相阻抗。則線電流

為A、

AC、AB、

AD、

AQ4

Q3

Q2

Q1

74LS90CP1CP8題圖R0A

R0BS9A

S9B

CP0RCV1VV23題圖吉林大學(xué)

汽車電工電子技術(shù)已知交流信號源電壓為16V，內(nèi)阻為800Ω。通過一個變壓器帶一阻抗為8Ω的負(fù)載，當(dāng)負(fù)載獲得最 大功率時，變壓器變比為A、8

B、10

C、25

D、100用歐姆表測量二極管的電阻時應(yīng)當(dāng)是A、正向電阻大，反向電阻大

C、正向電阻大，反向電阻小B、正向電阻小，反向電阻小

D、正向電阻小，反向電阻大7.在由NPN管組成的共射放大電路中，當(dāng)輸入信號為正常正弦波時，用示波器觀察其輸出波形uO時，卻出現(xiàn)了負(fù)向平頂失真。其原因為A、三極管不放大

C、靜點設(shè)置偏低B、輸入信號過大

D、靜點設(shè)置偏高8.某多級放大電路，要求輸入電阻低，輸出電流穩(wěn)定時，應(yīng)選用的反饋類型為A、電流并聯(lián)負(fù)反饋

C、電壓串聯(lián)負(fù)反饋B、電流串聯(lián)負(fù)反饋

D、電壓并聯(lián)負(fù)反饋9.

圖示電路中，三極管工作在

狀態(tài)。A．放大C．截止B．飽和D．不能確定10.

圖示電路中，集成運(yùn)算放大器的UOM＝±12V，穩(wěn)壓管的UZ＝3V，UD＝0.7V，運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性為

。+12V2KΩ30KΩ3VΒ＝509題圖+uO10KΩR∞20KΩVS2Vui9.1KΩ+—10題圖吉林大學(xué)汽車電工電子技術(shù)R3=6ΩUS1

＋24V－I3＋—US2

12V五、電路的分析與計算1