電力電子技術(shù)教學(xué)教案

第一講電力電子技術(shù)緒論

1什么是電力電子技術(shù)

2電力電子技術(shù)的發(fā)展史

3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

4教材內(nèi)容簡(jiǎn)介和使用說明

什么是電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)的應(yīng)用

什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1、什么是信息電子技術(shù)

2、電子技術(shù)的發(fā)展史

什么是電力電子技術(shù)？

電力電子技術(shù)

PowerElectronics

第一講緒論

1什么是電力電子技術(shù)

2電力電子技術(shù)的發(fā)展史

3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

4教材內(nèi)容簡(jiǎn)介和使用說明

1什么是電力電子技術(shù)20分鐘

信息電子技術(shù)——信息處理

電力電子技術(shù)——電力變換

電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。

電力電子技術(shù)——使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即

應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。

i目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。

.電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW,也可小到數(shù)W甚至mW級(jí)。

1.2兩大分支

電力電子器件制造技術(shù)

e電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。

?變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）

用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置

和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。

小電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。

1.2兩大分支

變流技術(shù)

由電力----交流和直流兩種

從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流。

由電力變換四大類

交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流

1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系20分鐘

電力電子學(xué)（PowerElectronics）名稱60年代出現(xiàn)。

，1974年，美國(guó)的W.NewelI用圖1的倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。

與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系

專都分為器件和應(yīng)用兩大分支。

少器件的材料、工藝基本相同，采用微電子技術(shù)。

中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。

由信息電子電路的器件可工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電路的器件一般只

工作在開關(guān)狀態(tài)。

金二者同根同源。

與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系

中電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中

高壓直流輸電靜止無功補(bǔ)償

電力機(jī)車牽引交直流電力傳動(dòng)

電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源

由國(guó)內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。

⑥電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支

與控制理論（自動(dòng)化技術(shù)）的關(guān)系

壬控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。

專電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口；控制理論是這種接口的有力紐帶。

由電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

1.4地位和未來

;電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成

為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。

J計(jì)算機(jī)人腦

電力電子技術(shù)消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)

電力電子+運(yùn)動(dòng)控制肌肉和四肢

＞電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù)，是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)，

能源是人類社會(huì)的永恒話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源，

因此，電力電子技術(shù)將青春永駐。

一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。

2電力電子技術(shù)的發(fā)展史

歷史是人類社會(huì)的一面鏡子分析過去、現(xiàn)在有助于把握未來

?科學(xué)史是科學(xué)家的一面鏡子了解一門學(xué)科的過去、現(xiàn)在有助于把握未來

3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

一般工業(yè)：

交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)

?交通運(yùn)輸：

電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航空、航海

?電力系統(tǒng)：

高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償

電子裝置電源：

為信息電子裝置提供動(dòng)力

家用電器：

“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)

其他：

UPS,航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置

i總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，激發(fā)人們學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。

電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的電源，因此可以說，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。

，電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明

電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。

4教材的內(nèi)容簡(jiǎn)介和使用說明

4.1教材的內(nèi)容簡(jiǎn)介40分鐘

4.2教材的使用說明

4.3本課程學(xué)習(xí)方法的介紹

4.1教材的內(nèi)容簡(jiǎn)介

《電力電子技術(shù)》課程教材是結(jié)合該門課程的教學(xué)改革而編寫。教材分為與工作崗位相關(guān)的五大模塊，以崗位技

能的需求引出案例，形成項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模塊：

T調(diào)光燈模塊匚電力電子技術(shù)相關(guān)崗位通用知識(shí)

電解、電鍍小電器控制

:?1

」三相可控整流亡一、三相整流電路觸發(fā)電路

_____________1^5g主電路：-y4有相逆變電路________________

以就業(yè)為導(dǎo)向■?,，1

的源霹鈕塊廠t開關(guān)電源模塊"

不間斷電源

—y家用電器

1?1

1---------------------?

1中頻感應(yīng)加1治煉工業(yè)企業(yè)加熱電爐

鍛壓鑄造

F熱電一模塊FT1---------------------------------------------------

恒溫、恒壓控制家用電器

14-（變頻5S模塊|EZ_L

一，交流傳動(dòng)

課題模塊包括下列項(xiàng)目：

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】一一學(xué)完本課題應(yīng)該達(dá)到的知識(shí)水平和技能水平。

【課題描述】一一描述案例特征和相關(guān)電力電子技術(shù)，引出課題。

【相關(guān)知識(shí)點(diǎn)】一一課題所需要學(xué)習(xí)的各知識(shí)點(diǎn)。

【擴(kuò)展內(nèi)容】一一與課題相關(guān)應(yīng)用技術(shù)擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)。

【選學(xué)內(nèi)容】——學(xué)生可以選學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

【習(xí)題與思考題】一一課題練習(xí)及習(xí)題。

4.2教材的使用說明

每個(gè)項(xiàng)目的最后有小結(jié)，對(duì)該項(xiàng)目的要點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

針對(duì)“教學(xué)實(shí)臉”部分，精選了8個(gè)最基本的，有較高實(shí)用價(jià)值的實(shí)臉。

課時(shí)分配：課內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)（包含實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）。

?和其他課程的關(guān)系：

電路

電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)現(xiàn)代調(diào)速控制系統(tǒng)

4.3本課程學(xué)習(xí)方法的介紹

?波形分析法：波形分析法是整流電路以及觸發(fā)電路的工作原理分析最有效的方法，讀者要學(xué)會(huì)

利用波形分析來分析電路工作原理。

?分析計(jì)算法：電路中各電量的計(jì)算要通過工作原理分析來推導(dǎo)。

?對(duì)比法：將電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載以及電感性負(fù)載接續(xù)流二極管的電路對(duì)比分析。

?理論聯(lián)系實(shí)際法：將理論波形和實(shí)際波形聯(lián)系起來，對(duì)照分析。

?討論分析法：讀者要學(xué)習(xí)與他人討論分析問題，并了解其他讀者的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)收獲，提

高學(xué)習(xí)效率。

第二講調(diào)光燈認(rèn)識(shí)晶閘管和單結(jié)晶體管

掌握調(diào)光燈電路原理。

掌握晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件，學(xué)會(huì)選用晶閘管。

了解單結(jié)晶體管工作原理。

晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件，學(xué)會(huì)選用晶閘管。

單結(jié)晶體管工作原理。

電力二極管工作原理。

晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件是什么，怎么樣選用晶閘管。

黨智乾

調(diào)光燈電路

提出問題

調(diào)光燈在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，其種類也很多。上圖為常見的調(diào)光臺(tái)燈

電路，分析調(diào)光燈電路原理。晶間管電路晶體管觸發(fā)電路

復(fù)習(xí)：

10

1、電力(功率)二極管(PowerDiode)。允許電流較大電壓較高的二極管。

2、按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：8

半控型器件(Thyristor)：通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。，

全控型器件(IGBT,MOSFET)：通過控制信號(hào)既可控制導(dǎo)通又可控制關(guān)斷。

不可控器件(PowerDiode)：不能用控制信號(hào)來控制其通斷，不需驅(qū)動(dòng)電路。

新知識(shí)：認(rèn)識(shí)晶閘管和單結(jié)晶體管

一、普通晶閘管

1、結(jié)構(gòu)：晶閘管(Thyristor)：晶體閘流管，可控硅整流器(SiliconControlled

Rectifier------SCR)12

a)b)c)

圖1-1晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)

2、工作原理

通過做實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：

承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶間管都不會(huì)導(dǎo)通。

承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶間管才能開通。25

晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。重點(diǎn)

要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。

3、晶閘管的主要參數(shù)

1、兩者中較小的為額定電壓。

電壓定額：2、選取額定電壓為正常工作承

受峰壓2~4倍。

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定匕許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。

反向重復(fù)峰值電壓URRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。

通態(tài)(峰值)電壓UT

晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。

電流定額：

通態(tài)平均電流7T(AV)

在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過

的最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。

使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管。

維持電流7H使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。

擎住電流”

晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同

一晶閘管來說，通常人約為/H的2~4倍。

浪涌電流ZTSM

指由于電路異常情況引起并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。

選擇晶閘管額定電流的原則：管子在額定電流時(shí)的電流有效值大于其所在電路中可

能流過的最大電流的有效值，同時(shí)取倍的余量，即：

1.57IT(AV)=IT>(1.5-2)1Tm

10

/「之(?務(wù)

AV)L52)難點(diǎn)

-1.?/重點(diǎn)

表1-1晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)

也應(yīng)向幣:復(fù)峰值電壓正反向重復(fù)峰值電樂正反向幣,復(fù)峰值電樂

級(jí)別級(jí)別級(jí)別

(V)(V)(V)

11008?00202000

22009900222200

3300101000242400

4400121200262600

5500141400282800

6600161600303000

7700181800

表1-4晶閘管通態(tài)平均電壓分組

組別ABCDE

通態(tài)平均電壓UTW0.40.4VUTW0.50.5VUTW0.60.6<UTW0.70.7<UTW0.8

(V)

組別FGHI

通態(tài)平均電壓0.8<UTW0.90.9VUTW1.0

(V)

課后小結(jié)：晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件是什么，怎么樣選用晶閘管。

板書設(shè)計(jì)：

§1.1晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作特性

一、可控硅結(jié)構(gòu)與符號(hào):三、可控硅的主要參數(shù)

(1).正向阻斷峰值電壓UMM

(2).反向阻斷峰值電壓UR?

(3).額定電流IT

(4).控制極觸發(fā)電流IGT

二、可控硅的工作原理(5).維持電流lH

導(dǎo)通條件：①承受正向陽極電壓；

②承受正向門極電壓。

關(guān)斷條件：陽極電流小于維持電流L；陽極電壓減小到零或使之反向。

第三講普通晶閘管和晶閘管派生器件

掌握晶閘管的選用。

復(fù)習(xí)晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件。

了解晶閘管派生器件工作原理。

晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件，學(xué)會(huì)選用晶閘管。

選用晶閘管的額定電壓、額定電流。

晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷的條件，晶閘管額定參數(shù)。

選用晶閘管的額定電壓、額定電流。

晶閘管派生器件工作原理。

黨智乾

復(fù)習(xí)：

晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷條件:

承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。

承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。

晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。

要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。

新知識(shí)：普通晶閘管和晶閘管派生器件

一、普通晶閘管選用10

1、晶閘管的額定電壓、額定電流選定

3、兩者中較小的為額定電壓。

電壓定額：I4、選取額定電壓為正常工作承

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM受峰壓2~4倍。_

在門極斷路而結(jié)溫為額定值箭藕重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。

反向重復(fù)峰值電壓URRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。

電流定額：

通態(tài)平均電流/T（AV）

在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大

工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。

?使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管。

?實(shí)際使用時(shí)應(yīng)留有一定裕量，一般取（1.5~2倍）

?電流平均值：指一個(gè)周期內(nèi)的電流算術(shù)平均值。

?電流有效值：指一個(gè)周期內(nèi)的電流均方根值。

?波形系數(shù)：Kf=IT//T（AV）

選擇晶閘管額定電流的原則：管子在額定電流時(shí)的電流有效值大于其所在電路中可能流

過的最大電流的有效值，同時(shí)?。?.5~2）倍的余量，即:

1.571T(AV)=IT>(1.5-2)ITm

/TOI

^T(AV)>(1.5-2)

L57

晶閘管額定電流的選定

SCR產(chǎn)品參數(shù)給出的額定電流是平均值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路計(jì)算有效值來選定SCR。

>SCR管芯的發(fā)熱效應(yīng)是與流過g流的有效值有關(guān)系的.

>在實(shí)際選用SCR時(shí)，根據(jù)電流有效值相等原則。即：

實(shí)際波形的電流有效值I14SCR額定電流/AY)對(duì)應(yīng)的電流有效值I

>由于測(cè)量1刈的電路為正弦半波電路。此時(shí)額定有效值I與1詢)之間的關(guān)系為:

1=IT(AV)*1.57°由此可見，SCR的額定電流有效值和平均值之間可以方便換算,

>綜上所述，選用SCR可以采用以卜.公式來確定額定電流：

IT(AV)(A*11)/1.57

其中，％AY)為選用SCR的額定電流；A為裕量系數(shù)，一般為1.5?2：

10

口為實(shí)際電路的電流有效值。

例1：一晶閘管接在220V交流電路中，通過晶閘管電流的有效值為50A,問如何選擇晶閘

管的額定電壓和額定電流？

解：

晶閘管額定電壓

UTn>(2~3)UTM=(2~3)V2x220V=622~933V

按晶閘管參數(shù)系列取800V,即8級(jí)。

晶閘管的額定電流20

重點(diǎn)

IT(AVl>(1.5~2)羽=(1.5~2)x也A=48~64A

7

T(AV)1.571.57難點(diǎn)

按晶閘管參數(shù)系列取50A。

例2：見課本P14頁

22

二、晶閘管派生器件

1、雙向晶閘管

結(jié)構(gòu)：五層(NPNPN)三端硅半導(dǎo)體閘流元件，相當(dāng)于兩個(gè)門極接在一起普通晶閘管反并聯(lián)。

T1

T2

0T2

可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。

有兩個(gè)主電極T1和T2,一個(gè)門極G。

在第I和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。

觸發(fā)方式：

1+觸發(fā)：T1為正，T2為負(fù)；門極為正，T2為負(fù)。

I-觸發(fā)：T1為正，T2為負(fù)；門極為負(fù)，T2為正。

IH+觸發(fā)：T1為負(fù)，T2為正；門極為正，T2為負(fù)。

III-觸發(fā)：T1為負(fù),T2為正；門極為負(fù)，T2為正。

常用觸發(fā)方式：I+>III-

課后小結(jié)：選用晶閘管的額定電壓、額定電流。雙向晶閘管的工作原理。

8

第四講單結(jié)晶體管

復(fù)習(xí)雙向晶閘管工作原理。

掌握單結(jié)晶體管導(dǎo)通關(guān)斷的條件。

了解單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、伏安特性及主要參數(shù)。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

雙向晶閘管工作原理。

單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、伏安特性及主要參數(shù)。

黨智乾

復(fù)習(xí)：

1、晶閘管選用。

2、雙向晶閘管工作原理

觸發(fā)方式：

I+觸發(fā)：T1為正，T2為負(fù)；門極為正，T2為負(fù)。

I-觸發(fā)：T1為正，T2為負(fù)；門極為負(fù)，T2為正。

IH+觸發(fā)：T1為負(fù)，T2為正；門極為正，T2為負(fù)。

III-觸發(fā)：T1為負(fù)，T2為正；門極為負(fù)，T2為正。

常用觸發(fā)方式：I+、III-

新知識(shí)：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管

一、單結(jié)晶體管

2、伏安特性

當(dāng)兩基極bl和b2間加某一固定直流電壓時(shí)，發(fā)射極電流與發(fā)射極正向電壓Ue之間的

關(guān)系曲線稱為單結(jié)晶體管的伏安特性=/(Ue)。

15

單結(jié)晶體管實(shí)驗(yàn)電路（b）單結(jié)晶體管伏安特性（C）特性曲線族伐

①截止區(qū)—aP段重點(diǎn)

當(dāng)開關(guān)Q閉合，電壓Ubb通過單結(jié)晶體管等效電路中的rbl和rb2分壓,得A點(diǎn)電位UA,

可表示為

Ur”Uy,?TT

A=--------=nubb

rbi+3

式中：n——分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，n一般為0.3?0.9。

②負(fù)阻區(qū)——PV段15

當(dāng)Ue〉Up時(shí)，等效二極管VD導(dǎo)通，/<■增大，這時(shí)大量的空穴載流子從發(fā)射極注入A重點(diǎn)

點(diǎn)到bl的硅片，使力迅速減小，導(dǎo)致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN結(jié)承

受更大的正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，使z進(jìn)一步減小，形成更大的發(fā)射

極電流4,這是一個(gè)強(qiáng)烈的增強(qiáng)式正反饋過程。當(dāng)/，增大到一定程度，硅片中載流子的濃

度趨于飽和，小已減小至最小值，A點(diǎn)的分壓UA最小，因而以也最小，得曲線上的V點(diǎn)。

V點(diǎn)稱為谷點(diǎn)，谷點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流稱為谷點(diǎn)電壓Uv和谷點(diǎn)電流/v。這一區(qū)間稱

為特性曲線的負(fù)阻區(qū)。

③飽和區(qū)——VN段

當(dāng)硅片中載流子飽和后，欲使/。繼續(xù)增大，必須增大電壓Ue,單結(jié)晶體管處于飽和導(dǎo)

通狀態(tài)。改變“防，器件由等效電路中的UA和特性曲線中Up也隨之改變，從而可獲

得一族單結(jié)晶體管伏安特性曲線，如圖（c）所示。

3、單結(jié)晶體管的主要參數(shù)有：

單結(jié)晶體管的主要參數(shù)有基極間電阻rbb、分壓比n、峰點(diǎn)電流IP、谷點(diǎn)電壓UV、谷

點(diǎn)電流IV及耗散功率等。國(guó)產(chǎn)單結(jié)晶體管的型號(hào)主要有BT31、BT33、BT35等，BT,其

主要參數(shù)如表1—4所示。

表1-4單結(jié)晶體管的主要參數(shù)

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____________________________

課后小結(jié)：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、伏安特性及主要參數(shù)。

板書設(shè)計(jì)：

§1.1單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、伏安特性及主要參數(shù)。

二、單結(jié)晶體管的伏安特性

①截止區(qū)——aP段

②負(fù)阻區(qū)——PV段

③飽和區(qū)——VN段；

三、單結(jié)晶體管的的主要參數(shù)

基極間電阻rbb

分壓比n

峰點(diǎn)電流IP

谷點(diǎn)電壓w

谷點(diǎn)電流N

耗散功率等。

第五講單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

復(fù)習(xí)單結(jié)晶體管工作原理。

掌握單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

理解單結(jié)晶體管觸發(fā)電路同步的概念。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

單結(jié)晶體管工作原理，伏安特性和主要參數(shù)。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

黨智乾

4

復(fù)習(xí)：

1、單結(jié)晶體管工作原理。

2、單結(jié)晶體管伏安特性和主要參數(shù)。

16

新知識(shí)：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)電路

一、單結(jié)晶體管張馳振蕩電路

利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和電容的充放電，可以組成單結(jié)晶體管張馳振蕩電路。單結(jié)

晶體管張馳振蕩電路的電路圖和波形圖如圖1一25所示。

設(shè)電容器初始沒有電壓，電路接通以后，單結(jié)晶體管是截止的，電源經(jīng)電阻R、RP對(duì)電

容C進(jìn)行充電，電容電壓從零起按指數(shù)充電規(guī)律上升，充電時(shí)間常數(shù)為REC；當(dāng)電容兩端電

壓達(dá)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，電容開始放電，由于放電回路的電

阻很小，因此放電很快，放電電流在電阻R4上產(chǎn)生了尖脈沖。隨著電容放電，電容電壓降

低，當(dāng)電容電壓降到谷點(diǎn)電壓UV以下，單結(jié)晶體管截止，接著電源又重新對(duì)電容進(jìn)行充電…

如此周而復(fù)始，在電容兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波，在電阻兩端將產(chǎn)生一個(gè)尖脈沖波。如

CR420

圖1-25(b)所示。重占

二、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路難點(diǎn)

上述單結(jié)晶體管張馳振蕩電路輸出的尖脈沖可以用來觸發(fā)晶閘管，但不能直接用做觸發(fā)

電路，還必須解決觸發(fā)脈沖與主電路的同步問題。

圖1-21所示為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，是由同步電路和脈沖移相與形成兩部分組成的。

(1)同步電路

1)什么是同步

觸發(fā)信號(hào)和電源電壓在頻率和相位上相互協(xié)調(diào)的關(guān)系叫同步。例如，在單相半波可控整

10

流電路中，觸發(fā)脈沖應(yīng)出現(xiàn)在電源電壓正半周范圍內(nèi)，而且每個(gè)周期的。角相同，確保電路

輸出波形不變，輸出電壓穩(wěn)定。

2)同步電路組成

同步電路由同步變壓器、橋式整流電路VD1?VD4、電阻R1及穩(wěn)壓管組成。同步變壓器

一次側(cè)與晶閘管整流電路接在同一相電源上，交流電壓經(jīng)同步變壓器降壓、單相橋式整流后

15

再經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓削波形成一梯形波電壓，作為觸發(fā)電路的供電電壓。梯形波電壓零點(diǎn)與晶

重點(diǎn)

閘管陽極電壓過零點(diǎn)一致。從而實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電路與整流主電路的同步。

3)波形分析

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試以及在今后的使用過程中的檢修主要是通過幾個(gè)點(diǎn)的典型

波形來判斷個(gè)元器件是否正常，我們將通過理論波形與實(shí)測(cè)波形的比較來進(jìn)行分析。

①、橋式整流后脈動(dòng)電壓的波形(圖1-21中“A”點(diǎn))

將匕探頭的測(cè)試端接于“A”點(diǎn)，接地端接于“E”點(diǎn)，調(diào)節(jié)旋鈕"t/div”和“v/div”，使

示波器穩(wěn)定顯示至少一個(gè)周期的完整波形，測(cè)得波形如圖1-26(a)所示。由電子技術(shù)的知

識(shí)我們可以知道“A”點(diǎn)為由VD1-VD4四個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流電路輸出波形，圖126

(b)為理論波形，對(duì)照進(jìn)行比較。

圖1一26橋式整流后電壓波形(a)實(shí)測(cè)波形(b)理論波形

②、削波后梯形波電壓波形(圖1-21圖中“B”點(diǎn))

將乂探頭的測(cè)試端接于“B”點(diǎn)，測(cè)得B點(diǎn)的波形如圖1-27(a)所示，該點(diǎn)波形是經(jīng)10

穩(wěn)壓管削波后得到的梯形波，圖1-27(b)為理論波形，對(duì)照進(jìn)行比較。

(2)脈沖移相與形成

1)電路組成

脈沖移相與形成電路實(shí)際上就是上述的張馳振蕩電路。脈沖移相由電阻Rr和電容C組

成，脈沖形成由單結(jié)晶體管、溫補(bǔ)電阻R3、輸出電阻R4組成。

改變張馳振蕩電路中電容C的充電電阻的阻值，就可以改變充電的時(shí)間常數(shù)，圖中用電

位器RP來實(shí)現(xiàn)這一變化，例如：RPt-Tct-出現(xiàn)第一個(gè)脈沖的時(shí)間后移一at-Ud

圖1-27削波后電壓波形(a)實(shí)測(cè)波形(b)理論波形

2)波形分析

①、電容電壓的波形(圖1-21中“C”點(diǎn))

將匕探頭的測(cè)試端接于“C”點(diǎn)，測(cè)得C點(diǎn)的波形如圖1-28(a)所示。由于電容每半

個(gè)周期在電源電壓過零點(diǎn)從零開始充電，當(dāng)電容兩端的電壓上升到單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓時(shí)，

單結(jié)晶體管導(dǎo)通，觸發(fā)電路送出脈沖，電容的容量和充電電阻4的大小決定了電容兩端的

電壓從零上升到單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓的時(shí)間，因此在本課題中的觸發(fā)電路無法實(shí)現(xiàn)在電源電

壓過零點(diǎn)即。=°°時(shí)送出觸發(fā)脈沖。圖1-28(b)為理論波形，對(duì)照進(jìn)行比較。

圖1-28電容兩端電壓波形

(a)實(shí)測(cè)波形(b)理論波形

調(diào)節(jié)電位器RP的旋鈕，觀察C點(diǎn)的波形的變化范圍。圖1-29所示為調(diào)節(jié)電位器后得到的

波形。

圖1—29改變RP后電容兩端電壓波形圖1-31調(diào)節(jié)RP后輸出波形

②、輸出脈沖的波形(圖1-21中“D”點(diǎn))

將匕探頭的測(cè)試端接于“D”點(diǎn)，測(cè)得D點(diǎn)的波形如圖1-30(a)所示。單結(jié)晶體管導(dǎo)

通后，電容通過單結(jié)晶體管的函迅速向輸出電阻尺放電，在&上得到很窄的尖脈沖。圖

1-30(b)為理論波形，對(duì)照進(jìn)行比較。

圖1—30輸出波形

(a)實(shí)測(cè)波形(b)理論波形

調(diào)節(jié)電位器RP的旋鈕，觀察D點(diǎn)的波形的變化范圍。圖1-31所示為調(diào)節(jié)電位器后得

到的波形。

(3)觸發(fā)電路各元件的選擇

1)充電電阻&的選擇

改變充電電阻的大小，就可以改變張馳振蕩電路的頻率，但是頻率的調(diào)節(jié)有一定的

范圍，如果充電電阻&選擇不當(dāng)，將使單結(jié)晶體管自激振蕩電路無法形成振蕩。

充電電阻4的取值范圍為：

u——加于圖1—21中B-E兩端的觸發(fā)電路電源電壓

Uy——單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓4——單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電流5

一一單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓。一一單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電流

2）電阻&的選擇

電阻的是用來補(bǔ)償溫度對(duì)峰點(diǎn)電壓Up的影響，通常取值范圍為：200?600Q。

3）輸出電阻尺的選擇

輸出電阻七的大小將影響將影響輸出脈沖的寬度與幅值，通常取值范圍為：50?100Q。

4）電容C的選擇

電容C的大小與脈沖寬窄和七的大小有關(guān)，通常取值范圍為：0.1?

課后小結(jié)：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

第六講項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題與思考

復(fù)習(xí)晶閘管、單結(jié)晶體管工作原理。

通過習(xí)題掌握晶閘管有關(guān)的的概念及單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

會(huì)使用晶閘管，會(huì)調(diào)試單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。

晶閘管有關(guān)概念、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

晶閘管的選用、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路調(diào)試。

晶閘管有關(guān)概念、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行小結(jié)。

黨智乾

復(fù)習(xí)：

1、晶閘管有關(guān)概念。

2、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路工作原理。

新知識(shí)：項(xiàng)目小結(jié)習(xí)題與思考

一、本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1、用萬用表測(cè)試晶閘管和單結(jié)晶體管的好壞。15

2、掌握晶閘管工作原理。

3、分析單相半波整流電路的工作原理。

4、分析單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理。

5、熟悉觸發(fā)電路與主電路電壓同步的基本概念。

6、由學(xué)生自己闡述晶閘管電路原理，晶體管觸發(fā)電路原理。

二、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

15

1、晶閘管的工作原理

2、晶閘管特性與主要參數(shù)

3、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

三、本項(xiàng)目學(xué)習(xí)方法小結(jié)

1、互相討論法

2、小結(jié)歸納法

3、對(duì)比法

四、習(xí)題與思考

45

例1晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？導(dǎo)通后流過晶間管的電流由什么決定？晶間管的關(guān)斷

條件是什么？如何實(shí)現(xiàn)？晶間管導(dǎo)通與阻斷時(shí)其兩端電壓各為多少？

解：晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管陽極和陰極之間加正向陽極電壓。門極和陰極之間

加適當(dāng)?shù)恼蜿枠O電壓。

導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由主電路電源電壓和負(fù)載大小決定。

晶閘管的關(guān)斷條件是：陽極電流小于維持電流。

關(guān)斷晶閘管可以通過降低晶閘管陽極一陰極間電壓或增大主電路中的電阻。

晶閘管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為通態(tài)平均電壓（管壓降），阻斷時(shí)兩端電壓由主電路電源電壓

決定。

例2調(diào)試圖4所示晶間管電路，在斷開負(fù)載Rd測(cè)量輸出電壓Ud是否可謂時(shí)，發(fā)現(xiàn)

電壓表讀數(shù)不正常，接上Rd后一切正常，請(qǐng)分析為什么？

解：當(dāng)S斷開時(shí)，由于電壓表內(nèi)阻很大，即使晶閘管門極加觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)流過晶閘

管陽極電流仍小于擎住電流，晶閘管無法導(dǎo)通，電流表上顯示的讀數(shù)只是管子漏電流形成的

電阻與電壓表內(nèi)阻的分壓值，所以此讀數(shù)不準(zhǔn)。在S合上以后，Rd介入電路，晶閘管能正

常導(dǎo)通，電壓表的讀數(shù)才能正確顯示。

例3畫出圖1一49所示電路電阻Rd上的電壓波形。

圖5習(xí)題3圖

解:

例4說明晶間管型號(hào)KP100-8E代表的意義。

解：KP100-8E表示額定電流100A、額定電壓8級(jí)(800V、通態(tài)平均電壓組別E(0.7<

UTW0.8）普通晶閘管。

例5晶閘管的額定電流和其他電氣設(shè)備的額定電流有什么不同？

解：由于整流設(shè)備的輸出端所接負(fù)載常用平均電流來衡量其性能，所以晶閘管額定電流

的標(biāo)定與其他電器設(shè)備不同，采用的是平均電流，而不是有效值，又稱為通態(tài)平均電流。所

謂通態(tài)平均電流是指在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管在導(dǎo)通角不小于170°

電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時(shí)，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。

例6型號(hào)為KP100—3、維持電流IH=3mA的晶聞管，使用在圖6所示的三個(gè)電路中

是否合理？為什么（不考慮電壓、電流裕量）？

解：（a）圖的目的是鞏固維持電流和擎住電流概念，擎住電流一般為維持電流的數(shù)倍。

本題給定晶閘管的維持電流IH=3mA,那么擎住電流必然是十幾毫安，而圖中數(shù)據(jù)表明，晶

閘管即使被觸發(fā)導(dǎo)通，陽極電流為100V/50KQ=3mA,遠(yuǎn)小于擎住電流，晶閘管不可能導(dǎo)

通，故不合理。

（b）圖主要是加強(qiáng)對(duì)晶閘管型號(hào)的含義及額定電壓、額定電流的理解。

本圖所給的晶閘管額定電壓為300A、額定電流lOOAo圖中數(shù)據(jù)表明，晶閘管可能承受

的最大電壓為311V,大于管子的額定電壓，故不合理。

（c）圖主要是加強(qiáng)對(duì)晶閘管型號(hào)的含義及額定電壓、額定電流的理解。

晶閘管可能通過的最大電流有效值為150A,小于晶閘管的額定電流有效值1.57X100

=157A,晶閘管可能承受的最大電壓150V,小于晶閘管的額定電壓300V,在不考慮電壓、

電流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。

例7某晶間管元件測(cè)得IU=84OV,IU=98OV,試確定此晶閘管的額定電壓是多少？

解：根據(jù)將UDRM和URRM中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的額定值，將兩者較小

的840V按教材表1-2取整得800V,該晶閘管的額定電壓為8級(jí)（800V）。

例8有些晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)脈沖結(jié)束時(shí)它又關(guān)斷是什么原因？

解：晶閘管的陽極加正向電壓，門極加正向觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。此后陽極

電流逐漸上升到擎住電