单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9.1,晶闸管概述,9.2,晶闸管,9.2.1,晶闸管结构、符号与外形,9.2.2,晶闸管的工作原理,9.2.3,晶闸管的伏安特性,及其主要参数,9.2.4,晶闸管的型号,9.2.5,普通型晶闸管质量粗测,9.3,单相桥式半控整流电路,9.4,单结晶体管触发电路,9.4.1,对触发电路的要求,9.4.2,单结晶体管的结构与特性,9.4.3,单结晶体管张弛振荡器,9.4.4,单结晶体管同步触发电路,9.5,双向晶闸管,9.5.1,双向晶闸管,9.5.2,触发二极管,9.6,其他晶闸管,介绍,9.6.1,光控晶闸管,9.6.2,温控晶闸管,9.6.3,可关断晶闸管,9.6.4,逆导晶闸管,9.7,晶闸管的应用,9.7.1,交流调光台灯的应用电路,9.7.2,交流固态开关电路,第,9,章 电力电子技术,9.1 晶闸管概述9.5 双向晶闸管第9章 电力电子技术,本章要点,:,1.,晶闸管结构、符号、工作原理与伏安特性,2.,单相桥式半控整流电路,3.,单结晶体管结构与工作原理,4.,双向晶体管结构与工作原理,本章难点,:,电阻性负载和电感性负载的单相桥式半控整流电路工作原理,第,9,章 晶闸管及其电路,本章要点:第9章 晶闸管及其电路,9.1,晶闸管概述,晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流电压，换句话说，它的功率放大倍数可以达到数十万倍以上。由于元件的功率增益可以做得很大，所以在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流,直流、直流,交流、交流,交流、直流,直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。,9.1 晶闸管概述 晶闸管的特点是可以用弱信,晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运用很敏感，实际运用时应该注意留有较大电压、电流余量，并应尽量解决好器件的散热问题。,根据结构及用途的不同，晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管等。,晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运,9.2,晶闸管,9.2.1,晶闸管结构、符号与外形,晶闸管的内部结构示意图和图形符号如,图,9-2,所示。它由,PNPN,四层半导体构成，其间形成三个,PN,结，引出三个电极，分别为阳极,a,、,阴极,k,和控制极,g,。,图,9-1,晶闸管的外形图,图,9-2,晶闸管的内部结构和符号,9.2 晶闸管9.2.1 晶闸管结构、符号与外形,9.2.2,晶闸管的工作原理,为了说明晶闸管的工作原理，可将晶闸管等效地看成由,PNP,和,NPN,型两个三极管连接而成，每个三极管基极与另一个三极管的集电极相连，如图,9-3,所示，阳极,a,相当于,PNP,型三极管,T,2,的发射极，阴极,k,相当于,NPN,型,T,1,三极管的发射极。,图,9-3,等效电路,9.2.2 晶闸管的工作原理 为了说明晶闸管的,按图,9-4,所示电路图连接，在晶闸管阳极,a,和阴极,k,之间加正向电压，同时在控制极,g,和阴极,k,之间也加正向电压时，则可使晶闸管导通。,控制极的作用只是使晶闸管触发导通，而导通后，控制极就失去了控制作用，所以控制极,g,又称做门极。,阳极电流,I,A,减少到小于某一数值,I,H,时，晶闸管就不能维持正反馈过程而变为关断，此时称为正向阻断，,I,H,称为维持电流；如果在阳极和阴极之间加反向电压时，晶闸管亦不可导通，称为反向阻断。,图,9-4,晶闸管的导通原理,按图9-4所示电路图连接，在晶闸管阳极a和,晶闸管的导通条件为：,(1),在阳极和阴极间加正向电压。,(2),在控制极和阴极间加正向触发电压。,(3),阳极电流不小于维持电流。,晶闸管的导通条件为：(1)在阳极和阴极间加正向电压,12.2.3,晶闸管的伏安特性及其主要参数,1.,晶闸管的伏安特性,(1),正向特性,当,U,0,时对应的曲线称正向特性。由图,9-5,可看出，晶闸管的正向特性可分为阻断状态,O,A,段和导通状态,BC,段两个部分。,(2),反向特性,当,U,0,时，对应的曲线称为反向特性晶闸管的反向特性与二极管相似，此时，晶闸管状态与控制极上是否加触发电压无关。,图,9-5,晶闸管的伏安特性,12.2.3 晶闸管的伏安特性及其主要参数1.晶闸管的,9.2.3,晶闸管的伏安特性及其主要参数,2.,晶闸管的主要参数,(,1),正向重复峰值电压,U,DRM,(2),反向重复峰值电压,U,RRM,(3),额定正向平均电流,I,F,(4),维持电流,I,H,(5),触发电压,U,GG,和触发电流,I,G,9.2.3 晶闸管的伏安特性及其主要参数2.晶闸管的主要,9.2.4,晶闸管的型号,目前我国生产的晶闸管的型号有两种表示方法，即,KP,系列和,3CT,系列,。,图,9-6 KP,系列参数表示方式,图,9-7 3CT,系列参数表示方式,9.2.4 晶闸管的型号 目前我国生产的晶闸管的,12.2.5,普通型晶闸管质量粗测,1.,测量晶闸管内部的,PN,结,晶闸管内部有三个,PN,结，这三个,PN,结的好坏直接影响晶闸管的质量。所以使用前，应该先对这三个,PN,结进行测量，测量方法如图,9-8,所示。,图,9-8,晶闸管的测量,12.2.5 普通型晶闸管质量粗测1.测量晶闸管内部,2.,测量晶闸管的关断状态,控制极,g,和阴极,k,之间只有一个,PN,结，利用,PN,结的单向导电特性，就可以用万用表的电阻挡对它进行测量。,晶闸管在反向连接时是不导通的，如果正向连接，但是没有控制电压，它也是不导通的。,3.,测量晶闸管的触发能力,图,9-9,测量小功率晶闸管的触发能力,检查小功率晶闸管触发电路如图,9-9,所示。,2.测量晶闸管的关断状态 控制极g和阴极k之间,-,9.3,单相桥式半控整流电路,可控整流电路是应用广泛的电能变换电路，其作用是将交流电变换成大小可调的直流电，作为直流用电设备的电源。将二极管桥式整流电路中的两个二极管用两个晶闸管替换，就构成了半控桥式整流电路。当电路带有电阻性负载和电感性负载时，其工作情况是不同的。,-9.3 单相桥式半控整流电路 可控整流,1.,电阻性负载,当单相桥式半控整流电路的负载为纯电阻时，称电阻性负载，其电路如图,9-10(a),所示。,图,9-10,电阻性负载单相半控桥式整流电路及波形,1.电阻性负载 当单相桥式半控整流电路的负载,(1),电路原理,当电源电压,u,2,为正半周时，晶闸管,T,1,和二极管,D,2,上为正向电压作用。在,t,1,时刻，控制极上加触发脉冲,u,G,，使,T,1,和,D,2,导通，负载,R,L,中流过输出电流,i,o,，形成输出整流电压,u,o,。此时，晶闸管,T,2,和二极管,D,1,因承受反向电压而截止。,在,t,2,时刻，电源电压,u,2,过零，使,T,1,和,D,2,关断。,当电源电压,u,2,为负半周时，,T,2,和,D,1,上加正向电压。在,t,3,时刻，控制极加触发脉冲，使,T,2,和,D,1,导通，在,负载,R,L,上有,i,o,和,u,o,，直到,t,4,时刻,u,2,过零时关断。此时，,T,1,和,D,2,截止。电阻性负载半控整流电路的工作波形图如图,9-10(b),所示。,(1)电路原理,(2),电路的计算,输出电压的平均值,:,(9-1),输出电流的平均值,:,(9-2),晶闸管,T,和二极管,D,中流过的电流平均值,:,(9-3),晶闸管所承受的最高正向电压和二极管所承受的,最高反向电压均为,(2)电路的计算 输出电压的平均值:(9-1)输出电流,【,例,9-1】,电阻负载的单向半控桥式整流电路如图,9-10,所示。若变压器副方电压有效值,U,2,=200V,，负载电阻,R,L,=20,，当导通角,时，可得控制角,根据以上数据查手册，可选用,KP10-5,型晶闸管，并相应地选择,ZP10-5,型硅整流二极管,。,【例9-1】电阻负载的单向半控桥式整流电路如图,2.,电感性负载,若整流电路的负载为直流电动机的励磁线圈或其他各种电感线圈时，则构成电感性负载的半控桥式整流电路，如,图,9-11(a),所示，图中与负载并联的二极管,D,称为续流二极管，将电感性负载等效成电阻,R,和电感,L,两部分。,图,9-11,电感性负载半控桥式整流电路及波形,2.电感性负载 若整流电路的负载为直流电动机的,9.4,单结晶体管触发电路,要使晶闸管导通，除了加正向阳极电压外，还必须在控制极和阴极之间加触发电压。提供触发电压的电路称为触发电路。触发电路的种类很多，常用的有单结晶体管触发电路、阻容移相触发电路、集成触发电路以及晶体管触发电路等。本节重点介绍单结晶体管触发电路。,9.4.1,对触发电路的要求,(1),应能提供足够大的触发功率。,(2),触发脉冲应有足够的宽度。,(3),为了保证触发时间准确，要求触发脉冲具有陡峭上升沿。,(4),触发脉冲应与主电路的交流电源同步。,(5),触发脉冲应能在足够宽的范围内平稳地移相。,9.4 单结晶体管触发电路 要使晶闸管导通，,9.4.2,单结晶体管的结构与特性,1.,单结晶体管的外形符号与结构,图,9-12 N,型单结晶体管,图,9-12,所示为单结晶体管的外形图。可以看出，它的外形与普通三极管相似，具有三个电极，但不是三极管，而是具有三个电极的二极管，管内只有一,个,PN,结，所以称之为单结晶体管。三个电极中，一个是发射极，两个是基极，所以也称为双基极二极管。,9.4.2 单结晶体管的结构与特性1.单结晶体管的外形符,2.,单结晶体管的伏安特性,图,9-13(a),为测试单结晶体管伏安特性的试验电路。,图,9-13(b),为单结晶体管的伏安特性曲线，可将其分为三个区域。,图,9-13,单结晶体管的伏安特性曲线,结论：,当单结晶体管的发射结,电压,U,e,U,p,时，管子导通；若导通后，,U,e,U,v,时,，管子又恢复到截止状态。,2.单结晶体管的伏安特性图9-13(a)为测试单结晶体管伏,9.4.3,单结晶体管张弛振荡器,利用单结晶体管的负阻特性可构成自激振荡电路，产生控制脉冲，用以触发晶闸管，如图,9-14(a),所示，其波形如图,9-14(b),所示。,图,9-14,张驰振荡电路图及波形图,9.4.3 单结晶体管张弛振荡器 利用单结晶体,9.4.4,单结晶体管同步触发电路,振荡的电路的输出可作为触发脉冲，但必须使它与主电路同步，以保证在每个周期内整流电路的控制角相等。,单结晶体管同步触发可控整流电路如图,9-15(a),所示，图中下半部分为主回路，是一单相半控桥式整流电路。上半部分为单结晶体管触发电路。电路中各点波形如图,9-15(b),所示,。,9.4.4 单结晶体管同步触发电路 振荡,(a),电路图,(b),波形图,图,9-15,单结晶体管同步触发电路,(a)电路图(b)波形图图9-15 单结晶体管同步触发电路,9.5,双向晶闸管,双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展起来的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅用一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。双向晶闸管广泛用于工业、交通、家电领域、实现交流调压、交流调速、交流开关、舞台调光和台灯调光等多种功能。此外，它还被用在固态继电器和固态接触电路中。,9.5 双向晶闸管 双向晶闸管是在普通晶闸,9.5.1,双向晶闸管,1.,结构与外型符号,图,9-16,双向晶闸管的结构与符号,图,9-17,小功率双向晶闸管外形,9.5.1 双向晶闸管1.结构与外型符号图9-16 双,2.,双向晶闸管的伏安特性,它具有比较对称的正反向伏安特性。第一象限的曲线表明，,T,2,极电压,高于,T,1,极电压，我们称正向电压，用,U,21,表示。第三象限的曲线表明,，,T,1,极的电压高于,T,2,极电压，我们称