電工電子晶閘管及應(yīng)用

第七章晶閘管及其應(yīng)用電路第一節(jié)晶閘管第二節(jié)晶閘管整流電路第三節(jié)晶閘管觸發(fā)電路晶閘管晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號1晶閘管的工作原理2晶閘管的主要參數(shù)及簡易測試3CompanyLogo晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號晶體閘流管簡稱晶閘管，又名可控硅整流元件。它的外形有螺栓型、平面型、小型塑封型等幾種。

晶閘管由P1N1P2N2四層半導(dǎo)體組成。從P1引出的是陽極A,從N2引出陰極K、從P2引出的是控制極G。顯然，晶閘管內(nèi)部有三個PN結(jié)，分別用J1、J2、和J3表示。a)外形b)符號c)結(jié)構(gòu)圖7-1晶閘管的符號和結(jié)構(gòu)CompanyLogo晶閘管的工作原理

晶閘管導(dǎo)通實驗：綜上所述，晶閘管導(dǎo)通，必須同時具備的兩個條件是：(1)晶閘管的陽極要加上正極性電壓；(2)晶閘管的控制極要加上一定大小的正極性電壓。a)b)c)圖7-2晶體管的導(dǎo)通實驗CompanyLogo晶閘管的主要參數(shù)及簡易測試

1.國產(chǎn)晶閘管的型號

按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，晶閘管的型號及其含義如下：CompanyLogo3.簡易測試

檢測陽、陰極正、反向是否短路。可用萬用表R×1k電阻擋，測試陽、陰極間的正、反向電阻，都應(yīng)很大（指針基本不動），否則管子內(nèi)部有短路或性能不好。檢測控制極是否短路或斷開。因控制極與陰極之間是一個PN結(jié)，判斷的原則與測普通晶體二極管的方法相同。（注意不能用萬用表的高阻10k檔）。晶閘管的主要參數(shù)及簡易測試2.主要參數(shù)額定正向平均電流維持電流控制極觸發(fā)電壓和電流正向阻斷峰值電壓反向阻斷峰值電壓CompanyLogo晶閘管整流電路單相半波可控整流電路1單相橋式可控整流電路2CompanyLogo單相半波可控整流電路

圖7-3a是一個單相半波可控整流電路。u1為變壓器的初級電壓，u2為次級電壓，RL為負(fù)載電阻。設(shè)a)電路b)小α，大θ的波形c)大α,小θ的波形圖7-3單相半波整流電路及波形CompanyLogo

u2為正半周時，晶閘管V承受正向電壓。如果這時沒加觸發(fā)電壓，則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，負(fù)載電壓uL=0。當(dāng)ωt=α?xí)r，控制極加觸發(fā)電壓ｕg，晶閘管具備導(dǎo)通條件而導(dǎo)通。由于晶閘管正向壓降很小，電源電壓幾乎全部加到負(fù)載上，uL=u2。在α<ωt<π期間，盡管ｕg在晶閘管導(dǎo)通后即已消失，但晶閘管仍保持導(dǎo)通。因此在這個時期內(nèi)，負(fù)載電壓uL基本上等于次級電壓u2,如圖7-3b所示。當(dāng)ωt=π時，交流電壓u2=0,晶閘管自行關(guān)斷。單相半波可控整流電路CompanyLogo在u2進(jìn)人負(fù)半周后，晶閘管承受反向電壓，呈反向阻斷狀態(tài)，負(fù)載電壓uL=0。在u2的第二個周期里，電路將重現(xiàn)第一周期的變化。這樣不斷重復(fù)，負(fù)載RL上就得到單向脈動電壓。可以看出，在電角度0—α期間，晶閘管正向阻斷，在α-π期間，晶閘管導(dǎo)通。我們把α叫作控制角，把θ=π－α叫作導(dǎo)通角。顯然，控制角α越大，導(dǎo)通角θ越小，平均電壓UL越低。單相半波可控整流電路CompanyLogo單相半波可控整流電路

改變觸發(fā)電壓到來的時刻，亦即改變控制角α的大小，就改變了導(dǎo)通角θ,也就改變了負(fù)載電壓uL的平均值。在圖7-3c中，控制角α較圖7-3b中增大，而導(dǎo)通角θ較圖7-3b中減小，由于θ減小，負(fù)載電壓平均值亦將減小。反之，若控制角α減小,導(dǎo)通角增大，則負(fù)載電壓平均值將增大。CompanyLogo單相橋式可控整流電路圖7-4a是單相橋式可控整流電路圖。Tr為整流變壓器，V1—V4四只整流二極管組成橋式整流電路，晶閘管V5控制輸出電壓的值，ＲL為負(fù)載電阻。a)電路圖b)波形圖圖7-4單相橋式可控整流電路CompanyLogo當(dāng)u2’經(jīng)過零值時，晶閘管V5自行關(guān)斷，在u2’的第二個半周中，電路將重現(xiàn)第一個半周的情況。圖7-4b所示為上述工作過程波形圖。由圖可見，此電路也是通過調(diào)整觸發(fā)信號出現(xiàn)的時間來改變晶閘管的控制角α和導(dǎo)通角θ，從而實現(xiàn)控制輸出直流電壓平均值之目的。單相橋式可控整流電路a)電路圖b)波形圖圖7-4單相橋式可控整流電路CompanyLogo晶閘管觸發(fā)電路觸發(fā)要求1單結(jié)管結(jié)構(gòu)及特性2單結(jié)管振蕩器3CompanyLogo觸發(fā)要求(1)觸發(fā)電壓必須在晶閘管承受正向電壓時加到它的控制極上。(2)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)電路即失去控制作用。因而，觸發(fā)電壓只需要短時間存在，因此常用脈沖電壓（電子技術(shù)中把瞬間突變、作用時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號，簡稱脈沖）。(3)觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的幅值和功率并有足夠的移相范圍以達(dá)到能夠改變控制角之目的。CompanyLogo觸發(fā)要求(4)觸發(fā)脈沖應(yīng)與可控整流電路的交流電壓的頻率相同并保持一定的相位角關(guān)系，即觸發(fā)電路輸出脈沖與整流電路輸出電壓必須“同步”。具體地說，在每個整流輸出的正向電壓半周內(nèi)，第一個觸發(fā)脈沖到來的時刻應(yīng)該相同，以使每個半周控制角大小一致，才能保證輸出電壓平均值的穩(wěn)定。(5)為防止干擾與誤觸發(fā)，需要對觸發(fā)電路采取屏蔽、隔離等抗干擾措施。CompanyLogo單結(jié)管結(jié)構(gòu)及特性單結(jié)晶體管具有以下特性：在兩個基極b2、b1之間加上正向電壓后，如果在e、b1兩電極間加一個緩慢增大的電壓Ue，當(dāng)Ue增大到Up時，發(fā)射極開始有電流Ie流入，Rb1隨之減小，使Ie進(jìn)一步增大。a)結(jié)構(gòu)示意圖b)符號c)等效電路d)管角排列圖7-5單結(jié)晶體管CompanyLogo當(dāng)Ie繼續(xù)增大時，使Rb1進(jìn)一步減小，導(dǎo)電性能急劇增大。因此在元件內(nèi)部形成強烈的正反饋，使單結(jié)晶體管瞬時導(dǎo)通。這種電阻值隨電流的增大而減小的特性，稱為單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性。單結(jié)晶體管完全導(dǎo)通后，電極e、b1之間的電壓很快降低，當(dāng)Ue小于定值Uv時，管子重新恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)。單結(jié)管結(jié)構(gòu)及特性a)結(jié)構(gòu)示意圖b)符號c)等效電路d)管角排列圖7-5單結(jié)晶體管CompanyLogo單結(jié)管振蕩器

a)電路圖b)波形圖圖7-6單結(jié)管振蕩器圖7-6為單結(jié)管自激振蕩器電路，也就是產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖的電路，工作原理如下：電源接通后，電源電壓VBB通過Re向電容C充電，使uE逐漸上升。當(dāng)uE未達(dá)到單結(jié)管導(dǎo)通的峰點電壓時，單結(jié)管截止，流過R1的電流極小，u0≈0。CompanyLogo

在電容充電使uE達(dá)到單結(jié)管導(dǎo)通的峰點電壓后，電容器通過Rb1、R1放電，uE迅速下降。當(dāng)uE降至谷點電壓時,e、b1間又轉(zhuǎn)為高電