模擬電子技術(shù)第10章晶閘管及其應(yīng)用電

模擬電子技術(shù)第10章晶閘管及其應(yīng)用電晶閘管基本原理與特性晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)與分析晶閘管在整流電路中應(yīng)用晶閘管在逆變電路中應(yīng)用晶閘管在交流調(diào)壓和斬波電路中應(yīng)用晶閘管保護(hù)、驅(qū)動(dòng)與串并聯(lián)使用contents目錄01晶閘管基本原理與特性晶閘管由四層半導(dǎo)體材料組成，包括三個(gè)PN結(jié)，相當(dāng)于一個(gè)PNP晶體管和一個(gè)NPN晶體管的組合。晶閘管的基本結(jié)構(gòu)晶閘管在正向陽(yáng)極電壓作用下導(dǎo)通，并在陽(yáng)極電流小于維持電流時(shí)關(guān)斷。其導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)由控制極電流控制。工作原理晶閘管結(jié)構(gòu)和工作原理伏安特性曲線晶閘管的伏安特性曲線描述了陽(yáng)極電壓與陽(yáng)極電流之間的關(guān)系。在正向阻斷狀態(tài)下，陽(yáng)極電壓增加時(shí)，陽(yáng)極電流保持很小；當(dāng)陽(yáng)極電壓達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，晶閘管開始導(dǎo)通，陽(yáng)極電流急劇增加。轉(zhuǎn)折電壓和維持電流轉(zhuǎn)折電壓是晶閘管開始導(dǎo)通的電壓，維持電流是晶閘管保持導(dǎo)通所需的最小陽(yáng)極電流。晶閘管伏安特性曲線晶閘管能承受的最大正向阻斷電壓，超過此電壓可能導(dǎo)致晶閘管擊穿。額定電壓額定電流維持電流控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流晶閘管在規(guī)定條件下能承受的最大通態(tài)平均電流，超過此電流可能導(dǎo)致晶閘管過熱損壞。晶閘管保持導(dǎo)通所需的最小陽(yáng)極電流，小于此電流晶閘管將自動(dòng)關(guān)斷。使晶閘管從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)所需的最小控制極電壓和電流。晶閘管主要參數(shù)及意義02晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)與分析為晶閘管提供適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖，使其能夠在特定的時(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷。觸發(fā)電路應(yīng)滿足晶閘管的觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流和觸發(fā)時(shí)間等參數(shù)要求，同時(shí)還應(yīng)具備穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力。觸發(fā)電路作用及要求觸發(fā)電路要求觸發(fā)電路作用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路01利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性產(chǎn)生振蕩，并通過脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但輸出脈沖寬度較寬，且易受溫度影響。集成觸發(fā)器02采用集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能，具有體積小、重量輕、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但價(jià)格相對(duì)較高，且需要外部電源供電。數(shù)字式觸發(fā)器03采用微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能，具有高精度、高穩(wěn)定性、可編程控制等優(yōu)點(diǎn)。但價(jià)格較高，且需要相應(yīng)的編程技能。常見觸發(fā)電路類型及特點(diǎn)確定晶閘管參數(shù)->選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)電路類型->設(shè)計(jì)觸發(fā)電路參數(shù)->仿真驗(yàn)證->實(shí)際搭建與測(cè)試。設(shè)計(jì)步驟以單結(jié)晶體管觸發(fā)電路為例，詳細(xì)介紹其工作原理、設(shè)計(jì)步驟及實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。通過實(shí)例分析，使讀者能夠深入理解觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。實(shí)例分析觸發(fā)電路設(shè)計(jì)與實(shí)例分析03晶閘管在整流電路中應(yīng)用電路構(gòu)成由單相交流電源、晶閘管、負(fù)載電阻和觸發(fā)電路組成。工作原理在交流電源的正半周，觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載電阻上有電流流過；在交流電源的負(fù)半周，晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載電阻上無(wú)電流。輸出波形輸出波形為單向脈動(dòng)直流電，脈動(dòng)頻率與交流電源頻率相同。單相半波可控整流電路由單相交流電源、兩個(gè)晶閘管、負(fù)載電阻和觸發(fā)電路組成。電路構(gòu)成工作原理輸出波形在交流電源的正、負(fù)半周，分別觸發(fā)兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使負(fù)載電阻上始終有電流流過。輸出波形為平滑的直流電，脈動(dòng)成分較小。030201單相全波可控整流電路由三相交流電源、三個(gè)晶閘管、負(fù)載電阻和觸發(fā)電路組成。電路構(gòu)成在三相交流電源的每一相的正半周，分別觸發(fā)三個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使負(fù)載電阻上始終有電流流過。工作原理輸出波形為平滑的直流電，脈動(dòng)成分更小，且電源利用率高。輸出波形三相半波可控整流電路04晶閘管在逆變電路中應(yīng)用工作原理有源逆變是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的過程，通過控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。在有源逆變電路中，晶閘管作為開關(guān)元件，通過控制其觸發(fā)脈沖的相位和寬度，可以控制輸出交流電壓的幅值和頻率。條件實(shí)現(xiàn)有源逆變需要滿足一定的條件，包括直流側(cè)電壓高于交流側(cè)電壓峰值、觸發(fā)角大于90度且小于180度等。同時(shí)，為了保證電路的穩(wěn)定性和可靠性，還需要采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)等。有源逆變工作原理及條件無(wú)源逆變是將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的過程，同樣通過控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。在無(wú)源逆變電路中，晶閘管作為整流元件，將交流電壓整流為直流電壓，然后通過濾波電路將脈動(dòng)直流電壓平滑為穩(wěn)定的直流電壓。工作原理實(shí)現(xiàn)無(wú)源逆變需要滿足一定的條件，包括交流側(cè)電壓高于直流側(cè)電壓、觸發(fā)角小于90度等。同時(shí)，為了保證電路的穩(wěn)定性和可靠性，同樣需要采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。條件無(wú)源逆變工作原理及條件電路設(shè)計(jì)逆變電路的設(shè)計(jì)需要考慮多個(gè)因素，包括輸入/輸出電壓、電流、功率因數(shù)、效率等。在設(shè)計(jì)過程中，需要選擇合適的晶閘管型號(hào)和參數(shù)，并設(shè)計(jì)合適的觸發(fā)電路、保護(hù)電路和濾波電路等。實(shí)例分析以某具體應(yīng)用場(chǎng)景為例，介紹逆變電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇、晶閘管參數(shù)的確定、觸發(fā)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)等。同時(shí)給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和性能分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和可行性。逆變電路設(shè)計(jì)與實(shí)例分析05晶閘管在交流調(diào)壓和斬波電路中應(yīng)用VS交流調(diào)壓電路通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載上得到相應(yīng)的電壓；當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，負(fù)載上的電壓為零。通過改變晶閘管的觸發(fā)角，可以控制輸出電壓的幅值和波形。特點(diǎn)交流調(diào)壓電路具有輸出電壓連續(xù)可調(diào)、效率高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于采用晶閘管作為開關(guān)元件，因此具有響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等特點(diǎn)。工作原理交流調(diào)壓電路工作原理及特點(diǎn)斬波電路是一種將直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種固定或可調(diào)的直流電壓的電路。它利用晶閘管的開關(guān)特性，將輸入直流電壓斬成一系列脈沖電壓，然后通過濾波電路將脈沖電壓轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓輸出。斬波電路具有輸出電壓穩(wěn)定、效率高、紋波小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于采用晶閘管作為開關(guān)元件，因此具有響應(yīng)速度快、控制靈活等特點(diǎn)。此外，斬波電路還可以實(shí)現(xiàn)多路輸出和遠(yuǎn)程控制等功能。工作原理特點(diǎn)斬波電路工作原理及特點(diǎn)交流調(diào)壓應(yīng)用實(shí)例交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于燈光控制、電機(jī)調(diào)速、溫度控制等領(lǐng)域。例如，在燈光控制中，通過交流調(diào)壓電路可以調(diào)節(jié)燈光的亮度和色溫，實(shí)現(xiàn)舒適的照明環(huán)境。斬波應(yīng)用實(shí)例斬波電路在直流電源、電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能發(fā)電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，在直流電源中，斬波電路可以將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓輸出，保證電子設(shè)備的正常工作。在電動(dòng)汽車中，斬波電路可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)汽車的行駛和制動(dòng)等功能。在太陽(yáng)能發(fā)電中，斬波電路可以將太陽(yáng)能電池板輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為適合蓄電池充電的直流電壓，提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。應(yīng)用實(shí)例分析06晶閘管保護(hù)、驅(qū)動(dòng)與串并聯(lián)使用晶閘管過電流保護(hù)快速熔斷器保護(hù)當(dāng)晶閘管承受過電流時(shí)，快速熔斷器能夠迅速熔斷，切斷電路，保護(hù)晶閘管不受損壞。過流繼電器保護(hù)通過檢測(cè)電路中的電流，當(dāng)超過一定值時(shí)，過流繼電器動(dòng)作，切斷電路，防止晶閘管因過電流而損壞。晶閘管過電壓保護(hù)在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收電路，可以吸收晶閘管關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過電壓，保護(hù)晶閘管不被擊穿。阻容吸收電路在晶閘管兩端并聯(lián)壓敏電阻，當(dāng)電路中出現(xiàn)過電壓時(shí)，壓敏電阻的阻值迅速下降，將過電壓限制在安全范圍內(nèi)。壓敏電阻保護(hù)脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)采用脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性。光耦隔離驅(qū)動(dòng)利用光耦器件實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，同時(shí)光耦具有響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)串聯(lián)使用時(shí)需考慮均壓?jiǎn)栴}在串聯(lián)使用中，應(yīng)采取措