电工学讲义9-晶闸管

uF
R
100K
E
R2
300
B2
+
B1
C
uC +
- R1 51
uG
_
+
_UuG
尖脉冲出现
t
的时间可通 过改变 R 的
值来调节
t
移相 触发
单结管触发的可控整流电路
1. 电路结构
+
u1
+
u
+
u2
–
T1
T2
+
RL uL
D1 D2
主电路
R
RP
R2
uZ +
R
–
+
C uC R1 u+G
触发电路
2. 工作原理
(1)整流削波
a
T1
RL
D2
io
a
+
u
T1
T2 RL
++uo
–
–
D1
D2 –
b
T1、T2 晶闸管 b D1、D2晶体管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
(2)电压u 为负半周时
T2和D1承受正向
a
电压。 T2控制极加触
_
T1
发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为
u
+
D1
b
b
T2
RL
D1
a
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
接通电源U, 电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。
当uC UP(峰值电压)时,单结管导
通,电容C放电,R1上得到一脉冲
电压。
uC
Up
R
100k
E
R2
300
+
U
ug
Uv
t
Up-UD
+
0.
C 47F
_uC
R1
50
+
_uG
_
(a)
t
电容放电至 uC Uv（谷点电压）时，单结管重新关断， 使uG0。
u
uG
-
+
io
+ O t1
2
t
~u
u RL uo G
-
-
O
t
u > 0时: 0 ~ t1 , uG = 0, 晶闸管不导通
u 0, u u
t1
o
T
:加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uo u , uT 0
t1 ~ : 无触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uo u , uT 0
u < 0 时:可控硅承受反向电压不导通，晶闸管反向阻断
重复上述过程， 在R1上形成一系列尖脉冲
uC
up
uv
t
O
ug
t
O
电容上的电荷通过R1 放电，放电速度取决于R1C，因为 R1<<R，放电迅速，放电电流在R1 上形成尖脉冲。
这种周而复始的自动充放电过程称为振荡
通过电路振荡在电容器上形成锯齿波，在R1上形成尖脉冲； R大，电容充电慢，到达 uP 的时间长，脉冲出现时间晚； R小，电容充电快，到达 uP 的时间短，脉冲出现时间早。
Io
Uo RL
0.45 U 1 cos
RL 2
0（ 180o），Uo 0.45U 180（o 0），Uo 0
晶闸管全导通 晶闸管全阻断
单相半控桥式整流电路
1. 电路结构
2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向电压。 T1控制极加触发电压, 则T1和D2导通，电流的 通路为
2）晶闸管的控制极只有使晶闸管导通的作用，一旦 导通, 就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压 或反向电压，管子始终导通
3）要使晶闸管阻断(截止), 必须具备下列三个条件之一： 将阳极电流减小到某一数值以下 切断阳极电源
阳极电压反向
可控硅整流电路
❖ 半导体二极管只有通断两种状态，用该元件组成的 整流电路，输出电流和电压的大小不能通过元件本 身来调节，称为不可控整流。
2. 使u1 ,u2 同相，即触发电
路过零时刻与主电路过零
~
时刻保持一致（“同步”）
整流
uo
uZ
削波
uC
稳压管 DZ：
Up
把电压u0 的顶部削掉， Uv 使u0 成为梯形波Uz。
电容充、放电
当电网电压波动时，单结晶体管输出脉冲的幅 度以及每半周产生第一个脉冲的时间不受电网 电压波动的影响。
uC
电容充、放电 Up Uv
四 A层
半
导
G
体
K
(a) 外形
(b) 符号
A 阳极
三
P1
个
N1
PN
结
P2
GG
控制极
N2
(c) 结构 K 阴极
晶闸管的外形、结构及符号
晶闸管外型
工作原理
实验
+
S-
S+
S
-
+
-
-+
-+
-+
灯不亮
灯亮
灯亮
总结
1）晶闸管导通必须同时具备两个条件：
阳极与阴极之间加正向电压 控制极与阴极之间加正向电压
晶闸管电路
4. 晶闸管及其应用
要求 1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特
性和主要参数。 2. 理解可控整流电路的工作原理、掌握电
压平均值与控制角的关系。 3.理解交流调压电路的工作原理
晶闸管
（Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功
率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。
io
T2 RL
++uo
–
D2 –
3. 工作波形
u
O
2
t
ug
O
t
u O
t
4. 输出电压及电流的平均值
UO

1 π
π
u d t
α
uo,io 0
uo io
u
Uο
1 π
π α
2U sint d(t )
0.9U 1 cosα 2
IO
U Rο
0.9
U RL
1 cosα 2
两种常用可控整流电路
(1)
T
+
D1 D2
+
u
RL u0
-
D3 D4
-
1. 该电路只用一只晶闸管，且其上
电路
无反向电压。
特点 2. 晶闸管和负载上的电流相同。
(2)
+
u
-
T1 D1
+
R uO
T2 D2 L -
电路 特点
T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。
单结晶体管触发电路
要使晶闸管导通，除在阳极和阴极之间加正向电压，还要 在控制极和阴极之间加正向触发电压。产生触发电压的电 路称为触发电路。目前常用的是单结晶体管触发电路。
uo 0 , uT u
3 工作波形 u
O
uG
t1
2 t2
t
uO
t
O
O
t
uT
导通角
O
t
控制角
180o
输出电压及电流的平均值
uo,io
uo io
改变控制角，
可改变输出电压Uo。
t
Uo
1
2
2U sintdt 2 U 1 cos
2
0.45U 1 cos
2
Uo
0.45U
1
cos
2
B2
E B1
单结晶体管有三个极，外型类似普通小功率三极管
单结晶体管振荡电路
R
R2
300
100k
+
E
U
+
_ +
C _ uC
0. 47F
R1
u_ G
50
单结晶体管振荡电路 利用单结管的负阻特 性及RC电路的充放电 特性组成频率可调的 振荡电路。
R1，R2 为外接电阻
C 为外接电容
工作原理
设通电前uC=0。
uo
U2M
+R
O
t
+
u2
uo
+
uZ
U2M uo
–
–
O
整流
t
–
uz
UZ
O
削波
t
(2) 触发电路
UZ uο
+ RP
R2
O
t
uZ R
Up uc
+
C
uc
+
R1 uG
Uv
O
uG
t
(3) 输出电压uL
UP-UD
T1 T2
+
O
uL
t
RL uL
D1 D2
O
t
主要元器件的作用
变压器Tr
1. 满足u1 ,u2 不同的电压要求
io
+
_ uG2
+
T2 RL uo
-
2.工作原理
+
~u -
T1 u_G1
io
+
_ uG2
+
T2 RL uo
-
在u 的正半周：
T1 承受正向电压, T2 承受反向电压, 在 t1时刻(脉冲出
现）， T1 导通
-
~u +
T1 uG1
io
-
_ uG2
+
T2
RL uo
+
在u 的负半周：
T2 承受正向电压, T1 承受反向电压, 在 t1时刻(脉冲出
❖ 晶闸管具有控制电极，通过控制该电极可以控制晶 闸管的导通时间，调节输出电压电流的大小，称为 可控整流。
单相半波可控整流电路
1. 电路结构
+
~u
-
+
u-G
io
+
RL uo
-
特点
1）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管 2）晶闸管与RL串联，电路电流为io，控制极施加
周期性正向脉冲电压uG
2 工作原理 +
ug
触发脉冲
uL
电位器 RP
RP
RPC 是电容的充电时间常数，RP 越大，电容电压uC 上
升慢，第一个尖脉冲到来迟，控制角 加大，导通角
减小，电压 uL 的平均值减小。
交流调压电路
晶闸管交流调压电路可代替调压变压器，广泛用于调节 电阻炉温度，交流电机转速，舞台灯光调节。
1. 电路结构
+
~u -
T1 u_+G1
现）， T2 导通
3. 波形
u
2
uG
t
Uo 0
t
t t
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。
优点：
体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、 操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
基本结构
晶闸管是具有三个PN结 的四层结构, 其外形、结 构及符号如图。