晶闸管应用电路

负载电流的平均值IO(AV) 为
I O ( AV )
VO AV RL
Vi 1 cos 0.45 RL 2
输出电压有效值（均方根值）UO为
VO
1 2


2Vi sin t d (t ) Vi

2
sin 2 2 4
负载电流的有效值IO为
Vi IO RL
VO AV
1



2V2 sin td (t )
2 2

V2
1 cos 1 cos 0.9V2 2 2
由式可见，当U2固定时，只需改变α的大小，就可以调节输出电压 UO(AV)。
输出电流的平均值IO(AV) 为 I O ( AV )
VO AV RL
0.9V2 1 cos RL 2
3. 单相桥式可控整流电路（电感性负载）
由于电感性元件的存在，电路中的 电流不能发生跃变，因此，整流电路接 电感性负载和接电阻性负载的情况大不 相同。
在u2的正半周，VH1、VD2承受正向电压，当ωt=α时，控制极加上 触发脉冲uG，令晶闸管VH1触发导通，续流二极管VD3承受反向电压而 截止。电流流经VH1、L、RL、VD2，输出电压uo≈u2。 晶闸管刚触发导通时，由于电感元件产生阻碍电流变化的感应电动 势，电路中的电流不能跃变，将由零逐渐上升。当电流到达最大值时， 感应电动势为零，而后电流随u2沿正半周减小，电感感应电势改变极性， 和u2相同。 由于是大电感负载，所以负载电流io连续并近似为一直线，这时 VH2和VD1因承受反向电压而处于阻断状态。
2. 单相桥式可控整流电路（电阻性负载）
在u2的正半周，VH1、VD2承受正向电压，若晶闸管的控制极不加脉 冲uG，VH1不导通，此时负载中没有电流流过。当ωt=α时，控制极加上触 发脉冲uG，VH1导通，电流流经VH1、RL、VD2。由于晶闸管导通时管压 降很小，所以负载上的电压uo≈u2。这时VH2和VD1因承受反向电压而处于 阻断状态。当ωt=π时，u2降为零，VH1又变为阻断。 在u2的负半周，VH2、VD1承受正向电压，当ωt=π+α时，uG触发VH2而 导通，电流流经VH2、RL、VD1，负载上的电压仍然为uo≈u2。这时VH1和 VD2因承受反向电压而处于阻断状态。当ωt=2π时，VH2恢复阻断状态。 由以上分析可见，在u2的一个完整周期内，流过负载RL的电流方向是相同 的，负载上的电压和电流波形如图10.2.3（b）所示。 由上述分析，可得出输出电压的平均值
当ui在负半周时，由于晶闸管承受反向电压使晶闸管截止，负载中电流 又为零，此时输出电压uo也为零。 下一周期重复上一周期的工作状态。
由图看到：uo为脉动直流，波形只在ui的正半周期间出现，故称“半波” 整流。 电路采用了可控器件晶闸管，并且交流输入为单相，因此称该电路为 “单相半波可控整流电路”。 我们把从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称 为触发延迟角，用“α”表示，也称触发角或控制角。 把晶闸管在一个输入信号周期中处于通态的电角度称为导通角，用“θ” 表示。 显而易见，当α愈小时，即θ愈大时，输出电压平均值UO(AV)愈大。 输出电压平均值UO(AV)为
VO AV
1 2


2Vi sin td (t )
2

Vi
1 cos 1 cos 0.45Vi 2 2
由上式可见，当Ui固定时，只需改变α的大小，就可以调节输出电压 UO(AV)，VH的α移相范围为180o。这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流 输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。
在u2过p进入负半周时，VD1承受正向电压而导通，VD2承受反向电压
而截止。如果电路中没有接入二极管VD3，那么由于电感L感应电动势的
作用，VH1仍将维持导通状态，负载电流io经VH1和VD1继续流通（续 流），形成一个不经过变压器二次绕组的自然续流回路，此时电感释放 能量，如果是大电感负载，储能很多，晶闸管VH1将维持导通到u2进入下 一个周期的正半周，VD2承受正向电压而导通，VD1承受反向电压而截止。



I O d (t )
IO 2


2 I O d (t )
IO 2
续流二极管电流的 平均值与有效值
I D3AV
I D3
2 22 2源自0 I O d (t ) I O
IO

0
2 I O d (t )
变压器二次绕组的有效值
输出电压平均值
VOAV
1 2


1 cos 2V2 sin td (t ) 0.9V2 2
1 2
晶闸管与整 流二极管电 流的平均值 与有效值
I H 1AV I H 2AV I D1AV I D 2AV
I H 1 I H 2 I D1 I D 2 1 2
2
i
α=59o
导通角θ=180o－α=121o
Vi 负载电流有效值为 I O RL
sin 2 2 4
RL
VO AV I O ( AV )

75 3.75 20
220 180 O 59 O sin 2 59 O 则 IO 37.4 A O 3.75 4 360
10.2
晶闸管应用电路
10.2.1 可控整流电路 10.2.2 触发电路 10.2.3 应用电路
10.2.1 可控整流电路
可控整流电路的作用就是把交流电能变换成电压大小可调的直流电能， 而且其输出电压可以根据需要进行调节。 由晶体二极管组成的整流电路，电路形式一旦确定，则当输入的交流 电压不变时，输出的直流电压值也是固定的，不能任意控制和改变，因此 这种整流电路通常称为不可控整流电路。从电路结构来看，把二极管整流 电路中的有关二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路。 可控整流有多种电路形式，如单相半波、单相全波和单相桥式可控 整流电路等。当功率比较大时，常常采用三相交流电源组成三相半波或三 相桥式可控整流电路。本节主要以单相电路为例来讨论其工作原理。 1. 单相半波可控整流电路（电阻负载） 图10-6是一个最简单的单相半波可控整流电路，图中VH为晶闸管，已 知输入电压ui和晶闸管控制极的电压uG波形如图10-7所示。
0.9V2 1 cos 1 I O ( AV ) 2 2 RL 2
1 sin 2 2
流过整流二极管和晶闸管的电流平均值为
I H ( AV ) I D ( AV )
输出电压的有效值为 VO 输出电流的有效值为 I O
1



( 2V2 sin t ) 2 d (t ) V2
VO V2 RL RL
1 sin 2 2
流过整流二极管和晶闸管的电流有效值为
ID IH 1 2


(
2V2 V sin t ) 2 d (t ) 2 RL RL
1 IO sin 2 4 2
晶闸管和二极管所承受的最大反向电压均为 2V2
电流又流经VH1、L、RL、VD2，电感储能，如此不断循环下去，进而 导致处于直通状态的晶闸管因过热而损坏。这种不需要外部触发脉冲，出 现的一个晶闸管直通，另两个整流二极管轮流导通180°的异常工作状态称 为失控现象。 为避免失控现象，在负载两端并联一个续流二极管VD3，这样在u2过p 进入负半周时，在电感感应电动势作用下，续流二极管承受正压导通，负载 电流io经过VD3流通，电感释放能量，VD3上的压降不足以使VH1维持导通而 令VH1阻断。如忽略VD3的压降，在续流期间负载上的整流输出电压uo≈0， 这一续流过程一直持续到u2负半周期间触发VH2导通时为止。 在u2的负半周ωt=π+α时，uG触发VH2导通，电流流经VH2、L、RL、 VD1，负载上得到与正半周相同波形的整流输出电压uo≈u2。这时VH1和VD2 因承受反向电压而处于阻断状态。当u2过2p进入正半周时，负载电流又经 VD3形成续流，VH2恢复阻断状态。当ωt=α时，又触发VH1导通，如此不断 循环下去。晶闸管和整流二极管的导通角为q=p-a，电路的工作波形如图1010（b）所示。
(a) (b) 图10.2.7 双基极二极管的特性测试电路
当基极间加电压UBB时，RB1上分得的电压为 VBB R VB1 RB1 B1 VBB VBB RB1 RB 2 RBB
称为η分压比，与管子结构有关，约在0.5～0.9之间。
单结晶体管的工作原理如下： ① 截止区 调节RP，使UE从零逐渐增加。当UE比较小时（UE＜ηUBB＋UD），单 结晶体管内的PN结处于反向偏置，E与B1之间不能导通，呈现很大电阻。 当UE很小时，有一个很小的反向漏电流。随着UE的增高，这个电流逐渐变 成一个大约几微安的正向漏电流。这一段在图10-13所示的曲线中称为截止 区，即单结晶体管尚未导通的一段。 ② 负阻区 当UE＝η UBB＋UD时，单结晶体 管内部PN结导通，发射极电流IE突 然增大。把这个突变点称为峰点P。 对应的电压UE和电流IE分别称为峰点 电压UP和峰点电流IP。显然，峰点电 压
在ui的正半周期间，如果晶闸管的控制极没有输入触发脉冲uG，虽然晶 闸管承受正向电压，但仍然不能导通，因此负载中没有电流流过。 只有在ui处于正半周，控制极加触发脉冲uG后，晶闸管被触发导通，负载 流过的电流与ui成线性关系。 晶闸管导通后控制极即失去作用，输出电压uo随输入电压ui变换，直至输 入电压ui=0时输出电压uo=0。
V p VBB VD
图10.2.8 单结晶体管的伏安特性曲线
式中UD为单结晶体管中PN结的正向压降，一 般取UD＝0.7V。
在单结晶体管中PN结导通之后，从发射区（P区）向基压（N区） 发射了大量的空穴型载流子，IE增长很快，E和B1之间变成低阻导通状 态，RB1迅速减小，而E和B1之间的电压UE也随着下降。这一段特性曲 线的动态电阻 U E / I E 为负值，因此称为负阻区。而B2的电位高于E 的电位，空穴型载流子不会向B2运动，电阻RB2基本上不变。 当发射极电流IE增大到某一数值时，电压UE下降到最低点。特性