晶闸管及其应用讲解

晶闸管及其应用

课程目标

1 了解晶闸管结构，掌握晶闸管导通、关断条件

2 掌握可控整流电路的工作原理及分析

3 理解晶闸管的过压、过流保护

4 掌握晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量

课程内容

1 晶闸管的结构及特性

2 单相半波可控整流电路

3 单相半控桥式整流电路

4 晶闸管的保护

5 晶闸管的应用实例

6 晶闸管的测量、可控整流电路的调试和测量

学习方法

从了解晶闸管的结构、特性出发，掌握晶闸管的可控整流应用，掌握晶闸管的过压和过流保护方式，结合实物和实训掌握晶闸管管脚及好坏的判断，通过应用实例，了解晶闸管的典型应用。

课后思考

1晶闸管导通的条件是什么？导通时，其中电流的大小由什么决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？

2为什么接电感性负载的可控整流电路的负载上会出现负电压？而接续流二极管后负载上就不出现负电压了，又是为什么？

3 如何用万用表判断晶闸管的好坏、管脚？

4 如何选用晶闸管？

晶闸管的结构及特性

一、晶闸管外形与符号：

图5.1.1 符号

图5.1.2 晶闸管导通实验电路图

为了说明晶闸管的导电原理，可按图5.1.2所示的电路做一个简单的实验。

（1）晶闸管阳极接直流电源的正端，阴极经灯泡接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图5.1.2(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。

（2）晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图5.1.2(b)所示.这时灯亮，说明晶闸管导通。

（3）晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图5.1.2(b)中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。

（4）晶闸管的阳极和阴极间加反向电压如图5.1.2(C)，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。

（5）如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。

从上述实验可以看出，晶闸管导通必须同时具备两个条件：

(1) 晶闸管阳极电路加正向电压；

(2) 控制极电路加适当的正向电压(实际工作中,控制极加正触发脉冲信号)。

二、伏安特性

图5.1.3 晶闸管的伏安特性曲线

晶闸管的导通和截止这两个工作状态是由阳极电压U、阳极电流I及控制极电流I G决定的，而这几个量又是互相有联系的。在实际应用上常用实验曲线来表示它们之间的关系，这就是晶闸管的伏安特性曲线。图5.1.3所示的伏安特性曲线是在I G=0的条件下作出的。

当晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压时，由于控制极未加电压，晶闸管内只有很小的电流流过，这个电流称为正向漏电流。这时，晶闸管阳极和阴极之间表现出很大的内阻，处于阻断(截止)状态，如图5.1.3第一象限中曲线的下部所示。当正向电压增加到某一数值时，漏电流突然增大，晶闸管由阻断状态突然导通。晶闸管导通后，就可以通过很大电流，而它本身的管压降只有1V左右，因此特性曲线靠近纵轴而且陡直。晶闸管由阻断状态转为导通状态所对应的电压称为正向转折电压U BO。在晶闸管导通后，若减小正向电压，正向电流就逐渐减小。当电流小到某一数值时，晶闸管又从导通状态转为阻断状态，这时所对应的最小电流称为维持电流I H。

当晶闸管的阳极和阴极之间加反向电压时（控制极仍不加电压），其伏安特性与二极管类似，电流也很小，称为反向漏电流。当反向电压增加到某一数值时，反向漏电流急剧增大，使晶闸管反向导通，这时所对应的电压称为反向转折电压U BR。

从图5.1.3的晶闸管的正向伏安特性曲线可见，当阳极正向电压高于转折电压时元件将导通。但是这种导通方法很容易造成晶闸管的不可恢复性击穿而使元件损坏，在正常工作时是不采用的。晶闸管的正常导通受控制极电流I G的控制。为了正确使用晶闸管，必须了解其控制极特性。

当控制极加正向电压时，控制极电路就有电流I G，晶闸管就容易导通，其正向转折电压降低，特性曲线左移。控制极电流愈大，正向转折电压愈低，如图5.1.4所示。

实际规定，当晶闸管的阳极与阴极之间加上6V直流电压，能使元件导通的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压）。由于制造工艺上的问题，同一型号的晶闸管的触发电压和触发电流也不尽相同。如果触发电压太低，则晶闸管容易受干扰电压的作用而造成误触发；如果太高，又会造成触发电路设计上的困难。因此，规定了在常温下各种规格的晶闸管的触发电压和触发电流的范围。例如对KP50型的晶闸管，触发电压和触发电流分别为≤3.5V和8~150mA。

图5.1.4 控制极电流对晶闸管转折电压的影响

三、主要参数

为了正确地选择和使用晶闸管，还必须了解它的电压、电流等主要参数的意义。晶闸管的主要参数有以下几项：

（1）正向重复峰值电压U FRM

在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用符号U FRM 表示。按规定此电压为正向转折电压的80%。

（2）反向重复峰值电压U RRM

就是在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，用符号U RRM 表示。按规定此电压为反向转折电压的80%。

（3）正向平均电流I F

在环境温度不大于40o C 和标准散热及全导通的条件下，晶闸管通过的工频正弦半波电流（在一个周期内的）平均值，称为正向平均电流I F ，简称正向电流。通常所说多少安的晶闸管，就是指这个电流。如果正弦半波电流的最大值为I m ，则

πωωππ

m

m I t td I ==⎰)(sin 21

I 0F

然而，这个电流值并不是一成不变的，晶闸管允许通过的最大工作电流还受冷却条件、环境温度、元件导通角、元件每个周期的导电次数等因素的影响。

（4）维持电流I H

在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流I H 。当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。