晶闸管及其工作原理 ppt课件
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《变流技术晶闸管》课件
注意替换晶闸管的引脚排列和极性， 正确连接电路，避免短路或断路。
对比替换晶闸管与原晶闸管的参数， 确保替换元件的性能不低于原元件。
替换晶闸管时需要注意的事项
确保替换晶闸管的质量可靠，选 择正规品牌和渠道购买。
在断电的情况下进行替换操作， 避免带电操作引发安全事故。
遵循安全操作规程，使用适当的 工具和防护措施，避免对人身和
CHAPTER 03
晶闸管的分类与型号
晶闸管的分类
01
02
03
04
单向晶闸管
只能在一个方向上控制电流， 常用于直流电机控制。
双向晶闸管
可以在两个方向上控制电流， 常用于交流电机控制。
可关断晶闸管
可以通过外部信号控制电流的 关断，常用于大功率电机控制
。
绝缘栅双极晶体管
具有高开关速度和低导通电阻 ，常用于高压直流输电和电机
详细描述
晶闸管在高压直流输电中作为主要的控制元件，能够实现稳 定输送和灵活控制。在灵活交流输电系统中，晶闸管用于并 联补偿和串联补偿，提高电力系统的稳定性和可靠性。
电机控制的应用
总结词
晶闸管在电机控制中主要用于交流电动 机的变频调速和直流电动机的速度控制 。
VS
详细描述
通过将晶闸管与交流电动机连接，可以实 现变频调速，从而精确控制电机的转速和 转矩。在直流电动机的控制中，晶闸管用 于整流电路，将交流电转换为直流电，为 电机提供稳定的驱动电源。
CHAPTER 02
晶闸管的工作原理
晶闸管的结构
晶闸管由四层半导体 材料构成，包括P型 和N型半导体。
晶闸管内部有两个 PN结，分别是J1和 J2。
晶闸管有三个电极， 分别是阳极、阴极和 门极。
晶闸管课件PPT
A P1 N1 G P2 N2 K G N1 P2 N2 K A P1 N1 P2 G V1 A
V2
K
（1）控制极不加电压 时IG=0，尽管这时晶闸 管的阳极和阴极之间 加有正向电压，由于 V1没有基极电流输入， 因此V1和V2中只有很 小的漏电流，晶闸管 处于阻断状态。
A β1 I G V2 β1 β2 IG + UG － K S G IG V1 RA + UA －
0
π
2π
3π
t 4π ω
输出电压的平均值：
1 Uo = 2π
∫ 2U 2 sin ωtd(ωt )
π α
2U 2 = (1 + cos α ) 2π 1 + cos α = 0.45U 2 2
输出电流的平均值：
Io = Uo U 1 + cos α = 0.45 2 RL RL 2
晶闸管承受的最高正向和反向电压：
VT + u2 － iD VD RL － io + uo
L
2. 单相半控桥式整流电路
uo ，io uo
+ u1 －
+ u2 －
VT 1 a
VT 2 + RL b
io
0 uVT1
io
ωt
uo －
VD 1
VD2
0 uVT2
u2的正半周VT1和VD2承受正 向电压。这时如对晶闸管 VT1引入触发信号，则VT1和 VD2导通，电流通路为： a→VT1→RL→VD2→b 这 时 VT2 和 VD1 都 因 承 受 反 向电压而截止。
10.1.3 晶闸管的工作特性与主要参数
1.正向特性 正向特性 UAK>0，IG=0时，晶 闸管正 向阻断，对应特性曲线的0A 段。此时晶闸管阳极和阴极 之间呈现很大的正向电阻， 只有很小的正向漏电流。当 UAK增加到正向转折电压UBO 时，PN结J2 被击穿，漏电流 突然增大，从A点迅速经B点 跳到C点，晶闸管转入导通 状态。晶闸管正向导通以后 工作在BC段，电流很大而管 压降只有1V左右，此时的伏 安特性和普通二极管的正向 特性相似。
V2
K
（1）控制极不加电压 时IG=0，尽管这时晶闸 管的阳极和阴极之间 加有正向电压，由于 V1没有基极电流输入， 因此V1和V2中只有很 小的漏电流，晶闸管 处于阻断状态。
A β1 I G V2 β1 β2 IG + UG － K S G IG V1 RA + UA －
0
π
2π
3π
t 4π ω
输出电压的平均值：
1 Uo = 2π
∫ 2U 2 sin ωtd(ωt )
π α
2U 2 = (1 + cos α ) 2π 1 + cos α = 0.45U 2 2
输出电流的平均值：
Io = Uo U 1 + cos α = 0.45 2 RL RL 2
晶闸管承受的最高正向和反向电压：
VT + u2 － iD VD RL － io + uo
L
2. 单相半控桥式整流电路
uo ，io uo
+ u1 －
+ u2 －
VT 1 a
VT 2 + RL b
io
0 uVT1
io
ωt
uo －
VD 1
VD2
0 uVT2
u2的正半周VT1和VD2承受正 向电压。这时如对晶闸管 VT1引入触发信号，则VT1和 VD2导通，电流通路为： a→VT1→RL→VD2→b 这 时 VT2 和 VD1 都 因 承 受 反 向电压而截止。
10.1.3 晶闸管的工作特性与主要参数
1.正向特性 正向特性 UAK>0，IG=0时，晶 闸管正 向阻断，对应特性曲线的0A 段。此时晶闸管阳极和阴极 之间呈现很大的正向电阻， 只有很小的正向漏电流。当 UAK增加到正向转折电压UBO 时，PN结J2 被击穿，漏电流 突然增大，从A点迅速经B点 跳到C点，晶闸管转入导通 状态。晶闸管正向导通以后 工作在BC段，电流很大而管 压降只有1V左右，此时的伏 安特性和普通二极管的正向 特性相似。
《晶闸管整流电路》课件
实验设备 晶闸管整流电路实验箱
电源
实验设备与测试方法
示波器 万用表
测试方法
实验设备与测试方法
使用示波器观察整流电路的输出波形
记录实验数据和波形，以便后续分析
使用万用表测量各点的电压和电流值
调试步骤与注意事项
调试步骤 1. 检查实验设备是否完好，确保电源、导线等正常工作。
2. 根据实验要求连接电路，确保连接正确无误。
启动条件
需要满足一定的电压和电 流条件，以确保晶闸管能 够正常启动。
正常工作过程
电流流向
工作状态
在正常工作状态下，电流从阳极流向 阴极，同时维持一定的电压和电流值 。
晶闸管整流电路处于稳态工作状态时 ，各参数保持恒定，系统稳定运行。
控制方式
通过调节触发信号的相位角，可以控 制输出电压和电流的大小，从而实现 整流功能。
2. 总结实验中的问题和不足之处，提出改进措施 。
THANKS.
电感器
总结词：特性
详细描述：电感器是一种储能元件，具有隔交通直的特 性。在整流电路中，它能够有效地将交流分量转化为磁 场能储存起来并在需要时释放出来。
03
晶闸管整流电路的
工作过程
启动过程
启动方式
通过在阳极和阴极之间施 加正向电压，使晶闸管从 截止状态进入导通状态。
触发信号
在启动过程中，需要施加 一个触发信号，使晶闸管 内部的电子发生跃迁，从 而导通电流。
设计原则与步骤
电路仿真
利用仿真软件对设计的电路进行模拟，验证其性能和可 靠性。
优化改进
根据仿真结果，对电路进行优化和改进，提高其性能和 可靠性。
元件选择与参数计算
1 2
元件选择
根据电路的工作环境和性能要求，选择合适的元 件型号和规格。
电源
实验设备与测试方法
示波器 万用表
测试方法
实验设备与测试方法
使用示波器观察整流电路的输出波形
记录实验数据和波形，以便后续分析
使用万用表测量各点的电压和电流值
调试步骤与注意事项
调试步骤 1. 检查实验设备是否完好，确保电源、导线等正常工作。
2. 根据实验要求连接电路，确保连接正确无误。
启动条件
需要满足一定的电压和电 流条件，以确保晶闸管能 够正常启动。
正常工作过程
电流流向
工作状态
在正常工作状态下，电流从阳极流向 阴极，同时维持一定的电压和电流值 。
晶闸管整流电路处于稳态工作状态时 ，各参数保持恒定，系统稳定运行。
控制方式
通过调节触发信号的相位角，可以控 制输出电压和电流的大小，从而实现 整流功能。
2. 总结实验中的问题和不足之处，提出改进措施 。
THANKS.
电感器
总结词：特性
详细描述：电感器是一种储能元件，具有隔交通直的特 性。在整流电路中，它能够有效地将交流分量转化为磁 场能储存起来并在需要时释放出来。
03
晶闸管整流电路的
工作过程
启动过程
启动方式
通过在阳极和阴极之间施 加正向电压，使晶闸管从 截止状态进入导通状态。
触发信号
在启动过程中，需要施加 一个触发信号，使晶闸管 内部的电子发生跃迁，从 而导通电流。
设计原则与步骤
电路仿真
利用仿真软件对设计的电路进行模拟，验证其性能和可 靠性。
优化改进
根据仿真结果，对电路进行优化和改进，提高其性能和 可靠性。
元件选择与参数计算
1 2
元件选择
根据电路的工作环境和性能要求，选择合适的元 件型号和规格。
晶闸管及其工作原理
晶闸管及其工作原理
晶闸管的结构由两部分组成，一部分是二极管的本体，另一部分是晶体或氧化物的衬底部分。
由二极管本体和晶体或氧化物的衬底形成正负极对，当正向电压作用在晶体衬底和二极管本体的外表面之间时，在晶体衬底内的非晶层中形成一个正极和负极相隔的正向电势，由于此时晶体衬底中的非晶层受此电势的作用，所以使晶体衬底中的晶体结构改变，在此基础上，形成像晶体管的大量空穴和电子，然后这些空穴和电子会迅速地在正极和负极之间进行对流，从而创造出一个很高的正向导通电压。
当晶闸管中的正向电压达到一定值（通常大于30V）时，晶体衬底就会形成一个承受正压的导体。
晶闸管的工作原理与应用ppt课件
❖ 用门极正脉冲可使GTO开通， 用门极负脉冲可以使 其关断， 这是GTO最大的优点。 但要使GTO关断的门极 反向电流比较大， 约为阳极电流的１/５左右。
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
➢ 线性放大区： ➢ 准饱和区：
➢ 深饱和区：类似于开关的通态。
图1.5.3共发射极接法 时GTR的输出特性
返 回
24
1.6 电力场效应晶体管
电力MOSFET
P沟道 N沟道
耗尽型： 增强型 耗尽型 增强型:
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
返 回
30
1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压
降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开
关电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
返 回
31
1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
•
在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力
• 1.8.1 静电感应晶体管 • 1.8.2 静电感应晶闸管 • 1.8.3 MOS控制晶闸管 • 1.8.4 集成门极换流晶闸管 • 1.8.5 功率模块与功率集成电路
返 回
29
1.8.1 静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、
输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力 强等优点； ➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的 高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、 大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以 及空间技术等领域。
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
➢ 线性放大区： ➢ 准饱和区：
➢ 深饱和区：类似于开关的通态。
图1.5.3共发射极接法 时GTR的输出特性
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24
1.6 电力场效应晶体管
电力MOSFET
P沟道 N沟道
耗尽型： 增强型 耗尽型 增强型:
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
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30
1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压
降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开
关电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
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31
1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
•
在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力
• 1.8.1 静电感应晶体管 • 1.8.2 静电感应晶闸管 • 1.8.3 MOS控制晶闸管 • 1.8.4 集成门极换流晶闸管 • 1.8.5 功率模块与功率集成电路
返 回
29
1.8.1 静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、
输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力 强等优点； ➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的 高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、 大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以 及空间技术等领域。
第19章--晶闸管及其应用PPT课件
第12页/共53页
19.2 可控整流电路
19.2.1 单相半波可控整流
1. 电阻性负载
T
io
(1) 电路
+ u –
+ uT –
+ RL –uo
u > 0 时：
若ug = 0，晶闸管不导通，uo 0, uT u 。
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，
uo u , uT 0。
u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通,
(b) 符号
第32页/共53页
2. 工作原理
由图可求得
B2
+ U B1 U BB
RB1
+
RP
E
+
_
+
U_BB
_
RB1RUB
1
BB
R
B2
U
BB
UE _
B1
RBB
– 分压比(0.5~ 0.9)
等效电路
UE < UBB+UD = UP 时
B2
PN结反偏，IE很小；
+ _
RP
E +
RB2 UBB +
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极 间加反相电压。
第7页/共53页
19.1.3 伏安特性(I f (U)曲线)
正向平均电流
I IF
+_
维持电流
UBR URRM
反向转折电压 _
IH o U +
反向特性
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0
UFRM UBO U
正向转折电压
正向特性
第19章 晶闸管及其应用
19.2 可控整流电路
19.2.1 单相半波可控整流
1. 电阻性负载
T
io
(1) 电路
+ u –
+ uT –
+ RL –uo
u > 0 时：
若ug = 0，晶闸管不导通，uo 0, uT u 。
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，
uo u , uT 0。
u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通,
(b) 符号
第32页/共53页
2. 工作原理
由图可求得
B2
+ U B1 U BB
RB1
+
RP
E
+
_
+
U_BB
_
RB1RUB
1
BB
R
B2
U
BB
UE _
B1
RBB
– 分压比(0.5~ 0.9)
等效电路
UE < UBB+UD = UP 时
B2
PN结反偏，IE很小；
+ _
RP
E +
RB2 UBB +
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极 间加反相电压。
第7页/共53页
19.1.3 伏安特性(I f (U)曲线)
正向平均电流
I IF
+_
维持电流
UBR URRM
反向转折电压 _
IH o U +
反向特性
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0
UFRM UBO U
正向转折电压
正向特性
第19章 晶闸管及其应用
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2020/11/24
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(2) 导通状态
A
条件：AK正偏，GK正偏.
加Ig电流→正反馈，晶闸管迅速 导通。
导通过程：
IA Ib1
Ig Ic1 G
Ib2
Ic2 EA
Ig Ib2 Ic2 (Ib1) Ic1 IA Ug
Ik
K 正反馈过程
IA的大小由外电路负载决定 (3) 关断
关断条件: Ia减小至维持电流IH以下。 实现方法: UAK减小到零或加反压
1. 外型符号
1) 外型： 螺栓式——安装方便，散热效果差（100A以下） 平板式——安装麻烦，散热效果好（200A以上） 塑封式——小电流
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2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
U2
Ia
S Ua
Eg Ug
U2
Ug
Rd
Ud
t1 t2
t3 t4
Ud
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20
自冷式
风冷式
水冷式
2020/11/24
10
晶闸管的散热方式
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自冷式
风冷式
水冷式
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2) 符号
A 阳极
K 阴极
G（门极）
3) 散热方式 自冷——20A以下 风冷——30A-1000A，风速6m/s 水冷——500A-1000A，水质电阻率
20k/cm,PH值6-8，流量400ml/min，进水温度35°c
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
➢ 螺栓型和平板型封装 ➢ 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端 ➢ 螺栓型封装：通常螺栓为阳极，能与散热器紧密联接且
安装方便 ➢ 平板型封装：晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流
由式（1-1）~（1-4）可得
IA2I1G(IC1BO12I)CBO2 （1-5）
说明:线性条件下成立
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小结
① 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸 管都不会导通。
② 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶 闸管才能开通→导通条件。
触发：当晶闸管加上正向阳极电压后，门极加上适当的正向门极电压，
使晶闸管导通的过程称为触发。 维持电流IH：维持晶闸管导通所需的最小阳极电流。 正向阻断：晶闸管加正向电压未超过其额定电压，门极未加电压的情 况下，晶闸管关断。 硬开通：给晶闸管加足够的正向阳极电压，即使晶闸管未加门极电压 也会导通的现象叫硬开通。 反向阻断：当晶闸管加反向阳极电压时，晶闸管不会导通。
③ 晶闸管导通后相当于二极管→单向导电性
④ 一旦导通，门极就失去控制作用→半控性
门极常采用正向脉冲信号驱动→触发 ⑤ 导通后阳极电流Ia小于维持电流I H才会关断→关断条件
关断方法 交流电路利用电压反向自动关断晶闸管 直流电路设置关断电路加反压关断晶闸管
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有关晶闸管的几个名词
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G
KK
A A G
晶闸管的外a)形
A
P1
N1
G
P2
N2
K
b)
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晶闸管的外形
小电流塑封式
大电流平板式
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小电流螺旋式
大电流螺旋式
图形符号
6
晶闸管的外形
KP螺旋式
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7
晶闸管的外形
平板式
2020/11/24
8
晶闸管模块
2020/11/24
9
Байду номын сангаас
晶闸管的散热方式
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12
2. 简单的晶闸管整流电路
阳极电压UAK=Ua 阳极电流IAK=Ia 门极电压UGK=Ug 门极电流IGK=Ig
导通的晶闸管电流总是从阳极到 阴极。
A
K
Ia
G
Ig Ua
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3. 内部机理
A
A
1) 内部结构 四层三端器件
P1 N1 P2 N2 三个PN结 J1,J2,J3 等效电路
P1 J1
N1 N1
G
J2
P2 P2 G
J3
N2
2) 工作原理
K
(1) 阻断状态 条件:G 悬空（或加反压）
A J1
P1N1P
2
J2 G
J3
N1P2N2
K
K
UAK>0时， J1,J3正偏 ,J2反偏→A、K间无电流 →正向阻断状态
UAK<0时， J1,J3反偏 ,J2正偏→A、K间无电流
→反向阻断状态
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有关晶闸管的几个特性
➢ 晶闸管具有可控性。 ➢ 晶闸管具有单向导电性。 ➢ 晶闸管一旦导通，门极将失去控制作用。 ➢导通后流过晶闸管的电流由主电路电源和负载来决定。
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例题
如图，阳极电流为交流电压，门极在t1瞬间合上开关S，t4时 刻开关S断开，求电阻上的电压波形ud。
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A (4) 数量关系
Ic1=1 IA + ICBO1
Ic2=2 IK + ICBO2
IK=IA+IG IA=Ic1+Ic2
（1-1）
（1-2） （1-3） （1-4）
IA
V1 Ib1
Ig Ic1 G
Ib2
Ic2 V2
EA
Ug
Ik
式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益 K
1.3 半控型器件—晶闸管
1.3.1 晶闸管及其工作原理 1.3.2 晶闸管的特性。 1.3.3 晶闸管的主要参数
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1
1.3.1 晶闸管及其工作原理
概述 晶闸管(Thyristor)俗称可控硅(Silicon Controlled Rectifier—SCR) 包括：KP（普通型）、KK（快速） KG（可关断型）、 KS（双向型）、 KN（逆导型：KP加反并联整流二极管）及光控型。