晶闸管和应用
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第五章
晶闸管（Thyristor）
别名：可控硅（SCR) （Silicon Controlled Rectifier）
它是一种大功率半导体器件，出现于70年代。 它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电 领域 。
特点
体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容 量大（正向平均电流达千安、正向耐压 达数千伏）。
K
通态平均电压（UTAV）
额定电压级别（UDRM）
额定通态平均电流 （ITAV）
晶闸管类型 P---普通晶闸管 K---快速晶闸管 S ---双向晶闸管 晶闸管
晶闸管电压、电流级别
额定通态电流（ITAV）通用系列为 1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
额定电压（UDRM）通用系列为： 1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的 每200V 为一级。
通态平均电压（UTAV）等级一般用A ~ I字母表 示，由 0.4 ~ 1. 2V每 0.1V 为一级。
三、 可控整流电路 （一）单相半波可控整流电路
1、 电阻性负载
（1）电路及工作原理
Io =
Uo
RL
2、 电感性负载桥式可控整流电路
R
T1 T2
uL
DL
u2
D1 D2
该电路加续流二极管后电路工作情况以 及负载上的电流、电压和电阻性负载类似， 请自行分析。
两种常用可控整流电路的特点
（1） u2
T
D1 D2
uL
RL
D3 D4
电路 特点
该电路只用一只晶闸管，且其 上无反向电压。
晶闸管和负载上的电流相同。
保护措施
过 流 保 护
快速熔断器：电路中加快速熔断器;加入 方法如下图：
过流继电器：在输出端装直流过电流继 电器; 过流截止电路：利用电流反馈减小晶闸
管的 导通角或停止触发，从而切断过流
电路。
接在
接在 输入端
~
输出端 和晶闸
管串联
过压保护
阻容吸收
硒整流堆
（利用电容吸收过压。即 （硒堆为非线性元件，
u2
R R1 RC1
T1
RE2
脉冲 变压器
T2
RS RE1
US
调节过程：
US（给定电压）
uL 触发脉冲
前移
T1管的uc1
T2管的ic2
电容充电速度 加快
五、 晶闸管的保护
晶闸管的过流、过压能力很差，是它的 主要缺点。晶闸管的热容量很小，一旦过 流，温度急剧上升，器件被烧坏。例如一 只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许 持续0.02秒，否则将被烧坏；晶闸管承受 过电压的能力极差，电压超过其反向击穿 电压时，即使时间极短，也容易损坏。正 向电压超过转折电压时，会产生误导通， 导通后的电流较大，使器件受损。
导通压降
2、 单结晶体管的特性和参数
IE
负阻区：UE>UP后，
大量空穴注入基区，
致使IE增加、UE反
而下降，出现负阻。
IV
uE
UV
UP
UV、IV --谷点电压、电流
UP-- 峰点电压
（维持单结管导通的最小 （单结管由截止变导通
电压、电流。）
所需发射极电压。）
小结 单结管符号
B2 E
B1
单结管重 要特点
D称为续流二极管,加入D的目的就是消除反 电动势的影响。
（2）工作波形（不加续流二极管）
u2 t
uG t
uL t
uT t
工作波形（加续流二极管后）
u2 t
uG
t
uL
iLAV
t
uT t
（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的 情况）
负载中的电压及电流
1
U0来自百度文库=
u2dt
2
1 COS
0.45U2
RB1
B1
管内基极 体电阻
工作原理
B2
RB2
E
A
UB B
iE
RB1
B1
UA UBB RB1 R R B1 B2
UBB
uE < UA+UF = UP 时
PN结反偏，iE很小；
uE UP时
PN结正向导通, iE迅速 增加。 -- 分压比
(0.35 ~ 0.75) UP -- 峰点电压 UF -- PN结正向
UE<UV时单结管截止； UE>UP时单结管导通。
3、 单结晶体管振荡电路
uc
R2
up
R
uv
t
E
U
C B1
uo
uc R1 uO
t
振荡波形
振荡过程分析
uE = uC <UP 时，单结管不导通，uo 0。
此时R1上的电流很小，其值为：
IR1
U
R1 RB1 RB2 R2
U RB1 RB2
R U
（1）晶闸管开始工作时 ，UAK加反向电压， 或不加触发信号（即UGK = 0 ）；
（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须 减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管 中电流的正反馈效应不能维持。
结论
晶闸管具有单向导电性（正
向导通条件：A、K间加正向 电压，G、K间加触发信号）；
晶闸管一旦导通，控制极失去作用。 若使其关断，必须降低 UAK或加大回路电阻，把阳极 电流减小到维持电流以下。
u2 < 0的导通路径：
u2 (B) T2
A
-
RL u2
u2 (A) D1
+
B
uL
T1 T2 RL
D1 D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
（2）工作波形
u2 t
uG t
uL t
uT1 t
（3）输出电压及电流的平均值
1
Uo =
u 2dt
1
2u2 sin tdt
0.9U2
1cos 2
特性说明
U -- 阳极、阴极间的电压 I -- 阳极电流
正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极电 流逐渐增加。当U = UDSM时，晶闸管自动导通。正 常工作时， UAK应小于 UDSM 。 UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。
反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流 稍有增加，当U = URSM 时，反向极击穿。正常
R2 E
IR1
R1、R2是外加的，不同于内 部的RB1、RB2。前者一般取 几十欧~几百欧； RB1+RB2 一般为2~15千欧。
C
uc R1 uO
随电容的 充电，uc逐渐升高。当 uC UP
时，单结管导通。然后电容放电，R1上便得 到一个脉冲电压。
uc
Up
R2
Uv
R
E
uo
Up-UD
U
UP、UV-- 峰点、谷点电压 UD --PN结正向导通压降
A
P G NN
PP N
K
A
ßßig T 2
G
T1
ßi g
ig
K
工作原理说明
UAK > 0 、UGK>0时
T1导通
T2导通
T1进一步导通
形成正反馈
晶闸管迅速导通；
ib1 = i g
iC1 = ig = ib2
ic2 =ßib2 = ig = ib1
晶闸管导通后， 去掉 UGK， 依靠正反馈， 晶闸管仍维持导通状态； 晶闸管截止的条件：
1
Uo =
u2dt
2
1
2u2 sintdt
2
0.45U2
1cos 2
Io =
UO RL
0. 45
U2
1 cos 2RL
2、 电感性负载
（1）电路及工作原理
设u1为
正弦波
u1
G
A
K
uT
u2
D
uL
R
L
u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，由于电感
反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持 导通，失去单向导电作用。
IH：维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）
UG、IG：控制极触发电压和电流。（在室温下， 阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流 。一 般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。）
晶闸管型号
2
Io Uo
RL
当 L >> R时， ILAV在整个周期中可近似
看做直流。
（二）单相全波可控整流电路
1、 电阻性负载桥式可控整流电路
（1）电路及工作原理
A
u2 > 0的导通路径： +
u2 (A) T1
u2
RL -
u2 (B) D2
B
uL
T1 T2 RL
D1 D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
将过电压的能量变成电 过压后迅速击穿，其
场能量储存到电容中， 电阻减小，抑制过压
然后由电阻消耗掉。） 冲击。）
C
C
C
硒
R
R
~
R
堆
第八章
谢谢观看！ 2020
工作时，反向电压必须小于URSM。 URSM ：反向不重复峰值电压。
2、 主要参数
UDRM：断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管 UDRM 为 100V---3000V）
URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V--3000V）
uc C
R1 uO
R2起温度补偿作用
电容放电至 uc uv时，单结管重新关断，使
uo0。
振荡周期的计算：
uc
up
T RC ln 1
uv
1
uo
脉冲宽度的计算：
tw R1C ln UP
tw
T
UV
注意：R值不能选的太小，否则单结管不能 关断，电路亦不能振荡。
4、 具有放大环节的可控整流电路 放大环节
ITAV： 通态平均电流。（环境温度为40OC时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电 角不小于170o的电路中，晶闸管允许的 最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为 1A---1000A。）
ITAV含义说明
i
ITAV
t
2
I TAV
1 2
0
Im
sin td(t)
Im
主要参数（续）
UTAV ：通态平均电压。（管压降。在规定的条件 下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）
（2）
u2
T1 D1 R uL
L
T2 D2
电路 特点
该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。
由于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。
四、 触发电路 1、 单结晶体管工作原理
结构
等效电路
B2
（发射极） P （第二基极）
EN
E
PN结
B1 （第一基极）
B2 RB2
应用领域：
整流 （交流 逆变 （直流 变频 （交流
斩波 （直流
直流） 交流） 交流） 直流）
此外还可作无触点开关等
一、 工作原理
1、 结构
A（阳极）
三
P1
四
个
层
N1
PN
半
结
导
P2
体
G（控制极）
N2
K（阴极）
2、 工作原理
A
A
A G
K 符号
P1
P
N1 G
P2
NN G
PP
N2
N
K
K
示意图
工作原理分析
A
G
设u1为 u1
正弦波
K
uT u2
uL
RL
u2 > 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 < 0 时，晶 闸管不通，uL = 0 。故称可控整流。
（2）工作波形 u2 uG uL uT
：控制角 ：导通角
t t t t
（3）输出电压及电流的平均值
晶闸管（Thyristor）
别名：可控硅（SCR) （Silicon Controlled Rectifier）
它是一种大功率半导体器件，出现于70年代。 它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电 领域 。
特点
体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容 量大（正向平均电流达千安、正向耐压 达数千伏）。
K
通态平均电压（UTAV）
额定电压级别（UDRM）
额定通态平均电流 （ITAV）
晶闸管类型 P---普通晶闸管 K---快速晶闸管 S ---双向晶闸管 晶闸管
晶闸管电压、电流级别
额定通态电流（ITAV）通用系列为 1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
额定电压（UDRM）通用系列为： 1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的 每200V 为一级。
通态平均电压（UTAV）等级一般用A ~ I字母表 示，由 0.4 ~ 1. 2V每 0.1V 为一级。
三、 可控整流电路 （一）单相半波可控整流电路
1、 电阻性负载
（1）电路及工作原理
Io =
Uo
RL
2、 电感性负载桥式可控整流电路
R
T1 T2
uL
DL
u2
D1 D2
该电路加续流二极管后电路工作情况以 及负载上的电流、电压和电阻性负载类似， 请自行分析。
两种常用可控整流电路的特点
（1） u2
T
D1 D2
uL
RL
D3 D4
电路 特点
该电路只用一只晶闸管，且其 上无反向电压。
晶闸管和负载上的电流相同。
保护措施
过 流 保 护
快速熔断器：电路中加快速熔断器;加入 方法如下图：
过流继电器：在输出端装直流过电流继 电器; 过流截止电路：利用电流反馈减小晶闸
管的 导通角或停止触发，从而切断过流
电路。
接在
接在 输入端
~
输出端 和晶闸
管串联
过压保护
阻容吸收
硒整流堆
（利用电容吸收过压。即 （硒堆为非线性元件，
u2
R R1 RC1
T1
RE2
脉冲 变压器
T2
RS RE1
US
调节过程：
US（给定电压）
uL 触发脉冲
前移
T1管的uc1
T2管的ic2
电容充电速度 加快
五、 晶闸管的保护
晶闸管的过流、过压能力很差，是它的 主要缺点。晶闸管的热容量很小，一旦过 流，温度急剧上升，器件被烧坏。例如一 只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许 持续0.02秒，否则将被烧坏；晶闸管承受 过电压的能力极差，电压超过其反向击穿 电压时，即使时间极短，也容易损坏。正 向电压超过转折电压时，会产生误导通， 导通后的电流较大，使器件受损。
导通压降
2、 单结晶体管的特性和参数
IE
负阻区：UE>UP后，
大量空穴注入基区，
致使IE增加、UE反
而下降，出现负阻。
IV
uE
UV
UP
UV、IV --谷点电压、电流
UP-- 峰点电压
（维持单结管导通的最小 （单结管由截止变导通
电压、电流。）
所需发射极电压。）
小结 单结管符号
B2 E
B1
单结管重 要特点
D称为续流二极管,加入D的目的就是消除反 电动势的影响。
（2）工作波形（不加续流二极管）
u2 t
uG t
uL t
uT t
工作波形（加续流二极管后）
u2 t
uG
t
uL
iLAV
t
uT t
（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的 情况）
负载中的电压及电流
1
U0来自百度文库=
u2dt
2
1 COS
0.45U2
RB1
B1
管内基极 体电阻
工作原理
B2
RB2
E
A
UB B
iE
RB1
B1
UA UBB RB1 R R B1 B2
UBB
uE < UA+UF = UP 时
PN结反偏，iE很小；
uE UP时
PN结正向导通, iE迅速 增加。 -- 分压比
(0.35 ~ 0.75) UP -- 峰点电压 UF -- PN结正向
UE<UV时单结管截止； UE>UP时单结管导通。
3、 单结晶体管振荡电路
uc
R2
up
R
uv
t
E
U
C B1
uo
uc R1 uO
t
振荡波形
振荡过程分析
uE = uC <UP 时，单结管不导通，uo 0。
此时R1上的电流很小，其值为：
IR1
U
R1 RB1 RB2 R2
U RB1 RB2
R U
（1）晶闸管开始工作时 ，UAK加反向电压， 或不加触发信号（即UGK = 0 ）；
（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须 减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管 中电流的正反馈效应不能维持。
结论
晶闸管具有单向导电性（正
向导通条件：A、K间加正向 电压，G、K间加触发信号）；
晶闸管一旦导通，控制极失去作用。 若使其关断，必须降低 UAK或加大回路电阻，把阳极 电流减小到维持电流以下。
u2 < 0的导通路径：
u2 (B) T2
A
-
RL u2
u2 (A) D1
+
B
uL
T1 T2 RL
D1 D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
（2）工作波形
u2 t
uG t
uL t
uT1 t
（3）输出电压及电流的平均值
1
Uo =
u 2dt
1
2u2 sin tdt
0.9U2
1cos 2
特性说明
U -- 阳极、阴极间的电压 I -- 阳极电流
正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极电 流逐渐增加。当U = UDSM时，晶闸管自动导通。正 常工作时， UAK应小于 UDSM 。 UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。
反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流 稍有增加，当U = URSM 时，反向极击穿。正常
R2 E
IR1
R1、R2是外加的，不同于内 部的RB1、RB2。前者一般取 几十欧~几百欧； RB1+RB2 一般为2~15千欧。
C
uc R1 uO
随电容的 充电，uc逐渐升高。当 uC UP
时，单结管导通。然后电容放电，R1上便得 到一个脉冲电压。
uc
Up
R2
Uv
R
E
uo
Up-UD
U
UP、UV-- 峰点、谷点电压 UD --PN结正向导通压降
A
P G NN
PP N
K
A
ßßig T 2
G
T1
ßi g
ig
K
工作原理说明
UAK > 0 、UGK>0时
T1导通
T2导通
T1进一步导通
形成正反馈
晶闸管迅速导通；
ib1 = i g
iC1 = ig = ib2
ic2 =ßib2 = ig = ib1
晶闸管导通后， 去掉 UGK， 依靠正反馈， 晶闸管仍维持导通状态； 晶闸管截止的条件：
1
Uo =
u2dt
2
1
2u2 sintdt
2
0.45U2
1cos 2
Io =
UO RL
0. 45
U2
1 cos 2RL
2、 电感性负载
（1）电路及工作原理
设u1为
正弦波
u1
G
A
K
uT
u2
D
uL
R
L
u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，由于电感
反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持 导通，失去单向导电作用。
IH：维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）
UG、IG：控制极触发电压和电流。（在室温下， 阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流 。一 般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。）
晶闸管型号
2
Io Uo
RL
当 L >> R时， ILAV在整个周期中可近似
看做直流。
（二）单相全波可控整流电路
1、 电阻性负载桥式可控整流电路
（1）电路及工作原理
A
u2 > 0的导通路径： +
u2 (A) T1
u2
RL -
u2 (B) D2
B
uL
T1 T2 RL
D1 D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
将过电压的能量变成电 过压后迅速击穿，其
场能量储存到电容中， 电阻减小，抑制过压
然后由电阻消耗掉。） 冲击。）
C
C
C
硒
R
R
~
R
堆
第八章
谢谢观看！ 2020
工作时，反向电压必须小于URSM。 URSM ：反向不重复峰值电压。
2、 主要参数
UDRM：断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管 UDRM 为 100V---3000V）
URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V--3000V）
uc C
R1 uO
R2起温度补偿作用
电容放电至 uc uv时，单结管重新关断，使
uo0。
振荡周期的计算：
uc
up
T RC ln 1
uv
1
uo
脉冲宽度的计算：
tw R1C ln UP
tw
T
UV
注意：R值不能选的太小，否则单结管不能 关断，电路亦不能振荡。
4、 具有放大环节的可控整流电路 放大环节
ITAV： 通态平均电流。（环境温度为40OC时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电 角不小于170o的电路中，晶闸管允许的 最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为 1A---1000A。）
ITAV含义说明
i
ITAV
t
2
I TAV
1 2
0
Im
sin td(t)
Im
主要参数（续）
UTAV ：通态平均电压。（管压降。在规定的条件 下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）
（2）
u2
T1 D1 R uL
L
T2 D2
电路 特点
该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。
由于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。
四、 触发电路 1、 单结晶体管工作原理
结构
等效电路
B2
（发射极） P （第二基极）
EN
E
PN结
B1 （第一基极）
B2 RB2
应用领域：
整流 （交流 逆变 （直流 变频 （交流
斩波 （直流
直流） 交流） 交流） 直流）
此外还可作无触点开关等
一、 工作原理
1、 结构
A（阳极）
三
P1
四
个
层
N1
PN
半
结
导
P2
体
G（控制极）
N2
K（阴极）
2、 工作原理
A
A
A G
K 符号
P1
P
N1 G
P2
NN G
PP
N2
N
K
K
示意图
工作原理分析
A
G
设u1为 u1
正弦波
K
uT u2
uL
RL
u2 > 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 < 0 时，晶 闸管不通，uL = 0 。故称可控整流。
（2）工作波形 u2 uG uL uT
：控制角 ：导通角
t t t t
（3）输出电压及电流的平均值