晶闸管及基本线路

l 输入电压负半周，触发VS2，VS1和V2反向 截止，电流通路为：
2 VS2 R V1 1
1) 电阻性负载
与半波整流相比较， U d 和 I d 增加了一倍，分别为：
U d 0.9U 2
I d 0.9 R
1 cos 2 U 2 1 cos
2
2) 电感性负载 l 加续流二极管——不出现“失控”现象。
B. 晶闸管的优缺点
l 优点：
1) 功率放大倍数可达几十万倍； 2) 控制灵敏，反应快； 3) 损耗小，效率高； 4) 体积小，重量轻； 5) 改善了工作条件，维护方便。 l 缺点：
1) 过载能力弱；
2) 抗干扰能力差； 3) 导致电网电压波形畸变； 4) 控制电路比较复杂。
10.1 电力半导体器件
1) 等效为PNP型和NPN型两个晶体管的组合。 2) 阳极和控制极均加正向电压时， I g 经 VT2 放大，集 电极电流为 2 I g （ VT1 基极电流），又经 VT1 放大， VT1 集电
极电流为 1 2 I g（即 VT2 基极电流），再次放大，循环往复， 直至导通为止（“触发导通过程”——微秒级）。 3) 晶闸管导通后， VT2 基极电流
5)晶闸管导通后（情况2），如果控制极 电压加反向电压，不论阳极电压是正或负， 电灯均不亮，晶闸管关断（阻断）。
说明：可用灯泡 代替电阻RL。
l 结论
1)晶闸管导通条件：阳极加正向电压，控制极也加正向 电压。 2)控制极只需加正触发脉冲电压。 3)具有可控单向导电性（正、反向阻断能力）。
l 导通原因
I g↑， U BO↓，晶闸管容易导通。
注：在晶闸管的阳极与阴极之间加上6V直流电压，使元件导通 的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压）。
3) 维持电流 I H （保证晶闸管导通的最小阳极电 流）——当电流小于 I H 时，从导通状态转化正向阻断 状态。 4) 反向阻断状态——阳极加反向电压时，反向漏 电流很小。当反向阳极电压增加到某一数值时，反向漏 电流 ，这时对应的电压值称为 U RSM(反向不重复峰 值电压)或 U BR (反向转折电压，反向击穿电压)。 注：晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。
正弦半波电流的平均值
正弦半波电流的有效值
1 IT 2


0
I m sin td ( t )

2 m 2
Im

波形系数
即 一般按
Ie K 1.57 IT 2
1 Ie 2

0
Im I sin td ( t ) 2
I e 1.57 I T
Ie I T (1.5 ~ 2) 1.57
IT
可控整流元件 N型硅材料 三个电极
例如： 3CT50/500（ I T 为50A， U DRM 为500V）； KP5-7（K—晶闸管，P—普通型，额定电流5A，额定 电压700V）。
6. 判别管子的好坏 用万用表的欧姆档来判别管子的好坏。
表10.1 用万用表测试晶闸管各管脚之间的电阻
测试点 A—K A—G 表内电池极性 顺向或逆向 同上 测量范围 R×1000 同上 测试结果 高电阻 （表针不动） 同上
6) 主要应用于家用电器控制，调节交流电压。
l 符号(如图所示) l 工作原理 1) 门极无信号时， MT1、 MT2 不导电。 2) 导通条件：① MT2 "+" ， MT1 "-"，G "+" ② MT2 "-"， MT1"+"，G "-" l 电压波形图(如图所示)
2. 可关断晶闸管（GTO）
1) 可在高电压和强电流定额下使用； 2) 正向导通压降（0.3 ~ 0.8）V，功率损耗 较晶闸管（≈1V）小； 3) 基极电流消失或反偏时，晶体管立即截 止（不存在关断问题）； 4) 允许的电流变化率低； 5) 处于导通状态，基极电路功率损耗大；
6) 体积更小，价格更低（比晶闸管）。
达林顿晶体管（200A，500V）
l 特点 1) 控制极控制元件的导通和关断，所需 控制电流较大。 20 m A / 30μA 2) 动态特性较好，关断时间较短。
1μs / (5 ~ 30) μs
3) 主要用于直流调压和直流开关电路。 4) 电路简单，工作频率高。 l 符号 与晶闸管相似。
3. 功率晶体管（GTR） l 特点
（300A，100V或100A，300V）
注：复合管，正向导通压降↑，功率损耗↑。
4. 大功率二极管（整流二极管） l 特点
1) 可在高温下工作；（室温）
2) 加正向导通压降（0.8 ~ 1）V； 3) 反向电压就截止，加正向电压就导通； 4) 额定值可达200A和400V，或更高。
注：它相当于一只开关。
作业： P:276 10.1，10.3～7
2) 内部结构
——它是PNPN四层三端元件。 3) 符号（如图所示）
2. 工作原理 l 实验情况
1)晶闸管承受正向电压，开关S（控制极） 断开，此时电灯不亮，晶闸管关断。 2)在控制极与阴极之间再加上正向电压 （S接通），电灯发亮，晶闸管导通。 3)晶闸管承受反向电压，不论S是否接通， 电灯均不亮，晶闸管关断（阻断）。 4)晶闸管导通后（情况2），断开控制极 电压（控制极失去作用），电灯仍发亮，晶 闸管仍导通。
点到触发脉冲作用点之间的电角度），
—导通角（晶闸管在一周期时间内导通的
电角度），
， ， 。
2) 最大正向、反向电压为 2U（电源变压器副 2 边电压 u 2 2 U 2 sin t 的最大值）。
3) 负载（输出直流）电压平均值、负载电流平 均值分别为： 1 1 cos Ud 2 U 2 sin td ( t ) 0.45U 2 2 2 U U 1 cos I d d 0.45 2 R R 2
K—G
顺向：G “+”,K “-” 逆向：G -”,K “+”
R×1 R×1
10 ~ 100 50 ~ 500
注意：当A—K间为高阻值，而K—G间逆向电阻大于顺向 电阻时，管子良好。
10.1.2 其它电力半导体器件

双向晶闸管


可关断晶闸管
功率晶体管

整流二极管
1. 双向晶闸管（TRIAC）l 特点 1) 三端子NPNPN元件； 2) 采用交流电源； 3) 相当于两只普通晶闸管反并联； 4) 双向控制，简化触发电路； 5) 成本低，可靠性好；
4) 反电势负载
分析：
（a）导通条件： l 电源电压大于反电势；
l 有触发脉冲。
（b） U d 比 电 阻 性 负 载 大， I d U d E 。
R
（c）电流的幅值与平均值之比 相当大，必须降低电流定额 使用。 （d）对大容量电动机或蓄电池 负载，常串联电抗器L（用 以平滑电流的脉动）。
4) ， U d I d ，达到可控整流的目的。
2. 电感性负载 如：各种电机的励磁线圈等。
分析： 1) 电感阻碍电流变化（ 动势）。 2)
e L —自感电势或反电
e L 大于电源负电压，晶闸管继续导通，也

就是说，导通角 。
3) 负 载 电 感 , ， 负 载 负 （ 反 向 ） 电 压 ， U d I d ，满足不了负载的要求。
比 I g（控制电流）大得多，故去掉 u g ， 晶闸管仍导通。 4) 阳极加反向电压，无放大作用， 晶闸管不导通；控制电压反向或未加
入，不产生起始 I g ，晶闸管也不导通。
3.伏安特性
晶闸管的伏安特性——晶闸管的阳极电压与阳极电流 的关系。
1) 截止状态（正向阻断状态）——阳极加正向电压，门 极开路（ I g ＝0），电流很小，电阻很大，称为正向漏电流。 2) 导通状态——正向阳极电压上升到某一定值， I g ， 晶闸管突然变为导通状态。这时阳极电压称为断态不重复峰值 电压（ U DSM ）或正向转折电压（ U BO）。
4. 主要参数 1) U DRM （断态重复峰值电压）——在控制极断路和晶 闸管正向阻断时，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电 压，它比 U BO 小100V。
“多少伏的晶闸管”
2) U RRM （反向重复峰值电压）——在控制极断路时， 可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压，它比 U BR 小 100V。 3) I T （额定通态或正向平均电流，简称额定电流）— —在环境温度不大于40℃和标准散热及全导通时，晶闸管 可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平 均值。 “多少安的晶闸管”
半导体器件发展
集成电路方面 — —微电子学（弱电子学） 电力半导体器件方面 — —电力电子学（强电子学）
A. 电力电子学的任务
利用电力半导体器件（如：晶闸管）和线路来实现电 功率的变换和控制。
晶闸管（Silicon Controlled Rectifier简称SCR， 1957年）在弱电控制与强电输出之间起桥梁作用。
2. 单相全控桥式整流电路
1) 它与半控桥的区别： l 四只全是晶闸管。 l 每半周期要求触发两只晶闸管。
l 电感性负载（无续流二极管）时，输出电压的瞬时值出 现负值。
2 Ud 2


2 U 2 sin td ( t ) 0.9U 2 cos
0 2
四个整流二极管组成单相桥式全波电路 ——节省晶闸管元件。
（a）电阻性负载——与半控桥一样 （b）电感性负载——必须加续流二极管
（c）优缺点：
① 控制线路简单，成本较低； ② 承受整流过的脉动电压，不承受反向电压；
③ 整流元件较多，体积较大；