二极管与晶闸管

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选用晶闸管的原则
按工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压U 1. 按工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压 TM的2～3倍来选择晶闸 ～ 倍来选择晶闸 管的额定电压，即 管的额定电压， UTn =(2～3) UTM =(2 (1-3) 按电流有效值相等的原则进行换算， 2.按电流有效值相等的原则进行换算，选择晶闸管的额定电流即 IT =1.57 I T(AV) I T(AV)= IT /1.57 由于晶闸管的过载能力差，一般在选用时取( 的安全裕量， 由于晶闸管的过载能力差，一般在选用时取(1.5～2)的安全裕量，即 I T(AV) = (1.5～2)IT /1.57
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第一节 电力二极管
电力二极管是指可以承受高电压大电流具 有较大耗散功率的二极管，在电路中常作 为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元 件。
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b)
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一、晶闸管的符号及外形
小电流 塑封式
大电流 平板式
小电流 螺旋式
大电流螺 旋式

图形 符号
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二、晶闸管的导通与关断条件
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一晶闸管接在220 交流回路中， 220V 例 1 - 1 一晶闸管接在 220 V交流回路中 ， 通过器件的电流 有效值为100 100A 问选择什么型号的晶闸管? 有效值为100A，问选择什么型号的晶闸管? 解 选择晶闸管额定电压 =(2 220V=622～933V V=622 UTn =(2～3) UTM = (2～3)×220V=622～933V 按晶闸管参数系列取800 800V 按晶闸管参数系列取800V，即8级。 选择晶闸管的额定电流 I T(AV) = (1.5～2)IT /1.57= (1.5～2) 57= 100/ 57=95～127A ×100/1.57=95～127A 按 晶 闸 管 参 数 系 列 取 1 0 0 A， 所 以 选 取 晶 闸 管 型 号 KPl00 00KPl00-8E。
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现有晶闸管型号为KP50KP50 用于某电路中时， 例1-2 现有晶闸管型号为KP50-7，用于某电路中时，流过的电流波形如 所示，试求I 允许多大? 图1-7所示，试求 m允许多大?
图1-7
流过晶闸管的电流波形
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五、晶闸管主要参数
1.额定电压UTn 额定电压 当门极开路，元件处于额定结温时，根据所测定的正向转折电压U 当门极开路，元件处于额定结温时，根据所测定的正向转折电压 BO和反向击 穿电压U 由制造厂家规定减去某一数值(通常为 通常为1OOV)，分别得到正向 穿电压 RO，由制造厂家规定减去某一数值 通常为 ， 不可重复峰值电压U 和反向不可重复峰值电压U 再各乘以0.9，即得 不可重复峰值电压 DSM和反向不可重复峰值电压 RSM，再各乘以 ， 正向断态重复峰值电压U 和反向阻断重复峰值电压U 正向断态重复峰值电压 DRM和反向阻断重复峰值电压 RRM。 额定电流I 2.额定电流 T(AV) 晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流，即在环境温度为40℃ 晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流，即在环境温度为 ℃和规定的 冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170°的电阻性负载电路中，当不超过 冷却条件下，晶闸管在导通角不小于 °的电阻性负载电路中， 额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。 额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。 通态平均电压U 3.通态平均电压 T(AV) 当晶闸管中流过额定电流并达到稳定的额定结温时， 当晶闸管中流过额定电流并达到稳定的额定结温时 ， 阳极与阴极之间电压降 的平均值， 称为通态平均电压。 的平均值， 称为通态平均电压。
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一、结构与伏安特性
1. 结构
a)
b)
c)
d)
图1-1 电力二极管的结构、符号和外形 a)结构 b)符号 c) 螺旋式外形 d) 平板式外形
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2. 伏安特性
电力二极管的阳极和阴极间的电压UAK和流过管子的 电流IA之间的关系称为伏安特性，其伏安特性曲线如 图1-2所示。
解
KP50KP50-7晶闸管允许流过的电流有效值为 50 IT =1.57 I T(AV)=1.57×50A=78.5A ×50A=78. A=78 实际流过该管的电流有效值 2π / 3
I=
当考虑2倍的安全余量时， 当考虑2倍的安全余量时，Im的允许值为
1 2 π ∫0
2 I m d (ωt ) =
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第二节 晶闸管
一、晶闸管的结构 晶闸管是四层(PlNlP2N2)三端(阳极A、阴极K、门极G)器件，其内部结构和等 效电路如图1-3所示。
a) 图1-3 晶闸管的内部结构和等效电路 a) 内部结构 b)以互补三极管等效
Im
3
Im =
3 × 78.5 A = 68A 2
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4．晶闸管的其他参数 ．
维持电流I 在室温和门极断开时， (1)维持电流 H 在室温和门极断开时，器件从较大的通态电流降至维持 通态所必需的 最小电流称为维持电流。它一般为几毫安到几百毫安。 最小电流称为维持电流。它一般为几毫安到几百毫安。 擎住电流I 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号， (2)擎住电流 L 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号，能使器件保 持导通所需要的最小阳极电流。 持导通所需要的最小阳极电流。 断态电压临界上升率du／ 在额定结温和门极开路情况下， (3)断态电压临界上升率 ／dt 在额定结温和门极开路情况下，不使器 件从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态电压临界上升率。 件从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态电压临界上升率。 ( 4 ) 通态电流临界上升率di／dt 在规定条件下，晶闸管在门极触发开通 通态电流临界上升率d ／ 在规定条件下， 时所能承受不导致损坏的通态电流最大上升率称为通态电流临界上升 率。
选用时取相应标准系列值。 （1-2）
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3. 电力二极管的测试及使用注意事项
由于电力二极管的内部结构为PN结，因此用万用表的 R×100挡测量阳极A和阴极K两端的正、反向电阻，可 以判断电力二极管的好坏。一般电力二极管的正向电 阻在几十欧至几百欧，而反向电阻在几千欧至几十千 欧以上为好的；若正、反向电阻都为零或都为无穷大， 说明电力二极管已经损坏。注意：严禁用兆欧表测试 电力二极管。 电力二极管使用时必须保证规定的冷却条件，如不能 满足规定的冷却条件，必须降低容量使用。如规定风 冷元件使用在自冷时，只允许用到额定电流的1/3左右。
图1-2
电力二极管的伏安特性
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二、主要参数
1. 额定正向平均电流IF 在规定的环境温度为40℃和标准散热条件下，元件PN结温度稳定且不 超过140℃时，所允许长时间连续流过50Hz正弦半波的电流平均值。 将此电流值取规定系列的电流等级，即为元件的额定电流。 2. 反向重复峰值电压URRM 在额定结温条件下，取元件反向伏安特性不重复峰值电压值URSM 的80% 称为反向重复峰值电压URRM。将URRM值取规定的电压等级就是该元件 的额定电压。 3. 正向平均电压UF 在规定环境温度+40℃和标准散热条件下，元件通过50Hz正弦半波额定 正向平均电流时，元件阳极和阴极之间的电压的平均值，取规定系 列组别称为正向平均电压UF ，简称管压降，一般在0.45～1V范围内。
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三、电力二极管的选用
1.选择额定正向平均电流IF 的原则
I F = (1.5 ~ 2) I DM 1.57
（1-1）
选用时取相应标准系列值即可。
2.选择额定电压 2.选择额定电压URRM 的原则
URRM =（2～3）UDM
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第1章 电力二极管与晶闸管 学习目标
1.掌握电力二极管的结构、伏安特性、主要参数、测试方 法和选用方法。 2.了解晶闸管的结构、工作原理及伏安特性 3.掌握晶闸管的导通条件和关断条件。 4.熟练掌握晶闸管的主要参数、测试方法和选用方法。 5.掌握双向晶闸管的结构、主要参数及选用测试方法。
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四、晶闸管的阳极伏安特性
晶闸管的阳极与阴极间的电压u 和阳极电流i 之间的关系， 晶闸管的阳极与阴极间的电压 a和阳极电流 a之间的关系，称为阳极伏安 特性。其伏安特性曲线如图1 所示。 特性。其伏安特性曲线如图1-6所示。
图1-6 晶闸管的伏安特性曲线
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四、电力二极管的主要类型
1.整流二极管 整流二极管多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路 中。但其正向电流定额和反向电压定额却很高。 2.快恢复二极管 恢复过程很短 (一般在5μs以内)的二极管被称为快恢复 二极管。可用于要求很小恢复时间的电路中。 3.肖特基二极管 肖特基二极管反向恢复时间很短(10～40ns)，正向恢复 过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情 况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。多用 于200V以下的低压场合；肖特基二极管适用于较低输出 电压和要求较低正向管压降的换流器电路中。
导通和关断条件可通过图1 导通和关断条件可通过图1-4所示的实验
图1 - 4
晶闸管的导通与关断实验电路
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实验结论： 实验结论： 晶闸管的导通条件： 1）晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极两端加正 向电压，同时在它的门极和阴极两端也加正向电压， 向电压 ， 同时在它的门极和阴极两端也加正向电压 ， 两者缺一不可。 两者缺一不可。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用， 2)晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加 的触发电压一般为脉冲电压。 的触发电压一般为脉冲电压 。 晶闸管从阻断变为导通 的过程称为触发导通。 的过程称为触发导通 。 门极触发电流一般只有几十毫 安到几百毫安，而晶闸管导通后，可以通过几百、 安到几百毫安 ， 而晶闸管导通后 ， 可以通过几百 、 几 千安的电流。 千安的电流。 晶闸管的关断条件： 3)晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持 电流I 电流 H。
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三、晶闸管的工作原理
晶闸管等效为两个互补连接的三极管工作 分析 IG→IB2↑→ C2（IB1) ↑ →IB2↑ ↑→I ↑＿＿＿＿＿＿＿＿↓ ＿＿＿＿＿＿＿＿↓
图1-5 晶闸管的工作原理示意图
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