第20章 晶闸管及其应用
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晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。
优点体：积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简
单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达 千安、正向耐压达数千伏）。
22.11.2020
20.1 晶闸管
20.1.1 基本结构及工作原理 A 阳极
IOU R O L0.4R 5 U L1c 2o αs
由公式可知：改变控制角，可改变输出电压Uo。
(5)有效值：
π
I
1 2π
(Imsint)2d(t)
22.11.2020
20.2.2 单相半控桥式整流电路
1. 电路
io
2. 工作原理
a
(1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触
5 有效值：
π
I
1 π
(Imsint)2d(t)
22.11.2020
例：桥式可控整流电路中，
U2=220V，RL=3,可控硅 A
控制角=15~180，求输
+
出电压平均值UL的调节范 u2
围，以及可控硅（包括二
-
极管）的电流平均值的最 B
uL
T1
T2 RL
A
A
+A
IA
P1
P
P1 N1
G
N1 P2 G
N P
N P
G
IG
P2 T1 P2
N1 T2
N2
N
N2 IK
_K
K
22.11.2020
K
工作原理
A
β 1β 2iG T1
iG
iB 2
G
EG
R
β 2iG
T2
EA
+ _
K EA > 0、EG > 0
22.11.2020
形成正反馈过程
iB2 iG
iC 2 2iGiB 1
20.1.2 伏安特性及主要参数
1. 伏安特性 (If(U)曲线 )
I
IF 正向平均电流
+_
维持电流
UBR URRM
IH
反向转折电压
o U _+
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0
UFRM UBO U
正向转折电压
反向特性
正向特性
22.11.2020
2.晶闸管型号及其含义
KP
导通时平均电压组别
1.基本结构和符号 A
G
K
外形
符号
三
P1
个
四 层 半 导
N1
PN
结
P2
GG
控制极
体
N2
K 阴极
结构
22.11.2020
常用晶闸管的图片
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
22.11.2020
平板型晶闸管外形及结构
2.晶闸管导通实验
HL A
HL A
HL A
HL A
ST G K (a)
ST G K
(b)
ST G K
+
u
–
T1
T2 RL
++uo
–
D1
D2 –
发电压, 则T1和D2导
b
通，电流的通路为
T1、T2 晶闸管
a
T1
RL
D2
b D1、D2二极管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
22.11.2020
(2)电压u 为负半周时
a
T2和D1承受正向
+
T1
电压。 T2控制极加触 发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为
22.11.2020
uo0, uTu。 Leabharlann Baidu：晶闸管反向阻断
(3)工作波形 u
O
ug
t1
2 t2
t
uO
t
O
O
t
uT
导通角
控制角 O
t
接电阻负载时
22.11.2020 单相半波可控整流电路电压、电流波形
(4)整流输出电压及电流的平均值
UO
π
1
2πα
2Usintd ( t) 0.4U 51coαs 2
u
–
D1
b
b
T2
RL
D1
a
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
io
T2 RL
++uo
–
D2 –
22.11.2020
3. 工作波形u
O
2
t
ug
O
t
u O
t
uT1
O
t
22.11.2020
4. 输出电压及电流的平均值
π
Uο1 πα
2Usintd (t) 0.9U1coαs 2
IOR U ο0.9R U L1c 2oαs
uo = 0, uT = u ，故称可控整流。
22.11.2020
(2) 工作原理
u
T io
+ u –
+ uT–
+ RL –uo
O
ug
t1
2
t
O
t
u > 0时: 0~t1, ug 0, 晶闸管不导通
uo0, uTu。
t1
: 加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uou, uT0。
u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通
共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V
额定电压,用百位或千位数表示
取UFRM或URRM较小者
额定正向平均电流(IF)
普通型 （晶闸管类型）
P--普通晶闸管
晶闸管 K--快速晶闸管
如KP200-18F
S --双向晶闸管
表示额定正向平均电流为200A，额定电压为1800V，
管压降为0.9V的普通晶闸管。
iC1 β1iC2
12iGiB2
在极短时间内使两 个三极管均饱和导通， 此过程称触发导通。
工作原理
A
β1β2iG
T1
iG
G
iB2
E
G
R
β 2iG
T2 EA_+
K EA > 0、EG > 0
22.11.2020
形成正反馈过程
iB2 iG
iC 2 2iGiB 1
iC1 β1iC2
12iGiB2
晶闸管导通后，去掉 EG ， 依靠正反馈，仍可 维持导通状态。
文件名
尽信书，则不如无书
第20章 晶闸管及其应用
20.1 晶闸管 20.2 可控整流电路
22.11.2020
晶闸管（Thyristor）
可控硅（SCR ) （Silicon Controlled Rectifier）
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。
(c)
ST G K
(d)
(a)控制极不加电压，灯泡不亮。
(b)控制极加正向电压，灯泡亮。
22.11.2020
(c)去掉控制极正向电压，灯泡亮。 (d)阳极加反向电压，灯泡熄灭。
3.晶闸管导通和关断条件
HL A
①晶闸管导通的条件：
ST
晶闸管阳极与阴极之间加正向电压
G K
（UAK>0）。 同时 晶闸管控制极与阴极
(b)
之间加正向触发电压或正向触发脉冲。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶 闸管仍可维持导通状态。
②晶闸管关断的条件： 晶闸管阳极电流小于维持电流（IA<IH） ，或将阳极 电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压
（22.U11.2A02K0 <0） 。
4.工作原理
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
22.11.2020
20.2 可控整流电路
20.2.1 单相半波可控整流
1. 电阻性负载
(1) 电路分析
T
io
+ u
+ uT –
+ RL –uo
–
u > 0 时：
若ug = 0，晶闸管不导通，uo0, uTu。
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，
uou, uT0。
u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通,
优点体：积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简
单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达 千安、正向耐压达数千伏）。
22.11.2020
20.1 晶闸管
20.1.1 基本结构及工作原理 A 阳极
IOU R O L0.4R 5 U L1c 2o αs
由公式可知：改变控制角，可改变输出电压Uo。
(5)有效值：
π
I
1 2π
(Imsint)2d(t)
22.11.2020
20.2.2 单相半控桥式整流电路
1. 电路
io
2. 工作原理
a
(1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触
5 有效值：
π
I
1 π
(Imsint)2d(t)
22.11.2020
例：桥式可控整流电路中，
U2=220V，RL=3,可控硅 A
控制角=15~180，求输
+
出电压平均值UL的调节范 u2
围，以及可控硅（包括二
-
极管）的电流平均值的最 B
uL
T1
T2 RL
A
A
+A
IA
P1
P
P1 N1
G
N1 P2 G
N P
N P
G
IG
P2 T1 P2
N1 T2
N2
N
N2 IK
_K
K
22.11.2020
K
工作原理
A
β 1β 2iG T1
iG
iB 2
G
EG
R
β 2iG
T2
EA
+ _
K EA > 0、EG > 0
22.11.2020
形成正反馈过程
iB2 iG
iC 2 2iGiB 1
20.1.2 伏安特性及主要参数
1. 伏安特性 (If(U)曲线 )
I
IF 正向平均电流
+_
维持电流
UBR URRM
IH
反向转折电压
o U _+
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0
UFRM UBO U
正向转折电压
反向特性
正向特性
22.11.2020
2.晶闸管型号及其含义
KP
导通时平均电压组别
1.基本结构和符号 A
G
K
外形
符号
三
P1
个
四 层 半 导
N1
PN
结
P2
GG
控制极
体
N2
K 阴极
结构
22.11.2020
常用晶闸管的图片
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
22.11.2020
平板型晶闸管外形及结构
2.晶闸管导通实验
HL A
HL A
HL A
HL A
ST G K (a)
ST G K
(b)
ST G K
+
u
–
T1
T2 RL
++uo
–
D1
D2 –
发电压, 则T1和D2导
b
通，电流的通路为
T1、T2 晶闸管
a
T1
RL
D2
b D1、D2二极管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
22.11.2020
(2)电压u 为负半周时
a
T2和D1承受正向
+
T1
电压。 T2控制极加触 发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为
22.11.2020
uo0, uTu。 Leabharlann Baidu：晶闸管反向阻断
(3)工作波形 u
O
ug
t1
2 t2
t
uO
t
O
O
t
uT
导通角
控制角 O
t
接电阻负载时
22.11.2020 单相半波可控整流电路电压、电流波形
(4)整流输出电压及电流的平均值
UO
π
1
2πα
2Usintd ( t) 0.4U 51coαs 2
u
–
D1
b
b
T2
RL
D1
a
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
io
T2 RL
++uo
–
D2 –
22.11.2020
3. 工作波形u
O
2
t
ug
O
t
u O
t
uT1
O
t
22.11.2020
4. 输出电压及电流的平均值
π
Uο1 πα
2Usintd (t) 0.9U1coαs 2
IOR U ο0.9R U L1c 2oαs
uo = 0, uT = u ，故称可控整流。
22.11.2020
(2) 工作原理
u
T io
+ u –
+ uT–
+ RL –uo
O
ug
t1
2
t
O
t
u > 0时: 0~t1, ug 0, 晶闸管不导通
uo0, uTu。
t1
: 加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uou, uT0。
u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通
共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V
额定电压,用百位或千位数表示
取UFRM或URRM较小者
额定正向平均电流(IF)
普通型 （晶闸管类型）
P--普通晶闸管
晶闸管 K--快速晶闸管
如KP200-18F
S --双向晶闸管
表示额定正向平均电流为200A，额定电压为1800V，
管压降为0.9V的普通晶闸管。
iC1 β1iC2
12iGiB2
在极短时间内使两 个三极管均饱和导通， 此过程称触发导通。
工作原理
A
β1β2iG
T1
iG
G
iB2
E
G
R
β 2iG
T2 EA_+
K EA > 0、EG > 0
22.11.2020
形成正反馈过程
iB2 iG
iC 2 2iGiB 1
iC1 β1iC2
12iGiB2
晶闸管导通后，去掉 EG ， 依靠正反馈，仍可 维持导通状态。
文件名
尽信书，则不如无书
第20章 晶闸管及其应用
20.1 晶闸管 20.2 可控整流电路
22.11.2020
晶闸管（Thyristor）
可控硅（SCR ) （Silicon Controlled Rectifier）
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。
(c)
ST G K
(d)
(a)控制极不加电压，灯泡不亮。
(b)控制极加正向电压，灯泡亮。
22.11.2020
(c)去掉控制极正向电压，灯泡亮。 (d)阳极加反向电压，灯泡熄灭。
3.晶闸管导通和关断条件
HL A
①晶闸管导通的条件：
ST
晶闸管阳极与阴极之间加正向电压
G K
（UAK>0）。 同时 晶闸管控制极与阴极
(b)
之间加正向触发电压或正向触发脉冲。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶 闸管仍可维持导通状态。
②晶闸管关断的条件： 晶闸管阳极电流小于维持电流（IA<IH） ，或将阳极 电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压
（22.U11.2A02K0 <0） 。
4.工作原理
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
22.11.2020
20.2 可控整流电路
20.2.1 单相半波可控整流
1. 电阻性负载
(1) 电路分析
T
io
+ u
+ uT –
+ RL –uo
–
u > 0 时：
若ug = 0，晶闸管不导通，uo0, uTu。
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，
uou, uT0。
u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通,