晶闸管的构造和工作原理

晶闸管构造及电路符号晶闸管构造及电路符号晶闸管应用晶闸管应用晶闸管特性参数晶闸管特性参数晶闸管工作原理晶闸管工作原理一、晶闸管的构造及电路符号一、晶闸管的构造及电路符号一、晶闸管的构造及电路符号一、晶闸管的构造及电路符号晶闸管（晶闸管（ThyristorThyristor）：晶体闸流管）：晶体闸流管别名：可控硅整流器（别名：可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier Silicon Controlled Rectifier SCRSCR）19561956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。年美国贝尔实验室发明了晶闸管。19571957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。19581958年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域。崭新时代，使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域。外外 形形G G G G控制极控制极控制极控制极K K K K阴极阴极阴极阴极 A A A A阳极阳极阳极阳极四四四四 层层层层 半半半半 导导导导 体体体体三三 个个PNPNPNPN 结结P1P1P2P2N1N1N2N2akg符符 号号试验探究现象：开关现象：开关现象：开关现象：开关S S断开，灯泡不亮；开关断开，灯泡不亮；开关断开，灯泡不亮；开关断开，灯泡不亮；开关S S闭合，灯泡不亮。闭合，灯泡不亮。闭合，灯泡不亮。闭合，灯泡不亮。反向阻断反向阻断反向阻断反向阻断sakgUgLUa_+二、晶闸管的工作原理二、晶闸管的工作原理试验探究现象：开关现象：开关现象：开关现象：开关S S断开，灯泡不亮。断开，灯泡不亮。断开，灯泡不亮。断开，灯泡不亮。正向阻断正向阻断正向阻断正向阻断sakgUgLUa_+试验探究现象：开关现象：开关现象：开关现象：开关S S闭合，灯泡亮。闭合，灯泡亮。闭合，灯泡亮。闭合，灯泡亮。触发导通触发导通触发导通触发导通_sakgUgLUa+试验探究现象：开关现象：开关现象：开关现象：开关S S断开，灯泡亮。断开，灯泡亮。断开，灯泡亮。断开，灯泡亮。导通后控制极失控导通后控制极失控导通后控制极失控导通后控制极失控_sakgUgLUa+原理分析PPNNNPagkgkP1P2N1N2aaPPNNNPgki gkagT1T2i gigUAK 0、UGK0时时T1导通导通ib1=i giC1=ig=ib2ic2 =ib2=ig=ib1T2导通导通形成正反馈形成正反馈晶闸管迅速导通；晶闸管迅速导通；T1进一步导通进一步导通晶闸管导通后，去掉触发电压，依靠正反馈，晶闸管导通后，去掉触发电压，依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态，控制极失去作用。晶闸管仍维持导通状态，控制极失去作用。探究观察下面的电路，当控制极失控，如何使灯泡灭掉。观察下面的电路，当控制极失控，如何使灯泡灭掉。观察下面的电路，当控制极失控，如何使灯泡灭掉。观察下面的电路，当控制极失控，如何使灯泡灭掉。sakgUgLUa+方法方法方法方法1 1 1 1：在输出电路中增加开关在输出电路中增加开关在输出电路中增加开关在输出电路中增加开关S S S S，当断开开关时，灯泡灭掉。，当断开开关时，灯泡灭掉。，当断开开关时，灯泡灭掉。，当断开开关时，灯泡灭掉。sakgUgLUa+s s方法方法方法方法2 2 2 2：在输出电路中增加开关滑变电阻，当电路中电流在输出电路中增加开关滑变电阻，当电路中电流在输出电路中增加开关滑变电阻，当电路中电流在输出电路中增加开关滑变电阻，当电路中电流减小到一定程度时，晶闸管截止。减小到一定程度时，晶闸管截止。减小到一定程度时，晶闸管截止。减小到一定程度时，晶闸管截止。sakgUgLUa+R小结小结小结小结1 11.1.晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性2.2.晶闸管导通必须同时具备两个条件：晶闸管导通必须同时具备两个条件：晶闸管导通必须同时具备两个条件：晶闸管导通必须同时具备两个条件：(1)(1)晶闸管阳极电路加正向电压晶闸管阳极电路加正向电压晶闸管阳极电路加正向电压晶闸管阳极电路加正向电压。(2)(2)控制极电路加适当的正向触发电压控制极电路加适当的正向触发电压控制极电路加适当的正向触发电压控制极电路加适当的正向触发电压（以小控大）。3.3.晶闸管截止必须具备下列条件之一即可：晶闸管截止必须具备下列条件之一即可：晶闸管截止必须具备下列条件之一即可：晶闸管截止必须具备下列条件之一即可：(1)(1)在阳极和阴极间加反向电压。在阳极和阴极间加反向电压。在阳极和阴极间加反向电压。在阳极和阴极间加反向电压。(2)(2)降低正向电压，减小流经晶闸管的电流。降低正向电压，减小流经晶闸管的电流。降低正向电压，减小流经晶闸管的电流。降低正向电压，减小流经晶闸管的电流。比较晶闸管和二极管的工作状态比较晶闸管和二极管的工作状态比较晶闸管和二极管的工作状态比较晶闸管和二极管的工作状态 状态反向阻断 正向阻断 正向导通控制极关断晶闸管二极管器件是是是是是是否否控制极触控制极触发导通发导通是是控制极关断，控制极关断，继续导通继续导通否否马上行动 1.电压参数电压参数(1)正向阻断峰值电压正向阻断峰值电压U UDRMDRM正向阻断峰值电压正向阻断峰值电压UDRM，指控制极断开时，允许重复加在晶闸管两端的，指控制极断开时，允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压正向峰值电压.(2)反向阻断峰值电压反向阻断峰值电压UDRM反向阻断峰值电压反向阻断峰值电压UDRM，指允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。，指允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。(3)额定电压额定电压UD 通常把通常把UDRM 和和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。(4)通态平均电压通态平均电压UT(AV)习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为。习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为。习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为。习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为。三、晶闸管的特性参数三、晶闸管的特性参数三、晶闸管的特性参数三、晶闸管的特性参数2.电流参数电流参数(1)通态平均电流通态平均电流IT(AV)通态平均电流通态平均电流通态平均电流通态平均电流I IT(AV)T(AV)简称正向电流，指在标准散热条件和规定环简称正向电流，指在标准散热条件和规定环简称正向电流，指在标准散热条件和规定环简称正向电流，指在标准散热条件和规定环境温度下境温度下境温度下境温度下(不超过不超过不超过不超过4040o oC)C)，允许通过工频，允许通过工频，允许通过工频，允许通过工频(50Hz)(50Hz)正弦半波电流在一个正弦半波电流在一个正弦半波电流在一个正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。周期内的最大平均值。周期内的最大平均值。周期内的最大平均值。(2)维持电流维持电流IH维持电流维持电流维持电流维持电流I IHH，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。晶晶闸闸管管型型号号通态平均电压（通态平均电压（UTAV）额定电压级别（额定电压级别（UDRM）额定通态平均电流额定通态平均电流（ITAV）晶闸管类型晶闸管类型P普通晶闸管普通晶闸管K快速晶闸管快速晶闸管S 双向晶闸管双向晶闸管晶闸管晶闸管K型型号号通态通态平均平均电流电流I IT(AV)T(AV)(A)(A)断态断态重复重复峰值峰值电压电压U UDRMDRM(V)(V)反向反向重复重复峰值峰值电压电压U URRMRRM(V)(V)额额定定结结温温T TJMJM()门极门极触发触发电流电流I IGTGT(mA)(mA)门极门极触发触发电压电压V VGTGT(V)(V)断态断态电压电压临界临界上升上升率率通态通态电流电流临界临界上升上升率率浪浪涌涌电电流流I ITSMTSM(A)(A)门门极极不不触触发发电电流流I IGDGD(mA)(mA)门极门极不触不触发电发电压压V VGDGD(V)(V)门极门极正向正向峰值峰值电流电流I IGFMGFM(A)(A)KP5KP50 05050100100 300030001001008 8 1501503.53.5303050509409401 10.150.15/KP1KP100001001001151151010 2502504410010080801881880 01 10.150.15/KP5KP500005005001151152020 3003005510010080809429420 01 10.150.154 41.无触点静态开关无触点静态开关利用晶闸管元件组成的固态利用晶闸管元件组成的固态开关，具有无触点、无噪声、无火花、功率大、开关频开关，具有无触点、无噪声、无火花、功率大、开关频率高等优点，在工业上可代替接触器、继电器等器件。率高等优点，在工业上可代替接触器、继电器等器件。思考RLR+CVS2VS1AKG+_四、晶闸管的应用四、晶闸管的应用四、晶闸管的应用四、晶闸管的应用观察右边的电路，分观察右边的电路，分观察右边的电路，分观察右边的电路，分析其如何实现开关功能？析其如何实现开关功能？析其如何实现开关功能？析其如何实现开关功能？触发晶闸管触发晶闸管VS1VS1，使其导通，负载，使其导通，负载RLRL有电流流过，电有电流流过，电容容C C经经R R及及VS1VS1充电。若要关断充电。若要关断VS1VS1，可触发，可触发VS2VS2使其导通，使其导通，此时电容此时电容C C两端的电压经两端的电压经VS2VS2加在加在VS1VS1的的A A、K K两端。由于电两端。由于电压极性对压极性对VS1VS1来说是反向的，来说是反向的，VS1VS1被关断。电路中，只要被关断。电路中，只要使用两个弱信号去触发使用两个弱信号去触发VS1VS1及及VS2VS2就可以控制大电流在负就可以控制大电流在负载载RLRL中的流通与关断，实现无触点开关的作用。中的流通与关断，实现无触点开关的作用。解析：解析：2.交流调压交流调压利用晶闸管的开关特性可以对交流电利用晶闸管的开关特性可以对交流电压的大小进行无级调节，从而实现灯光亮度、设备温度、压的大小进行无级调节，从而实现灯光亮度、设备温度、功率大小的连续控制。功率大小的连续控制。试验设计如图电路：调节设计如图电路：调节设计如图电路：调节设计如图电路：调节RPRP观察灯泡观察灯泡观察灯泡观察灯泡E E变化情况。变化情况。变化情况。变化情况。试验记录：试验记录：试验记录：试验记录：随着随着随着随着RPRP的大小变化，灯泡的大小变化，灯泡的大小变化，灯泡的大小变化，灯泡E E也将出现明暗的连也将出现明暗的连也将出现明暗的连也将出现明暗的连续变化。续变化。续变化。续变化。原理分析：原理分析：原理分析：原理分析：RPRP大小变化会影响晶闸管大小变化会影响晶闸管大小变化会影响晶闸管大小变化会影响晶闸管GG极的电流大小，极的电流大小，极的电流大小，极的电流大小，改变了晶闸管的导通电压的大小，从而实现灯光亮改变了晶闸管的导通电压的大小，从而实现灯光亮改变了晶闸管的导通电压的大小，从而实现灯光亮改变了晶闸管的导通电压的大小，从而实现灯光亮度的调节。度的调节。度的调节。度的调节。RPRP便是调节按钮。便是调节按钮。便是调节按钮。便是调节按钮。3.可控整流可控整流由晶闸管组成的整流器可以在交流输入由晶闸管组成的整流器可以在交流输入电压不变的情况下，方便且连续地改变直流输出电压的大小，电压不变的情况下，方便且连续地改变直流输出电压的大小，满足我们对多种直流电压的需求。满足我们对多种直流电压的需求。4.逆变与变频逆变与变频利用晶闸管构成的装置，可方便地将利用晶闸管构成的装置，可方便地将直流电变换成交流电，实现电路能量形式的变换。还能把交流直流电变换成交流电，实现电路能量形式的变换。还能把交流电网电网50Hz的交流电变换成频率与大小可调的交流电，从而实的交流电变换成频率与大小可调的交流电，从而实现变频调速，感应加热，及组成应急电源等。现变频调速，感应加热，及组成应急电源等。5.直流斩波调压直流斩波调压利用晶闸管作直流开关，控制晶闸利用晶闸管作直流开关，控制晶闸管的通断比。从而实现直流能量输出的控制。管的通断比。从而实现直流能量输出的控制。1.1.晶闸管是一种大功率可控整流器件，其主要特点是晶闸管是一种大功率可控整流器件，其主要特点是晶闸管是一种大功率可控整流器件，其主要特点是晶闸管是一种大功率可控整流器件，其主要特点是具有正反向阻断特性和触发导通特性等。广泛用于交流调具有正反向阻断特性和触发导通特性等。广泛用于交流调具有正反向阻断特性和触发导通特性等。广泛用于交流调具有正反向阻断特性和触发导通特性等。广泛用于交流调压（交流开关），直流逆变（直流开关）等场合。压（交流开关），直流逆变（直流开关）等场合。压（交流开关），直流逆变（直流开关）等场合。压（交流开关），直流逆变（直流开关）等场合。2.2.晶闸管导通与关断的条件。晶闸管导通与关断的条件。晶闸管导通与关断的条件。晶闸管导通与关断的条件。3.3.晶闸管的构造及电路符号。晶闸管的构造及电路符号。晶闸管的构造及电路符号。晶闸管的构造及电路符号。总总结结课后练习：课后练习：P84练习练习1、2