第八章晶闸管与其电路课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第八章晶闸管与其电路,9.1,晶闸管简介,晶闸管是晶体闸流管的 简称，也称可控硅,可控整流,逆变,交流调压,无触点开关,将直流,交流，可,实现异步电动机的,变频调速,代替闸刀开关通,/,断，,切换速度快，无火花,无噪音,2,晶闸管是在晶体管基础上发展起来的大功率器件,它有四层，三个结，三个引出极,阳极,(A),，阴极,(K),控制极,(G),阳 极,阴 极,控制极,3,晶闸管外型,4,实验,结 果,5,晶闸管可看成有,PNP,和,NPN,型,两个晶体管联接而成,晶闸管工作原理,原理,1),晶闸管阳极,A,与阴极,K,之间加正向电压，控,制极断开，两个三极管均无基极电流，晶闸,管不导通。,2),在控制极,G,与阴极,K,之间加正向电压，,当,I,G,到达一定数值，,T,2,首先导通：,I,B2,=I,G,，,I,C2,=,I,B2,=I,G,又：,I,B2,=I,C1,随后,T,2,导通，,I,C1,与,I,G,一起进入,T,2,的基极后再次放大。,该过程在极短时间内连锁循环进行，,晶闸管瞬间全部饱和导通。,等效电路,6,3,）晶闸管导通后，即使控制极与外界断,开，,T,2,管的基极电流,I,B2,=I,C1,I,A,，比,I,G,大，管子维持导通。,在导通后，要关断晶闸管：,晶闸管导通后，控制极失去控制作用,1,）阳极电流,I,A,减小到某一数值以下，,内部连锁状态不能维持，管子截止。,2),切断阳极电源,3),在阳极和阴极之间加反向电压,+,7,1,）晶闸管导通必须同时具备两个条件：,阳极与阴极之,间加正向电压,控制极与阴极,之间加正向电压,可见,2,）晶闸管的控制极只有使晶闸管导通的作用，一旦导通,就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压或反向,电压，管子始终导通,3,）要使晶闸管阻断,(,截止,),必须切断阳极电源或使阳极,电压反向或将阳极电压减小到某一数值以下。,8,晶闸管的伏安特性曲线,晶闸管的导通和截止由阳极电压,U,、电流,I,及控制极电流,I,G,决定，它们之间的关系用伏安特性曲线来表示。,9,当晶闸管的阳极和阴极加正向电压，控制极无电压时，,J2,反偏，因此只有很小电流，称正向漏电流。,此时晶闸管截止，表现出很大的内阻。,J,2,当正向电压增加到某一数值，漏电流突然增大，,晶闸管导通，可以通过很大的电流，而管压降,仅,1V,左右。晶闸管由截止变为导通所对应的电,压,U,BO,称正向转折电压。,晶闸管导通后，减小正向压降，,正向电流减小，当减小到某一,数值，晶闸管又转为阻断。此时,对应的最小电流称维持电流,I,H,当晶闸管的阳极阴极加反向电压，,特性与二极管相似，有很小的反,向漏电流。加大反向电压,晶闸管,在反向转折电压,U,BR,处反向导通。,10,当阳极电压高于转折电压时，元件导通，但这种导通方法,容易造成元件不可恢复性击穿，一般不采用。,当控制极加正向电压，,I,G,产生，特性曲线左移，正向转折,电压降低,元件容易导通。,I,G,越大，,U,BO,越低。,11,主 要 参 数,1),（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 小,100V,。,“多少伏的晶闸管”,2),（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 小,100V,。,3),（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”,12,正弦半波电流的平均值,正弦半波电流的有效值,波形系数,即,一般按 选晶闸管（,实际电流有效值）,4),（维持电流）,在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流。,一般为几十,mA,一百多,mA,，其数值与温度成反比，如：,13,5.,型号及其含义（国产晶闸管）,例如：,3CT50/500,（为,50A,，为,500V,）；,KP5-7,（,K,晶闸管，,P,普通型，额定电流,5A,，额定电压,700V,）。,/,可控整流元件,N,型硅材料,三个电极,14,6.,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,注意：,当,AK,间为高阻值，而,KG,间逆向电阻大于顺向电阻时，,管子良好,。,测试点,表内电池极性,测量范围,测试结果,AK,顺向或逆向,R1000,高电阻,（表针不动）,AG,同上,同上,同上,KG,顺向：,G,“+”,K,“-”,逆向：,G,-”,K,“+”,R1,R1,10 100,50 500,15,1.,双向晶闸管,（,TRIAC,）,16,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；,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，、不导电。,2),导通条件：,+,，,-,，,G+,-,，,+,，,G,-,l,电压波形图,(,如图所示,),17,2.,可关断晶闸管,（,GTO,）,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/30A,2),动态特性较好，关断时间较短。,1s/(5 30)s,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。,18,3.,功率晶体管,（,GTR,）,（,300A,，,100V,或,100A,，,300V,）,达林顿晶体管（,200A,，,500V,）,注：复合管,，正向导通压降,，功率损耗,。,l,特点,可在高电压和强电流定额下使用；,正向导通压降（,0.3 0.8,）,V,，功率损耗较晶闸管（,1V,）小；,基极电流消失或反偏时，晶体管立即截止（不存在关断问题）；,允许的电流变化率低；,处于导通状态，基极电路功率损耗大；,体积更小，价格更低（比晶闸管）。,19,4.,大功率二极管（整流二极管）,l,特点,可在高温下工作；（室温）,加正向导通压降（,0.8,1,）,V,；,反向电压就截止，加正向电压就导通；,额定值可达,200A,和,400V,，或更高。,注：,它相当于一只,开关。,20,9.2,可控整流电路,半波可控整流电路,半控桥式整流电路,可 控,21,1,）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管,半波可控整流电路,2,）晶闸管与,R,L,串联，电路电流为,i,o,，控制极施加,周期性正向脉冲电压,u,G,22,当,t=0,时，,电压为,0,，,u,G,为,0,，晶闸管电流,i,o,=0,当,t=0 t,1,时,(,不含,t,1,点,),，,电压为正，但,u,G,为,0,晶闸管正向阻断，,电流,i,o,=0,当,t=t,1,时,(,含,t,1,点,),，,电压为正，控制极电压在,t,1,点出现,晶闸管导通条件具备，正向导通，,产生电流,i,o,晶闸管一旦导通，控制极失去作用，,u,G,消失，晶闸管仍然有导通电流,i,o,存在,当,t=2,时，,电源电压反向，不论,u,G,是否存在,晶闸管,反向阻断，,i,o,=0,23,晶闸管在正向电压下的阻断范围称为控制角,晶闸管在正向电压下的导通范围称为导通角,+=180,24,负载电压,u,o,的平均值与交流电压 的有效值的关系为：,U,O,=1/2,2Usintd(t)=0.45U(1+cos)/2,当,=0,时，,=180,U,O,=0.45U,晶闸管全导通,当,=180,时，,=0,U,O,=0,晶闸管全阻断,负载电流的平均值为：,I,O,=U,O,/R,L,=,0.45U(1+cos)/2R,L,25,半控桥式全波整流电路,电路与二极管桥式全波整流电路相似,26,在,u,正半周，当有,u,G,出现：,u+,T,1,R,L,D,2,u,在,u,负半周，当有,u,G,出现：,u,T,2,R,L,D,1,u+,负载上有相同,方向电流通过,+,+,在,u,正半周，当无,u,G,出现：,T,1,截至，,u,o,i,o,为零,27,无论正负半周，,R,L,上均有电流通过，,负载电压平均值为半波时的一倍,U,O,=,0.9U(1+cos)/2,负载电流平均值为半波时的一倍,I,O,=U,O,/R,L,=,0.9U(1+cos)/2R,L,28,9.3,单结晶体管触发电路,单结晶体管,符号,单结晶体管有三个极，外型类似普通小功率三极管,29,N,型硅片的一侧引出两个极,B1,称第一基极,B2,称第二基极；,结构,双基极二极管,等效电路,硅片另一侧靠近,B2,处有一个,PN,结，从此处引出电极,E,称发射极。,因有两个基极，单结晶体管又称,30,特性分析,单结晶体管两个基极之间呈电阻性，称,基极电阻,R,BB,，其值为几千欧。,第一基极与发射极之间的电阻为,R,B1,，随电流,I,E,的增大而,减小，当,I,E,为,0,，,R,B1,为几千欧，当,I,E,为,20mA,左右，,其为几十欧。,第二基极与发射极之间的电阻为,R,B2,，数值恒定。,发射结具有单向导电性，以二极管,D,表示,等效电路,31,伏安特性曲线,在两个基极之间加正向电压,U,BB,当发射极电压为,0,：,U,A,=R,B1,U,BB,/(R,B1,+R,B2,)=,U,BB,称分压系数,(,分压比,),，一般为,0.30.9,，是单结晶体管,的重要参数,提高发射极电压,U,E,：,当,U,E,U,A,PN,结反偏,I,E,几乎为,0,R,B1,呈高阻，单结晶体管截止。,32,当,U,E,升高到一定值，,PN,结导通，发射极电流,I,E,增大，,电压,U,E,的最大值称为峰点电压,U,P,，与之对应的电流,称峰点电流,I,P,U,P,=U,A,+U,D,=,U,BB,+U,D,U,D,为二极管正向压降，约,0.6V,PN,结导通后，,R,B1,迅速减小，,E,与,B1,之间的电压,U,E,下,降，这段曲线的动态电阻,U,E,/I,E,为负值，称为负阻区,电压,U,E,的最低点称谷点电压,U,V,，,33,当,U,E,U,V,，单结晶体管关断。,I,E,再增大，,U,E,仅略有增大，单结晶体管进入饱和区。,34,可见,当,U,E,=U,P,时，单结晶体管导通，,呈低阻态,当,U,E,U,V,时，单结晶体管关断，,呈高阻态,35,单结晶体管振荡电路,注意,R,1,，,R,2,为外接电阻,C,为外接电容,36,单结管,E,B,1,间电阻突然减小，电容上的电荷通,过,R,1,放电，放电速度取决于,RC,1,，因为,R,1,R,，放电迅,速，放电电流在,R,1,上形成尖脉冲。,工作原理,接通电源,电容充电,电压,u,c,上升,上升速度取决于,RC,的值,当,u,C,u,P,单结晶体管截止,2),当,u,C,=u,P,3),当,u,C,降到谷点电压,u,V,单结管关断。此后重复上述过程。,在,R,1,上形成一系列尖脉冲。,37,这种周而复始的自动充放电过程称为,振荡,通过电路振荡在电容器上形成锯齿波，在,R,1,上形成尖脉冲,尖脉冲出现的时间可通过改变,R,的值来调节,R,大，电容充电慢，,到达,u,P,的时间长，脉冲出现时间晚,R,小，电容充电快，,到达,u,P,的时间短，脉冲出现时间早,移 相,38,单结晶体管振荡电路可用于半控整流电路中,构成触发电路。,主电路：单相桥式半控整流电路,触发电路：由单结晶体管振荡器组成,39,为将触发电路产生的尖,脉冲按一定周期准时送,至主电