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第 10 章 晶闸管及其应用 10.1 晶闸管

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第 10 章 晶闸管及其应用 10.1 晶闸管 - PowerPoint PPT Presentation


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第 10 章 晶闸管及其应用 10.1 晶闸管. 10.1.1 晶闸管结构及其特性    晶闸管结构 晶闸管结构如图 10.1 所示。 图 10.1 晶闸管结构、外型及符号. 2. 晶闸管的工作原理    为了更清楚的说明工作原理,晶闸管可以看作是两个三极管 PNP ( V 1 )管和 NPN ( V 2 )管组合而成,电路模型如图 10.2 所示。        图 10.2 晶闸管电路模型.

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第10章 晶闸管及其应用10.1晶闸管

10.1.1晶闸管结构及其特性

   晶闸管结构

晶闸管结构如图10.1所示。

图10.1晶闸管结构、外型及符号

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2. 晶闸管的工作原理

   为了更清楚的说明工作原理,晶闸管可以看作是两个三极管PNP(V1)管和NPN(V2)管组合而成,电路模型如图10.2所示。

       图10.2 晶闸管电路模型

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(1) 晶闸管加阳极负电压-UA时,晶闸管处于反向阻断状态 。

(2) 晶闸管加阳极正电压UA,控制极不加电压时,晶闸管处于正向阻断状态。

(3) 晶闸管加阳极正电压+UA,同时也加控制极正电压+UG,晶闸管导通。

(4) 要使导通的晶闸管截止,必须将阳极电压降至零或为负,使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。  

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综上所述,可得如下结论:

   ① 晶闸管与硅整流二极管相似,都具有反向阻断能力,但晶闸管还具有正向阻断能力,即晶闸管正向导通必须具有一定的条件:阳极加正向电压,同时控制极也加正向触发电压。

② 晶闸管一旦导通,控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断,必须做到以下两点之一:一是将阳极电流减小到小于维持电流IH;二是将阳极电压减小到零或使之反向。

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3. 晶闸管电压电流特性

晶闸管的电压电流特性曲线,如图10.4所示。

图10.4晶闸管电压电流特性曲线

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晶闸管导通后可以通过很大的电流,而它本身的压降只有1V左右,所以这一段特性曲线(BC段)靠近纵轴而且陡直,与二极管正向特性曲线相似。

晶闸管的反向特性与一般二极管相似,当反向电压在某一数值以下时,只有很小的反向漏电流,晶闸管处于反向阻断状态。当反向电压增加到某一值时,反向漏电流急剧增大,使晶闸管反向击穿,这时所对应的电压称为反向转折电压UBR,晶闸管一旦反向击穿就永久损坏,在实际应用中应避免。

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10.1.2晶闸管的主要参数
  • 电压参数
  • (1) 正向阻断峰值电压UDRM
  • 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正向峰值电压,
  • (2) 反向阻断峰值电压UDRM
  • 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。
  • (3) 额定电压UD
  • 通常把UDRM和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。
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(4) 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0.4V~1.2V。

2. 电流参数

(1) 通态平均电流IT(AV)

通态平均电流IT(AV)简称正向电流,指在标准散热条件和规定环境温度下(不超过40oC),允许通过工频(50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。

(2) 维持电流IH

维持电流IH,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。

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10.2晶闸管应用

10.2.1 晶闸管交直流开关

1. 交流开关

图10.5(a)所示是用两只普通晶闸管V1和V2反向并联而组成的交流调压电路,其调压原理如下。

(a) 电路图    (b) 波形图

图10.5晶闸管交流调压

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(1) 电源电压u的正半周,在t1时刻(ωt1=α ,α又称控制角)将触发脉冲加到V2管的控制极,V2管被触发导通,此时V1管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时,V2管自然关断。

(2) 电源电压u的负半周,在t2时刻(ωt2=180o+α)将触发脉冲加到V1管的控制极,V1管被触发导通,此时V2管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时,V1管自然关断,负载上获得的电压波形如图10.5(b)所示,调节控制角α便可实现交流调压。

当控制角α=0o时,即为交流开关。

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2.直流开关

图10.6是一种能使连接在直流电源上的直流负载通、断的电路。开关S合在A端使晶闸管V1接通,V2断开,电容器C按图示的极性充电。然后当S倒向B端时,V2接通,C上的电荷通过V2放电,使V1反向偏置而截止。

图10.6 直流开关电路

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10.2.2 触发电路

1.单结管结构与特性

单结管结构示意图如图10.7(a)所示。

      图10.7 单结管结构、符号和等效电路

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   在基极电源电压UBB一定时,单结管的电压电流特性可用发射极电流IE和发射极与第一基极B1之间的电压UBE1的关系曲线来表示,该曲线又称单结管伏安特性,如图10.8所示。

图10.8 单结管的电压电流特性

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三个区域的分界点是P(称为峰点)和V(称为谷点)。UP、IP分别称为峰点电压和峰点电流;UV、IV分别称为谷点电压和谷点电流。

由图10.7可知

式中 称单结管分压比,一般为0.5~0.8。上式表明峰点电压随基极电压改变而改变,实用中应注意这一点。

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(1) 截止区

截止区对应曲线中的起始段(OP)。此段UE

(2) 负阻区

负阻区对应曲线中的PV段。当UE>UD+UA后,等效二极管导通,使RB1迅速减小, 增大;又进一步促使RB1减小。从E、B1两端看,UE随 的增大而减小,即具有负阻特性,这是单结管特有的。

(3) 饱和区

饱和区对应曲线中的V点以后段,过V点后 再继续增大,RB1将变大,单结管进入饱和导通状态,又呈现正阻特性,与二极管正向特性相似。

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综上所述,单结管具有以下特点:

① 当发射极电压等于峰点电压UP时,单结管导通。导通之后,当发射电压减小到uE

② 单结管的发射极与第一基极之间的RB1是一个阻值随发射极电流增大而变小的电阻,RB2则是一个与发射极电流无关的电阻。

③ 不同的单结管有不同的UP和UV。同一个单结管,若电源电压UBB不同,它的UP和UV也有所不同。在触发电路中常选用UV低一些或IV大一些的单结管。

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2.单结管振荡电路

单结管振荡电路如图10.9(a)所示,它能产生一系列脉冲,用来触发晶闸管。

(a)电路图 (b)波形图

图10.9 单结管振荡电路及波形

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当E、B1极之间截止后,电源又对C充电,并重复上述过程,结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电压,如图10.9(b)所示

上述电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和RC充放电特性,如果改变RP,便可改变电容充放电的快慢,使输出的脉冲前移或后移,从而改变控制角α,控制了晶闸管触发导通的时刻。显然,充放电时间常数τ=RC大时,触发脉冲后移,α大,晶闸管推迟导通;τ小时,触发脉冲前移,α小,晶闸管提前导通。

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需要特别说明的是:实用中必须解决触发电路与主电路同步的问题,否则会产生失控现象。用单结管振荡电路提供触发电压时,解决同步问题的具体办法可用稳压管对全波整流输出限幅后作为基极电源,如图10.10所示。图中TS称同步变压器,初级接主电源。

图10.10 单结管触发电路。

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本章小结

1.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。广泛用于交流调压(交流开关),直流逆变(直流开关)等场合。

2.晶闸管的触发需要触发电路提供触发脉冲。一般情况下,触发电路可由单结管组成。单结管具有负阻特性,与电容组合可实现脉冲振荡。改变电容充放电的快慢(τ的大小),可改变第一个触发脉冲出现的时刻,从而控制晶闸管导通的时刻,实现晶闸管可控。

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