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第五章 晶闸管及其整流电路（补充内容）

第五章 晶闸管及其整流电路（补充内容）. 晶闸管（ Thyristor ）：晶体闸流管，可控硅整流器（ S ilicon C ontrolled R ectifier —— SCR ） 1956 年美国贝尔实验室发明了晶闸管 1957 年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品 1958 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。 20 世纪 80 年代以来，开始被全控型器件取代. A. G. K. (b) 符号. 一、晶闸管的基本结构. (a) 外形. 晶闸管的外形及符号. P 型 半

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第五章 晶闸管及其整流电路（补充内容）

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  1. 第五章 晶闸管及其整流电路（补充内容） • 晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR） • 1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管 • 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品 • 1958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。 • 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代

  2. A G K (b) 符号 一、晶闸管的基本结构 (a) 外形 晶闸管的外形及符号

  3. P 型 半 导 体 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + N 型 半 导 体 + + - - PN 结 (耗 尽 层） PN结及其导电原理

  4. 阳极 A 三 个PN结 四 层 半 导 体 P1 N1 G P2 控制极 N2 K 阴极 晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 如图。 晶闸管的结构

  5. A A + IA P1 P1 N1 N1 G G N1 P2 P2 IG IK N2 P2 _ K N2 K A P1 N1 T1 G P2 N1 P2 T2 N2 K 晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合

  6. R T1 + EA T2 _ 形成正反馈过程 A 三、 工作原理 G 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。 EG K EA > 0、EG > 0

  7. 形成正反馈过程 A R T1 + T2 EA _ EG G 晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。 K EA > 0、EG > 0

  8. 晶闸管导通的条件 • 晶闸管正常导通的条件： 1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，UAK>0 2）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流， UGK>0 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。 . 维持晶闸管导通的条件： 保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上

  9. 晶闸管关断的条件 • 晶闸管的关断 只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用： 阳极电压反向 减小阳极电压 增大回路阻抗

  10. 四、伏安特性（静特性） I IF _ + IG2 IG1 IH IG0 UBR URRM UFRM UBO U o U _ + 正向平均电流 维持电流 IG2 > IG1 > IG0 反向转折电压 正向转折电压 正向特性 反向特性

  11. 正向特性 • IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，正向阻断状态。 • 正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。 • 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。 • 晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 晶闸管的伏安特性(IG2>IG1>IG)

  12. 2)反向特性 施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。 反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。 晶闸管的伏安特性

  13. 五. 动特性 晶闸管的开通和关断过程波形

  14. 1) 开通过程 • 延迟时间td (0.5-1.5s) • 上升时间tr (0.5-3s) • 开通时间tgt以上两者之和，tgt=td+ tr 2) 关断过程 • 反向阻断恢复时间trr • 正向阻断恢复时间tgr • 关断时间tq以上两者之和tq=trr+tgr • 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。 晶闸管的开通和关断过程波形

  15. URRM： 反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。 一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V-3000V 六、主要参数 UFRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM为100V- 3000V

  16. 额定正向平均电流 环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。 IF： IF t  2 如果正弦半波电流的最大值为Im,则 普通晶闸管IF为1A — 1000A。

  17. IH:维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十 ~ 一百多毫安。 UF:通态平均电压（管压降） 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为1V左右。 UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。

  18. 动态参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： • 断态电压临界上升率du/dt ——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。 ——电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 • 通态电流临界上升率di/dt ——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 ——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。

  19. K P （晶闸管类型） P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 普通型 晶闸管 七、晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别 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) 如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。

  20. 部分晶闸管的型号与参数

  21. 低掺杂的N型硅棒 扩散工艺 高掺杂P区 PN结 构成单结晶体管 (UJT)。 单结晶体管（双基极二极管） P型半导体引出的电极为发射极E；N型半导体的两端引出两个电极，分别为基极B1和基极B2，B1和B2之间的N型区域可以等效为一个纯电阻，即基区电阻RBB。 单结晶体管的结构示意图 单结晶体管因有两个基极，故也称为双基极晶体管。

  22. (a) (b) 单结晶体管得表示符号及等效电路 RB1表示E与B1之间的等效电阻，它的阻值受E-B1间电压的控制，所以等效为可变电阻。 RBB=RB1+RB2， 分压比: RB1与RBB的比值称为=RB1/RBB 一般在0.3～0.8之间。

  23. 单结晶体管外形

  24. B2 RB2 iE D E A VBB + RE UEB1 RB1 VEE - B1 B1 工作原理 当VBB固定，等效电路中，A点对B1的电压UA=VBB为定值。当VEE较小时，UEB1<UA，PN结反偏，此时只有很小的反向漏电流IE0（几微安）如图中曲线“1”段。 当UEB1增大，UEB1=UA时，PN结处于零偏，iE=0。

  25. B2 RB2 iE D E A VBB + RE UEB1 RB1 VEE - B1 B1 UEB1继续增大，当UEB1>UA，iE开始大于零，由于硅二极管的正向压降UD为0.7V，所以iE不会有显著的增加。 当 UEB1=UA+UD时，二极管D仍不导通，此时的电压UEB1称为峰值电压UP，对应电流称为峰值电流IP。这一区域称为截止区。

  26. B2 RB2 iE D E A VBB + RE UEB1 RB1 VEE - B1 B1 UEB1继续增加，UEB1>UA+UD，管子转向导通，PN结电流开始显著增加，这时将有大量的空穴进入基区，E、B1间载流子大量增加，使RB1迅速减小，而RB1的减小又使UA降低，导致iE又进一步加大，形成正反馈。

  27. B2 RB2 iE D E A VBB + RE UEB1 RB1 VEE - B1 B1 正反馈过程使iE急剧增加，UA下降，单结管呈现了负阻特性，图中曲线“2”线段，到了“V”点负阻特性结束，V点电压UV称为谷点电压，一般为1～2.5V，对应的电流称为谷点电流Iv，一般为几毫安。 B2的电位高于E的电位，空穴型载流子不会向B2运动，电阻RB2基本不变。

  28. B2 RB2 iE D E A VBB 2 + RE 1 UEB1 RB1 3 VEE - B1 B1 过了谷点之后，从发射极注入第一基极B1的空穴超过了一定的量，有部分空穴来不及与基区的电子复合，出现空穴的多余储存，使空穴的注入遇到阻力，从而使RB1增加，此时iE～UEB1曲线形状接近正向特性曲线，如曲线“3”线段，此时称为饱和区。饱和压降一般小于4～5V。 当改变VBB电压，改变了阀值电压UA，曲线的峰点电压也随之改变。

  29. 单结晶体管的特点 1、当UEB1>UP时，单结晶体管导通；导通后， 当UEB1<Uv时，单结晶体管关断。 2、UP=ηVBB+VD, 分压比η=RB1/RBB，峰值电压 UP 随外加电压VBB和管子本身的分压比η的变化 而变化。 3、不同单结晶体管的谷点电压和谷点电流不同， 应用中常选择分压比和谷点电流大，谷点电 压小的单结晶体管。

  30. BT3 基极B2的最大允许耗散功率mW/100 有三个电极 特种管 半导体 单结晶体管的型号

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