晶闸管及其应用1

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1、第11章晶闸管及其应用11.1晶闸管11.2晶闸管应用1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.了解集成稳压电路的性能及应用。学习目标及考核标准晶闸管又称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。利用其整流可控特性可方便地对大功率电源进行控制和变换。它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。11.1晶闸管

2、(可控硅SCR)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（可控硅），主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。它有普通型、双向型和可关断型等。使用维护简单、控制灵敏等优点，所以在生产上得到了广泛的应用。晶闸管的主要用途有：(1)可控整流。把交流电变换为大小可调的直流电称为可控整流。例如，直流电动机调压调速，电解、电镀电源均可采用可控整流供电。(2)有源逆变。有源逆变是指把直流电变换成与电网同频率的交流电，并将电能返送给交流电源。例如,目前采用的高压输电工程，将三相交流电先变换成高

3、压直流电，再进行远距离的输送，到目的地后，再利用有源逆变技术把直流电变成与当地电网同频率的交流电供给用户。(3)交流调压。交流调压是指把不变的交流电压变换成大小可调的交流电压。例如，用于灯光控制、温度控制及交流电动机的调压调速。(4)变频器。把某一频率的交流电变换成另一频率的交流电的设备称为变频器。例如,晶闸管中频电源、停电电源（UPS）、异步电动机变频调速中均含有变频器。(5)无触点功率开关。用晶闸管可组成无触点功率开关取代接触器、继电器，适用于操作频繁的场合。例如，可用于控制电动机的正反转和防爆

4、、防火的场合。晶闸管包括普通晶闸管、双向晶闸管、速晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管和逆导晶闸管等。由于普通晶闸管应用广泛，故本章着重介绍普通晶闸管。整流（交流→直流）逆变（直流→交流）变频（交流→交流）斩波（直流→直流）应用领域：11.1.1晶闸管结构晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。G控制极K阴极G阳极AP1P2N1N2四层半导体(c)结构KGA(b)符号(a)外形三个PN结晶闸管是用硅材料制成的半导体器件，它有三种结构形式：螺栓式、平板式和塑料封装式。平板式又分为风冷平板

5、式和水冷平板式。P1P2N1N2KGA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK11.1.2晶闸管工作原理T1T2A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。形成正反馈过程KGEA>0、EG>0EGEA+_R（1）晶闸管截止时，若uA>0,uG≤0，晶闸管仍然截止；（2）晶闸管截止时，若uA>0,uG>0,晶闸管由截止变为导通；（3）晶闸管导通时，若uA>0,uG≤0，晶闸管仍然导通；（4）晶闸管导通后，若uA≤0

6、，或者阳极iA小于某一很小的电流IH（称为维持电流）时，晶闸管由导通变为截止。晶闸管导电实验＋－EA－　＋EGS晶闸管导通条件1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。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。晶闸管关断条件1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。2.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。11.2晶闸管应用11.2.1可控整流io+–+–T1T2RL

7、uoD1D2au1u2+–b+_1.电路两桥臂为晶闸管，另两个为二极管，故为单相半控桥式整流电路。在实际生产中，很多设备需要大小可调的直流电，例如，电解、电镀、电焊等设备。由晶闸管组成的可控整流电路可以把交流电变成直流电，达到直流电源输出电压可调的目的。2.工作原理和二极管单相桥式整流电路基本相同，只是每当T1或T2承受正向阳极电压，而且在该晶闸管的控制极上加上控制电压时，它才开始导通。io+–+–T1T2RLuoD1D2au1u2+–b+_触发电压uG用尖脉冲电压，由专门电路提供。可通过改变α来调

8、节输出直流电压UO的大小。3.工作波形ttO2tOαπ+ααθuO为一个不完整的全波脉动电压，它相当于从完整的脉动电压上切去了α前的一块。α越大，uO平均值越小。α为在正向阳极作用下开始导通的角度，称为控制角。α=0即为交流开关。θ为晶闸管在一个周期内导通的范围，称为导通角。4.输出电压及电流的平均值11.2.2双向晶闸管及其交流调压1.特点：相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。2.符号：通过控制电压的控制可实现双向导通。控制极第一电