晶闸管及其应用电路

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1、第11章晶闸管及其应用电路11.1晶闸管11.2单相控制整流电路11.3单结晶体管出发电路11.4双向晶闸管及其应用电路11.1晶闸管11.1.1晶闸管的实物图及其性能演示1．外形及其符号图11.1晶闸管的外形及其符号(a)螺栓式；(b)平板式；(c)塑封式；(d)符号2．类型可控硅按其容量有大、中、小功率管之分,一般认为电流容量大于50A为大功率管,5A以下则为小功率管,小功率可控硅触发电压为1V左右,触发电流为零点几到几毫安,中功率以上的触发电压为几伏到几十伏,电流几十到几百毫安。按其控制特性

2、,有单向可控硅和双向可控硅之分。3．演示电路及操作过程1)演示电路电路的连接,如图11.2所示。图11.2晶闸管连接图(1)阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。(2)控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电源(触发信号)UGG。2）操作过程及现象(1)S断开,UGK=0,UAA为正向,灯泡不亮,称之为正向阻断，如图11.3(a)所示。(2)S断开,UGK=0,UAA为反向,灯泡不亮,如图11.3(b)所示。(3)S合上,UGK为正向,UAA为反向,灯泡不亮,称之为反向阻断,如图11.3(c)所示。

3、图11.3晶闸管工作示意图(4)S合上,UGK为正向,UAA为正向,灯泡亮,称之为触发导通,如图11.3(d)所示。(5)在(4)基础上,断开S,灯泡仍亮,称之为维持导通,如图11.3(e)所示。(6)在(5)基础上,逐渐减小UAA,灯泡亮度变暗,直到熄灭,如图11.3(f)所示。(7)UGG反向,UAA正向,灯泡不亮,称之为反向触发,如图11.3(g)所示。(8)UGG反向,UAA反向,灯泡仍不亮,如图11.3(h)所示。3）现象分析及结论(1)由图11.3(c)、(d)得出,晶闸管具有单向导电性

4、。(2)由图(a)、(b)、(d)、(g)、(h)得出,只有在控制极加上正向电压的前提下,晶闸管的单向导电性才得以实现。(3)由图11.3(e)得出,导通的晶闸管即使去掉控制极电压,仍维持导通状态。(4)由图11.3(f)得出,要使导通的晶闸管关断,必须把正向阳极电压降低到一定值才能关断。11.1.2晶闸管的内部结构及工作原理1．内部结构晶闸管的内部结构如图11.4(a)所示。由图可知，晶闸管由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:J1,J2,J3,由最外层的P1、N2分别引出两个电极称为阳极

5、a和阴极k,由中间的P2引出控制极g。2．工作原理为了说明晶闸管的工作原理,可把四层PNPN半导体分成两部分,如图11.4(b)所示。P1,N1,P2组成PNP型管,N2,P2,N1组成NPN型管,这样,可控硅就好像是由一对互补复合的三极管构成的,其等效电路如图11.4(c)所示。图11.4内部结构及其等效电路(a)内部结构示意图；(b)分解两个晶体管；(c)等效电路如果在控制极不加电压,无论在阳极与阴极之间加上何种极性的电压,管内的三个PN结中,至少有一个结是反偏的,因而阳极没有电流产生,当然就

6、出现了图11.3(a)、(b)所示灯泡不亮的现象。如果在晶闸管ak之间接入正向阳极电压UAA后,在控制极加入正向控制电压UGG,V1管基极便产生输入电流IG,经V1管放大,形成集电极电流IC1=β1UG,IC1又是V2管的基极电流,同样经过V2的放大,产生集电极电流IC2=β1β2IG,IC2又作为V1的基极电流再进行放大。如此循环往复,形成正反馈过程,晶闸管的电流越来越大,内阻内阻急剧下降,管压降减小,直至晶闸管完全导通。这时晶闸管ak之间的正向压降约为0.6～1.2V。因此流过晶闸管的电流IA由

7、外加电源UAA和负载电阻RA决定,即IA≈UAA/RA。由于管内的正反馈,使管子导通过程极短,一般不超过几微秒。图11.3(d)的演示就是证明。晶闸管一旦导通,控制极就不再起控制作用,不管UGG存在与否,晶闸管仍将导通。若要导通的管子关断,则只有减小UAA,直至切断阳极电流,使之不能维持正反馈过程,如图11.3(f)所示。在反向阳极电压作用下,两只三极管均处于反向电压,不能放大输入信号,所以晶闸管不导通。11.1.3晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数1．晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性如图11.5所示

8、。以下分别讨论其正向特性和反向特性。1）正向特性(1)正向阻断状态。若控制极不加信号,即IG=0,阳极加正向电压UAA,晶闸管呈现很大电阻,处于正向阻断状态,如图中OA段。图11.5晶闸管的伏安特性(2)负阻状态。当正向阳极电压进一步增加到某一值后,J2结发生击穿,正向导通电压迅速下降,出现了负阻特性,见曲线AB段,此时的正向阳极电压称之为正向转折电压,用UBO表示。这种不是由控制极控制的导通称为误导通,晶闸管使用中应避免误导通产生。在晶闸管阳极与阴极之间加上正向电压