晶閘管應(yīng)用第十章95178ppt課件

1、電子技術(shù)電子技術(shù)模擬電路部分模擬電路部分第十章第十章 晶閘管及其運(yùn)用晶閘管及其運(yùn)用更多電子資料請登錄賽微電子網(wǎng)srvee第十章第十章 晶閘管及其運(yùn)用晶閘管及其運(yùn)用10.1 任務(wù)原理任務(wù)原理10.2 特性與參數(shù)特性與參數(shù)10.3 可控整流電路可控整流電路10.4 觸發(fā)電路觸發(fā)電路10.5 單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路10.6 晶閘管的其它運(yùn)用晶閘管的其它運(yùn)用10.7 晶閘管的維護(hù)及其它類型晶閘管的維護(hù)及其它類型別名：可控硅別名：可控硅SCR)Silicon Controlled Rectifier是一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于是一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它年代。它

2、的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。域。 特點(diǎn)：體積小、分量輕、無噪聲、壽命長、特點(diǎn)：體積小、分量輕、無噪聲、壽命長、 容量大正容量大正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏。向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏。運(yùn)用領(lǐng)域：運(yùn)用領(lǐng)域： 整流交流整流交流 直流直流 逆變直流逆變直流 交流交流 變頻交流變頻交流 交流交流 斬波直流斬波直流 直流直流此外還可作無觸點(diǎn)開關(guān)等。此外還可作無觸點(diǎn)開關(guān)等。晶閘管晶閘管Thyristor10.1 任務(wù)原理任務(wù)原理10.1.1 構(gòu)造構(gòu)造A陽極陽極P1P2N1三三 個(gè)個(gè) PN結(jié)結(jié)N2四四 層層 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體K陰極陰極G

3、控制極控制極符號符號AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK10.1.2 任務(wù)原理任務(wù)原理表示圖表示圖APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效為由二個(gè)等效為由二個(gè)三極管組成三極管組成1. UAK 0 、UGK0時(shí)時(shí)T1導(dǎo)通ig = ib1ic1 = ig = ib2ic2 =ib2 = ig = ib1T2 導(dǎo)通構(gòu)成正反響構(gòu)成正反響晶閘管迅速導(dǎo)通晶閘管迅速導(dǎo)通T1 進(jìn)一步導(dǎo)通igigigKAGT1T22. 晶閘管導(dǎo)通后，去掉晶閘管導(dǎo)通后，去掉UGK依托正反響，晶閘管仍維持導(dǎo)通形狀。依托正反響，晶閘管仍維持導(dǎo)通形狀。(1) 晶閘管開場任務(wù)時(shí)晶閘管開場任務(wù)時(shí) ，UAK加反向電壓，或不

4、加觸發(fā)信加反向電壓，或不加觸發(fā)信號即號即UGK = 0 。3. 晶閘管截止的條件：晶閘管截止的條件：(2) 晶閘管正導(dǎo)游通后，令其截止晶閘管正導(dǎo)游通后，令其截止的方法：的方法：igigigKAGT1T2 減小減小UAK，使晶閘管中電流小，使晶閘管中電流小于某一值于某一值IH。 加大回路電阻，使晶閘管中電加大回路電阻，使晶閘管中電流小于某一值流小于某一值IH時(shí)，正反響時(shí)，正反響效應(yīng)不能維持。效應(yīng)不能維持。IH：最小維持電流：最小維持電流1晶閘管具有單導(dǎo)游電性。晶閘管具有單導(dǎo)游電性。假設(shè)使其關(guān)斷，必需降低假設(shè)使其關(guān)斷，必需降低 UAK 或加大回路電阻，把陽極電流減或加大回路電阻，把陽極電流減小到維

5、持電流以下。小到維持電流以下。正導(dǎo)游通條件：正導(dǎo)游通條件：A、K間加正向電間加正向電壓，壓，G、K間加觸發(fā)信號。間加觸發(fā)信號。晶閘管的任務(wù)原理小結(jié)晶閘管的任務(wù)原理小結(jié)2晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。10.2 特性與參數(shù)特性與參數(shù)10.2.1 特性特性UIURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3 IG2 IG1正向正向反向反向U - 陽極、陰極間的電壓陽極、陰極間的電壓 I - 陽極電流陽極電流URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓導(dǎo)通后管壓降約導(dǎo)通后管壓降約1V額定正向額定正向平均電流平均電流維持電流維持電流UDSM正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓正向特性：正

6、向特性： 在陽極和陰極間加正向電壓。在陽極和陰極間加正向電壓。UDSM：斷態(tài)不反復(fù)峰值電壓，又稱正：斷態(tài)不反復(fù)峰值電壓，又稱正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓。向轉(zhuǎn)機(jī)電壓。隨隨UAK的加大，陽極電流逐漸添加。的加大，陽極電流逐漸添加。當(dāng)當(dāng)U = UDSM時(shí)，時(shí)，PN結(jié)結(jié)N1P2反向極擊反向極擊穿，晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常任務(wù)時(shí)，穿，晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常任務(wù)時(shí)， UAK應(yīng)小于應(yīng)小于 UDSM 。AP1P2N1N2KG假設(shè)在假設(shè)在G和和K間加正向電壓：間加正向電壓：UGK越大，那么越大，那么UDSM越小。越小?？刂茦O開路時(shí)：控制極開路時(shí)： PN結(jié)結(jié)P1N1、P2N2正向正向偏置，偏置，N1P2反向偏置，晶閘管截止。反向偏置

7、，晶閘管截止。UGK足夠大時(shí)，正向特性與二極管的正向特性類似。足夠大時(shí)，正向特性與二極管的正向特性類似。隨反向電壓的添加，反向漏電流隨反向電壓的添加，反向漏電流稍有添加，當(dāng)稍有添加，當(dāng) U = URSM 時(shí)，反時(shí)，反向極擊穿。正常任務(wù)時(shí)，反向電向極擊穿。正常任務(wù)時(shí)，反向電壓必需小于壓必需小于URSM。AP1P2N1N2KG反向特性：反向特性： 在陽極和陰極間加反向電壓。在陽極和陰極間加反向電壓。這時(shí)這時(shí)PN結(jié)結(jié)P1N1、P2N2反向偏置，反向偏置，N1P2正向偏置，晶閘管截止。正向偏置，晶閘管截止。URSM ：反向不反復(fù)峰值電壓。：反向不反復(fù)峰值電壓。1. UDRM：斷態(tài)反復(fù)峰值電壓：斷態(tài)反復(fù)

8、峰值電壓晶閘管耐壓值。普通取晶閘管耐壓值。普通取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶閘管普通晶閘管UDRM 為為 100V-3000V10.2.2 主要參數(shù)主要參數(shù)UIIHIF額定額定正向正向平均平均電流電流UDSM正向轉(zhuǎn)機(jī)正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓電壓URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓UDRM控制極斷路時(shí)，可以反復(fù)作用在晶閘管上的反控制極斷路時(shí)，可以反復(fù)作用在晶閘管上的反向反復(fù)電壓。普通取向反復(fù)電壓。普通取URRM = 80% URSM。普。普通晶閘管通晶閘管URRM為為100V-3000V2. URRM：反向反復(fù)峰值電壓：反向反復(fù)峰值電壓UIIHIF額定額定正向正向平均平均電流電流UDSM正向轉(zhuǎn)機(jī)正

9、向轉(zhuǎn)機(jī)電壓電壓URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓UDRMURRMITAV含義含義it 2ITAVmmTAVIttdII0)(sin21 3. ITAV：通態(tài)平均電流：通態(tài)平均電流環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為40。C時(shí)時(shí),在在 電阻性負(fù)載、單相工頻電阻性負(fù)載、單相工頻 正弦半波、導(dǎo)電角不小于正弦半波、導(dǎo)電角不小于170o的電路中，晶閘的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管 ITAV 為為1A-1000A。額定通態(tài)平均電流即正向平均電流。額定通態(tài)平均電流即正向平均電流。通用系列為：通用系列為：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500

10、、600、800、1000A 等等14種規(guī)格。種規(guī)格。UIIHIF額定額定正向正向平均平均電流電流UDSM正向轉(zhuǎn)機(jī)正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓電壓URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓UDRMURRM4. UTAV ：通態(tài)平均電壓：通態(tài)平均電壓6. UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流：控制極觸發(fā)電壓和電流管壓降。在規(guī)定的條件下，經(jīng)過正弦半波平均管壓降。在規(guī)定的條件下，經(jīng)過正弦半波平均電流時(shí)，晶閘管陽、電流時(shí)，晶閘管陽、 陰兩極間的電壓平均值。陰兩極間的電壓平均值。普通為普通為1V左右。左右。5. IH：最小維持電流：最小維持電流在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維持導(dǎo)

11、通形狀所必需的最小電流。普通為幾十維持導(dǎo)通形狀所必需的最小電流。普通為幾十到一百多毫安。到一百多毫安。在室溫下，在室溫下， 陽極電壓為直流陽極電壓為直流 6V 時(shí)，使晶閘管完時(shí)，使晶閘管完全導(dǎo)通所必需的最小控制極直流電壓、電流全導(dǎo)通所必需的最小控制極直流電壓、電流 。普。普通通UG為為 15V，IG 為幾十到幾百毫安。為幾十到幾百毫安。晶閘管型號晶閘管型號通態(tài)平均電壓通態(tài)平均電壓UTAV額定電壓級別額定電壓級別UDRM額定通態(tài)平均電流額定通態(tài)平均電流ITAV晶閘管類型晶閘管類型P-普通晶閘管普通晶閘管K-快速晶閘管快速晶閘管S -雙向晶閘管雙向晶閘管晶閘管晶閘管K晶閘管電壓、電流級別：晶閘管電

12、壓、電流級別：額定通態(tài)電流額定通態(tài)電流ITAV通用系列為通用系列為1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等14種規(guī)格。種規(guī)格。額定電壓額定電壓UDRM通用系列為：通用系列為：1000V以下的每以下的每100V為一級，為一級，1000V到到3000V的的每每200V 為一級。為一級。通態(tài)平均電壓通態(tài)平均電壓UTAV等級普通用等級普通用 A I字母表示：字母表示：由由 0.4 1. 2V每每 0.1V 為一級。為一級。10.3 可控整流電路可控整流電路10.3.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路一、電阻性負(fù)載一、電阻性負(fù)載1.

13、 電路及任務(wù)原理電路及任務(wù)原理u1u2uTuLAGKRLuG2. 任務(wù)波形任務(wù)波形(設(shè)設(shè)u1為正弦波為正弦波)tu2tuGtuLtuT ：控制角：控制角 ：導(dǎo)通角：導(dǎo)通角u2 0 時(shí)，加上時(shí)，加上觸發(fā)電壓觸發(fā)電壓 uG ，晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通 。且。且 uL 的大小隨的大小隨 uG 參與的早晚而變參與的早晚而變化；化； u2 R 時(shí)，時(shí)， ILAV 在在整個(gè)周期中可近似看做直整個(gè)周期中可近似看做直流。流。(2) 晶閘管的中電流晶閘管的中電流0221tdIILAVTLAVI360平均值平均值:有效值有效值:LAVTAVII3604. 晶閘管的選擇晶閘管的選擇晶閘管電壓晶閘管電壓 1.5 2U2M

14、晶閘管電流晶閘管電流 1.557. 1TI10.3.2 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電路一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電路1. 電路及任務(wù)原理電路及任務(wù)原理T1、T2 -晶閘管晶閘管D1、D2 -晶體管晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uG2. 任務(wù)波形任務(wù)波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-3. 輸出電壓及電流的平均值輸出電壓及電流的平均值)(12tduULAV)(sin212ttdULLAVLAVRUI2cos19.02U例：橋式可控整流電路中，例：橋式可控整流電路中，U2=220V，RL=3,可控可控硅控制角硅控制

15、角=15180，求輸出電壓平均值求輸出電壓平均值UL的的調(diào)理范圍，以及可控硅調(diào)理范圍，以及可控硅包括二極管的電流平包括二極管的電流平均值的最大值和接受的最均值的最大值和接受的最大反向電壓。大反向電壓。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V， =15=0V， =180=191/3=64A接受的最高反向電壓接受的最高反向電壓:2cos19 . 02UULAVLLAVLAVRUIV31122UUDRM二、電感性負(fù)載橋式可控整流電路二、電感性負(fù)載橋式可控整流電路該電路加續(xù)流二極管后電路任務(wù)情況以及負(fù)載上的該電路加續(xù)流二極管后電路任務(wù)情況以及負(fù)載上的電流、電壓和電阻性負(fù)載類似，請自行分析。電流、

16、電壓和電阻性負(fù)載類似，請自行分析。u2T1T2D1D2DuLRL兩種常用可控整流電路的特點(diǎn)兩種常用可控整流電路的特點(diǎn)電路電路特點(diǎn)特點(diǎn)1. 該電路只用一只晶閘管，且其該電路只用一只晶閘管，且其上無反向電壓。上無反向電壓。2. 晶閘管和負(fù)載上的電流一樣。晶閘管和負(fù)載上的電流一樣。電路一：電路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL電路電路特點(diǎn)特點(diǎn)1. 該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，D1、D2 便起續(xù)流二極管作用。便起續(xù)流二極管作用。2. 由于由于T1的陽極和的陽極和T2的陰極相連，兩管的陰極相連，兩管控制極必需加獨(dú)立的觸發(fā)信號?？刂茦O必需加獨(dú)立的觸發(fā)信號。電

17、路二：電路二：思索思索T1T2D1D2RuLu2E+帶反電動(dòng)勢負(fù)載的可控整流電路帶反電動(dòng)勢負(fù)載的可控整流電路1. 該電路的任務(wù)過程。該電路的任務(wù)過程。2. 畫出畫出uL、iL的任務(wù)波形。的任務(wù)波形。10.4 觸發(fā)電路觸發(fā)電路10.4.1 單結(jié)晶體管任務(wù)原理單結(jié)晶體管任務(wù)原理構(gòu)造構(gòu)造等效電路等效電路E發(fā)射極發(fā)射極B2第二基極第二基極B1第一基極第一基極NPEB2B1RB2RB1管內(nèi)基極管內(nèi)基極 體電阻體電阻PN結(jié)結(jié)任務(wù)原理：任務(wù)原理：當(dāng)當(dāng)uE UA+UF = UP 時(shí)時(shí)PN結(jié)反偏，結(jié)反偏，iE很?。缓苄?；當(dāng)當(dāng) uE UP 時(shí)時(shí)PN結(jié)正導(dǎo)游通結(jié)正導(dǎo)游通, iE迅迅速添加。速添加。B2ERB1RB2

18、B1AUBBiE - 分壓比分壓比 (0.35 0.75)UP - 峰點(diǎn)電壓峰點(diǎn)電壓UF - PN結(jié)正向結(jié)正向 導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降BBBBBBBAURRRUU21110.4.2 單結(jié)晶體管的特性和參數(shù)單結(jié)晶體管的特性和參數(shù)IEuEUVUPIVUV、IV -谷點(diǎn)電壓、電流谷點(diǎn)電壓、電流維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小 電壓、電流。電壓、電流。負(fù)阻區(qū)負(fù)阻區(qū)UP- 峰點(diǎn)電壓峰點(diǎn)電壓單結(jié)管由截止變導(dǎo)通單結(jié)管由截止變導(dǎo)通 所需發(fā)射極電壓。所需發(fā)射極電壓。 uEUP 時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通IEuEUVUPIV負(fù)阻區(qū)負(fù)阻區(qū)UEUP 后，大量空穴注入基區(qū)，管內(nèi)基極體電阻后，大量空穴注入基區(qū)，管內(nèi)基極體

19、電阻RB1 0，致使，致使IE添加、添加、UE反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。負(fù)阻區(qū)存在的緣由：負(fù)阻區(qū)存在的緣由：EB2B1RB2RB1單結(jié)管符號單結(jié)管符號EB2B1單結(jié)管重單結(jié)管重要特點(diǎn)要特點(diǎn)1. UEUP 時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通。時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通。10.4.3 單結(jié)晶體管振蕩電路單結(jié)晶體管振蕩電路一、振蕩過程分析一、振蕩過程分析RR2R1CUuCuOEB1B2電路組成電路組成振蕩波形振蕩波形uCttuoUVUP21BBRRU22111RRRRUIBBR1. uE = uC UP 時(shí)，單結(jié)管不導(dǎo)通，時(shí)，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo 0。IR1R1、R2是外加的，不同于內(nèi)是外加的，不同于內(nèi)部的部的RB1、RB

20、2。前者普通取。前者普通取幾十歐幾十歐幾百歐；幾百歐； RB1+RB2普通為普通為215千歐。千歐。此時(shí)此時(shí)R1上的電流很小，其值為：上的電流很小，其值為：RR2R1CEuCuOEB1B22. 隨電容的隨電容的 充電，充電，uC逐漸升高。當(dāng)逐漸升高。當(dāng) uC UP 時(shí)，單時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通，結(jié)管導(dǎo)通， RB1 0 。然后電容經(jīng)過。然后電容經(jīng)過R1放電，當(dāng)放電，當(dāng)放電至放電至 uc UV 時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使 uo0。R1上便得到一個(gè)脈沖電壓。上便得到一個(gè)脈沖電壓。R2起溫度補(bǔ)償作用起溫度補(bǔ)償作用UPUVUP-UFUP、UV- 峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電壓峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電壓UF -PN結(jié)正導(dǎo)游通壓降結(jié)正導(dǎo)游通壓降ER2R1RCEuCuouCtuotuCttuoUVUP振蕩波形：振蕩波形：RR2R1CEuCuOE