第10章 晶閘管及其應(yīng)用電路

1、晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路第第11章章 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路11.1 晶閘管晶閘管11.2 單相控制整流電路單相控制整流電路11.3 單結(jié)晶體管出發(fā)電路單結(jié)晶體管出發(fā)電路11.4 雙向晶閘管及其應(yīng)用電路雙向晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路11.1 晶閘管晶閘管 11.1.1 晶閘管的實(shí)物圖及其性能演示晶閘管的實(shí)物圖及其性能演示 1 外形及其符號(hào)外形及其符號(hào)晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 圖11.1晶閘管的外形及其符號(hào) (a) 螺栓式； (b) 平板式； (c) 塑封式； (d) 符號(hào)晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 2 類型類型 可控硅

2、按其容量有大、 中、 小功率管之分, 一般認(rèn)為電流容量大于50 A為大功率管, 5 A以下則為小功率管, 小功率可控硅觸發(fā)電壓為1 V左右, 觸發(fā)電流為零點(diǎn)幾到幾毫安, 中功率以上的觸發(fā)電壓為幾伏到幾十伏, 電流幾十到幾百毫安。 按其控制特性, 有單向可控硅和雙向可控硅之分。 3 演示電路及操作過(guò)程 1) 演示電路 電路的連接, 如圖11.2所示。晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路UGGRSgkaUAA 圖 11.2 晶閘管連接圖 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 (1) 陽(yáng)極與陰極之間通過(guò)燈泡接電源UAA。 (2) 控制極與陰極之間通過(guò)電阻R及開(kāi)關(guān)S接控制電源(觸發(fā)信號(hào))UGG。 2）

3、 操作過(guò)程及現(xiàn)象 (1) S斷開(kāi), UGK=0, UAA為正向, 燈泡不亮, 稱之為正向阻斷， 如圖11.3(a)所示。 (2) S斷開(kāi), UGK=0, UAA為反向, 燈泡不亮, 如圖11.3(b)所示。 (3) S合上, UGK為正向, UAA為反向, 燈泡不亮, 稱之為反向阻斷, 如圖11.3(c)所示。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路UGGRSUAA(a)UGGRSUAA(b)UGGRSUAA(c)UGGRSUAA(d)晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路UGGRSUAA(e)UGGRSUAA(f)亮暗滅UGGRSUAA(g)UGGRSUAA(h) 圖 11.3 晶閘管工作示意圖

4、 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 (4) S合上, UGK為正向, UAA為正向, 燈泡亮, 稱之為觸發(fā)導(dǎo)通, 如圖11.3(d)所示。 (5) 在(4)基礎(chǔ)上, 斷開(kāi)S, 燈泡仍亮, 稱之為維持導(dǎo)通, 如圖11.3(e)所示。 (6) 在(5)基礎(chǔ)上, 逐漸減小UAA, 燈泡亮度變暗, 直到熄滅, 如圖11.3(f)所示。 (7) UGG反向, UAA正向, 燈泡不亮, 稱之為反向觸發(fā), 如圖11.3(g)所示。 (8) UGG反向, UAA反向, 燈泡仍不亮, 如圖11.3(h)所示。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 3） 現(xiàn)象分析及結(jié)論 (1) 由圖11.3(c)、 (d)得

5、出, 晶閘管具有單向?qū)щ娦浴?(2) 由圖(a)、 (b)、 (d) 、 (g)、 (h)得出, 只有在控制極加上正向電壓的前提下, 晶閘管的單向?qū)щ娦圆诺靡詫?shí)現(xiàn)。 (3) 由圖11.3(e)得出, 導(dǎo)通的晶閘管即使去掉控制極電壓, 仍維持導(dǎo)通狀態(tài)。 (4) 由圖11.3(f)得出, 要使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷, 必須把正向陽(yáng)極電壓降低到一定值才能關(guān)斷。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 11.1.2 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 1內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖11.4(a)所示。 由圖可知， 晶閘管由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成, 中間形成三個(gè)PN結(jié): J1, J2

6、, J3, 由最外層的P1、 N2分別引出兩個(gè)電極稱為陽(yáng)極a和陰極k, 由中間的P2引出控制極g。 2 工作原理工作原理 為了說(shuō)明晶閘管的工作原理, 可把四層PNPN半導(dǎo)體分成兩部分, 如圖11.4(b)所示。 P1, N1, P2組成PNP型管, N2, P2, N1組成NPN型管, 這樣, 可控硅就好像是由一對(duì)互補(bǔ)復(fù)合的三極管構(gòu)成的, 其等效電路如圖11.4(c)所示。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路P1N1P2N2J1J2J3gk N2kP2N1gP1N1P2aUGGRGkIGV2aIAV1IC1UAARAg(a)(b)(c)aIC2 圖11.4內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其等效電路 (a) 內(nèi)部結(jié)

7、構(gòu)示意圖； (b) 分解兩個(gè)晶體管； (c) 等效電路晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 如果在控制極不加電壓, 無(wú)論在陽(yáng)極與陰極之間加上何種極性的電壓, 管內(nèi)的三個(gè)PN結(jié)中, 至少有一個(gè)結(jié)是反偏的, 因而陽(yáng)極沒(méi)有電流產(chǎn)生, 當(dāng)然就出現(xiàn)了圖11.3(a)、 (b)所示燈泡不亮的現(xiàn)象。 如果在晶閘管ak之間接入正向陽(yáng)極電壓UAA后, 在控制極加入正向控制電壓UGG, V1管基極便產(chǎn)生輸入電流IG, 經(jīng)V1管放大, 形成集電極電流IC1=1UG, IC1又是V2管的基極電流, 同樣經(jīng)過(guò)V2的放大, 產(chǎn)生集電極電流IC2=12IG, IC2又作為V1的基極電流再進(jìn)行放大。 如此循環(huán)往復(fù), 形成正反

8、饋過(guò)程, 晶閘管的電流越來(lái)越大, 內(nèi)阻內(nèi)阻急劇下降, 管壓降減小, 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 直至晶閘管完全導(dǎo)通。 這時(shí)晶閘管ak之間的正向壓降約為0.61.2 V。 因此流過(guò)晶閘管的電流IA由外加電源UAA和負(fù)載電阻RA決定, 即IAUAA/RA。 由于管內(nèi)的正反饋, 使管子導(dǎo)通過(guò)程極短, 一般不超過(guò)幾微秒。 圖11.3(d)的演示就是證明。 晶閘管一旦導(dǎo)通, 控制極就不再起控制作用, 不管UGG存在與否, 晶閘管仍將導(dǎo)通。 若要導(dǎo)通的管子關(guān)斷, 則只有減小UAA, 直至切斷陽(yáng)極電流, 使之不能維持正反饋過(guò)程, 如圖11.3(f)所示。 在反向陽(yáng)極電壓作用下, 兩只三極管均處于反

9、向電壓, 不能放大輸入信號(hào), 所以晶閘管不導(dǎo)通。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 11.1.3 晶閘管的伏安特性曲線及其主要參數(shù)晶閘管的伏安特性曲線及其主要參數(shù) 1 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 晶閘管的伏安特性如圖11.5所示。 以下分別討論其正向特性和反向特性。 1） 正向特性 (1) 正向阻斷狀態(tài)。 若控制極不加信號(hào), 即IG=0, 陽(yáng)極加正向電壓UAA, 晶閘管呈現(xiàn)很大電阻, 處于正向阻斷狀態(tài), 如圖中OA段。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路反向阻斷D反向擊穿正向阻斷OCBA正向轉(zhuǎn)折電壓不穩(wěn)定狀態(tài)IG=0IFiAIG增加正向?qū)║FuAKUBRUBO 圖 11.5 晶閘

10、管的伏安特性 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 (2) 負(fù)阻狀態(tài)。 當(dāng)正向陽(yáng)極電壓進(jìn)一步增加到某一值后, J2結(jié)發(fā)生擊穿, 正向?qū)妷貉杆傧陆? 出現(xiàn)了負(fù)阻特性, 見(jiàn)曲線AB段, 此時(shí)的正向陽(yáng)極電壓稱之為正向轉(zhuǎn)折電壓, 用UBO表示。 這種不是由控制極控制的導(dǎo)通稱為誤導(dǎo)通, 晶閘管使用中應(yīng)避免誤導(dǎo)通產(chǎn)生。 在晶閘管陽(yáng)極與陰極之間加上正向電壓的同時(shí), 控制極所加正向觸發(fā)電流IG越大, 晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通所需的正向轉(zhuǎn)折電壓就越小, 伏安特性曲線向左移。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 (3) 觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)。 晶閘管導(dǎo)通后的正向特性如圖中BC段, 與二極管的正向特性相似, 即通過(guò)晶

11、閘管的電流很大, 而導(dǎo)通壓降卻很小, 約為 1 V左右。 2） 反向特性 (1) 反向阻斷狀態(tài)。 晶閘管加反向電壓后, 處于反向阻斷狀態(tài), 如圖中OD段, 與二極管的反向特性相似。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 (2) 反向擊穿狀態(tài)。 當(dāng)反向電壓增加到UBR時(shí), PN結(jié)被擊穿, 反向電流急劇增加, 造成永久性損壞。 2 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1） 電壓定額 (1) 正向轉(zhuǎn)折電壓UBO。 (2) 正向阻斷重復(fù)峰值電壓UVM。 (3) 反向重復(fù)峰值電壓URM 。 (4) 通態(tài)平均電壓UF。 (5) 額定電壓UD。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 3 電流定額電流定額 1)

12、 額定正向平均電流IF 2) 維持電流IH 4 控制極定額控制極定額 1) 控制極觸發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG 2) 控制極反向電壓UGR 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 11.1.4 晶閘管的型號(hào)晶閘管的型號(hào) 國(guó)產(chǎn)晶閘管的型號(hào)有兩種表示方法, 即KP系列和3CT系列。 額定通態(tài)平均電流的系列為1、 5、 10、 20、 30、 50、 100、 200、 300、 400、 500、 600、 900、 1000(A)等14種規(guī)格。 額定電壓在1000 V以下的, 每100 V為一級(jí); 1000 V到3000 V的每200 V為一級(jí), 用百位數(shù)或千位及百位數(shù)組合表示級(jí)數(shù)。 晶閘管及其應(yīng)用

13、電路晶閘管及其應(yīng)用電路 KP系列表示參數(shù)的方式如圖 11.6 所示。 其通態(tài)平均電壓分為9級(jí), 用AI各字母表示0.41.2 V的范圍, 每隔0.1 V為一級(jí)。 額定電壓UD級(jí)別額定通態(tài)平均電流IFP普通反向阻斷型K閘流特性通態(tài)平均電壓 UF組別(小于100 A不標(biāo)) 圖 11.6 KP系列參數(shù)表示方式 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 例如, 型號(hào)為KP200-10D, 表示IF=200A、 UD=1000V、 UF=0.7V的普通型晶閘管。 3CT系列表示參數(shù)的方式如圖11.7所示。特性參數(shù)分類BT35B耗散功率500 mW三個(gè)電極特種管半導(dǎo)體 圖11.73 CT系列參數(shù)表示方式 晶閘

14、管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 11.1.5 普通晶閘管質(zhì)量粗測(cè)普通晶閘管質(zhì)量粗測(cè) 1 測(cè)量可控硅內(nèi)部的測(cè)量可控硅內(nèi)部的PN結(jié)結(jié) 可控硅的內(nèi)部有三個(gè)PN結(jié), 這三個(gè)PN結(jié)的好壞直接影響可控硅的質(zhì)量。 所以使用可控硅之前, 應(yīng)該先對(duì)這三個(gè)PN結(jié)進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量方法如圖11.8 所示。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 圖 11.8 可控硅的測(cè)量 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 2 測(cè)量可控硅的關(guān)斷狀態(tài)測(cè)量可控硅的關(guān)斷狀態(tài) 可控硅在反向連接時(shí)是不導(dǎo)通的, 如果可控硅正向連接, 但是沒(méi)有控制電壓, 它也是不導(dǎo)通的。 在這兩種情況下, 可控硅中間沒(méi)有電流流過(guò), 屬于關(guān)斷狀態(tài)。 把萬(wàn)用表置在

15、R1 k(或R10 k)擋, 黑表棒接可控硅的陽(yáng)極a, 紅表棒接陰極k, 可控硅屬于正向連接, 表上顯示的電阻應(yīng)很大, 把兩根表棒對(duì)換后, 再分別接可控硅的陽(yáng)極和陰極, 使可控硅處于反向連接狀態(tài), 表上顯示的電阻仍然應(yīng)該很大, 如圖11.8(c)所示。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 3 測(cè)量可控硅的觸發(fā)能力測(cè)量可控硅的觸發(fā)能力 檢查小功率晶閘管觸發(fā)電路如圖11.9 所示。 萬(wàn)用表置于R1(或R10)擋。 測(cè)量分兩步進(jìn)行: 第一步, 先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S, 此時(shí)晶閘管尚未導(dǎo)通, 測(cè)出的電阻值應(yīng)是無(wú)窮大。 然后合上開(kāi)關(guān), 將控制極與陽(yáng)極接通, 使控制極電位升高, 這相當(dāng)于加上正觸發(fā)信號(hào), 因此晶閘

16、管導(dǎo)通, 此時(shí), 其電阻值為幾歐至幾十歐。 第二步, 再把開(kāi)關(guān)斷開(kāi), 若阻值不變, 證明晶閘管質(zhì)量良好。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路R1+RoEKP1KP5kgSa紅黑 圖 11.9 檢查小功率晶閘管的觸發(fā)能力 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 圖中的開(kāi)關(guān)可用一根導(dǎo)線代替, 導(dǎo)線的一端固定在陽(yáng)極上, 另一端搭在控制極上時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。 本方法僅適用于檢查KP1KP5等小功率晶閘管或小功率快速晶閘管。 對(duì)于大功率晶閘管, 因其通態(tài)壓降較大, 加之R1擋提供的陽(yáng)極電流低于維持電流IH, 所以晶閘管不能完全導(dǎo)通, 在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)晶閘管會(huì)隨時(shí)之關(guān)斷。 此時(shí), 可采用雙表法, 把兩只萬(wàn)用表

17、的R1()擋串聯(lián)起來(lái)使用, 得到3V電源電壓。 具體檢測(cè)步驟同小功率晶閘管。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路11.2 單相可控整流電路單相可控整流電路 11.2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 1 電路組成電路組成 用晶閘管替代單相半波整流電路中的二極管就構(gòu)成了單相半波可控整流電路, 如圖11.10（a）所示。 u1Tru2uVuoRL晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路圖11.10u2U22t1t2ttaa0ug0uo、 io0uoioUottauV0U22(b)圖 11.10 單相半波整流 電路及波形 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 2 工作原理工作原理 設(shè)u2=

18、U2sint。 電路各點(diǎn)的波形如圖11.10(b)所示。 在u2正半周, 晶閘管承受正向電壓, 但在0t1期間, 因控制極未加觸發(fā)脈沖, 故不導(dǎo)通, 負(fù)載RL沒(méi)有電流流過(guò), 負(fù)載兩端電壓uo=0, 晶閘管承受u2全部電壓。 在t1=時(shí)刻, 觸發(fā)脈沖加到控制極, 晶閘管導(dǎo)通, 由于晶閘管導(dǎo)通后的管壓降很小, 約1V左右, 與u2的大小相比可忽略不計(jì), 因此在t1期間, 負(fù)載兩端電壓與u2相似, 并有相應(yīng)的電流流過(guò)。 2晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 當(dāng)交流電壓u2過(guò)零值時(shí), 流過(guò)晶閘管的電流小于維持電流, 晶閘管便自行關(guān)斷, 輸出電壓為零。 當(dāng)交流電壓u2進(jìn)入負(fù)半周時(shí), 晶閘管承受反向電壓

19、, 無(wú)論控制極加不加觸發(fā)電壓, 可控硅均不會(huì)導(dǎo)通, 呈反向阻斷狀態(tài), 輸出電壓為零。 當(dāng)下一個(gè)周期來(lái)臨時(shí), 電路將重復(fù)上述過(guò)程。 入控制極電壓ug使晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通的角度稱為控制角, =稱為導(dǎo)通角, 如圖11.（b）所示。 顯然, 控制角越小, 導(dǎo)通角就越大, 當(dāng)=0時(shí), 導(dǎo)通角=, 稱為全導(dǎo)通。 的變化范圍為0。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 由此可見(jiàn), 改變觸發(fā)脈沖加入時(shí)刻就可以控制晶閘管的導(dǎo)通角, 負(fù)載上電壓平均值也隨之改變, 增大, 輸出電壓減小, 反之, 減小, 輸出電壓增加, 從而達(dá)到可控整流的目的。 3 輸出直流電壓和電流輸出直流電壓和電流 由圖11.10（b）可知, 負(fù)載

20、電壓uo是正弦半波的一部分, 在一個(gè)周期內(nèi), 其平均值為)cos1 (22)(sin22122UttdUUao晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 當(dāng)=0, =時(shí), 晶閘管全導(dǎo)通, 相當(dāng)于二極管單相半波整流電路, 輸出電壓平均值最大可至0.45U2, 當(dāng)=, =0時(shí), 晶閘管全阻斷, UO=0。 負(fù)載電流的平均值為2)cos1 (45. 02ULLOORURUI2cos145. 02(11.2) 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 4 晶閘管上的電壓和電流晶閘管上的電壓和電流 由圖11.10（b）可以看出, 晶閘管上所承受的最高正向電壓為2222UUUURMVM 晶閘管上承受的最高反向電壓為

21、 據(jù)11.1.3節(jié)中參數(shù)中額定電壓的取值要求, 晶閘管的額定電壓應(yīng)取其峰值電壓的23 倍。 如果輸入交流電壓為220 V, 則VUUURMvm31122晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 應(yīng)選額定電壓為600 V以上的晶閘管。 流過(guò)晶閘管的平均電流為VFOVIIII)25 . 1 (額定電流為 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 11.2.2單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路 1 阻性負(fù)載阻性負(fù)載 1） 電路組成電路組成 將二極管橋式整流電路中的兩個(gè)二極管用兩個(gè)晶閘管替換, 就構(gòu)成了半控橋式整流電路, 如圖11.11(a)所示。 2） 工作原理 設(shè) u2=U2 sint, 電路各點(diǎn)的

22、波形如圖11.11(b)所示。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路u1u2V1V2V3V4abuoRL(a)晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路u2uguo、 io00a0uoioV1、V4V2、V3ttt23(b)導(dǎo)通導(dǎo)通 圖 11.11 單相半控橋式整流電路及波形 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 在u2的正半周, a端為正電壓, b端為負(fù)電壓時(shí), V1和V4承受正向電壓, 當(dāng)t=時(shí)刻觸發(fā)晶閘管V1使之導(dǎo)通, 其電流回路為: 電源a端V1RLV4電源b端。 若忽略V1、 V4的正向壓降, 輸出電壓uO與u2相等, 極性為上正下負(fù), 這時(shí)V2、 V3均承受反向電壓而阻斷。 電源電壓u2

23、過(guò)零時(shí), V1阻斷, 電流為零。 在u2的負(fù)半周, a點(diǎn)為負(fù), b點(diǎn)為正, V2和V3承受正向電壓, 當(dāng)t=+時(shí)觸發(fā)V2, 使之導(dǎo)通, 其電流回路為: 電源b端V2RLV3電源a端, 負(fù)載電壓大小和極性與u2在正半周時(shí)相同, 這時(shí)V1和V4均承受反向電壓而阻斷。 當(dāng)u2由負(fù)值過(guò)零時(shí), V3阻斷, 電流為零。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 在u2的第二個(gè)周期內(nèi), 電路將重復(fù)第一個(gè)周期的變化。 如此重復(fù)下去, 以至無(wú)窮。 3） 輸出電壓和電流 由圖11.11(b)可見(jiàn), 半控橋式與半波整流電路相比, 其輸出電壓的平均值要大 1 倍, LOOORUIUU2cos19 . 02 輸出電流的平均

24、值為即 (11.6) (11.7) 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 4） 晶閘管上的電壓和電流 由工作原理分析可知, 晶閘管和二極管承受的最高反向工作電壓以及晶閘管可能承受的最大正向電壓均等于電源電壓的最大值, 即2222UUUURMVM (11.7) (11.9) 流過(guò)每個(gè)晶閘管和二極管電流的平均值等于負(fù)載電流的一半, 即OVII21（11.10） 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 2 感性負(fù)載感性負(fù)載 1） 感性負(fù)載半控橋式整流電路 圖11.12(a)是具有電感性負(fù)載的單相橋式半控整流電路。 如前所述, 在純電阻負(fù)載的情況下, 負(fù)載中的電流是斷續(xù)的, 當(dāng)輸入電壓u2為零時(shí), 負(fù)載

25、中的電流也減小為零, 如圖11.0(b)所示。 但對(duì)于感性負(fù)載, 情況就會(huì)發(fā)生變化。 在u2的正半周內(nèi), 由于ug1的觸發(fā)作用, 晶閘管V1與二極管V4同時(shí)導(dǎo)通。 此時(shí)L的作用表現(xiàn)在減小晶閘管V1導(dǎo)通電流ia1的變化, 如圖11.12(b)io-t波形中的12段, 波形幅度減小, 比較平坦。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路u1u2V1V2V3V4abuoR(a)L晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路u2ug0iot23t00t123ug1ug2ug3V4V3V3V4V4t6t5t4t3t2t1(b)圖11.12 電感性負(fù)載半控橋式整流電路及波形 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 其次

26、, u2由正變負(fù)過(guò)零時(shí), u2=0, ia1原要減小為零, 但由于L兩端要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 以阻止ia1的減小, 故ia1并不為零。 事實(shí)上, 這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性為下“+”上“-”, 它加在二極管V3、 V1 和R串聯(lián)的電路兩端, 并使二極管V3的陽(yáng)極具有正電位, 晶閘管V1的陰極具有負(fù)電位, 故晶閘管V1繼續(xù)導(dǎo)通, 電流路徑是: L下“+” R 二極管V3 晶閘管V1 L上“-”晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路u1u2V1V2V3V4uoRLV5圖 11.13 有續(xù)流二極管的感性負(fù)載 半控橋式整流電路 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 必須強(qiáng)調(diào), 在這種情況下, 二極管V3代替了V

27、4, 并和晶閘管V1一起組成導(dǎo)通電路。 因此, ia1繼續(xù)流過(guò)負(fù)載, 波形如圖11.12(b)中io波形的23段所示。 在u2負(fù)半周, ug2接入, 使得晶閘管V2觸發(fā)導(dǎo)通, 晶閘管V1才因承受反向電壓而關(guān)斷。 于是負(fù)載電流轉(zhuǎn)換成為晶閘管V2的導(dǎo)通電流ia2, 以后的過(guò)程與前相似。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 由圖11.1(b)可以看出, 二極管在電源電壓過(guò)零時(shí)換相, 可控硅在觸發(fā)時(shí)換相, 輸出電流是連續(xù)不斷的, 出現(xiàn)可控硅在感性負(fù)載時(shí)的導(dǎo)通時(shí)間比阻性負(fù)載時(shí)的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)的狀態(tài), 對(duì)于這種情況, 一般來(lái)說(shuō), 整流器仍能正常工作, 但輸出電壓從零開(kāi)始則不易調(diào)整, 對(duì)控制角有嚴(yán)格限制的整流

28、器也不易調(diào)整。 2） 加有續(xù)流二極管的半控橋式整流電路 由以上分析可知, 產(chǎn)生失控現(xiàn)象的原因是流過(guò)晶閘管的電流ia1（或ia2）減小時(shí), L兩端產(chǎn)生下“+”上“-”的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 因此, 要消除失控現(xiàn)象, 就必須設(shè)法減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 克服的方法是在整個(gè)負(fù)載并聯(lián)一個(gè)二極管V5, 它的正極接在感性負(fù)載的下端, 負(fù)極接在其上端, 如圖11.1所示。 一旦流過(guò)V1的電流ia1減小, 致使L產(chǎn)生下正上負(fù)電動(dòng)勢(shì)時(shí), 二極管V5立即導(dǎo)通, 將V1與V3串聯(lián)電路短接, 使晶閘管V1的陽(yáng)極電壓降為零, 于是V1立即關(guān)斷, 由于V5為感性負(fù)載提供了一個(gè)放電回路, 因而避免了感

29、性負(fù)載的持續(xù)電流通過(guò)可控硅, 故V5稱為續(xù)流二極管。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 加續(xù)流二極管后, 其感性負(fù)載的輸出電壓uo的波形與純電阻負(fù)載時(shí)相同, 計(jì)算公式也一樣, 但負(fù)載電流的波形不同了。 因電感阻礙電流變化的作用, 使流過(guò)負(fù)載的電流不但可以連續(xù),而且基本上維持不變; 電感越大, 電流io的波形越接近于一條水平線。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 11.3 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 11.3.1 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及其性能單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及其性能 1 外形及符號(hào)外形及符號(hào) 圖11.14(a)所示為單結(jié)晶體管的外形圖。 可以看出, 它有三個(gè)電極, 但不是三極管,

30、而是具有三個(gè)電極的二極管, 管內(nèi)只有一個(gè)PN結(jié), 所以稱之為單結(jié)晶體管。 三個(gè)電極中, 一個(gè)是發(fā)射極, 兩個(gè)是基極, 所以也稱為雙基極二極管。 雙基極二極管的電路符號(hào)如圖11.14(b)所示, 文字符號(hào)用V表示。 其中, 有箭頭的表示發(fā)射極e； 箭頭所指晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 方向?qū)?yīng)的基極為第一基極b1, 表示經(jīng)PN結(jié)的電流只流向b1極; 第二基極用b2表示。 b2b1eb1b2b1eb1e(a)b2b2e(b) 圖 11.14 單結(jié)管的外形、 符號(hào)圖晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路eb2b1P型硅N型硅(a)eab2b1Rb2Rb1Rbb(b)圖 11.15 單結(jié)管結(jié)構(gòu)及

31、等效電路 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 2 單結(jié)管的結(jié)構(gòu)單結(jié)管的結(jié)構(gòu) 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖11.15(a)所示 。 3 單結(jié)管的伏安特性單結(jié)管的伏安特性 用實(shí)驗(yàn)方法可以得出單結(jié)管的伏安特性, 如圖11.16所示。 在圖11.16(a)中, 兩個(gè)基極b1與b2之間加一個(gè)電壓UBB(b1接負(fù), b2接正), 則此電壓在b1a與b2a之間按一定比例分配, b1a之間電壓用UA表示為晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 叫分壓比， 不同的單結(jié)管有不同的分壓比, 其數(shù)值與管子的幾何形狀有關(guān), 約在0.30.9之間, 它是單結(jié)管的很重要的參數(shù)。 2121bbABBBBbbAARRRUURRRU式中

32、 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路UEEReiEeUJRb2b2b1aRb1uAUBB(a)JuEB1晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路飽和區(qū)截止區(qū)負(fù)阻區(qū)IVViEBIP0AUVPUPuEB1(b) 圖11.16 單結(jié)晶體管的特性 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 再在發(fā)射極e與基極b1間加一個(gè)電壓UEE, 將可調(diào)直流電源UEE通過(guò)限流電阻Re接到e和b1之間, 當(dāng)外加電壓uEB1uA+UJ時(shí), PN結(jié)正偏, iE猛增, Rb1急劇下降, 下降, uA也下降, PN結(jié)正偏電壓增加, iE更大。 這一正反饋過(guò)程使uEB1反而減小, 呈現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng), 如圖 11.16(b)中的PV段曲線。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 這一段伏安特性稱之為負(fù)阻區(qū); P點(diǎn)處的電壓UP稱為峰點(diǎn)電壓, 相對(duì)應(yīng)的電流稱之為峰點(diǎn)電流, 峰點(diǎn)電壓是單結(jié)管的一個(gè)很重要的參數(shù), 它表示單結(jié)管未導(dǎo)通前最大發(fā)射極電壓, 當(dāng)UEB1稍大于UP或者近似等于UP時(shí), 單結(jié)管電流增加, 電阻下降, 呈現(xiàn)負(fù)阻特性, 所以習(xí)慣上認(rèn)為達(dá)到峰點(diǎn)電壓UP時(shí), 單結(jié)管就導(dǎo)通, 峰點(diǎn)電壓UP為: UP=UBB+UJ, UJ為單結(jié)管正向壓降。 晶閘管及其應(yīng)用電路晶閘管及其應(yīng)用電路 當(dāng)uE降低到谷點(diǎn)以后, iE增加, uE也有所增加, 器件進(jìn)入飽和