模擬電子技術(shù)

模擬電子技術(shù)第1頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.1晶閘管

11.1.1晶閘管的實(shí)物圖及其性能演示1．外形及其符號(hào)第2頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖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)第3頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．類(lèi)型可控硅按其容量有大、中、小功率管之分,一般認(rèn)為電流容量大于50A為大功率管,5A以下則為小功率管,小功率可控硅觸發(fā)電壓為1V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。第4頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.2晶閘管連接圖第5頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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）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(chēng)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(chēng)之為反向阻斷,如圖11.3(c)所示。

第6頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.3晶閘管工作示意圖

第8頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)S合上,UGK為正向,UAA為正向,燈泡亮,稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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。第9頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）現(xiàn)象分析及結(jié)論(1)由圖11.3(c)、(d)得出,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。第10頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.1.2晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

1．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,J3,由最外層的P1、N2分別引出兩個(gè)電極稱(chēng)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。第11頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.4內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其等效電路(a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；(b)分解兩個(gè)晶體管；(c)等效電路第12頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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=β1UG,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=β1β2IG,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,第13頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直至晶閘管完全導(dǎo)通。這時(shí)晶閘管ak之間的正向壓降約為0.6～1.2V。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IA≈UAA/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向電壓,不能放大輸入信號(hào),所以晶閘管不導(dǎo)通。第14頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.1.3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。第15頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.5晶閘管的伏安特性

第16頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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(chēng)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(chēng)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。第17頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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)晶閘管的電流很大,而導(dǎo)通壓降卻很小,約為1V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。

第18頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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)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。第19頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．電流定額1)額定正向平均電流IF2)維持電流IH

4．控制極定額1)控制極觸發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG2)控制極反向電壓UGR第20頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.1.4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1000V以下的,每100V為一級(jí);1000V到3000V的每200V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)。第21頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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A～I(xiàn)各字母表示0.4～1.2V的范圍,每隔0.1V為一級(jí)。圖11.6KP系列參數(shù)表示方式

第22頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如,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。

圖11.73CT系列參數(shù)表示方式

第23頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.1.5普通晶閘管質(zhì)量粗測(cè)1．測(cè)量可控硅內(nèi)部的PN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。第24頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.8可控硅的測(cè)量

第25頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．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R×1k(或R×10k)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。第26頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．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R×1(或R×10)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。第27頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.9檢查小功率晶閘管的觸發(fā)能力

第28頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖中的開(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KP1～KP5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R×1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)用表的R×1(Ω)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。第29頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.2單相可控整流電路

11.2.1單相半波可控整流電路

1．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。第30頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.10單相半波整流電路及波形第31頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．工作原理設(shè)u2=U2sinωt。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0~ωt1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ωt1=α?xí)r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ωt1～π期間,負(fù)載兩端電壓與u2相似,并有相應(yīng)的電流流過(guò)。第32頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(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,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α稱(chēng)為控制角,θ=π－α稱(chēng)為導(dǎo)通角,如圖11.１０（b）所示。顯然,控制角α越小,導(dǎo)通角θ就越大,當(dāng)α=0時(shí),導(dǎo)通角θ=π,稱(chēng)為全導(dǎo)通。α的變化范圍為0～π。第33頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由此可見(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,α增大,輸出電壓減小,反之,α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由圖11.10（b）可知,負(fù)載電壓uo是正弦半波的一部分,在一個(gè)周期內(nèi),其平均值為第34頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)α=0,θ=π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)α=π,θ=0時(shí),晶閘管全阻斷,UO=0。負(fù)載電流的平均值為(11.2)第35頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．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晶閘管上承受的最高反向電壓為據(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2～3倍。如果輸入交流電壓為220V,則第36頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)選額定電壓為600V以上的晶閘管。流過(guò)晶閘管的平均電流為額定電流為第37頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.2.2單相半控橋式整流電路1．阻性負(fù)載1）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=U2sinωt,電路各點(diǎn)的波形如圖11.11(b)所示。第38頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第39頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.11單相半控橋式整流電路及波形

第40頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在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)ωt=α?xí)r刻觸發(fā)晶閘管V1使之導(dǎo)通,其電流回路為:電源a端→V1→RL→V4→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)ωt=π+α?xí)r觸發(fā)V2,使之導(dǎo)通,其電流回路為:電源b端→V2→RL→V3→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。

第41頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在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,輸出電流的平均值為即(11.6)(11.7)第42頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(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（11.10）第43頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．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)載中的電流也減小為零,如圖11.１0(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-ωt波形中的1～2段,波形幅度減小,比較平坦。第44頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.12電感性負(fù)載半控橋式整流電路及波形

第46頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其次,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“-”第47頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.13有續(xù)流二極管的感性負(fù)載半控橋式整流電路第48頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月必須強(qiáng)調(diào),在這種情況下,二極管V3代替了V4,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2～3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。第49頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由圖11.1２(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)。第50頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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11.1３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,因而避免了感性負(fù)載的持續(xù)電流通過(guò)可控硅,故V5稱(chēng)為續(xù)流二極管。第51頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加續(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。第52頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.3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1．外形及符號(hào)圖11.14(a)所示為單結(jié)晶體管的外形圖?？梢钥闯?它有三個(gè)電極,但不是三極管,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(chēng)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(chēng)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；箭頭所指第53頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月方向?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。

圖11.14單結(jié)管的外形、符號(hào)圖第54頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.15單結(jié)管結(jié)構(gòu)及等效電路

第55頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．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b1～a與b2～a之間按一定比例η分配,b1～a之間電壓用UA表示為第56頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月叫分壓比，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0.3～0.9之間,它是單結(jié)管的很重要的參數(shù)。式中第57頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.16單結(jié)晶體管的特性

第59頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月再在發(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uEB1<UA+UJ時(shí),PN結(jié)上承受了反向電壓,發(fā)射極上只有很小的反向電流通過(guò),單結(jié)管處于截止?fàn)顟B(tài),這段特性區(qū)稱(chēng)為截止區(qū)。如圖11.16（b）中的AP段。當(dāng)uEB1>uA+UJ時(shí),PN結(jié)正偏,iE猛增,Rb1急劇下降,η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。第60頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這一段伏安特性稱(chēng)之為負(fù)阻區(qū);P點(diǎn)處的電壓UP稱(chēng)為峰點(diǎn)電壓,相對(duì)應(yīng)的電流稱(chēng)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=ηUBB+UJ,UJ為單結(jié)管正向壓降。第61頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)uE降低到谷點(diǎn)以后,iE增加,uE也有所增加,器件進(jìn)入飽和區(qū),如圖11.16(b)所示的VB段曲線。其動(dòng)態(tài)電阻為正值。負(fù)阻區(qū)與飽和區(qū)的分界點(diǎn)V稱(chēng)為谷點(diǎn)，該點(diǎn)的電壓稱(chēng)為谷點(diǎn)電壓UV。谷點(diǎn)電壓UV是單結(jié)管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓,在uEB1<UV時(shí),器件重新截止。4.單結(jié)管的型號(hào)及使用常識(shí)1）型號(hào)單結(jié)管的型號(hào)有BT31、BT32、BT33、BT35等,型號(hào)組成部分各符號(hào)所代表的意義如圖11.17所示。

第62頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.17單結(jié)管型號(hào)的各符號(hào)意義第63頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）管腳的判別方法對(duì)于金屬管殼的管子,管腳對(duì)著自己,以凸口為起始點(diǎn),順時(shí)針?lè)较驍?shù),依次是e、b1、b2。對(duì)于環(huán)氧封裝半球狀的管子,平面對(duì)著自己,管腳向下,從左向右,依次為e、b2、b1,國(guó)外的塑料封裝管管腳排列,一般也和國(guó)產(chǎn)環(huán)氧封裝管的排列相同,如圖11.14所示。

3）怎樣用萬(wàn)用表識(shí)別單結(jié)晶體管的三個(gè)電極用萬(wàn)用表R×100或R×1k電阻擋分別測(cè)試e、b1和b2之間的電阻值,可以判斷管子結(jié)構(gòu)的好壞,識(shí)別三個(gè)管腳,其示意圖如圖11.18所示。

第64頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.3.2單結(jié)晶體管張弛振蕩器

利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性可構(gòu)成自激振蕩電路,產(chǎn)生控制脈沖,用以觸發(fā)晶閘管,如圖11.19(a)所示。第65頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.19張弛振蕩器電路圖及波形圖(a)電路圖；(b)波形圖第66頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.3.3單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路

1．電路組成及工作原理電路如圖11.20(a)所示,圖中下半部分為主回路,是一單相半控橋式整流電路。上半部分為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。T為同步變壓器,它的初級(jí)線圈與可控橋路均接在220V交流電源上，次級(jí)線圈得到同頻率的交流電壓,經(jīng)單相橋式整流,變成脈動(dòng)直流電壓UAD,再經(jīng)穩(wěn)壓管削波變成梯形波電壓UBD。此電壓為單結(jié)管觸發(fā)電路的工作電壓,加削波環(huán)節(jié)的目的首先是起到穩(wěn)壓作用,使單結(jié)管輸出的脈沖幅值不受交流電源波動(dòng)的影響,提高了脈沖的穩(wěn)定性;第67頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其次,經(jīng)過(guò)削波后,可提高交流同步電壓的幅值,增加梯形波的陡度,擴(kuò)大移相范圍。由于主、觸回路接在同一交流電源上,起到了很好的同步作用,當(dāng)電源電壓過(guò)零時(shí),振蕩自動(dòng)停止,故電容每次充電時(shí),總是從電壓的零點(diǎn)開(kāi)始,這樣就將保證了脈沖與主電路可控硅陽(yáng)極電壓同步。在每個(gè)周期內(nèi)的第一個(gè)脈沖為觸發(fā)脈沖,其余的脈沖沒(méi)有作用。調(diào)整電位器RP,使觸發(fā)脈沖移相,改變控制角α。電路中各點(diǎn)波形如圖11.20(b)所示。

第68頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.18單結(jié)管電極識(shí)別示意圖第69頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月e對(duì)b1:測(cè)正反向電阻;e對(duì)b2:測(cè)正反向電阻。

b1對(duì)b2相當(dāng)于一個(gè)固定電阻,表筆正、反向測(cè)得電阻值不變,不同的管子,此阻值是不同的,一般在3～12kΩ之間。利用以上測(cè)量結(jié)果,可找出發(fā)射極來(lái)。由于e靠近b2,故e對(duì)b1的正向電阻比e對(duì)b2的正向電阻稍大一些,用這種方法可區(qū)別第一基極b1和第二基極b2。實(shí)際應(yīng)用中,如果b1、b2接反了,也不會(huì)損壞元件,只是不能輸出脈沖,或輸出的脈沖很小罷了。第70頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．對(duì)觸發(fā)電路的要求

為了保證可靠地觸發(fā),對(duì)觸發(fā)電路的要求是:(1）觸發(fā)脈沖上升沿要陡,以保證觸發(fā)時(shí)刻的準(zhǔn)確;(2）觸發(fā)脈沖電壓幅度必須滿(mǎn)足要求,一般為4～10V;(3）觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度,以保證可靠觸發(fā);(4）為避免誤導(dǎo)通,不觸發(fā)時(shí),觸發(fā)輸出的漏電壓小于0.2V;(5)觸發(fā)脈沖必須與主電路的交流電源同步,以保證晶閘管在每個(gè)周期的同一時(shí)刻觸發(fā)。圖11.20(a)將主、觸回路接在同一電源上,實(shí)現(xiàn)了同步的要求。第71頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第72頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.20單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路（a）電路;（b）波形第73頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.4雙向晶閘管及其應(yīng)用電路

圖11.21就是調(diào)光臺(tái)燈的內(nèi)部電路?，F(xiàn)在,我們調(diào)節(jié)RP,你會(huì)發(fā)現(xiàn),燈泡的亮度發(fā)生了變化。電路中的元件有你熟悉的,也有你不認(rèn)識(shí)的。其中V1是雙向晶閘管,V2是雙向觸發(fā)二極管。在調(diào)光電路中,V1及V2起到了關(guān)鍵性的作用。因此,有必要對(duì)雙向晶閘管及雙向二極管的特性進(jìn)行分析。第74頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.21交流調(diào)光演示電路第75頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.4.1雙向晶閘管1．結(jié)構(gòu)與特性雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的晶閘管,而且僅用一個(gè)觸發(fā)電路,是目前比較理想的交流開(kāi)關(guān)器件。小功率雙向晶閘管一般用塑料封裝,有的還帶小散熱板,外形如圖11.22所示。

第76頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.22小功率雙向晶閘管外形(a)BCM1AM;(b)BCM3AM圖11.23雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)(a)結(jié)構(gòu);(b)符號(hào)第77頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)如圖11.23(a)所示。NPNPN五層器件。三個(gè)電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙向?qū)?故控制極G以外的兩個(gè)電極統(tǒng)稱(chēng)為主端子,用T1、T2表示,不再劃分成陽(yáng)極和陰極。其特點(diǎn)是,當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1的電壓均為正時(shí),T2是陽(yáng)極,T1是陰極。反之,當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1的電壓均為負(fù)時(shí)T1變?yōu)殛?yáng)極,T2為陰極。雙向晶閘管的電路符號(hào)如圖11.23(b)所示,文字符號(hào)用SCR、KS、V等表示,本書(shū)用V表示。第78頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖11.24是它的伏安特性。顯然,它具有比較對(duì)稱(chēng)的正反向伏安特性。第一象限的曲線表明,T2極電壓高于T1極電壓,我們稱(chēng)為正向電壓,用U21表示。若控制極加正極性觸發(fā)信號(hào)(IG>0),則晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通,電流方向是從T2流向T1;第三象限的曲線表明,T1極的電壓高于T2極電壓,我們稱(chēng)為反向電壓,用U12表示。若控制極加負(fù)極性觸發(fā)信號(hào)(IG<0),則晶閘管也被觸發(fā),電流方向是從T1流向T2。由此可見(jiàn),雙向晶閘管只用一個(gè)控制極,就可以控制它的正向?qū)ê头聪驅(qū)?。雙向晶閘管不管它的控制極電壓極性如何,它都可能被觸發(fā)導(dǎo)通,這個(gè)特點(diǎn)是普通晶閘管所沒(méi)有的。第79頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖11.24雙向晶閘管的伏安特性第80頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．用萬(wàn)用表檢測(cè)雙向晶閘管電極與觸發(fā)能力1）判定T2極由圖11.23(a)可見(jiàn),G極與T1極靠近,距T2極較遠(yuǎn)。因此,G、T1之間的正、反向電阻很小。在用R×1擋測(cè)任意兩腳之間的電阻時(shí),只有G、T1之間顯現(xiàn)低阻,正、反電阻僅為幾十歐。而T2、G和T2、T1之間的正、反向電阻均為無(wú)窮大。這表明,如果測(cè)出某腳和其它兩腳都不通,這肯定是T2極。第81頁(yè)，課件共91頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）區(qū)分G極與T1極(1)找出T2極之后,首先假定剩下兩腳中某一腳為T(mén)1極,另一腳為G極。(2)把黑表筆接T1極,紅表筆接T2極,電阻為無(wú)窮大。接著用紅表筆尖把T2與G短路并給G加上負(fù)觸發(fā)信號(hào),電阻值應(yīng)為10Ω左右(見(jiàn)圖11.25(a)),證明管子已經(jīng)