雙向晶閘管的觸發(fā)控制特性

雙向晶閘管的觸發(fā)控制特性

晶體門流管（圖1）也稱為硅振動器，是由三個pn節(jié)組成的大規(guī)模半導(dǎo)器。它主要用于控制硅的輸入、逆變、壓力電阻等電路，并用作無接觸開關(guān)。在分析晶閘管的工作原理時,常將其等效為兩個晶體管V1和V2串級而成。其工作過程如下:UGK>0→產(chǎn)生IG→V2通→產(chǎn)生IC2→V1通→IC1↗→IC2↗→出現(xiàn)強烈的正反饋,G極失去控制作用,V1和V2完全飽和,晶閘管飽和導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后,即使去掉門極電流,仍能維持導(dǎo)通。當(dāng)陽極電流減小到一定值時管子將關(guān)斷,另外在陽極和陰極加反向電壓,晶閘管也會關(guān)斷。雙向晶閘管相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)(圖2),但只有一個控制極。這樣,雙向晶閘管在正、反兩個方向上都能夠控制導(dǎo)電,而單向晶閘管卻是一種可控的單方向?qū)щ娖骷?。由于雙向晶閘管的正、反向伏安特性曲線具有對稱性,所以給雙向晶閘管的控制極加正的或負(fù)的觸發(fā)脈沖,都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通。這樣,觸發(fā)電路的設(shè)計就具有很大的靈活性,可以采用多種不同的觸發(fā)方式。此外,雙向晶閘管的兩個主電極不再分為陽極和陰極,而是稱為第一電極T1和第二電極T2。雙向晶閘管在電路中不能用作可控整流元件,主要用來進行交流調(diào)壓、交流開關(guān)、可逆直流調(diào)速等。調(diào)壓器電路主要由阻容移相電路和雙向晶閘管兩部分組成(圖3)。R5、RP和C5構(gòu)成阻容移相電路。合上電源開關(guān)S,交流電源電壓通過R5、RP向電容器C5充電,當(dāng)電容器C5兩端的電壓上升到略高于雙向觸發(fā)二極管ST的轉(zhuǎn)折電壓時,ST和雙向晶閘管VS相繼導(dǎo)通,負(fù)載RL得電工作。當(dāng)交流電源電壓過零瞬間,雙向晶閘管自行關(guān)斷,接著C5又被電源反向充電,重復(fù)上述過程。觸發(fā)電路是工作在交流電路中的,交流電壓的正、負(fù)半周分別會發(fā)出正、負(fù)觸發(fā)脈沖送到雙向晶閘管的控制極,使管子在正、負(fù)半周內(nèi)對稱地導(dǎo)通一次。改變RP的阻值,就改變了C5的充電速度,也就改變了雙向晶閘管的導(dǎo)通角,相應(yīng)地改變了負(fù)載RL上的交流電壓,實現(xiàn)了交流調(diào)壓。從結(jié)構(gòu)上來說,ST雙向觸發(fā)二極管是一種沒有控制極的晶閘管,可以把它看成是兩個二極管的反向并聯(lián)。這樣,無論在雙向觸發(fā)二極管的兩極之間外加什么極性的電壓,只要電壓的數(shù)值達到管子的轉(zhuǎn)折電壓值,就能使它導(dǎo)通。雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓較高,一般在20~40V范圍。一般情況下負(fù)載RL上的電壓不能從零伏起調(diào),最低只能調(diào)到20V。當(dāng)RP調(diào)到最大值時,C5充電速度變得很慢,以致在交流電壓的半個周期時間內(nèi),C5的電壓還來不及上升到雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓,雙向晶閘管就不能導(dǎo)通。為了克服這一缺陷,增加了由R4、C4和R6組成的另一條阻容移相電路。當(dāng)RP調(diào)到極限值以上時,C4上的電壓可經(jīng)R6向C5充電,使C5上的電壓達到雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓,以保證在低輸出電壓下雙向晶閘管仍能導(dǎo)通。適當(dāng)調(diào)節(jié)R4,就可以得到較低的起調(diào)電壓。電感L串聯(lián)在主電路上,對突變電流呈現(xiàn)很大的阻抗,起到了平滑濾波作用;R1、C1支路并聯(lián)在電源線上,將高頻干擾電流旁路。此外,與負(fù)載RL并聯(lián)的R2、C3支路進一步濾除了負(fù)載電流突變產(chǎn)生的脈沖干擾。這樣,由于采用了雙重濾波電路,起到了較強的抑制干擾的作用。避免雙向晶閘管導(dǎo)通瞬間的突變電流形成的脈沖干擾,影響調(diào)幅收音機和一些通信設(shè)備的正常工作。由二極管VD、氖管ND、電容器C2和電阻R3組成了氖管閃光指示電路,它并聯(lián)在負(fù)載兩端,負(fù)載RL兩端的交流電壓,經(jīng)二極管VD半波整流后得到的半波脈動直流電壓給C2充電,當(dāng)C2上的電壓達到氖管的導(dǎo)通電壓時,C2通過氖管迅速放電,使氖管閃亮一下。C2放電后又繼續(xù)被充電,氖管就會不停地閃亮。雙向晶閘管觸發(fā)電路的形式有很多種。一種是用試電筆里的氖管替換雙向觸發(fā)二極管(圖4),利用氖管在一定電壓下激發(fā)放電發(fā)出輝光的特性,定時輸出觸發(fā)脈沖電壓,控制VS的導(dǎo)通。當(dāng)C5上的電壓上升到氛管的導(dǎo)通電壓時,雙向晶閘管就會被觸發(fā)導(dǎo)通。因氖管的激發(fā)電壓較高,故脈沖電壓觸發(fā)較遲鈍。另一種是利用三極管的c、e極間的導(dǎo)電特性(基極開路)可觸發(fā)雙向可控硅,代替雙向觸發(fā)二極管(圖5),此電路只能輸出半個電壓波形,適用于低壓小負(fù)載。再有一種是用RC電路取代雙向觸發(fā)二極管(圖6),利用RC電路的充放電特性,當(dāng)電容電壓充到一定值時,即可觸發(fā)VS。電路簡單,可靠性和調(diào)壓效果要差一些,在對調(diào)壓器性能要求不高的情況下可以使用。雙向晶閘管的特點是不論給它的控制極加上正的或負(fù)的觸發(fā)脈沖都能使它導(dǎo)通,所以,單結(jié)晶體管張弛振蕩器同樣可以作為雙向晶閘管的觸發(fā)電路(圖7)。這種觸發(fā)電路調(diào)壓效果很好,只是電路比較復(fù)雜。由于單結(jié)晶體管張弛振蕩器必須由直流電源供電,所以應(yīng)用橋式整流電路得到全波脈動直流電壓,再經(jīng)過穩(wěn)壓管VD削波成為梯形波電壓,為張弛振蕩器供電。要用梯形波電壓為張弛振蕩器供電,這是為了能使觸發(fā)脈沖與交流電源同步。經(jīng)過全波整流、穩(wěn)壓管削波后得到的梯形波電壓與主電路電壓是同步變化的,即二者同時經(jīng)過零值,同時上升,同時下降。這樣,當(dāng)晶閘管上承受的主電壓過零時,與之相應(yīng)的每一個梯形波電壓的前沿都從零值開始上升,電容器C在每個梯形波電壓作用下的第一次充電都是以電容電壓Uc為零開始,并經(jīng)過相同的時間充電到使Uc等于單結(jié)晶體管的峰點電壓Up,使單結(jié)晶體管導(dǎo)通而放電,正是在這一放電瞬間輸出的第一個尖脈沖使晶閘管導(dǎo)通。單結(jié)晶體管張弛振蕩器組成的雙向晶閘管觸發(fā)電路必須包括三個基本環(huán)節(jié):同步電壓發(fā)生器(產(chǎn)生梯形波同步電壓);觸發(fā)脈沖形成器(單結(jié)晶體管觸發(fā)電路)和移相控制器(電位器RP)。交流調(diào)壓多采用雙向可控硅,它具有體積小、重量輕、效率高和使用方便等優(yōu)點,對提高生產(chǎn)效率和降低成本等都有顯著效果,但它也具有過載和抗干擾能力差,短時間的過流,過壓都會造成元件損壞,且在控制大電感負(fù)載時會干擾電網(wǎng)和自干擾等缺點。對過流的保護措施是在電路中串入快速熔斷器,其額定電流取可控硅電流平均值的1.5倍左右,其接入的位置可在交流側(cè)或直流側(cè),當(dāng)在交流側(cè)時額定電流取大些,一般多采用前者,過電壓保護常發(fā)生在