1
第 20章晶闸管
2
一种 大功率半导体器件，出现于 70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域 。
体积小、重量轻、无噪声、寿命长,容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。
特点
20,1 晶闸管 (可控硅 SCR)
3
应用领域：
逆变整流 （交流 直流）
斩波
（直流 交流）
变频 （交流 交流）
（直流 直流）
此外还可作无触点开关等
4
２０,1.１ 基本 结构
A（阳极）
四层半导体
K（阴极）
G（控制极）
P1
P2
N1
三个
PN
结
N2
5
符号
A
K
G
20.1.2 工作原理
G
K
P1
P2
N1
N2
A
P
P
N
N
N
P
A
G
K
示意图
6
A
P
P
N
N
N
P
G
K
i g
i g
ig
工作原理分析
K
A
G T1
T2
7
工作原理说明
UAK> 0,UGK>0时 T1导通
ib1 = i g iC1 =?ig = ib2
ic2 =?ib2 =ig = ib1
T2导通形成正反馈 晶闸管迅速导通；
T1进一步导通
8
晶闸管开始工作时,UAK加反向电压，
或不加触发信号（即 UGK = 0 ）；
晶闸管导通后,UGK，去掉 依靠正反馈，
晶闸管仍维持导通状态；
晶闸管截止的条件：
（ 1）
（ 2） 晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小 UAK，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。
9
1.晶闸管具有单向导电性
（正向导通条件,A,K间加正向电压，
G,K间加触发信号）；
2.晶闸管一旦导通，控制极失去作用若使其关断，必须降低 UAK或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。
结论
10
20.1.3 伏安特性
U
I
URS M
UDS M
URRM IH
UDRM
IF
IG1=0AIG2IG3
IG3 IG2 IG1> >
正向反向
11
UDRM,断态重复峰值电压 。（晶闸管耐压值。
一 般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管
UDRM 为 100V---3000V）
URRM：反向重复峰值电压 。（控制极断路时，
可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取 URRM = 80% URSM。普通晶闸管 URRM为 100V--3000V）
ITAV,通态平均电流 。（环境温度为 40OC时,在电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于 170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为
1A---1000A。）
20.1.4 主要参数
12
IH,维持电流。 (在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所必须的最小电流。一般为几十到一百多毫安。）
UG,IG：控制极触发电压和电流。 （在室温下，
阳极电压为直流 6V时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般 UG为 1到 5V,IG为几十到几百毫安。）
13
20.2 可控整流电路
20.2.1 单相半波可控整流电路 (电阻性负载 )
(1)电路及工作原理设 u1为正弦波
u2 > 0 时,加上触发电压 uG,晶闸管导通 。且
uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 < 0 时,晶闸管不通,uL = 0 。 故称可控整流。
u1 u
2
uT u
L
A G
K
RL
14
(2)工作波形
t
u2
t
uG
t
uL
t
uT
：控制角?：导通角
15
(3)输出 电压 及电流的平均值
ULAV =
tdu
2
1
2
ttds i nu2
2
1
2
ILAV =
L
OA V
R
U
2
c os1U45.0 2
16
20.2.2 单相全波可控整流电路 (电阻性负载 )
（ 1） 电路及工作原理
u2 > 0的导通路径：
u2 (A) T1
RL
D2u2 (B)
T1,T2 --晶闸管
D1,D2 --晶体管
T1 T2
D1 D2
RL
uL
u2
A
B
+
-
17
T2
RL
D1u2 (A)
u2 (B)
u2 < 0的导通路径：
T1,T2 --晶闸管
D1,D2 --晶体管
T1 T2
D1 D2
RL
uL
u2
A
B
+
-
18
（ 2） 工作波形
t
u2
t
uG
t
uL
t
uT1
：控制角?：导通角
19
(3)输出电压及电流的平均值
ILAV =
L
LAV
R
U
ULAV =
tdu1 2
ttdsi nu21 2
2
c o s1U9.0
2
20
双向晶闸管特点,相当于两个反向晶闸管并联，两者共用一个控制极。
符号：
T1
T2 G（控制极）
（第一电极）
（第二电极）
21
工作原理
VT1>VT2时,控制极相对于 T2加正脉冲，
晶闸管正向导通，电流从 T1流向 T2。
VT2>VT1时,控制极相对于 T2加 负 脉冲，
晶闸管反向导通，电流从 T2流向 T1。
22
可 关 断晶闸管 GTO--Gata Turn Off thyristor)
可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。
23
第 19章结束
第 20章晶闸管
2
一种 大功率半导体器件，出现于 70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域 。
体积小、重量轻、无噪声、寿命长,容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。
特点
20,1 晶闸管 (可控硅 SCR)
3
应用领域：
逆变整流 （交流 直流）
斩波
（直流 交流）
变频 （交流 交流）
（直流 直流）
此外还可作无触点开关等
4
２０,1.１ 基本 结构
A（阳极）
四层半导体
K（阴极）
G（控制极）
P1
P2
N1
三个
PN
结
N2
5
符号
A
K
G
20.1.2 工作原理
G
K
P1
P2
N1
N2
A
P
P
N
N
N
P
A
G
K
示意图
6
A
P
P
N
N
N
P
G
K
i g
i g
ig
工作原理分析
K
A
G T1
T2
7
工作原理说明
UAK> 0,UGK>0时 T1导通
ib1 = i g iC1 =?ig = ib2
ic2 =?ib2 =ig = ib1
T2导通形成正反馈 晶闸管迅速导通；
T1进一步导通
8
晶闸管开始工作时,UAK加反向电压，
或不加触发信号（即 UGK = 0 ）；
晶闸管导通后,UGK，去掉 依靠正反馈，
晶闸管仍维持导通状态；
晶闸管截止的条件：
（ 1）
（ 2） 晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小 UAK，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。
9
1.晶闸管具有单向导电性
（正向导通条件,A,K间加正向电压，
G,K间加触发信号）；
2.晶闸管一旦导通，控制极失去作用若使其关断，必须降低 UAK或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。
结论
10
20.1.3 伏安特性
U
I
URS M
UDS M
URRM IH
UDRM
IF
IG1=0AIG2IG3
IG3 IG2 IG1> >
正向反向
11
UDRM,断态重复峰值电压 。（晶闸管耐压值。
一 般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管
UDRM 为 100V---3000V）
URRM：反向重复峰值电压 。（控制极断路时，
可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取 URRM = 80% URSM。普通晶闸管 URRM为 100V--3000V）
ITAV,通态平均电流 。（环境温度为 40OC时,在电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于 170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为
1A---1000A。）
20.1.4 主要参数
12
IH,维持电流。 (在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所必须的最小电流。一般为几十到一百多毫安。）
UG,IG：控制极触发电压和电流。 （在室温下，
阳极电压为直流 6V时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般 UG为 1到 5V,IG为几十到几百毫安。）
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20.2 可控整流电路
20.2.1 单相半波可控整流电路 (电阻性负载 )
(1)电路及工作原理设 u1为正弦波
u2 > 0 时,加上触发电压 uG,晶闸管导通 。且
uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 < 0 时,晶闸管不通,uL = 0 。 故称可控整流。
u1 u
2
uT u
L
A G
K
RL
14
(2)工作波形
t
u2
t
uG
t
uL
t
uT
：控制角?：导通角
15
(3)输出 电压 及电流的平均值
ULAV =
tdu
2
1
2
ttds i nu2
2
1
2
ILAV =
L
OA V
R
U
2
c os1U45.0 2
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20.2.2 单相全波可控整流电路 (电阻性负载 )
（ 1） 电路及工作原理
u2 > 0的导通路径：
u2 (A) T1
RL
D2u2 (B)
T1,T2 --晶闸管
D1,D2 --晶体管
T1 T2
D1 D2
RL
uL
u2
A
B
+
-
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T2
RL
D1u2 (A)
u2 (B)
u2 < 0的导通路径：
T1,T2 --晶闸管
D1,D2 --晶体管
T1 T2
D1 D2
RL
uL
u2
A
B
+
-
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（ 2） 工作波形
t
u2
t
uG
t
uL
t
uT1
：控制角?：导通角
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(3)输出电压及电流的平均值
ILAV =
L
LAV
R
U
ULAV =
tdu1 2
ttdsi nu21 2
2
c o s1U9.0
2
20
双向晶闸管特点,相当于两个反向晶闸管并联，两者共用一个控制极。
符号：
T1
T2 G（控制极）
（第一电极）
（第二电极）
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工作原理
VT1>VT2时,控制极相对于 T2加正脉冲，
晶闸管正向导通，电流从 T1流向 T2。
VT2>VT1时,控制极相对于 T2加 负 脉冲，
晶闸管反向导通，电流从 T2流向 T1。
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可 关 断晶闸管 GTO--Gata Turn Off thyristor)
可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。
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第 19章结束
