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第 20章 晶闸管及其应用
20.1 晶闸管
20.2 可控整流电路
20.3 晶闸管的保护
20.4 单结晶体管触发电路
20.5 应用举例
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本章要求
1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特
性和主要参数。
2,理解可控整流电路的工作原理、掌握电
压平均值与控制角的关系。
3,了解单结晶体管及其触发电路的工作原
理。
第 20章 晶闸管及其应用
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晶闸管
（ Silicon Controlled Rectifier）
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种 大功
率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域
扩展到强电领域。
晶闸管 也像半导体二极管那样具有 单向导电性，
但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、
调压及开关等方面。
体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简
单、操作方便、寿命长,容量大（正向平均电流
达千安、正向耐压达数千伏）。
优点：
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G
控制极
20.1 晶闸管
20.1.1 基本结构
K 阴极
G
阳极A
P1
P2
N1
N2
四
层
半
导
体
晶闸管是具有三个 PN
结的四层结构,其外形、
结构及符号如图。
(c) 结构
K
G
A
(b) 符号(a) 外形
晶闸管的外形、结构及符号
三
个
PN
结
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P1
P2
N1
N2
K
G
A
晶闸管相当于 PNP和 NPN型两个晶体管的组合
+
K
A
T2
T1
_
P2 N1
N2
IG
IA
P1 N
1P
2
IK
G
P
P
N
N
N
P
A
G
K
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T1
T2
20.1.2 工作原理
A
G2B ii ?
1BG22C iii ?? ?
在极短时间内使两
个三极管均饱和导通，
此过程称触发导通。
211 CC iβi ?
2BG21 ii ?? ??
形成正反馈过程
K
G
EA > 0,EG > 0
EG
EA +_
R
Gi 2Bi
G21 iββ
G2iβ
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晶闸管导通后，去
掉 EG, 依靠正反馈，
仍可维持导通状态。
20.2.2 工作原理
G
EA > 0,EG > 0
K
EA+_
RT
1
T2G
i 2Bi
Giββ 21
Giβ2
E
G
A
G2B ii ?
1BG22C iii ?? ?
211 CC iβi ?
2BG21 ii ?? ??
形成正反馈过程
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晶闸管导通的条件：
1,晶闸管阳极电路 (阳极与阴极之间 )施加正向
电压。
2,晶闸管控制电路 (控制极与阴极之间 )加正向
电压或正向脉冲 (正向触发电压 )。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反
馈,晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件：
1,必须使可控硅阳极电流减小,直到 正反馈 效应
不能维持。
2,将阳极电源断开或者在晶闸管的 阳极和阴极
间加反相电压。
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正向特性反向特性
URRM
UFRM
IG2 > IG1 > IG0
UBR
IF
UBO
正向转折电压
IH
o U
I
IG0IG1IG2
+ _
+_反向转折电压
正向平均电流
维持电流
?U
20.1.3 伏安特性 ))(( 曲线UfI ?
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20.1.4 主要参数
UFRM,正向重复峰值电压（ 晶闸管 耐压值）
晶闸管 控制极开路且正向阻断情况下,允
许重复加在 晶闸管 两端的正向峰值电压。
一般取 UFRM = 80% UB0 。
普通 晶闸管 UFRM 为 100V — 3000V
反向重复峰值电压
控制极开路时,允许重复作用在 晶闸管 元
件上的反向峰值电压。
一般取 URRM = 80% UBR
普通 晶闸管 URRM为 100V—3000V
URRM：
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π
)(s i n
π2
1 mπ
0
mF
IttdII ?? ? ??
正向平均电流
环境温度为 40?C及 标准散热条件下,晶闸
管处于 全导通时 可以连续通过的工频正弦
半波电流的平均值。
IF：
IF
?t? 2?
i
如果正弦半波电流的最大值为 Im,则
普通晶闸管 IF为 1A — 1000A。
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UF,通态平均电压（管压降）
在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，
晶闸管阳、阴极间的电压平均值。
一般为 1V左右。
IH,维持电流
在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导
通状态所必须的最小电流。
一般 IH为几十 ~ 一百多毫安。
UG,IG,控制极触发电压和电流
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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晶闸管型号及其含义
导通时平均电压组别
共九级,用字母 A~I表示 0.4~1.2V
额定电压,用百位或千位数表示
取 UFRM或 URRM较小者
额定正向平均电流 (IF)
（晶闸管类型）
P--普通晶闸管
K--快速晶闸管
S --双向晶闸管晶闸管
K P
普通型
如 KP5-7表示 额定正向平均电流为 5A,额定电压为 700V。
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20.2 可控整流电路
20.2.1 单相半波可控整流
1,电阻性负载
(1) 电路
u > 0 时：
若 ug = 0,晶闸管 不导通,。uuu ??
To,0
。0,To ?? uuu
u < 0 时, 晶闸管 承受反向电压不导通,
uo = 0,uT = u, 故称可控整流。
控制极加触发信号，晶闸管 承受正向电压 导 通，
? u uoRL
+
–
+uT+ –
–
T io
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(2) 工作原理
?t1 ? 2?
u < 0 时, 可控硅承受反向电压不导通
。uu,u ?? T 0o 即：晶闸管反向阻断
:1t? 加触发信号,晶闸管承受正向电压 导通
。0,To ?? uuu
? t
u
O
u > 0时, 晶闸管不导通。,0,~0
g1 ?ut?
。uuu ?? To,0
gu
? tO
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? t
Ou
O
接电阻负载时
单相半波可控整流电路电压、电流波形
??
动画
控制角
?t1 ? ? t
u
O
? t
gu
O
?t22?
?t
Tu
O
导通角
(3)工作波形
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??
π
tuU
α
d
π2
1
O ?
??
π
α
)d(s i n2
π2
1 ttU ??
2
c o s α145.0
LL
O
O
????
R
U
R
UI
2
c os α145.0 ??? U
(4)整流输出电压及电流的平均值
由公式可知：
改变控制角 ?，可改变输出电压 Uo。
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2,电感性负载与续流二极管
(1)电路
当电压 u过零后，由于电感反电动势的存在，晶
闸管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。
? u uo
R
+
–
+u
T+ –
–
T
?
?
?
L eL
?
在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电
感元件上产生阻碍电流变化的感应电势 (极性如图 )，
电流不能跃变，将由零逐渐上升 (见波形 )。
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? t
gu
O
?t
Tu
O
? t
Ou
O
?t1 ? ? t
u
O ?t
2
2?
? ?
2) 工作波形 (未 加 续流二极管 )
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? u uo
R
+
–
+u
T+ –
–
L
T io
Dio
u> 0时,
D反向截止，不影响整流电路工作。
u < 0时：
D正向导通,晶闸管 承受反向电压关断,电感元
件 L释放能量形成的电流经 D构成回路 (续流 ),负载
电压 uo波形与电阻性负载相同 (见波形图 )。
3.电感性负载 (加 续流二极管 )
+
–
(1) 电路
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(3)工作波形 (加续流二极管 )
iL
? t
Ou
? ? t
u
O
?t
Tu
O
? ?
2?
? t
gu
O
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20.2.2 单相半控桥式整流电路
1,电路
2,工作原理
T1和 D2承受正向
电压。 T1控制极加触
发电压,则 T1和 D2导
通,电流的通路为 T
1,T2 ? 晶闸管
D1,D2? 晶体管a RL D2T1 b
(1)电压 u 为正半周 时
io
+
–
+
–
T1 T2
RL uo
D1 D2
a
? u
+
–
b
此时,T2和 D1均承受反向电压而截止。
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io
+
–
+
–
T1 T2
RL uo
D1 D2
a
? u
+
–
b
T2和 D1承受正向
电压。 T2控制极加触
发电压,则 T2和 D1导
通,电流的通路为
(2)电压 u 为负半周 时
b RL D1T2 a
此时,T1和 D2均承受反向电压而截止。
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? t
Ou
? ? t
u
O
?t
T1u
O
3,工作波形
2?
动画
? t
gu
O
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4,输出电压及电流的平均值
??
π
tuU
α
d
π
1
O ?
??
π
α
ο )d(s i n2π
1 ttUU ??
2
c o s α19.0
L
O
ο
????
R
U
R
UI
2
c os α19.0 ??? U
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两种常用可控整流电路
电路
特点
1,该电路只用一只晶闸管，且其上
无反向电压。
2,晶闸管和负载上的电流相同。
(1)
u
T
D2D1
D4
u0R
L
D3
+
-
+
-
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电路
特点
1,该电路接入电感性负载时,D1,D2便起
续流二极管作用。
(2)
20.2.3 三相半波可控整流电路 动画
2,由于 T1的阳极和 T2的阴极相连，两管控
制极必须加独立的触发信号。
T1
T2
D1
D2
u uOR
L
+
-
+
-
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20.2.4 三相桥式半控整流电路
2.工作原理
1,电路
动画
u2a
2??
u2b u2c
t1
t2
u
t?
o
T T1
RL uo
D3
T2 T3
D2D1
io
c
b
au ++
–
–
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20.3 晶闸管的保护
晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是
它的主要缺点。 晶闸管的热容量很小,一旦发生过
电流时，温度急剧上升，可能将 PN结烧坏，造成元
件内部短路或开路。例如一只 100A的 晶闸管 过电流
为 400A时，仅允许持续 0.02秒，否则将因过热而损
坏； 晶闸管耐受过电压的能力极差,电压超过其反
向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正
向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后
的电流较大，使器件受损。
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20.3.1 晶闸管的过流保护
1,快速熔断器保护
电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，
它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，
以保证晶闸管的安全。
与晶闸
管串联
接在
输入
端
~
接在
输出
端
快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。
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2,过流继电器保护
3,过流截止保护
在输出端 (直流侧 )或输入端 (交流侧 )接入过电
流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，
使电路自动切断。
在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号
控制触发电路。 当电路发生过流故障时,检测电路
控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而
使晶闸管导通角减小或立即关断。
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2,硒堆保护
20.3.2 晶闸管的过压保护
1,阻容保护
C
R
利用电容吸收过压。 其实质就是将造成过电压
的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电
阻中消耗掉。
R
C
R
C
硒堆保护
(硒整流片 )
C
R~ R
L
晶闸管元件
的阻容保护
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20.4 单结晶体管触发电路
20.4.1 单结晶体管结构及工作原理
1.结构 B2
第二基极
B1
N
欧姆接触
接触电阻
P发射极 E
第一基极
PN结
N型硅片
(a) 示意图
单结晶体管结构示意图及其表示符号
(b) 符号
B2
E
B1
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2,工作原理
2B1B
1BBB1B
RR
RUU
??
BBBB
BB
1B UU
R
R ???
? UE < ? UBB+UD = UP 时
PN结反偏,IE很小；
PN结正向导通,IE迅速
增加。
UE ? UP时?
? – 分压比 (0.5~ 0.9)
UP – 峰点电压
UD –PN结正向导通压降
B2
B1
UBB
E
UE
+
_
+
_
RP+
_
+
_
等效电路
RB1
RB2
A
UBB
E
UE
+
_
RP+
_
+
_
B2
B1
测量单结晶体管的实验电路
由图可求得
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3,单结晶体管的伏安特性
UV,IV(谷点电压、电流 ):
维持单结管导通的最小
电压、电流。
UP(峰点电压 )：
单结管由截止变导通
所需发射极电压 。
Ip IV
o IE
UE
UP峰点电压
UV谷点电压 V
负阻区截止区 饱和区
负阻区,UE>UP后，
大量空穴注入基区，
致使 IE增加,UE反
而下降，出现负阻。
P
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1,UE < UP时单结管截止；
UE > UP时单结管导通，
UE < UV时恢复截止。
单结晶体管的特点 B2
E
B12.单结晶体 管的峰点电压 UP与外加固定电压 U
BB及分压比 ?
有关,外加电压 UBB或 分压比 ?不同，则峰点电
压 UP不同。
3,不同单结晶体管的谷点电压 UV和 谷点电流 IV都
不一样。谷点电压大约在 2 ~ 5V之间。常选用
?稍大一些,UV稍小的单结晶体管，以增大输
出脉冲幅度和移相范围。
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20.4.2 单结晶体管触发电路
1,振荡电路
单结晶体管弛张振荡电路
单结晶体管弛张
振荡电路利用单结管
的负阻特性及 RC电路
的充放电特性组成频
率可调的振荡电路。u
g
R2
R1
R
U
uc
E +
C
+
_
_+
_50?
100k? 300?
0,47?F
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ug
R2
R1
R
U
uC
E +
C
+
_
_+
_50?
100k? 300?
0,47?F
2,振荡过程分析
设通电前 uC=0。
接通电源 U,电容 C经电阻 R
充电。 电容电压 uC逐渐升高。
当 uC ? UP时,单结管导通,电
容 C放电,R1上得到一脉冲电压。
Up
Uv
Up-UD
uC
?tug
?t
电容放电至 uC ? Uv时，单结管重新关断，使 ug?0。
(a)
(b)
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注意,R值不能选
的太小，否则单结
管不能关断，电路
亦不能振荡 。
up
uv
(c) 电压波形
uC
?t
?t
ug
O
O
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主电路
触发电路
u1
+
RL
R1
R2RP
C
R
uZ
T1
D1 D2
T2
u2
+
– u
C
+
+
–
R
uL+
ug+
u
+
?
20.4.3 单结管触发的半控桥式整流电路
1,电路
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2,工作原理
(1)整流削波
U2M
削 波
UZ
R
u2
+
–
+
–
uo
+
–
uZ
整流
U2M
?t
u
O
Z
?t
ou
O
zu
?tO
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(2) 触发电路
UP-UD
R1
R2RP
C uc+
R
ug+
uZ
+
Lu
gu
?t
?t
cu
Uv
Up
RL
T1
D1 D2
T2
uL+
(3) 输出电压 uL
O
O
UZ οu
?tO
?tO
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问 题 讨 论
1,单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发
电路为什么接在同一个变压器上？
目的,保证主电路和触发电路的电源电压同时过
零 (即两者同步 )，使电容在每半个周期均从零开始
充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现
的时刻相同 (即 ?角一样 )以使输出平均电压不变。
2,触发电路中，整流后为什么加稳压管？
稳压管的作用,是将整流后的电压变成梯形 (即削
波 )，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，
从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生
第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。
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3,一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？
如何改变控制角 ?？
根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电
压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持
导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉
冲起作用。
改变充电时间常数即可改变控制角 ?。
控制角 ?变化的范围称为移相范围。
4,电压的调节
R 电容充电速度变慢 ? uL
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单结晶体管触发电路
T1
+
U1 RE1
-
C
T2
RC1 RE2 R
2
T3
T4D
1
D2
DZ
R
输出脉冲可以直接从电阻 R1引出 (如前图 )，也可
通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间
允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲
变压器副边串联二极管 D1,可将反向电压隔开，而
并联 D2，可将反向电压短路。
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使用脉冲变压器的触发电器
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20.5 应用举例
1,电瓶充电机电路
R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，
具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。
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工作原理
R2, RP,C, T1, R3, R4 构成了单结晶体
管触发电路 。
当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需
电源电压开始工作。
R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
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当电瓶电压充到一定数值时，使得 单结晶体管
的峰点电压 UP大于稳压管 DZ的稳定电压，单结晶
体管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电
机停止充电。
R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
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R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
触发电路和可控整流电路的同步是由二极管 D和电
阻 R1来完成的。
交流电压过零变负后，电容通过 D和 R1迅速放电。
交流电压过零变正后 D截止，电瓶电压通过 R2,
RP向 C充电。改变 RP之值，可设定电瓶的初始充电
电流。
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2,双向晶闸管
特点,相当于两个晶闸管反向并联，两者共
用一个控制极。
符号：
A1
A2 G 控制极
第一电极
第二电极
通过控制电压的控制可实现双向导通。
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工作原理
UA1>UA2时,控制极 相对于 A2加正脉冲，
晶闸管 正向导通，电流从 A1流向 A2。
UA2>UA1时,控制极相对于 A2加 负 脉冲，
晶闸管 反向导通，电流从 A2流向 A1。
A1
A2 G
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交流调压电路
双向二极管：
只要在其两端加
上一定数值的正
或负电压即可使
其导通。
?
R
C
T
u
+
_
双向二极管
第 20章 晶闸管及其应用
20.1 晶闸管
20.2 可控整流电路
20.3 晶闸管的保护
20.4 单结晶体管触发电路
20.5 应用举例
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本章要求
1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特
性和主要参数。
2,理解可控整流电路的工作原理、掌握电
压平均值与控制角的关系。
3,了解单结晶体管及其触发电路的工作原
理。
第 20章 晶闸管及其应用
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晶闸管
（ Silicon Controlled Rectifier）
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种 大功
率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域
扩展到强电领域。
晶闸管 也像半导体二极管那样具有 单向导电性，
但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、
调压及开关等方面。
体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简
单、操作方便、寿命长,容量大（正向平均电流
达千安、正向耐压达数千伏）。
优点：
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G
控制极
20.1 晶闸管
20.1.1 基本结构
K 阴极
G
阳极A
P1
P2
N1
N2
四
层
半
导
体
晶闸管是具有三个 PN
结的四层结构,其外形、
结构及符号如图。
(c) 结构
K
G
A
(b) 符号(a) 外形
晶闸管的外形、结构及符号
三
个
PN
结
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P1
P2
N1
N2
K
G
A
晶闸管相当于 PNP和 NPN型两个晶体管的组合
+
K
A
T2
T1
_
P2 N1
N2
IG
IA
P1 N
1P
2
IK
G
P
P
N
N
N
P
A
G
K
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T1
T2
20.1.2 工作原理
A
G2B ii ?
1BG22C iii ?? ?
在极短时间内使两
个三极管均饱和导通，
此过程称触发导通。
211 CC iβi ?
2BG21 ii ?? ??
形成正反馈过程
K
G
EA > 0,EG > 0
EG
EA +_
R
Gi 2Bi
G21 iββ
G2iβ
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晶闸管导通后，去
掉 EG, 依靠正反馈，
仍可维持导通状态。
20.2.2 工作原理
G
EA > 0,EG > 0
K
EA+_
RT
1
T2G
i 2Bi
Giββ 21
Giβ2
E
G
A
G2B ii ?
1BG22C iii ?? ?
211 CC iβi ?
2BG21 ii ?? ??
形成正反馈过程
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晶闸管导通的条件：
1,晶闸管阳极电路 (阳极与阴极之间 )施加正向
电压。
2,晶闸管控制电路 (控制极与阴极之间 )加正向
电压或正向脉冲 (正向触发电压 )。
晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反
馈,晶闸管仍可维持导通状态。
晶闸管关断的条件：
1,必须使可控硅阳极电流减小,直到 正反馈 效应
不能维持。
2,将阳极电源断开或者在晶闸管的 阳极和阴极
间加反相电压。
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正向特性反向特性
URRM
UFRM
IG2 > IG1 > IG0
UBR
IF
UBO
正向转折电压
IH
o U
I
IG0IG1IG2
+ _
+_反向转折电压
正向平均电流
维持电流
?U
20.1.3 伏安特性 ))(( 曲线UfI ?
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20.1.4 主要参数
UFRM,正向重复峰值电压（ 晶闸管 耐压值）
晶闸管 控制极开路且正向阻断情况下,允
许重复加在 晶闸管 两端的正向峰值电压。
一般取 UFRM = 80% UB0 。
普通 晶闸管 UFRM 为 100V — 3000V
反向重复峰值电压
控制极开路时,允许重复作用在 晶闸管 元
件上的反向峰值电压。
一般取 URRM = 80% UBR
普通 晶闸管 URRM为 100V—3000V
URRM：
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π
)(s i n
π2
1 mπ
0
mF
IttdII ?? ? ??
正向平均电流
环境温度为 40?C及 标准散热条件下,晶闸
管处于 全导通时 可以连续通过的工频正弦
半波电流的平均值。
IF：
IF
?t? 2?
i
如果正弦半波电流的最大值为 Im,则
普通晶闸管 IF为 1A — 1000A。
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UF,通态平均电压（管压降）
在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，
晶闸管阳、阴极间的电压平均值。
一般为 1V左右。
IH,维持电流
在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导
通状态所必须的最小电流。
一般 IH为几十 ~ 一百多毫安。
UG,IG,控制极触发电压和电流
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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晶闸管型号及其含义
导通时平均电压组别
共九级,用字母 A~I表示 0.4~1.2V
额定电压,用百位或千位数表示
取 UFRM或 URRM较小者
额定正向平均电流 (IF)
（晶闸管类型）
P--普通晶闸管
K--快速晶闸管
S --双向晶闸管晶闸管
K P
普通型
如 KP5-7表示 额定正向平均电流为 5A,额定电压为 700V。
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20.2 可控整流电路
20.2.1 单相半波可控整流
1,电阻性负载
(1) 电路
u > 0 时：
若 ug = 0,晶闸管 不导通,。uuu ??
To,0
。0,To ?? uuu
u < 0 时, 晶闸管 承受反向电压不导通,
uo = 0,uT = u, 故称可控整流。
控制极加触发信号，晶闸管 承受正向电压 导 通，
? u uoRL
+
–
+uT+ –
–
T io
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(2) 工作原理
?t1 ? 2?
u < 0 时, 可控硅承受反向电压不导通
。uu,u ?? T 0o 即：晶闸管反向阻断
:1t? 加触发信号,晶闸管承受正向电压 导通
。0,To ?? uuu
? t
u
O
u > 0时, 晶闸管不导通。,0,~0
g1 ?ut?
。uuu ?? To,0
gu
? tO
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? t
Ou
O
接电阻负载时
单相半波可控整流电路电压、电流波形
??
动画
控制角
?t1 ? ? t
u
O
? t
gu
O
?t22?
?t
Tu
O
导通角
(3)工作波形
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??
π
tuU
α
d
π2
1
O ?
??
π
α
)d(s i n2
π2
1 ttU ??
2
c o s α145.0
LL
O
O
????
R
U
R
UI
2
c os α145.0 ??? U
(4)整流输出电压及电流的平均值
由公式可知：
改变控制角 ?，可改变输出电压 Uo。
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2,电感性负载与续流二极管
(1)电路
当电压 u过零后，由于电感反电动势的存在，晶
闸管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。
? u uo
R
+
–
+u
T+ –
–
T
?
?
?
L eL
?
在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电
感元件上产生阻碍电流变化的感应电势 (极性如图 )，
电流不能跃变，将由零逐渐上升 (见波形 )。
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? t
gu
O
?t
Tu
O
? t
Ou
O
?t1 ? ? t
u
O ?t
2
2?
? ?
2) 工作波形 (未 加 续流二极管 )
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? u uo
R
+
–
+u
T+ –
–
L
T io
Dio
u> 0时,
D反向截止，不影响整流电路工作。
u < 0时：
D正向导通,晶闸管 承受反向电压关断,电感元
件 L释放能量形成的电流经 D构成回路 (续流 ),负载
电压 uo波形与电阻性负载相同 (见波形图 )。
3.电感性负载 (加 续流二极管 )
+
–
(1) 电路
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(3)工作波形 (加续流二极管 )
iL
? t
Ou
? ? t
u
O
?t
Tu
O
? ?
2?
? t
gu
O
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20.2.2 单相半控桥式整流电路
1,电路
2,工作原理
T1和 D2承受正向
电压。 T1控制极加触
发电压,则 T1和 D2导
通,电流的通路为 T
1,T2 ? 晶闸管
D1,D2? 晶体管a RL D2T1 b
(1)电压 u 为正半周 时
io
+
–
+
–
T1 T2
RL uo
D1 D2
a
? u
+
–
b
此时,T2和 D1均承受反向电压而截止。
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io
+
–
+
–
T1 T2
RL uo
D1 D2
a
? u
+
–
b
T2和 D1承受正向
电压。 T2控制极加触
发电压,则 T2和 D1导
通,电流的通路为
(2)电压 u 为负半周 时
b RL D1T2 a
此时,T1和 D2均承受反向电压而截止。
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? t
Ou
? ? t
u
O
?t
T1u
O
3,工作波形
2?
动画
? t
gu
O
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4,输出电压及电流的平均值
??
π
tuU
α
d
π
1
O ?
??
π
α
ο )d(s i n2π
1 ttUU ??
2
c o s α19.0
L
O
ο
????
R
U
R
UI
2
c os α19.0 ??? U
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两种常用可控整流电路
电路
特点
1,该电路只用一只晶闸管，且其上
无反向电压。
2,晶闸管和负载上的电流相同。
(1)
u
T
D2D1
D4
u0R
L
D3
+
-
+
-
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电路
特点
1,该电路接入电感性负载时,D1,D2便起
续流二极管作用。
(2)
20.2.3 三相半波可控整流电路 动画
2,由于 T1的阳极和 T2的阴极相连，两管控
制极必须加独立的触发信号。
T1
T2
D1
D2
u uOR
L
+
-
+
-
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20.2.4 三相桥式半控整流电路
2.工作原理
1,电路
动画
u2a
2??
u2b u2c
t1
t2
u
t?
o
T T1
RL uo
D3
T2 T3
D2D1
io
c
b
au ++
–
–
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20.3 晶闸管的保护
晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是
它的主要缺点。 晶闸管的热容量很小,一旦发生过
电流时，温度急剧上升，可能将 PN结烧坏，造成元
件内部短路或开路。例如一只 100A的 晶闸管 过电流
为 400A时，仅允许持续 0.02秒，否则将因过热而损
坏； 晶闸管耐受过电压的能力极差,电压超过其反
向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正
向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后
的电流较大，使器件受损。
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20.3.1 晶闸管的过流保护
1,快速熔断器保护
电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，
它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，
以保证晶闸管的安全。
与晶闸
管串联
接在
输入
端
~
接在
输出
端
快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。
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2,过流继电器保护
3,过流截止保护
在输出端 (直流侧 )或输入端 (交流侧 )接入过电
流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，
使电路自动切断。
在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号
控制触发电路。 当电路发生过流故障时,检测电路
控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而
使晶闸管导通角减小或立即关断。
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2,硒堆保护
20.3.2 晶闸管的过压保护
1,阻容保护
C
R
利用电容吸收过压。 其实质就是将造成过电压
的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电
阻中消耗掉。
R
C
R
C
硒堆保护
(硒整流片 )
C
R~ R
L
晶闸管元件
的阻容保护
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20.4 单结晶体管触发电路
20.4.1 单结晶体管结构及工作原理
1.结构 B2
第二基极
B1
N
欧姆接触
接触电阻
P发射极 E
第一基极
PN结
N型硅片
(a) 示意图
单结晶体管结构示意图及其表示符号
(b) 符号
B2
E
B1
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2,工作原理
2B1B
1BBB1B
RR
RUU
??
BBBB
BB
1B UU
R
R ???
? UE < ? UBB+UD = UP 时
PN结反偏,IE很小；
PN结正向导通,IE迅速
增加。
UE ? UP时?
? – 分压比 (0.5~ 0.9)
UP – 峰点电压
UD –PN结正向导通压降
B2
B1
UBB
E
UE
+
_
+
_
RP+
_
+
_
等效电路
RB1
RB2
A
UBB
E
UE
+
_
RP+
_
+
_
B2
B1
测量单结晶体管的实验电路
由图可求得
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3,单结晶体管的伏安特性
UV,IV(谷点电压、电流 ):
维持单结管导通的最小
电压、电流。
UP(峰点电压 )：
单结管由截止变导通
所需发射极电压 。
Ip IV
o IE
UE
UP峰点电压
UV谷点电压 V
负阻区截止区 饱和区
负阻区,UE>UP后，
大量空穴注入基区，
致使 IE增加,UE反
而下降，出现负阻。
P
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1,UE < UP时单结管截止；
UE > UP时单结管导通，
UE < UV时恢复截止。
单结晶体管的特点 B2
E
B12.单结晶体 管的峰点电压 UP与外加固定电压 U
BB及分压比 ?
有关,外加电压 UBB或 分压比 ?不同，则峰点电
压 UP不同。
3,不同单结晶体管的谷点电压 UV和 谷点电流 IV都
不一样。谷点电压大约在 2 ~ 5V之间。常选用
?稍大一些,UV稍小的单结晶体管，以增大输
出脉冲幅度和移相范围。
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20.4.2 单结晶体管触发电路
1,振荡电路
单结晶体管弛张振荡电路
单结晶体管弛张
振荡电路利用单结管
的负阻特性及 RC电路
的充放电特性组成频
率可调的振荡电路。u
g
R2
R1
R
U
uc
E +
C
+
_
_+
_50?
100k? 300?
0,47?F
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ug
R2
R1
R
U
uC
E +
C
+
_
_+
_50?
100k? 300?
0,47?F
2,振荡过程分析
设通电前 uC=0。
接通电源 U,电容 C经电阻 R
充电。 电容电压 uC逐渐升高。
当 uC ? UP时,单结管导通,电
容 C放电,R1上得到一脉冲电压。
Up
Uv
Up-UD
uC
?tug
?t
电容放电至 uC ? Uv时，单结管重新关断，使 ug?0。
(a)
(b)
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注意,R值不能选
的太小，否则单结
管不能关断，电路
亦不能振荡 。
up
uv
(c) 电压波形
uC
?t
?t
ug
O
O
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主电路
触发电路
u1
+
RL
R1
R2RP
C
R
uZ
T1
D1 D2
T2
u2
+
– u
C
+
+
–
R
uL+
ug+
u
+
?
20.4.3 单结管触发的半控桥式整流电路
1,电路
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2,工作原理
(1)整流削波
U2M
削 波
UZ
R
u2
+
–
+
–
uo
+
–
uZ
整流
U2M
?t
u
O
Z
?t
ou
O
zu
?tO
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(2) 触发电路
UP-UD
R1
R2RP
C uc+
R
ug+
uZ
+
Lu
gu
?t
?t
cu
Uv
Up
RL
T1
D1 D2
T2
uL+
(3) 输出电压 uL
O
O
UZ οu
?tO
?tO
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问 题 讨 论
1,单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发
电路为什么接在同一个变压器上？
目的,保证主电路和触发电路的电源电压同时过
零 (即两者同步 )，使电容在每半个周期均从零开始
充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现
的时刻相同 (即 ?角一样 )以使输出平均电压不变。
2,触发电路中，整流后为什么加稳压管？
稳压管的作用,是将整流后的电压变成梯形 (即削
波 )，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，
从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生
第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。
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3,一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？
如何改变控制角 ?？
根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电
压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持
导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉
冲起作用。
改变充电时间常数即可改变控制角 ?。
控制角 ?变化的范围称为移相范围。
4,电压的调节
R 电容充电速度变慢 ? uL
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单结晶体管触发电路
T1
+
U1 RE1
-
C
T2
RC1 RE2 R
2
T3
T4D
1
D2
DZ
R
输出脉冲可以直接从电阻 R1引出 (如前图 )，也可
通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间
允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲
变压器副边串联二极管 D1,可将反向电压隔开，而
并联 D2，可将反向电压短路。
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使用脉冲变压器的触发电器
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20.5 应用举例
1,电瓶充电机电路
R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，
具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。
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工作原理
R2, RP,C, T1, R3, R4 构成了单结晶体
管触发电路 。
当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需
电源电压开始工作。
R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
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当电瓶电压充到一定数值时，使得 单结晶体管
的峰点电压 UP大于稳压管 DZ的稳定电压，单结晶
体管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电
机停止充电。
R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
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R1
~
A
V
R2
R4
R3RPD
DZ
T
C
+
_
待
充
电
瓶
T1
触发电路和可控整流电路的同步是由二极管 D和电
阻 R1来完成的。
交流电压过零变负后，电容通过 D和 R1迅速放电。
交流电压过零变正后 D截止，电瓶电压通过 R2,
RP向 C充电。改变 RP之值，可设定电瓶的初始充电
电流。
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2,双向晶闸管
特点,相当于两个晶闸管反向并联，两者共
用一个控制极。
符号：
A1
A2 G 控制极
第一电极
第二电极
通过控制电压的控制可实现双向导通。
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工作原理
UA1>UA2时,控制极 相对于 A2加正脉冲，
晶闸管 正向导通，电流从 A1流向 A2。
UA2>UA1时,控制极相对于 A2加 负 脉冲，
晶闸管 反向导通，电流从 A2流向 A1。
A1
A2 G
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交流调压电路
双向二极管：
只要在其两端加
上一定数值的正
或负电压即可使
其导通。
?
R
C
T
u
+
_
双向二极管
