下一页总目录 章目录 返回 上一页第 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 应用举例下一页总目录 章目录 返回 上一页本章要求
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 晶闸管及其应用下一页总目录 章目录 返回 上一页晶闸管
（ 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
结下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页晶闸管导通后，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
形成正反馈过程下一页总目录 章目录 返回 上一页晶闸管导通的条件：
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页正向特性反向特性
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页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)工作波形下一页总目录 章目录 返回 上一页
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 )。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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 )
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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) 电路下一页总目录 章目录 返回 上一页
(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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
t
Ou
t
u
O
t
T1u
O
3,工作波形
2?
动画
t
gu
O
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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
+
-
+
-
下一页总目录 章目录 返回 上一页电路特点
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
+
-
+
-
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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 ++
–
–
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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下一页总目录 章目录 返回 上一页
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下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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)
下一页总目录 章目录 返回 上一页注意,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
下一页总目录 章目录 返回 上一页主电路触发电路
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,电路下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页
(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
下一页总目录 章目录 返回 上一页问 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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页使用脉冲变压器的触发电器下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页工作原理
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页工作原理
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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
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 应用举例下一页总目录 章目录 返回 上一页本章要求
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。
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（ 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
结下一页总目录 章目录 返回 上一页
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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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
形成正反馈过程下一页总目录 章目录 返回 上一页晶闸管导通的条件：
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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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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页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)工作波形下一页总目录 章目录 返回 上一页
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) 电路下一页总目录 章目录 返回 上一页
(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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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
+
-
+
-
下一页总目录 章目录 返回 上一页电路特点
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下一页总目录 章目录 返回 上一页
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下一页总目录 章目录 返回 上一页
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)
下一页总目录 章目录 返回 上一页注意,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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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,电路下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页问 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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页使用脉冲变压器的触发电器下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页工作原理
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页工作原理
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页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
