晶闸管及其应用电工学精选文档.ppt
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1、晶闸管及其应用电工学本讲稿第一页,共五十三页本章要求本章要求1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特了解晶闸管的基本结构、工作原理、特 性和主要参数。性和主要参数。2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电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。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了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。理。第第20章章 晶闸管及其应用晶闸管及其应用本讲稿第二页,共五十三页晶闸管晶闸管(S Silicon Controlled ontrolled R Rectifierectifier)晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管
2、基础上发展起来的一种大功大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。扩展到强电领域。晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有单向导电性,但它的单向导电性,但它的单向导电性,但它的单向导电性,但它的导通时间是可控的,主要用于整流、逆变、导通时间是可控的,主要用于整流、逆变、导通时间是可控的,主要用于整流、逆变、导通时间是可控的,主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。调压及开关等方面。调压及开关等方面。调压及开关等方面。体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维
3、修简单、操体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、作方便、寿命长、作方便、寿命长、作方便、寿命长、容量大(正向平均电流达千安、正向耐容量大(正向平均电流达千安、正向耐容量大(正向平均电流达千安、正向耐容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。压达数千伏)。压达数千伏)。压达数千伏)。优点:优点:本讲稿第三页,共五十三页G控制极控制极20.1 晶闸管晶闸管20.1.1 基本结构基本结构K 阴极阴极G阳极阳极 AP1P2N1N2四四 层层 半半 导导 体体 晶闸管是具有三个晶闸管
4、是具有三个晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个PNPN结结的四层结构的四层结构,其外形、结构其外形、结构其外形、结构其外形、结构及符号如图。及符号如图。及符号如图。及符号如图。(c)(c)结构结构结构结构K GA(b)(b)符号符号符号符号(a)(a)外形外形外形外形晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号三三 个个PN 结结本讲稿第四页,共五十三页P1P2N1N2K GA晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于PNPPNP和和NPNNPN型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合+KA T2T1_P2N
5、1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK本讲稿第五页,共五十三页 T1T220.1.2 工作原理工作原理A 在极短时间内使两个在极短时间内使两个三极管均饱和导通,此三极管均饱和导通,此过程称触发导通。过程称触发导通。形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程KGE EA 0 0、E EG G 0 0EGEA+_R本讲稿第六页,共五十三页 晶闸管导通后,去晶闸管导通后,去掉掉E EGG,依靠正反馈,依靠正反馈,仍可维持导通状态。仍可维持导通状态。20.2.2 工作原理工作原理GEA A 0、EG G 0 0KKEA+_R T1T2EGA形成正反馈过程形成正反馈过程本讲稿第
6、七页,共五十三页晶闸管导通的条件:晶闸管导通的条件:晶闸管导通的条件:晶闸管导通的条件:1.晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间)施加正向电压。施加正向电压。2.晶闸管控制电路晶闸管控制电路晶闸管控制电路晶闸管控制电路(控制极与阴极之间控制极与阴极之间)加正向电压加正向电压加正向电压加正向电压或正向脉冲或正向脉冲或正向脉冲或正向脉冲(正向触发电压正向触发电压)。晶闸管导通后,控制极便失去作用。晶闸管导通后,控制极便失去作用。晶闸管导通后,控制极便失去作用。晶闸管导通后,控制极便失去作用。依靠正反馈,依靠正反馈,依靠正反馈,依靠正反馈,晶晶晶晶闸
7、管仍可维持导通状态。闸管仍可维持导通状态。闸管仍可维持导通状态。闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件:晶闸管关断的条件:晶闸管关断的条件:晶闸管关断的条件:1.必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小,直到直到正反馈正反馈效应不能效应不能维持。维持。2.将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间阳极和阴极间阳极和阴极间阳极和阴极间加反相电压。加反相电压。加反相电压。加反相电压。本讲稿第八页,共五十三页正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向转折电压正向转折电压IHoUIIG0
8、IG1IG2+_+_反向转折电压反向转折电压反向转折电压反向转折电压正向平均电流正向平均电流维持电流维持电流维持电流维持电流U U20.1.3 伏安特性伏安特性本讲稿第九页,共五十三页20.1.4 主要参数主要参数UFRM:正向重复峰值电压(正向重复峰值电压(正向重复峰值电压(正向重复峰值电压(晶闸管晶闸管耐压值)耐压值)晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,允许允许重复加在重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一般取UFRM =80%UB0 。普通普通晶闸管晶闸管 UFRM 为为100V 3000V反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极
9、开路时控制极开路时,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM =80%UBR 普通普通晶闸管晶闸管 URRM为为100V3000VURRM:本讲稿第十页,共五十三页正向平均电流正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下,标准散热条件下,晶闸晶闸管处于管处于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。半波电流的平均值。IF:IF t 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。本讲稿第十一页,共五十三页U
10、F:通态平均电压(管压降)通态平均电压(管压降)通态平均电压(管压降)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,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。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为一般为一般为一般为1V1V左右。左右。左右。左右。IH:维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时,晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时,晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时,晶闸管维持导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。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。一般一般IH为几十为几十为几十
11、为几十 一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。UGG、I IGG:控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流 室温下,阳极电压为直流室温下,阳极电压为直流室温下,阳极电压为直流室温下,阳极电压为直流6V6V时,使晶闸管完时,使晶闸管完时,使晶闸管完时,使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般一般一般一般UGG为为1到到5V,IGG为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。本讲稿第十二页,共五十三页晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及
12、其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级,用字母用字母用字母用字母AI表示表示表示表示0.41.2V0.41.2V额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)(晶闸管类型)(晶闸管类型)P-普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管S-双向晶闸管双向晶闸管 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为700V。本讲稿第十三页,共五十三页20.2 可控整流电路可控整流电路20.
13、2.1 单相半波可控整流单相半波可控整流 1.电阻性负载电阻性负载(1)电路电路 u 0 0 时:时:时:时:若若若若ug g g g=0=0=0=0,晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管不导通,不导通,u u 0 时时时时:晶闸管晶闸管承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通,u uo o=0,=0,=0,=0,uT T=u u,故称可控整流。故称可控整流。控制极加触发信号,晶闸管控制极加触发信号,晶闸管承受正向电压承受正向电压导导 通,通,uuoRL+uT+Tio本讲稿第十四页,共五十三页(2)工作原理工作原理 t1 2 u u 0时时:tO本讲稿第十五页,共五十三页
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