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1、第11章 晶闸管及其应用,11.1 晶闸管 11.2 晶闸管应用,1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。,学习目标及考核标准,晶闸管又称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。是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。利用其整流可控特性可方便地对大功率电源进行控制和变换。它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、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）。,11.1 晶闸管(可控硅SCR),晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，
2、但它的导通时间是可控的（可控硅），主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。它有普通型、双向型和可关断型等。使用维护简单、控制灵敏等优点，所以在生产上得到了广泛的应用。,晶闸管的主要用途有： (1) 可控整流。把交流电变换为大小可调的直流电称为可控整流。例如，直流电动机调压调速，电解、电镀电源均可采用可控整流供电。,(2) 有源逆变。有源逆变是指把直流电变换成与电网同频率的交流电，并将电能返送给交流电源。例如, 目前采用的高压输电工程，将三相交流电先变换成高压直流电，再进行远距离的输送，到目的地后，再利用有源逆变技术把直流电变成与当地电网同频率的交流电供给用户。,(3) 交流调压。 交流调压是指把
3、不变的交流电压变换成大小可调的交流电压。例如，用于灯光控制、温度控制及交流电动机的调压调速。,(4) 变频器。 把某一频率的交流电变换成另一频率的交流电的设备称为变频器。例如, 晶闸管中频电源、 停电电源（UPS）、异步电动机变频调速中均含有变频器。 ,(5) 无触点功率开关。用晶闸管可组成无触点功率开关取代接触器、继电器，适用于操作频繁的场合。例如，可用于控制电动机的正反转和防爆、 防火的场合。 晶闸管包括普通晶闸管、双向晶闸管、 速晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管和逆导晶闸管等。由于普通晶闸管应用广泛，故本章着重介绍普通晶闸管。,整流（交流直流） 逆变（直流交流） 变频（交流交流） 斩波（
4、直流直流）,应用领域：,11.1.1 晶闸管结构,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。,G,(c) 结构,(a) 外形,晶闸管是用硅材料制成的半导体器件，它有三种结构形式： 螺栓式、平板式和塑料封装式。平板式又分为风冷平板式和水冷平板式。 ,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,11.1.2 晶闸管工作原理,A,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。,形成正反馈过程,K,G,EA 0、EG 0,EG,（1）晶闸管截止时， 若uA0, uG0，晶闸管 仍然 截止； （2）晶闸管截止时， 若uA0, uG0,晶闸管由 截止变为导通； （3）晶闸管导通
5、时，若uA0, uG0，晶闸管仍然导通； （4）晶闸管导通后，若uA0，或者阳极iA小于某一很小的电流IH（称为维持电流）时，晶闸管由导通变为截止。,晶闸管导电实验,晶闸管导通条件,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。,11.2 晶闸管应用,11.2.1 可控整流,1.电路,两桥臂为晶闸管，另两个
6、为二极管，故为单相半控桥式整流电路。,在实际生产中，很多设备需要大小可调的直流电，例如， 电解、电镀、电焊等设备。由晶闸管组成的可控整流电路可以把交流电变成直流电，达到直流电源输出电压可调的目的。 ,2.工作原理,和二极管单相桥式整流电路基本相同，只是每当T1或T2承受正向阳极电压，而且在该晶闸管的控制极上加上控制电压时，它才开始导通。,触发电压uG用尖脉冲电压，由专门电路提供。可通过改变来调节输出直流电压UO的大小。,3.工作波形,2,uO为一个 不完整的全 波脉动电压， 它相当于从 完整的脉动 电压上切去 了前的一块。 越大，uO平均值越小。 为在正向阳极作用下开始导通的角度，称为控制角。
7、 =0即为交流开关。 为晶闸管在一个周期内导通的范围，称为导通角。,4.输出电压及电流的平均值,11.2.2 双向晶闸管及其交流调压,1.特点：,相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。,2.符号：,通过控制电压的控制可实现双向导通。,双向晶闸管和普通晶闸管一样，也有塑料封装型、螺栓型和平板压接型等几种不同的结构。塑料封装型元件的电流容量只有几安培，目前，台灯调光、家用风扇调速多用此种形式，螺栓式电流容量为几十安培，大功率双向晶闸管元件都是平板压接型结构。,3.工作原理,UA1UA2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。,UA2UA1时，控制极相对于A2加负
8、脉冲， 晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。,4.交流调压电路,在电源电压正半周，t=时，加控制电压，晶闸管导通；电源电压为零时截止；在电源电压负半周， t=时，加控制电压，晶闸管导通,11.2.3 可关断晶闸管及其直流调压,1.特点：,2.符号：,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：普通晶闸管在导通后，控制极不再起作用，只有在阳极电压为零时，晶闸管才会关断（截止）。而可关断晶闸管 在uA0, uG0时，由截止变为导通 ，而在uA0, uG0时，即加负脉冲 控制电压时，晶闸管由由导通变为截 止。,3.直流调压（直流斩波）：,tw,T,U为直流电压，晶闸管的阳极电压始终大于零，当t0时，加上正向控制电压，晶闸管导通，uoU；当ttw时，加上反向控制电压，晶闸管截止，uo 0。,U,改变tw与T之比（占空比）即可调节输出直流电压（uo平均值）大小。,