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1、第五章 晶闸管及其整流电路（补充内容）,晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR） 1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品 1958年商业化 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域。 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代,一、晶闸管的基本结构,(a) 外形,晶闸管的外形及符号,PN结及其导电原理,PN 结 (耗 尽 层）,晶闸管的结构,晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 如图。,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶
2、体管的组合,K,A,T2,T1,P2,N1,N2,P1,N1,P2,G,三、 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,晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,G,EA 0、EG 0,K,晶闸管导通的条件,晶闸管正常导通的条件： 1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，UAK0 2）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流， UGK0 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。 . 维持晶闸管导通的条件： 保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上,晶闸管关断的
3、条件,晶闸管的关断 只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用： 阳极电压反向 减小阳极电压 增大回路阻抗,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向转折电压,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,四、伏安特性（静特性）,正向特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小，在1V左右。,晶闸管的伏安特性(IG2IG1IG),晶闸管的伏安特性,2) 反向特性 施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。 反向阻断状态时，只有
4、极小的反相漏电流流过。 当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。,五. 动特性,晶闸管的开通和关断过程波形,1) 开通过程 延迟时间td (0.5-1.5s) 上升时间tr (0.5-3s) 开通时间tgt以上两者之和，tgt=td+ tr,晶闸管的开通和关断过程波形,2) 关断过程 反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr 关断时间tq以上两者之和tq=trr+tgr 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。,六、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 。
5、 普通晶闸管 UFRM 为100V- 3000V,如果正弦半波电流的最大值为Im,则,普通晶闸管IF为1A 1000A。,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。,动态参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： 断态电压临界上升率du
6、/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。 电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。,七、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),如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。,部分晶闸管的型号与参数,单结晶体管（双基极二极管）,单结晶体管的结构示意
7、图,P型半导体引出的电极为发射极E；N型半导体的两端引出两个电极，分别为基极B1和基极B2，B1和B2之间的N型区域 可以等效为一个纯电阻，即基区电阻RBB。,单结晶体管因有两个基极，故也称为双基极晶体管。,RB1表示E与B1之间的等效电阻，它的阻值受E-B1间电压的控制，所以等效为可变电阻。,RBB=RB1+RB2，,分压比: RB1与RBB的比值称为=RB1/RBB,一般在0.30.8之间。,单结晶体管外形,工作原理,当VBB固定，等效电路中，A点对B1的电压UA=VBB为定值。当VEE较小时，UEB1UA，PN结反偏，此时只有很小的反向漏电流IE0（几微安）如图中曲线“1”段。,当UEB
8、1增大，UEB1=UA时，PN结处于零偏，iE=0。,UEB1继续增大，当UEB1UA，iE开始大于零，由于硅二极管的正向压降UD为0.7V，所以iE不会有显著的增加。,当 UEB1=UA+UD时，二极管D仍不导通，此时的电压UEB1称为峰值电压UP，对应电流称为峰值电流IP。这一区域称为截止区。,UEB1继续增加，UEB1UA+UD，管子转向导通，PN结电流开始显著增加，这时将有大量的空穴进入基区，E、B1间载流子大量增加，使RB1迅速减小，而RB1的减小又使UA降低，导致iE又进一步加大，形成正反馈。,正反馈过程使iE急剧增加，UA下降，单结管呈现了负阻特性，图中曲线“2”线段，到了“V”
9、点负阻特性结束，V点电压UV称为谷点电压，一般为12.5V，对应的电流称为谷点电流Iv，一般为几毫安。,B2的电位高于E的电位，空穴型载流子不会向B2运动，电阻RB2基本不变。,过了谷点之后，从发射极注入第一基极B1的空穴超过了一定的量，有部分空穴来不及与基区的电子复合，出现空穴的多余储存，使空穴的注入遇到阻力，从而使RB1增加，此时iEUEB1曲线形状接近正向特性曲线，如曲线“3”线段，此时称为饱和区。饱和压降一般小于45V。,当改变VBB电压，改变了阀值电压UA，曲线的峰点电压也随之改变。,单结晶体管的特点,1、当UEB1UP时，单结晶体管导通；导通后， 当UEB1Uv时，单结晶体管关断。 2、UP=VBB+VD, 分压比=RB1/RBB，峰值电压 UP 随外加电压VBB和管子本身的分压比的变化 而变化。 3、不同单结晶体管的谷点电压和谷点电流不同， 应用中常选择分压比和谷点电流大，谷点电 压小的单结晶体管。,单结晶体管的型号,