电工电子技术基础课件第八章

null 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 第八章 晶闸管及其整流电路 * 第一节  晶闸管 第二节  晶闸管整流电路 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 第一节 晶闸管 一、晶闸管的结构、符号 晶闸管按其结构和外形可分为螺栓式、平板式和小型塑封式等。图8．1所示为常见的晶闸管外形，它有三个极，即带有螺栓的阳极A,利用它和散热器固定,阴极K和较细引线的门极G，由四层半导体(PNPN)三个PN结组成。晶闸管的结构和图形符号如图8．2所示，文字符号为VT。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * （a）螺栓式 （b）平板式 图8．1晶闸管的外形 图8．2晶闸管的结构和图形符号 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 二、晶闸管的工作原理 晶闸管的特性可通过下面的实验加以说明，如图8．3（a）所示，晶闸管加正向电压，即阳极A接电源正极、阴极K接电源负极，而门极G不加正向电压，这时灯泡不亮。说明晶闸管不导通，处于正向阻断状态。 在图8．3（a）所示电路的基础上，再在门极加正向电压，如图8．3（b）所示，这时灯泡亮了，说明晶闸管正向导通。此时加在门极上的正向电压，称为触发电压。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 若将开关S断开，将触发电压去掉，这时灯泡仍亮，如图8．3（c）所示。这说明晶闸管门极的作用仅仅是触发晶闸管导通，一旦晶闸管导通，门极便失去作用。 如果晶闸管加反向电压，如图8．3（d）所示，那么，不管是否加控制电压，晶闸管也不会导通。若在门极加反相电压，则在晶闸管阳极与阴极之间无论加正向或反向电压，晶闸管也不会导通。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * (a) (b) (c) (d) 图8．3 晶闸管特性实验电路 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 综上所述，晶闸管导通必须具备两个条件： 1．晶闸管阳极与阴极之间必须加正向电压。 2．晶闸管门极与阴极之间必须加正向电压。 晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。晶闸管导通后和二极管一样具有单向导电性。要使导通后的晶闸管重新关断，应设法减小阳极电流，使其小于晶闸管的导通维持电流。常采用降低阳极电压、切断阳极电流或给阳极加反向电压等。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 三、晶闸管伏安特性 晶闸管伏安特性曲线如图8．4所示, 当门极不加电压时，阳极加正电压，阳极电流很小，但当阳极电压数值大到一定数值UFM时，晶闸管中N1P2结在强电场作用下反向击穿，产生很大的漏电流，使晶闸管导通。这种方式使晶闸管导通是会使晶闸管出现永久性破坏，故该方式是不使用的。称UFM电压值为正向不重复电压，或称正向转折电压。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管加入门极电流Ig后，使伏安特性的转折电压减小，且Ig越大，转折电压减小越多。以这种方式使晶闸管导通是可恢复的。使用这种方式触发时要注意：阳极工作电压越低，需要的触发电流Ig越大。 晶闸管阳极加负电压时，反向漏电流很小。但当反向电压超过某一数值URM时，反向击穿，永久性破坏。URM称反向不重复电压。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 图8．4 晶闸管伏安特性 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 第二节 晶闸管整流电路 一、单相半波可控整流电路 将单相半波整流电路中的整流二极管换成晶闸管即成单相半波可控整流电路，如图8．5（a）所示。RL为负载电阻，ul和u2为电源变压器的一次和二次正弦交流电压。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 由图8．5（a）电路可见，若门极不加触发电压，无论在u2的正半周还是负半周，晶闸管VT均不会导通。若在t1时刻,将触发脉冲uG加到VT的门极，晶闸管被触发导通，则负载上得到的电压等于u2 。 当ωt接近π时，电源电压u2降低到接近零值，因晶闸管正向电流小于维持电流而自行关断。在u2的负半周时，晶闸管承受反向电压，因而不能导通, 如图8．5 (b）所示。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * （a）电路图 （b）波形图 图8．5单相半波可控整流电路及波形波 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 当电源电压u2的第二个正半周开始，再在相应的t2时刻加入触发脉冲，晶闸管再次触发导通。当触发脉冲周期性地(与电源电压同步)重复加在门极上时，负载RL就可以得到一个单向脉动的直流电压。 从图8．5(b）波形图上显然可以看到，在电角度0～α范围内，虽然晶闸管的阳极电压为正，但它仍处在正向阻断状态；在0～π的范围内，即在θ角范围内，晶闸管处在导通状态。α称为控制角，θ称为导通角。α角又称为触发脉冲的移相角，α的变化范围也称为移相范围。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 二、单相桥式整流电路 1．单相半控桥式整流电路 将单相桥式整流电路中两只整流二极管换成两只晶闸管便组成了单相半控桥式整流电路，如图8．6（a）所示。 输出电压的波形如图8．6(b）所示，显然RL上得到的平均直流电压是半波可控整流时的2倍。 晶闸管VT1和VT2的阴极接在一起，触发脉冲同时送给两管的门极，但能被触发导通的只能是阳极承受正向电压的那只晶闸管。下面分析电路的工作原理。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 在电源电压u2的正半周时(a点电位高，b点电位低)，晶闸管VT1和二极管VD4承受正向电压，在t1时刻加入触发脉冲uG，VT1管触发导通，电流回路为a→VT1→RL→VD4→b。这时晶闸管VT2和二极管VD3均承受反向电压而关断。 当u2过零时，VT1管因正向电流小于维持电流而自行关断，电流为零。 在u2的负半周时(b点电位高，a点电位低)，晶闸管VT2和二极管VD3承受正向电压，在t2时刻加入触发脉冲uG，VT2管触发导通，电流回路为b→VT2→RL→VD3→a。这时晶闸管VT1和二极管VD4均承受反向电压而关断。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * (a)电路图 (b) 波形图 图8 ．6单相半控桥式整流电路 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 2 ．单相桥式可控整流电路 图8．7所示为另一种单相桥式可控整流电路，其左半部分为桥式整流电路，其输出电压u′2为全波整流电压，波形如图8．7(b）所示。 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * (a)电路图 (b)波形图 图8． 7单相桥式整流电路 晶闸管及其整流电路 * 晶闸管及其整流电路 * 在u2的正半周时，二极管VD1、VD4导通，u′2作为正向电压加在晶闸管VT5的阳极。若在VT5管的门极加上合适的脉冲uG，VT5管便在相应的时刻被触发导通。在u2的负半周时，二极管VD2、VD3导通，u′2仍作为正向电压加在晶闸管VT5上，在uG的触发下，VT5管又在相应的时刻被触发导通。可见VT5管在电路中作用相当于接在负载电路中的一只开关。RL上得到的波形和单相半控桥式整流电路的一样。 这种电路在晶闸管前不能接滤波电容，否则会导致电源电压u2过零而晶闸管的阳极电压u′2不过零，影响晶闸管的关断。