《电工与电子技术》单元9晶闸管及其应用

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1、主编：李文王庆良副主编：孙全江韦宇主审：于昆伦电工与电子技术下篇工业电子学单元9晶闸管及其应用1【知识点】晶闸管的基本结构、工作原理、伏安特性和主要参数；单相半波整流电路和单相全波整流电路的电路组成、工作原理、分析计算方法、元件的选用。【能力目标】具有对晶闸管应用电路进行分析计算和正确选择元器件的能力。单元9晶闸管及其应用2单元9晶闸管及其应用9.1晶闸管19.2整流电路2目录小结33晶闸管的外形如图9.1所示。它有三个引出极：阳极A、阴极K和门极G（又称控制极）。螺栓式晶闸管中，螺栓是阳极A的引出端，并利用它与散热器紧固。平板式晶闸管则由两个彼此绝缘

2、的散热器把晶闸管夹紧在中间，由于两面都能散热，因而200A以上的晶闸管常采用平板式。小功率晶闸管采用塑封式，其上部的金属片用螺栓与散热片紧密接触，以利于散热。晶闸管的内部结构由PNPN四层半导体构成，所以有三个PN结J1、J2、J3。阳极A从P1层引出，阴极K由N2层引出。普通晶闸管的内部结构和符号如图9.2所示。普通晶闸管的型号是KP型。9.1晶闸管9.1晶闸管9.1.1晶闸管的结构4图9.1晶闸管的外形(a)螺旋式；(b)平板式；(c)压膜塑封式9.1晶闸管5图9.2晶闸管的内部结构和符号(a)内部结构；(b)符号图9.3晶闸管导通关断实验9.1晶

3、闸管6晶闸管的工作原理可通过图9.3所示电路进行晶闸管的导通关断实验来说明。主电路的UAK通过双刀双掷开关S1与灯泡串联，接到晶闸管阳、阴极上，形成主电路。晶闸管阳、阴两极间的电压称阳极电压，流过晶闸管阳极的电流称为阳极电流。门极电源UGK经双刀双掷开关S2加到门极与阴极之间，形成触发电路（控制电路），门极与阴极间的电压称为门极电压，流过门极的电流称为门极电流。实验结果如下：①晶闸管在反向阳极电压作用下，无论门极为何种电压，它都处于关断状态；②晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作用下，才能导通；9.1.2晶闸管的工作原理9.1晶闸管7③已经导通的晶

4、闸管在正向阳极电压作用下，门极将失去控制作用；④晶闸管在导通状态下，当阳极电流减小接近于零时，晶闸管关断。以上结论说明，晶闸管像二极管一样，具有单向导电性。晶闸管电流只能从阳极流向阴极。若加反向阳极电压，晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的反向电流。但晶闸管与二极管不同，它还具有正向导通的可控性。当仅加上正向阳极电压时，元件还不能导通，这时处于正向阻断状态。只有同时还加上正向门极电压并形成足够的门极电流时，晶闸管才能正向导通。而且一旦导通后，撤去门极电压，导通状态仍然维持。9.1晶闸管8晶闸管之所以具有上述特性，是由其内部结构决定的。晶闸管可以等效看成由

5、NPN型和PNP型两只晶体管组成的。如图9.4所示。每只管子的基极都与另一只管子的集电极相连。图9.4晶闸管等效电路9.1晶闸管9当晶闸管加上正向阳极电压时，一旦有门极电流注入，将形成强烈的正反馈，反馈过程如下：这样，两管迅速饱和导通。晶闸管导通后，UAK=0.6～1.2V。晶闸管导通后，即使控制极与外电路断开，因三极管T2的基极电流IB2=IC1≈IA，所以晶闸管仍能维持导通。但是，若在导通过程中，将阳极电流IA减小到一定数值以下时，晶闸管的导通状态无法维持，管子将迅速截止。晶闸管维持导通所必须的最小电流称为维持电流IH。9.1晶闸管10要正确使用晶

6、闸管，不仅需要了解晶闸管的工作原理及工作特性，更重要的是要了解晶闸管的主要参数含义，现就经常提到的阳极主要参数介绍如下：（1）额定电压UTn当门极断开，元件处在额定结温时，所测定的正向不重复峰值电压UDSM、反向不重复峰值电压URSM各乘0.9所得的数值，分别称为元件的正向阻断重复峰值电压UDRM和反向阻断重复峰值电压URRM。至于正反向不重复峰值电压和相应的转折电压UBO，击穿电压URO的差值，一般由晶闸管生产厂家自定。9.1.3晶闸管的主要参数9.1晶闸管11所谓元件的额定电压UTn，是指UDRM和URRM中的较小值，再取相应于标准电压等级中偏小的

7、电压值。例如，晶闸管实测UDRM=736V，URRM=820V，取两者其中小的数值736V，按标准电压等级只能取700V，作为晶闸管的额定电压700V即7级。由于晶闸管的额定电压的瞬时值，若超过反向击穿电压，就会造成元件永久性损坏。若超过正向转折电压，元件就会误导通。同时元件的耐压还会随着结温升高或散热条件恶化而下降，因此，在选择晶闸管的额定电压时应为元件在工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压的2～3倍较安全，即：9.1晶闸管12（2）额定电流IT(AV)在室温为40℃和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载的单相工频正弦半波、导通角不小于170°的电路中

8、，当结温不超过额定结温且稳定时，所允许的最大通态平均电流，称为额定通态平均电流IT(AV)。将