模拟电子技术配套教学课件ppt王连英电子教案习题解答模拟电子技术 教学课件 ppt 作者 王连英电子教案习题解答 第10章.ppt

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1、第10章　晶闸管电路10.1晶闸管的结构和工作原理晶闸管，也称可控硅，是由四层半导体、三个PN结构成的一种大功率半导体器件，多用于可控整流、可控开关、调光、调压、电机调速等电路。10.1.1晶闸管的电路符号和外形晶闸管的电路符号如图10.1.1（a）所示，其中a称为阳极，k称为阴极，g称为控制极（或称门极）。工程上常用的晶闸管外形如图10.1.1（b）、（c）、（d）所示。图10.1.1晶闸管的电路符号和外形（a）电路符号　（b）螺栓式　（c）平板式　（d）小功率塑封式10.1.2晶闸管的结构和工作原理晶闸管的内部

2、结构示意图如图10.1.2（a）所示，它由P型半导体和N型半导体交替相间的四层半导体材料构成，分别为P1、N1、P2和N2，从而形成了三个PN结，分别为J1、J2和J3，故晶闸管也称为四层半导体器件或PNPN器件。其中，P1区的引出线为阳极a，N2区的引出线为阴极k，P2区的引出线为控制极g。为了更好地理解晶闸管的工作原理，常将四层PNPN半导体分成两部分，P1－N1－P2构成一只PNP型管，N1－P2－N2构成一只NPN型管，如图10.1.2（b）所示；于是，晶闸管就可以等效为一对连接在一起的三极管电路，如图10

3、.1.2（c）所示。图10.1.2晶闸管的结构示意图和等效电路（a）结构示意图　（b）等效为两只相连的BJT（c）等效电路晶闸管工作原理电路如图10.1.3所示。其中，10.1.3（a）为实际电路，10.1.3（b）为等效电路。晶闸管正常导通必须同时具备两个条件：（1）阳极电路加正向电压；（2）控制极电路加适当的正向电压（工程上，控制极常加正触发脉冲信号）。如图10.1.2（a）所示，如果控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加上何种极性的电压，晶闸管内的三个PN结中，至少有一个结是反偏的，晶闸管不会导通，处于阻断状

4、态。如图10.1.3所示，当晶闸管阳极a和阴极k之间加正向电压，控制g和阴极k之间加正向电压时，在正向控制电压vGK（又称触发信号）的作用下，若T2管的基极产生电流iB2，即为触发信号电流iG，经T2放大后形成集电极电流iC2＝β2iB2；而T1管的基极电流iB1＝iC2＝β2iB2，因此T1管的集电极电流iC1＝β1β2iB2；该电流又注入T2的基极，作为T2管的基极电流，再进一步进行上述放大过程，形成正反馈，使两只三极管在很短的时间内（一般不超过几微秒）均进入饱和状态，晶闸管完全导通，这个过程称为晶闸管触发导通

5、。晶闸管一旦导通，控制极就失去控制作用，晶闸管依靠内部的正反馈始终维持在导通状态。晶闸管导通后，阳极和阴极之间的正向导通压降VF约为0.4~1.2V，电源电压几乎全部加在负载上；阳极电流iA因型号不同可达几十~几千安。图10.1.3晶闸管的工作原理（a）实际电路　（b）等效电路如何使晶闸管从导通状态变为阻断状态：如果降低阳极正向电压，使阳极电流iA小于维持电流IH（维持晶闸管导通所需最小的阳极电流，约几十至一百多毫安），导致晶闸管不能维持正反馈过程时，晶闸管将被关断，这种判断称为正向阻断；如果在阳极和阴极之间加反向

6、电压，晶闸管也将关断，这种关断称为反向阻断。即，要使晶闸管从导通状态变为阻断状态，则必须通过减小阳极电流或改变vAK电压极性的方法来实现。综上所述，晶闸管是一个可控的单向导电开关。与只有一个PN结的二极管相比，晶闸管的正向导通具有受控于控制极电流的可控性；与有两个PN结的三极管相比，晶闸管对控制电流没有放大作用。10.1.3晶闸管的伏安特性以晶闸管的控制极电流iG为参变量，阳极电流iA和阳极与阴极间的电压vAK的关系称为晶闸管的伏安特性，即晶闸管的伏安特性曲线如图10.1.4所示。vAK＞0时的伏安特性称为晶闸管的

7、正向特性。从图10.1.4所示的伏安特性曲线的正向特性看，当IG＝0，且正向电压vAK＜VBO时，晶闸管处于正向阻断状态，虽然vAK逐渐增大，但由于晶闸管中有一个PN结处于反偏状态，所以iA为很小的正向漏电流，曲线与二极管的反向特性类似，晶闸管呈现为很大的电阻，见图10.1.4中曲线的OA段；当正向电压vAK进一步增大到VBO时，晶闸管中间反偏的PN结将被击穿，晶闸管由正向阻断状态突然导通，出现负阻特性，iA骤然增大、vAK迅速下降，见图10.1.4中曲线的AB段，这种不是由控制极控制（IG＝0）的导通称为误导通，

8、这种导通方式很容易造成晶闸管因不可恢复性击穿而损坏，使用中应当避免，使晶闸管从阻断到导通的正向电压vAK称为正向转折电压VBO；在vAK＞0的同时，控制极所加的正向触发电流IG越大，则对应的正向转折电压就越小，图10.1.4中曲线的AB段左移。晶闸管正常工作时，其导通状态是受控制极电流iG控制的。晶闸管导通后，阳极电流iA的大小受阳极回路中的电阻（通常为负载