第五节 晶闸管单相可控调压电路

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1、第七章常用电气控制电路149第五节晶闸管单相可控调压电路一、晶闸管的结构及其工作原理㈠晶闸管的结构常用的小功率晶闸管有螺旋式和塑封式两种，如图7-25（a）、（b）所示。晶闸管内部是一个由硅半导体材料做成的管芯，由管芯引出三个极，称阳极A、阴极K和门极G(又称控制极)，它的图形符号如图7-25（c），文字符号为T。晶闸管管芯内部结构示意图如图7-26（a）、（b）所示。由图7-26（a）看出，去掉与三个引出线(三个极)有关的金属导体后，余下的是接在一起的P、N、P、N四层半导体。将图进一步简化，其内部结构示意图就变成图7

2、-26（b）的形式。由该图看出，四层半导体有J1、、J2、和J3、三个PN结，三个电极分别由其最外层的P层，N层和中间的P层引出。所以晶闸管是一个四层三端半导体器件。㈡晶闸管的工作原理普通二极管是一个双层(P，N)半导体，只有一个PN结。当二极管接电源使其P层电位高于N层时，二极管导通，称为正向接法，或叫作加正向电压；反之，称为反向接法，或叫作加反向电压。当晶闸管上加的电压使其阳极A的电位高于阴极K的电位时，称晶闸管承受正向阳极电压,由图7-26（b）看出，该极性电压虽然使晶闸管两端的PN结J1、、J3承受正向电压，但中

3、间的PN结J2承受反向电压，所以晶闸管不能导通，称为晶闸管的正向阻断状态，也称关断状态；当晶闸管上加的电压使其阳极A的电位低于阴极K的电位时，称晶闸管承受反向阳极电压，该极性电压使晶闸管两端的PN结J1、和J3承受反向电压，虽然中间的PN结J2、承受正向电压，晶闸管也不能导通，称为反向阻断状态，也称关断状态。以上是晶闸管门极不加任何电压的情况，由此得出结论：晶闸管的门极不加电压时，不论晶闸管阳极和阴极间加何种极性的电压，正常情况下的晶闸管都不导通，这点与普通二极管不同，此时晶闸管具有正，反向阻断能力。晶闸管的阳极与阴极之

4、间加正向阳极电压，同时在门极G与阴极K之间加电压使门极的电位高于阴极时，称门极承受正向门极电压，则有门极电流流入门极，如图7-27所示。IG较小时，晶闸管仍处乎正向阻断状态，即关断状态。当IG第七章常用电气控制电路149达到一定数值时，晶闸管由关断状态转为导通状态。这表明，在晶闸管承受正向电压条件下，门极对其导通与否有控制作用。导通后的晶闸管类似二极管导通时的情形，管子电压降较小。晶闸管一旦导通后，不论门极是否继续加正向电压，并不影响晶闸管的导通，即门极在晶闸管导通后失去了控制作用。晶闸管承爱反向电压时，门极与阴极之间不

5、论如何种极性的电压，也不管门极电流的大小均不能使晶闸管由关断转变为导通。当晶闸管导通后的阳极流电IA减小到某—数值以下时，阳极电流IA会突然降为零，说明此时晶闸管由导通转变为关断，即恢复阻断状态。由此看出，保持晶闸管导通状态有一个最小阳极电流限制，称它为维持电流IH。晶闸管在正向阳极电压作用下，当门极加正向门板电压并建立了足够大的门极电流时，晶闸管由正向阻断转变为导通。为了说明问题，可将晶闸管的四层半导体的三个PN结看成由两部分组成，即可认为晶闸管等效为一个PNP和一个NPN组合的复合管，这样就可以采用三极管的工作原理来

6、进行分析，见图7-28。当晶闸管承受正向阳极电压时，J1、和J3、结均处于正向偏置，而J2、结则处于反向偏置，欲使晶闸管导通，必须设法消除J2结的阻挡作用。图7-28中三极管V1的集电极同三极管V2的基极相接，只要有相应的门极电流流入，就会形成强烈的正反馈，造成复合管的饱和导通，即晶闸管导通。设V1管与V2管的集电极电流分别为IC1及IC2，发射极电流分别为IA及IK,共基极放大电流系数分别为和，晶闸管的工作过程可简单表示如下：流入IG时设流过J2、结的反向漏电流为ICO，则由于发射极电流很小时（α1＋α2）很小，所以当

7、IG＝0时IA≈IOC第七章常用电气控制电路149，晶闸管处于正向阻断状态。当门极电流IG达到一定值时，发射极电流的增大很快，随着发射极电流的增大，（α1＋α2）迅速增大，甚至（α1＋α2）≈1。此时阳极电流急剧增加，IA的大小由阳极电源电压及负载电阻的比值来确定；由于晶体管强烈正反馈作用，也能保持IA值不变，即晶闸管仍继续导通。只有设法使晶闸管阳极电流减少到一定程度，导致（α1＋α2）减小，使其内部正反馈无法维持时，晶闸管才会恢复阻断，由上述分析可以看出，门极在一定条件下能触发晶闸管使其导通，但无法使其由导通转变为阻断

8、状态，即关断。想使晶闸管关断必须使晶闸管的阳极电流IA降到维持电流IH以下。二、单结管触发电路晶闸管导通并能正常工作的条件是，除在阳极与阴极之间加上正向电压外，还必须在控制极与阴极之间加上适当的触发信号。产生和控制触发信号的电路称为晶闸管触发电路。为了保证晶闸管的可靠工作，对触发电路有以下几点要求：①触发时能提供足够