第十章晶闸管及实际应用

目 录第一章 电力电子技术简介及其器件发展 (1)第二章 晶闸管 (2)2.1 晶闸管的产生及符号 (2)2.2晶闸管的导通与关断条件 (3)2.3 晶闸管的工作原理 (4)2.4 晶闸管的阳极伏安特性 (5)2.5 晶闸管的主要参数 (6)2.5.1 晶闸管的重复峰值电压 (7)2.5.2晶闸管的额定通态平均电流额定电流T I （AV ） (7)2.6 通态平均电压T U （AV ） (8)2.7 门极触发电压GT U 和门极触发电流GT I (8)2.8 维持电流H T (9)2.8 掣住电流L I (9)2.9 断态电压临界上升率du ／dt (9)2.10 通态电流临界上升率di ／dt (10)第三章 双向晶闸管及其派生晶闸管 (11)3.1 双向晶闸管 (11)3.2 快速晶闸管 (12)3.4 光控晶闸管 (13)第四章 晶闸管的保护与串并联使用 (14)4.1 过电压保护 (14)4.1.1操作过电压 (14)4.1.2雷击过电压 (15)4.1.3换相过电压 (15)4.1.4关断过电压 (15)4.2 过电压保护措施 (15)4.2.1操作过电压的保护 (15)4.2.2浪涌（雷击）过电压的保护 (15)4.2.3 过电流保护 (17)4.4 晶闸管的串、并联 (18)第五章 晶闸管应用实例 (19)5.1 单相全控桥式整流电路 (19)5.2 三相全控桥式整流电路 (20)总结 (22)参考文献 (23)第一章电力电子技术简介及其器件发展第一章电力电子技术简介及其器件发展电力电子技术，即由国际电工委员会命名的，一门将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路进而实现电能的变换和控制的完整学科。

突出对“电力”的变换，变换的功率可以大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。

电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术3个部分，其中电力电子器件是基础，变流电路是电力电子技术的核心。

电子技术基础教学大纲电子技术基础是入门性质的技术基础课，它既有自身的理论体系，又有很强的实践性。

本课程的任务是使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养分析问题和解决问题的能力，为今后进一步学习、研究、应用电子技术打下基础。

本课程是我院工科电类专业的必修课。

模拟部分教学大纲学时：55 学分:4适用专业：电子类、自控类、计算机类专业（高职高专）先修课程：《大学物理》、《电工技术基础》一、课程内容和基本要求第一章半导体器件1、正确理解PN结的形成及其单向导电作用，熟练掌握二极管、稳压管的外特性和主要参数。

2、正确理解半导体三极管的结构及工作原理，熟练掌握外特性和主要参数。

第二章基本放大电路1、正确理解放大的基本概念，放大电路的主要指标，掌握放大电路的组成特点。

2、掌握放大电路定性分析方法及静态工作点的估算方法。

3、熟练掌握放大电路的等效电路法，会计算静态工作点，能用微变等效电路计算放大电路的电压放大倍数、输入和输出电阻。

4、正确理解放大器失真产生的原因及解决的办法，放大电路频率特性的概念及其频率特性。

5、了解级间耦合放大电路的工作原理及指标的估算，选频放大电路。

第三章场效应管放大电路1、正确理解结型场效应管和绝缘栅场效应管的结构、工作原理，掌握特性曲线和主要参数。

2、确理解场效应管放大电路结构，工作原理。

第四章集成运算放大电器1、熟练掌握集成运算放大器的组成、性能特点和基本单元电路。

2、正确理解差动放大器的组成、工作原理及应用，了解通用型集成运算放大器的主要性能指标。

3、了解集成运放的应用及两种基本电路。

第五章负反馈放大电路1、练掌握反馈的基本概念和分类，会判断反馈放大电路的类型和极性。

2、熟练掌握负反馈的四种组态及其对放大电路性能的影响。

第六章集成运算放大器的应用1、练掌握由集成运放组成线性电路和非线性应用电路的方法和应用知识。

2、练掌握由集成运算放大器组成的比例、加减法和积分运算电路、信号处理电路等的结构及分析方法。

晶闸管作用晶闸管是一种电子器件，可用于控制和放大电流。

它具有无接触触发、高电流调制和高频响应等特点，被广泛应用于电力电子领域。

晶闸管的主要作用是实现电流的控制和放大。

它是一种开关型器件，可以实现从关断到导通的切换。

晶闸管的导通状态由一个特定的信号来触发，而不需要直接接触晶闸管本身。

当触发信号达到一定电压水平时，晶闸管将开始导通，电流通过晶闸管流过。

晶闸管的导通状态可以长时间持续或者只持续很短的一段时间，这取决于触发信号的持续时间。

晶闸管具有高电流调制特性，可以实现电流的放大。

通过控制触发信号的电压和电流，可以有效地控制晶闸管的电流。

晶闸管的电流放大系数通常在几十到几百之间，有时甚至可以达到上千。

这使得晶闸管能够处理高电流和高功率的电路。

晶闸管还具有高频响应的特点。

它的快速响应时间可以达到纳秒级别，能够处理高频率的电信号。

这使得晶闸管可以用于高频电路中，例如交流变频调速、无线通信和高速开关等应用。

在电力电子领域，晶闸管被广泛应用于各种电力控制和调节系统中。

例如，晶闸管可以用于交流电压调节、电机速度控制和电流矩阵控制等应用。

它们还可以用于谐波滤波、无功补偿和电能变换等电力质量控制方面。

晶闸管的高电流和高功率特性使得它们可以用于大功率电路和高压电路中。

晶闸管的优点不仅体现在其电流控制和放大的能力上，还体现在其稳定性和可靠性上。

晶闸管结构简单，制造成本低，并且具有长时间的使用寿命。

此外，晶闸管还具有较高的电压抗击能力，可以承受较高的浪涌电压和高电压的电路环境。

总之，晶闸管是一种功能强大的电子器件，可实现电流的控制和放大，具有无接触触发、高电流调制和高频响应等特点。

它在电力电子领域有着广泛的应用，可以用于各种控制和调节系统中，以及处理高功率和高频率电路。

晶闸管的优点在于其简单的结构和可靠的性能，使其成为电力控制领域不可或缺的关键器件之一。

晶闸管的类型及应用晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，是由四个层状结构的PNPN结构组成的，其中两个PN结为控制极，另外两个PN结为输出极。

常见的晶闸管有三个主要类型，分别为可控硅（SCR）、双向可控硅（Triac）和反向可控三极晶闸管（RCT）。

可控硅（SCR）是晶闸管的一种常见类型，它只允许电流在一个方向上流动。

当控制极施加一个正脉冲时，SCR被打开并允许电流通过，直到电流降至零或检测到负脉冲为止。

SCR具有非常高的电流承载能力和耐压能力，因此在高功率控制和电力系统应用中被广泛使用。

它们常用于电机调速、电压调节、充电电路等领域。

双向可控硅（Triac）是一种双向可控晶闸管，它可以在电流的正半周期和负半周期中都可以导通。

Triac可以用来控制交流电设备的功率，如调光器、热控器、电动工具等。

由于Triac具有双向导通性，它也可以用于交流电的改变相位控制。

反向可控三极晶闸管（RCT）是一种在一定的工作原理下使用的特殊晶闸管，它具有单向导通的特性。

在电流正半周期时，RCT工作状态与普通SCR相同，但在电流负半周期时，它会停止导通。

因此，RCT通常用于需要有选择地控制交流电流的电路，如液压泵控制、交流电弧焊机等。

晶闸管是半导体器件的一种，优点包括可靠性高、寿命长、易于控制，并且可承受高电流和高压。

因此，晶闸管在许多应用中都发挥了重要作用。

首先，晶闸管常用于交流电控制。

例如，通过对晶闸管的触发电压和触发角进行调整，可以精确地控制交流电的导通时间，从而实现交流电的调光、温度控制等功能。

其次，晶闸管广泛应用于电机控制。

通过晶闸管，可以实现电动机的调速和反转控制。

这在许多工业和家用设备中都有应用，如风扇、空调、洗衣机等。

此外，晶闸管还常用于直流变交流的逆变电路中。

逆变器将直流电转换为交流电，使得直流电源可以用于交流设备。

晶闸管的可控性和高电流承载能力使其成为逆变器的关键组件之一。

除此之外，晶闸管还有一些特殊应用。

(一）普通晶闸管普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G、图8-4是其电路图形符号。

普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图8-5所示。

当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。

当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。

此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K 极之间压降约为1V。

普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K 之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。

只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。

普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。

普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。

（二）双向晶闸管双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。

图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路，图8-7是其电路图形符号。

双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。

图8-8是其触发状态。

当门极G和主电极T2相对于主电极T1的电压为正（V T2＞V T1、V G＞V T1）或门极G和主电极T1相对于主电极T2的电压为负（V T1＜V T2、V G＜V T2）时，晶闸管的导通方向为T2→T1此时T2为阳极，T1为阴极。

晶闸管及其应用 无线电小组的同学们完成了晶闸管交流电压调压器的制作与调试。

接着，老师对大家提出的有关晶？？　闸管的特性及应用方面的问题进行了答疑，并与同学们一起展开了讨论。

学生：老师，我们是第一次使用晶闸管，对它还不太熟悉，您能不能给我们简单说说晶闸管的结构特点呢？ 老师：晶闸管又叫可控硅。

自从２０世纪５０年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。

今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个ＰＮ结，对外有三个电极：第一层Ｐ型半导体引出的电极叫阳极Ａ，第三层Ｐ型半导体引出的电极叫控制极Ｇ，第四层Ｎ型半导　体引出的电极叫阴极Ｋ。

从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极Ｇ，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。

同学：晶闸管的主要工作特性是什么呢？ 老师：为了能够直观地认识晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板。

晶闸管ＶＳ与小灯泡ＥＬ串联起来，通过开关Ｓ接在直流电源上。

注意阳极Ａ是接电源的正极，阴极Ｋ接电源的负极，控制极Ｇ通过按钮开关ＳＢ接在３Ｖ直流电源的正极（这里使用的是ＫＰ５型晶闸管，若采用ＫＰ１型，应接在１．５Ｖ直流电源的正极）。

晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。

现在我们合上电源开关Ｓ，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按钮开关ＳＢ，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。

这个演示实验给了我们什么启发呢？ 同学：这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极Ａ与阴极Ｋ之间外加正向电压，二是在它的控制极Ｇ与阴极Ｋ之间输入一个正向触发电压。

晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。

老师：晶闸管的特点是“一触即发”。

但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。

晶闸管及其应用01晶闸管的定义晶闸管（Thyristor）是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。

1957年，美国通用电器公司开发出世界上第一个晶闸管产品，并于1958年使其商业化。

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又被称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

晶闸管导通条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。

它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。

它是由一个P-N-P-N四层 (4 layers) 半导体构成的，中间形成了三个PN结。

02晶闸管的工作原理晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管为半控型电力电子器件，它的工作条件如下：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控特性。

3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

门极只起触发作用。

4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。