晶闸管电路及其应用

可控硅-晶闸管的几种典型应用电路描述：ＳＣＲ半波整流稳压电源。

如图４电路，是一种输出电压为＋１２Ｖ的稳压电源。

该电路的特点是变压器Ｂ将２２０Ｖ的电压变换为低压（１６～２０Ｖ），采用单向可控硅ＳＣＲ半波整流。

ＳＣＲ的门极Ｇ从Ｒ１、Ｄ１和Ｄ２的回路中的Ｃ点取出约１３．４Ｖ的电压作为ＳＣＲ门阴间的偏置电压。

电容器Ｃ１起滤波和储能作用。

在输出ＣＤ端可获得约＋１２Ｖ的稳压。

晶闸管，又称可控硅（单向ＳＣＲ、双向ＢＣＲ）是一种４层的（ＰＮＰＮ）三端器件。

在电子技术和工业控制中，被派作整流和电子开关等用场。

在这里，笔者介绍它们的基本特性和几种典型应用电路。

１．锁存器电路。

图１是一种由继电器Ｊ、电源（＋１２Ｖ）、开关Ｋ１和微动开关Ｋ２组成的锁存器电路。

当电源开关Ｋ１闭合时，因Ｊ回路中的开关Ｋ２和其触点Ｊ－１是断开的，继电器Ｊ不工作，其触点Ｊ－２也未闭合，所以电珠Ｌ不亮。

一旦人工触动一下Ｋ２，Ｊ得电激活，对应的触点Ｊ－１、Ｊ－２闭合，Ｌ点亮。

此时微动开关Ｋ２不再起作用（已自锁）。

要使电珠Ｌ熄灭，只有断开电源开关Ｋ１使继电器释放，电珠Ｌ才会熄灭。

所以该电路具有锁存器（Ｊ－１自锁）的功能。

图２电路是用单向可控硅ＳＣＲ代替图１中的继电器Ｊ，仍可完成图１的锁存器功能，即开关Ｋ１闭合时，电路不工作，电珠Ｌ不亮。

当触动一下微动开关Ｋ２时，ＳＣＲ因电源电压通过Ｒ１对门极加电而被触发导通且自锁，Ｌ点亮，此时Ｋ２不再起作用，要使Ｌ熄灭，只有断开Ｋ１。

由此可见，图２电路也具有锁存器的功能。

图２与图１虽然都具有锁存器功能，但它们的工作条件仍有区别：（１）图１的锁存功能是利用继电器触点的闭合维持其Ｊ线圈和Ｌ的电流，但图２中，是利用ＳＣＲ自身导通完成锁存功能。

（２）图１的Ｊ与控制器件Ｌ完全处于隔离状态，但图２中的ＳＣＲ与Ｌ不能隔离。

所以在实际应用电路中，常把图１和图２电路混合使用，完成所需的锁存器功能。

２．单向可控硅ＳＣＲ振荡器。

图３电路是利用ＳＣＲ的锁存性制作的低频振荡器电路。

单片机在晶闸管触发电路中设计及应用在电力拖动系统、电炉控制系统中现已大量采用可控硅（晶闸管）元件作为可调电源向电动机或电炉供电，这种由晶闸管组成的控制系统，主要是利用改变可控硅的控制角θ来调节供电电压。

1 硬件组成及原理系统硬件组成如图1，只须在8031最小系统上加一块16位的定时／计数器8253和晶振电路，另加一块带一个14位定时／计数器的可编程RAM／IO扩展器8155，即可组成单片机的系统线路。

1．1 θ角定时控制角θ是滞后自然换相点的电角度，在工频条件下，它和时间tθ有如下线性关系：其中T是工频电源周期，θ是控制角。

由上式可知，由电角度θ就知道对应的定时时间tθ，则可利用定时／计数器就能实现对θ角的定时，这种用硬件定时的方法可大大节省CPU的在线工作时间。

8031本身有两个16位的定时／计数器T0和T1，若用它们定时，选用方式1工作，就为16 位的定时／计数器方式。

因为8031单片机一个机器周期由12个振荡周期组成，工作于定时状态，计数频率为振荡频率的1／12，而工作于计数状态，计数频率为振荡频率的1／24，所以当取晶振频率为6MHz，选用方式1定时工作状态时，可得：式中，T为工频周期，T＝20ms。

由于16位定时／计数器最大定时时间为65536，故最大定时角为：由此可见，用8031单片机T0、T1定时，移相范围大，而分辨率则受本机机器周期限制，再就是用于三相定时，2个定时／计数器也不够，故最后确定选用NEC8253C－2定时／计数器来实现θ角定时，8253是一个三通道的16位定时／计数器，以减1计数方式工作，三个通道刚好满足三相定时，而计数频率由外部晶振提供，不受系统频率限制，选用计数频率为4MHz，则分辨率和最大定时角分别为：由上可知，分辨率和移相范围都能达到令人满意的结果。

1．2 同步信号输入和触发脉冲输出本系统采用三相同步电路。

三相交流同步电源取自同步变压器的副绕组，经RC移相后使其过零点正好都对准六个自然换相点，再经三个电压比较器输出周期为 20ms的三相方波同步信号，送至单片机P1的P1．3～P1．5，由于同步信号跳变即为自然换相点，单片机检测这三位状态字，即可进行软件认相，并作出±A、±B、±C的标志，以供θ角定时和输出（触发）、控制之用。

第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。

优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。

缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。

（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。

1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。

晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。

晶闸管导通必须同时具备两个条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。

2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。

晶闸管导通后，控制极便失去作用。

依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。

晶闸管关断的条件：1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。

2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。

1.3晶闸管的伏安特性静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。

其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I GI G=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。

这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿；晶闸管本身的压降很小，在1V左右；导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值I H以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。

晶闸管工作的原理及应用1. 晶闸管的基本原理晶闸管是一种半导体器件，通过控制晶闸管的阀值电压和触发电流，可以实现对电流的控制。

它具有双向导电性和开关特性，广泛应用于电力控制、调速、变频等领域。

1.1 结构晶闸管由四个半导体材料P-N-P-N组成，形成三个P-N结。

其中，P-N结1和P-N结3称为大型P-N结，P-N结2称为小型P-N结。

晶闸管的主要结构包括P 型层、N型层、门极、触发极和阳极。

1.2 工作原理晶闸管的工作原理可以概括为以下几个过程：1.断态：当晶闸管的阳极电压低于阀值电压时，晶闸管处于断态，没有电流通过。

此时，晶闸管相当于两个二极管反向串联。

2.导通态：当晶闸管的阳极电压高于阀值电压，并且在控制极上施加了足够的正向触发电流时，晶闸管会进入导通态。

此时，晶闸管相当于一个低阻抗导通通道，允许电流从阳极流向阴极。

3.关断态：当晶闸管进入导通态，在没有外部触发信号的情况下，晶闸管会一直保持导通。

要将晶闸管从导通态转变为断态，需要在控制极上施加一个负向脉冲，称为关断触发。

1.3 特性晶闸管具有以下特点：•双向导电性：晶闸管可以实现正向和反向的导通，电流可以在两个方向上流动。

•可控性：通过调整控制极上的触发电流和门极电压，可以实现对晶闸管的导通和关断进行精确控制。

•耐压能力：晶闸管可以承受较高电压，适用于高压、大功率的电力控制系统。

2. 晶闸管的应用领域晶闸管由于其独特的工作原理和特性，在许多领域具有广泛的应用。

2.1 电力控制晶闸管被广泛应用于电力传输和分配系统中。

通过控制晶闸管的导通和关断，可以实现对电力的调控和分配，提高电网的稳定性和效率。

在电力系统中，晶闸管常用于交流调光、电炉控制、电力变换和电压调节等方面。

2.2 调速和变频晶闸管可以用于电机的调速和变频控制。

通过控制晶闸管的导通时间和关断时间，可以实现对电机转速的调节。

这种调速方式简单可靠，可以满足不同负载下的转速要求。

2.3 电子制冷晶闸管在电子制冷领域也得到了广泛应用。

单片机驱动晶闸管电路单片机驱动晶闸管电路是现代电子技术领域中一种常见的电路应用。

晶闸管是一种可控硅，具有开关功能，可以通过控制信号来控制电流的通断。

单片机作为一种微型计算机，具有处理和控制能力，可以通过编程来控制晶闸管电路的工作。

在晶闸管电路中，晶闸管的控制极连接到单片机的输出引脚，通过改变输出信号的高低电平来控制晶闸管的导通和截止。

当单片机输出高电平时，晶闸管处于导通状态，电流可以通过晶闸管流过；当单片机输出低电平时，晶闸管处于截止状态，电流无法通过晶闸管。

通过改变输出信号的高低电平和控制信号的频率，可以实现对晶闸管的精确控制。

单片机驱动晶闸管电路的应用非常广泛。

例如，可以将其用于交流电调光控制系统中，通过控制晶闸管的导通角来改变电流的大小，从而实现对灯光的调节。

此外，还可以将其用于电机控制系统中，通过控制晶闸管的导通时间和截止时间，来控制电机的转速和方向。

在变频器、功率逆变器等电源系统中，也可以利用单片机驱动晶闸管电路来实现对电流和电压的精确控制。

在设计单片机驱动晶闸管电路时，需要注意以下几点。

首先，要根据晶闸管的参数和工作要求选择合适的单片机型号和工作电压。

其次，需要编写相应的程序代码，通过单片机的IO口输出合适的信号来控制晶闸管。

在编程过程中，需要注意控制信号的频率和占空比的设定，以确保晶闸管的稳定工作。

此外，还需要注意电路的保护措施，如增加过流保险丝、过压保护电路等，以防止电路损坏。

单片机驱动晶闸管电路是一种常见且实用的电路应用，可以通过单片机的控制来实现对晶闸管的精确控制。

通过合理设计和编程，可以将其应用于各种电子设备和系统中，提高系统的性能和稳定性。

希望本文对读者们理解和应用单片机驱动晶闸管电路有所帮助。

晶闸管调光电路晶闸管调光电路一、概述晶闸管调光电路是一种常用的家庭照明调光方式，其原理是通过改变晶闸管的导通角度来控制电流大小，从而达到调节灯光亮度的效果。

本文将详细介绍晶闸管调光电路的工作原理、电路结构、设计方法和应用场景。

二、工作原理1. 晶闸管基本原理晶闸管是一种半导体器件，具有单向导通性和双向控制性。

当晶闸管的控制极（G极）接收到一个正脉冲信号时，会使得晶闸管中的PN 结发生反向击穿，形成一个低阻态通道，使得电流能够流过。

当控制极上没有信号时，PN结处于正向偏置状态，此时晶闸管处于高阻态。

2. 晶闸管调光原理在晶闸管调光电路中，将交流电源接入到负载（如灯泡）上，并通过一个变压器将交流电源降压。

然后将一个触发器产生的正脉冲信号输入到晶闸管控制极上。

由于触发器输出的脉冲宽度和频率可以控制，因此可以通过改变脉冲信号的宽度和频率来控制晶闸管的导通角度，从而调节负载电流大小，实现灯光亮度的调节。

三、电路结构晶闸管调光电路主要由以下几部分组成：1. 降压变压器降压变压器是将交流电源降压到适合负载使用的电压水平。

在晶闸管调光电路中，通常采用单相降压变压器或双相中心点降压变压器。

2. 晶闸管控制电路晶闸管控制电路包括触发器、计时器、比较器等模块。

触发器产生正脉冲信号，计时器控制脉冲宽度和频率，比较器将计时器输出的信号与一个参考信号进行比较，并将结果反馈给触发器。

3. 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路是将控制信号转换为适合晶闸管导通的信号。

通常采用放大、隔离、整形等技术来实现。

4. 负载负载是晶闸管调光电路中需要调节的对象，通常为灯泡、荧光灯等。

四、设计方法1. 计算变压器参数在设计晶闸管调光电路时，首先需要计算变压器的参数。

变压器的输入电压为220V，输出电压根据负载需求进行选择。

例如，如果负载为50W的灯泡，输出电压可以选择为12V。

此时变比为220:12=18.3:1。

2. 选择晶闸管型号在选择晶闸管型号时，需要考虑其额定电流和额定电压。

晶闸管的应用场景晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有开关特性和放大特性，广泛应用于各个领域。

本文将介绍晶闸管在不同场景下的应用。

1. 电力控制领域晶闸管在电力控制领域的应用是最为广泛和重要的。

它可以用于电压和电流的控制，实现对电力系统的稳定运行。

在交流电路中，晶闸管可以用作开关，实现对电流的调节。

例如，在交流电机的启动过程中，通过控制晶闸管的触发时机和导通时间，可以实现电机的平稳起动。

此外，晶闸管还可以用于电压调节器、电力调光器等设备中，实现对电力的精确控制。

2. 变频调速晶闸管在变频调速领域也有广泛的应用。

变频调速是指通过改变电机的供电频率，来实现电机转速的调节。

晶闸管作为电力控制元件，可以实现对电机供电频率的调整。

在工业生产中，通过变频调速可以实现对电机转速的精确控制，提高生产效率和产品质量。

同时，变频调速还可以节约能源，降低生产成本。

3. 电子设备领域晶闸管在电子设备领域也有重要的应用。

例如，在电源电路中，晶闸管可以用来实现过载保护和短路保护。

当电路中出现过载或短路时，晶闸管可以迅速断开电路，保护其他电子元件的安全运行。

此外，晶闸管还可以用于电源的开关控制，实现对电路的开启和关闭。

4. 光控领域晶闸管在光控领域的应用也非常广泛。

晶闸管可以用于光控开关、光控调光等设备中。

例如，在照明系统中，通过晶闸管的控制，可以实现对灯光的亮度调节和开关控制。

此外，晶闸管还可以用于红外传感器、光电耦合器等光控设备中，实现对光信号的检测和控制。

5. 高压直流输电晶闸管在高压直流输电领域也有重要的应用。

高压直流输电是指将交流电转换为直流电，通过输电线路进行长距离传输。

在高压直流输电系统中，晶闸管可以用来实现电流的可控整流和逆变。

通过晶闸管的控制，可以实现高压直流输电系统的稳定运行。

晶闸管在电力控制、变频调速、电子设备、光控和高压直流输电等领域都有广泛的应用。

随着科技的不断发展，晶闸管的应用将会越来越广泛，为各个领域的发展和进步提供强大的支持和推动力量。

(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。