【精品课件】晶闸管及其应用电路

(2)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
【晶闸管应用】 晶闸管的基本用途：控制晶 闸管的导通角来改变输出电压，常用于调压 电路。除此之外，晶闸管还广泛应用于可控
整流电路中。
2.7.1 一般晶闸管及应用 【普通晶闸管外形、结构与符号】 晶闸管是用硅材料制成
的半导体器件。普通单向晶闸管是由P型和N型半导体交替 迭合而成的P-N-P-N四层半导体元件，具有三个PN结和三 个电极。其中A为阳极，K为阴极，G为控制极。
表 2-3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。
授课班级
教学内容 课堂类型
第二章 教案
课程名称
电子技术基础 与技能
晶闸管及其应用电路
学时
学时
授课 时间
教学目的
教学重、 难点
1、普通晶闸管外形、结构与符号 2、单向晶闸管可控单向导电性 3、特殊晶闸管及应用 教学重、难点：单向晶闸管可控单向导电性
教学内容及步骤
备注
晶体闸流管简称晶闸管,俗称为可 控硅, 是一种大功率半导体器件。 它的出现使半导体器件由弱电领 域扩展到强电领域。晶闸管也像 半导体二极管那样具有单向导电 性，但它的导通时间是可控的， 主要用于整流、逆变、调压及开 关等方面。

3. 晶闸管电压电流特性 晶闸管的电压电流特性曲线，如图10.4所示。
图10.4晶闸管电压电流特性曲线
晶闸管导通后可以通过很大的电流，而它本身的压 降只有1V左右，所以这一段特性曲线(BC段)靠近纵轴 而且陡直，与二极管正向特性曲线相似。
晶闸管的反向特性与一般二极管相似，当反向电压 在某一数值以下时，只有很小的反向漏电流，晶闸管 处于反向阻断状态。当反向电压增加到某一值时，反 向漏电流急剧增大，使晶闸管反向击穿，这时所对应 的电压称为反向转折电压UBR，晶闸管一旦反向击穿就 永久损坏，在实际应用中应避免。
10.1.2晶闸管的主要参数
1. 电压参数
2.
(1) 正向阻断峰值电压UDRM
正向阻断峰值电压UDRM ，指控制极断开时，允许重 复加在晶闸管两端的正向峰值电压，
(2) 反向阻断峰值电压UDRM
反向阻断峰值电压UDRM ，指允许重复加在晶闸管上 的反向峰值电压。
(3) 额定电压UD
通常把UDRM 和URRM中较小的一个值称作晶闸管的 额定电压。
实用中应注意这一点。
(1) 截止区 截止区对应曲线中的起始段(OP)。此段 UE<UD+UA，电流极小，E和B1两电极间呈现高阻。 (2) 负阻区
负阻区对应曲线中的PV段。当UE>UD+UA后，等
效二极管导通，使RB1迅速减小，iE 增大；又进一步促使 RB1减小。从E、B1两端看，UE 随 iE 的增大而减小，即
(4) 通态平均电压UT(AV) 习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小 越好，一般为0.4V~1.2V。
2. 电流参数
(1) 通态平均电流IT(AV) 通态平均电流IT(AV)简称正向电流，指在标准散热 条件和规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频 (50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。

❖ 用门极正脉冲可使GTO开通， 用门极负脉冲可以使 其关断， 这是GTO最大的优点。 但要使GTO关断的门极 反向电流比较大， 约为阳极电流的１/５左右。
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
➢ 线性放大区： ➢ 准饱和区：
➢ 深饱和区：类似于开关的通态。
图1.5.3共发射极接法 时GTR的输出特性
返 回
24
1.6 电力场效应晶体管
电力MOSFET
P沟道 N沟道
耗尽型： 增强型 耗尽型 增强型:
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
返 回
30
1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压
降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开
关电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
返 回
31
1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
•
在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力
• 1.8.1 静电感应晶体管 • 1.8.2 静电感应晶闸管 • 1.8.3 MOS控制晶闸管 • 1.8.4 集成门极换流晶闸管 • 1.8.5 功率模块与功率集成电路
返 回
29
1.8.1 静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、
输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力 强等优点； ➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的 高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、 大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以 及空间技术等领域。

晶闸管一旦导通，控制极失去作用。 若使其关断，必须降低 U 或加大回路电阻，把阳极 电A流K 减小到维持电流以下。
特性说明
U -- 阳极、阴极间的电压 I -- 阳极电流
正向特性： 控制极开路时，随 UAK的加大，阳极电 流逐渐增加。当 U = UDSM时，晶闸管自动导通。正 常工作时， UAK应小于 UDSM 。 UDSM：断态不重复峰值电压 ，又称正向转折电压。
反向特性 ：随反向电压的增加，反向漏电流 稍有增加，当U = URSM 时，反向极击穿。正常
工作时，反向电压必须小于 URSM。 URSM ：反向不重复峰值电压 。
2、 主要参数
UDRM：断态重复峰值电压 。（晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% U DSM 。普通晶闸管 UDRM 为 100V---3000V ）
应用领域：
整流 （交流 逆变 （直流 变频 （交流
斩波 （直流
直流） 交流） 交流） 直流）
此外还可作无触点开关等
一、 工作原理
1、 结构
四 层 半 导 体
A（阳极）
三
P1
个
PN
N1
结
P2 G（控制极）
N2
K （阴极）
2、 工作原理
A
A
A G
K 符号
P1
P
N1 G
P2
NN G
PP
N2
N
K
K 示意图
晶闸管电压、电流级别
额定通态电流（ I ）通用系列为 1、5、10、 20、3TA0V、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
额定电压（ U ）通用系列为： 1000V 以下的每DRM100V 为一级，1000V 到3000V 的 每200V 为一级。

二、晶闸管的主要参数
1. 晶闸管的电压参数
（1）正向转折电压UBO（Forward break over voltage）
在额定结温（100A以上为115℃，50A以下为100℃）和门 极开路的条件下，阳极和阴极间加正弦半波正向电压使器件由 阻断状态发生正向转折变成导通状态所对应的电压峰值。
（2）断态重复峰值电压UDRM（Blocking recurrence peak voltage） 指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶 闸管上的正向峰值电压。重复频率为每秒50次，每次持续时 间不大于10ms，其值为 UDRM = UBO—100V
（3）反向转折电压UBR 就是反向击穿电压。 （4）反向重复峰值电压URRM 指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶 闸管上的反向峰值电压。
U M和URRM中较小者，再取相应于标准电压等级 中偏小的电压值作为晶闸管的标称额定电压。在1000V以下， 每100V一个等级；在1000~3000V，则是每200V一个等级。为 了防止工作中的晶闸管遭受瞬态过电压的损害，通常取电压安 全系数为2~3，例如器件在工作电路中可能承受到的最大瞬时 值电压为UTM，则取额定电压UT=（2~3）UTM。 （6）通态正向平均电压UF
流），在不同的门极触发电流IG作用下经不同的转折电压UBO
和负阻区（电流增加，电压减小），到达正向导通状态（低 电压，大电流）。
正向导通特性和一般二要管的正向导通特性一样，门极
触发电流IG越大，转折电压UBO越低。
当IG=0时，晶闸管正向电压UAK增大到转折电压UBO前，器 件处于正向阻断状态，其正向漏电流随UAK电压增高而逐渐增 大，当UAK达到UBO时管子将突然从阻断状态转为导通状态， 导通后器件的特性与整流二极管正向伏安特性相似。 当通入门极电流IG且足够大时，正向转折电压降至极小， 使晶闸管像整流二极管一样，一加上正向阳极电压就导通，这

D1 R
uL
L
T2
D2
电路 特点
1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便 起续流二极管作用。
2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。
42
带反电动势负载的可控整流电路
uL
u2
T1 T2 R –
D1 D2 E +
1. 该电路的工作过程。
i
ITAV含义
ITAV
t

2
ITAV 210Imsi ntd(t)Im
15
额定通态平均电流即正向平均电流。 通用系列为：
1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
反向击穿电压
URSM
I 额定
正向 平均
IF
> （1.5）×
IT 1 .57
35
10.3.2 单相全波可控整流电路
一、电阻性负载桥式可控整流电路
1. 电路及工作原理
uG
A +
uL T1、T2 --晶闸管
T1
T2
D1、D2 --晶体管
u2
RL
-
B
D1
D2
36
2. 工作波形 u2 uG uL uT1
A +
uL
u2
T1
T2 RL
B
D1 D2
t
t
P1
N1 G
P2 N2
K
P
NN G
PP
N
K 示意图
5
A
P G NN
PP N
K
A
ßßig
T2

a
(1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触发
+
u
–
T1
T2 RL
++uo
–
D1
D2 –
电压, 则T1和D2导
b
通，电流的通路为
T1、T2 晶闸管
a
T1
RL
D2
b D1、D2晶体管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
2021/2/4
总目录 章目录 返回 上一页20下一页
(2)电压u 为负半周时
如果正弦半波电流的最大值为Im, 则
普通晶闸管IF为1A — 1000A。
2021/2/4
总目录 章目录 返回 上一页11下一页
IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。
一般IH为几十 ~ 一百多毫安。
UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。
总目录 章目录 返回 上一页 7下一页
晶闸管导通的条件： 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
项目九 晶闸管及其应用
9.1 晶闸管 9.2 可控整流电路 9.3 单结晶体管触发电路 9.4 应用举例
2021/2/4
总目录 章目录 返回 上一页 1下一页

继续维持导通，直至L中磁场能量释
放完毕， VT承受反向电压而关断；
t
t
t
第二章 第 12 页
图2-2 带电感性负载的 单相半波电路及其波形
a)
u1
VT T
u VT u2
u2
b)
0
t1
ug
ωt2
c) 0
ud
+
d) 0 id
e)
0
u VT
f) 0
ωt2 ωt2
ωt2
id L
ud R
2
+
工作过程和特点： 请同学们思考： （a） L两端的电压何时变为上负 下正，如何简单判断？ （b） id能否抵达2π点？为什么？
阐明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；
U2为电源电压有效值〔220V）； α ＝ π时，Ud=0，可见可以通过调整α 来调整Ud。
直流输出电压有效值U
（2-2U ）2 1 2 U 2s it2 n d t U 24 1 s2 in 2
第二章 第 8 页
2.1.1 单相半波可控整流电路〔单相半波）
单相半波可控整流电路的特点：
线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变压器二次侧电流中含直流 分量，造成变压器铁芯直流磁化； 实际上很少应用此种电路；
第二章 第 17 页
2.1.2 单相桥式全控整流电路〔单相全控桥）
简称为单相全控桥〔教材P24)
1. 电阻负载的工作情况 2. 晶闸 管 V T1 和V T 4组成一 对桥臂 ， VT2和VT3组成。在实际的电路中，一 般都采用这种标注方法，即上面为1、3 ，下面为2、4。请同学们注意。
➢
P=负载的电压有效值×负载的电流有效值

2. 电流参数
(1) 通态平均电流IT(AV) 通态平均电流IT(AV)简称正向电流，指在标准散热 条件和规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频 (50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。
(2) 维持电流IH 维持电流IH，指在规定的环境温度和控制极断路 的情况下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电 流。
(2) 电源电压u的负半周，在t2时刻(ωt2=180o+α)将 触发脉冲加到V1管的控制极，V1管被触发导通，此时 V2管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V1管 自然关断，负载上获得的电压波形如图10.5（b）所示，
调节控制角α便可实现交流调压。
当控制角α=0o时，即为交流开关。
2. 直流开关 图10.6是一种能使连接在直流电源上的直流负载通、 断的电路。开关S合在A端使晶闸管V1接通，V2断开， 电容器C按图示的极性充电。然后当S倒向B端时，V2接 通，C上的电荷通过V2放电，使V1反向偏置而截止。
10.2晶闸管应用
10.2.1 晶闸管交直流开关 1. 交流开关 图10.5(a)所示是用两只普通晶闸管V1和V2反向
并联而组成的交流调压电路，其调压原理如下。
(a) 电路图
(b) 波形图
图10.5晶闸管交流调压
(1) 电源电压u的正半周，在t1时刻(ωt1=α ，α又称控 制角)将触发脉冲加到V2管的控制极，V2管被触发导通， 此时V1管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时， V2管自然关断。
2.晶闸管的触发需要触发电路提供触发脉冲。一般情 况下，触发电路可由单结管组成。单结管具有负阻特性 ，与电容组合可实现脉冲振荡。改变电容充放电的快慢 (τ的大小)，可改变第一个触发脉冲出现的时刻，从而控 制晶闸管导通的时刻，实现晶闸管可控。

任何可利用的位置。此随机原则一般是由
储存人员按习惯来存放，且通常可与靠近
出口法则联用，将商品入库的时间顺序存
放在靠近出入口的货位。
3.分类存放
所有的储存商品按上一照一下定一特页 性返回
页
任务一做好进货前的准备
4.分类随机存放
每一类商品有固定存放的货区，
但在各类的货区内，每个货位的指派是随
机的。分类随机存放兼具分类存放及随机
同时出库，对于这类商品应可能规划同一
储区或相近储区，以缩短搬运路程和拣货
时间。
3.根据商品特性确定储位
为了避免商品在储存过程中相
互影响，性质相同或所要求储存条件相近
的商品应集中存放，并相应上安一排在下条一页件返适回
页
任务一做好进货前的准备
4.根据商品体积、重量特性确定储位
在仓库布局时，必须同时考虑
心仓库划分为若干区域，确定每类商品储
存的区域。库区的划分一般在库房、货场
的基础上进行，多层库房分区时也可按照
楼层划分货区。
上一 下一页 返回 页
任务一做好进货前的准备
二、选择合适的储存策略
1.定位存放
每一项储存商品都有其固定货
位，商品之间不能互用货位，因此规划每
一项商品的货位容量时，不应小于其可能
子任务三安排接货
接运商品是商品入库前的重要
上一页 下一页 返回
9.1 晶闸管
2）导通以后的晶闸管，控制极就失去作用。要使其关断必须 在阳极上加反向电压或将阳极电流减小到足够小的程度（维持电流
IH以下）。
晶闸管的这种特性可以用图9-3来解释。因为晶闸管具有三个 PN结，所以可以把晶闸管看成由一只NPN三极管与一只PNP三极管组 成，在阳极A和阴极K之间加上正向电压以后，T1、T2两只三极管因 为没有基极电流，所以三极管中均无电流通过，此时若在T1管的基

图10.5晶闸管交流调压
(1) 电源电压u的正半周，在t1时刻(ωt1=α ，α又称控 制角)将触发脉冲加到V2管的控制极，V2管被触发导通， 此时V1管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时， V2管自然关断。
(2) 电源电压u的负半周，在t2时刻(ωt2=180o+α)将 触发脉冲加到V1管的控制极，V1管被触发导通，此时 V2管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V1管 自然关断，负载上获得的电压波形如图10.5（b）所示，
(4) 要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降至 零或为负，使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。
综上所述，可得如下结论：
① 晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能 力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导 通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制 极也加正向触发电压。
② 晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要 使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将 阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减 小到零或使之反向。
图10.8 单结管的电压电流特性
三个区域的分界点是P(称为峰点)和V（称为谷点）。 UP、IP分别称为峰点电压和峰点电流；UV、IV分别称 为谷点电压和谷点电流。
由图10.7可知
UP
UD
UA
VA

RB1 RB1 RB2
U BB
U B
式中 RB1 称单结管分压比，一般为
RB2 RB2
当E、B1极之间截止后，电源又对C充电，并重复 上述过程，结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电 压，如图10.9(b)所示。
上述电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和 RC充放电特性，如果改变RP，便可改变电容充放电的 快慢，使输出的脉冲前移或后移，从而改变控制角α， 控制了晶闸管触发导通的时刻。显然，充放电时间常 数τ=RC大时，触发脉冲后移，α大，晶闸管推迟导通； τ小时，触发脉冲前移，α小，晶闸管提前导通。

当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶
闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。
编辑ppt
18
工作波形
u
O
ug
t1
O
u O
uOT
O
2 t2
编辑ppt
t t t t
19
（3）电感性负载(加续流二极管)
u> 0时：
T
io
+
+ + uT –
+
L
u io D
uo
–
R
–
–
D反向截止，不影响整流电路工作。
uou, uT0。
u 2< 0 时: 可控硅承受反向电压不导通
uo0, uTu。 即：晶闸管反向阻断
编辑ppt
15
工作波形 u
O
ug
t1
2 t2
t
uO
t
O
O
t
uT
导通角
O
t
控制角 接电阻负载时 单相半波可控整流电路电压、电流波形
编辑ppt
16
整流输出电压及电流的平均值
UO
1π 2παu2
编辑ppt
29
一、电阻性负载桥式可控整流电路
1. 电路分析
u负正半半周周((π０～～２ππ))
u
a －+VH1－+
VH2
b
RL
uo a(a－(＋) )b(＋)b(－) 触发脉冲uG引入控制极
VD1 VD2
VH12导通、VD21导通
电流方向 a b V H 1 2 R L L V D 1 2 a b
功率，对动态均流不起作 用，只适用于小功率。