【精品课件】晶闸管及其应用电路
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(2) S断开, UGK=0, UAA为反向, 灯泡不亮, 如图11.3(b) 所示。
(3) S合上, UGK为正向, UAA为反向, 灯泡不亮, 称之为 反向阻断, 如图11.3(c)所示。
UGG
R ＋
－
S
(a)
UGG
R ＋
－
S
(c)
＋
UAA －
UGG
R ＋
－
S
(b)
－Βιβλιοθήκη Baidu
UAA ＋
UGG
R ＋
－
S
(5) 在(4)基础上, 断开S, 灯泡仍亮, 称之为维持导通, 如 图11.3(e)所示。
(6) 在(5)基础上, 逐渐减小UAA, 灯泡亮度变暗, 直到熄 灭, 如图11.3(f)所示。
(7) UGG反向, UAA正向, 灯泡不亮, 称之为反向触发, 如 图11.3(g)所示。
(8) UGG反向, UAA反向, 灯泡仍不亮, 如图11.3(h)所示。
3． 演示电路及操作过程 1) 演示电路 电路的连接, 如图11.2所示。
a
R
＋ UGG
－
Sg k
图 11.2 晶闸管连接图
＋
UAA －
(1) 阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。 (2) 控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电源 (触发信号)UGG。 2） 操作过程及现象
(1) S断开, UGK=0, UAA为正向, 灯泡不亮, 称之为正向 阻断， 如图11.3(a)所示。
2． 工作原理
为了说明晶闸管的工作原理, 可把四层PNPN半导体分 成两部分, 如图11.4(b)所示。 P1, N1, P2组成PNP型管, N2, P2, N1组成NPN型管, 这样, 可控硅就好像是由一对互补复 合的三极管构成的, 其等效电路如图11.4(c)所示。
a
a
a
IA
V2
P1
J1 N1
第11章 晶闸管及其应用电路
11.1 晶闸管 11.2 单相控制整流电路 11.3 单结晶体管出发电路 11.4 双向晶闸管及其应用电路
11.1 晶闸管
11.1.1 晶闸管的实物图及其性能演示 1． 外形及其符号
阳极a
控制极g 阳极a
k g
阴极k
k g
V
阴极k
a
(a)
a
控制极g
kag
(b)
(c)
N1
P2
J2 g
P2
g
J3
N2
N2
k
k
(a)
(b)
P1
N1
IC2
IC1
g
P2
RG
IG
V1
＋
UGG － k
(c)
RA
＋ UAA
－
图11.4
(a) 内部结构示意图； (b) 分解两个晶体管； (c) 等效电路
如果在控制极不加电压, 无论在阳极与阴极之间加上何 种极性的电压, 管内的三个PN结中, 至少有一个结是反偏的, 因而阳极没有电流产生, 当然就出现了图11.3(a)、 (b)所示 灯泡不亮的现象。
11.1.3 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数 1． 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性如图11.5所示。 以下分别讨论其正 向特性和反向特性。 1） 正向特性 (1) 正向阻断状态。 若控制极不加信号, 即IG=0, 阳极加正向电压UAA, 晶闸 管呈现很大电阻, 处于正向阻断状态, 如图中OA段。
(4) 由图11.3(f)得出, 要使导通的晶闸管关断, 必须 把正向阳极电压降低到一定值才能关断。
11.1.2 晶闸管的内部结构及工作原理
1．内部结构
晶闸管的内部结构如图11.4(a)所示。 由图可知， 晶闸 管由PNPN四层半导体构成, 中间形成三个PN结: J1, J2, J3, 由最外层的P1、 N2分别引出两个电极称为阳极a和阴极k, 由中间的P2引出控制极g。
(d)
图11.1 (a) 螺栓式； (b) 平板式； (c) 塑封式； (d) 符号
2． 类型 可控硅按其容量有大、 中、 小功率管之分, 一般认 为电流容量大于50 A为大功率管, 5 A以下则为小功率管, 小功率可控硅触发电压为1 V左右, 触发电流为零点几到 几毫安, 中功率以上的触发电压为几伏到几十伏, 电流几 十到几百毫安。 按其控制特性, 有单向可控硅和双向可控 硅之分。
iA
C
正向导通
IF
反向击穿
不稳定状态
B
IG增 加
IG= 0
A
U BR
D
O
反向阻断
UF
uAK
正 向 阻 断 正 向 转 折 电 压U BO
图 11.5 晶闸管的伏安特性
(2) 负阻状态。
当正向阳极电压进一步增加到某一值后, J2结发生 击穿, 正向导通电压迅速下降, 出现了负阻特性, 见曲线 AB段, 此时的正向阳极电压称之为正向转折电压, 用 UBO表示。 这种不是由控制极控制的导通称为误导通, 晶闸管使用中应避免误导通产生。 在晶闸管阳极与阴 极之间加上正向电压的同时, 控制极所加正向触发电流 IG越大, 晶闸管由阻断状态转为导通所需的正向转折电 压就越小, 伏安特性曲线向左移。
如果在晶闸管ak之间接入正向阳极电压UAA后, 在控制 极加入正向控制电压UGG, V1管基极便产生输入电流IG, 经V1 管放大, 形成集电极电流IC1=β1UG, IC1又是V2管的基极电流, 同样经过V2的放大, 产生集电极电流IC2=β1β2IG, IC2又作为V1 的基极电流再进行放大。 如此循环往复, 形成正反馈过程, 晶闸管的电流越来越大, 内阻内阻急剧下降, 管压降减小,
(d)
－ UAA
＋
＋ UAA
－
R ＋ UGG －
R － UGG ＋
S
(e)
S
(g)
＋
UAA －
UGG
R ＋
－
亮
S
暗
灭
(f)
＋
UAA －
UGG
R －
＋
S
(h)
图 11.3 晶闸管工作示意图
＋ UAA
－
－ UAA
＋
(4) S合上, UGK为正向, UAA为正向, 灯泡亮, 称之为触发 导通, 如图11.3(d)所示。
直至晶闸管完全导通。 这时晶闸管ak之间的正向压降约 为0.6～1.2 V。 因此流过晶闸管的电流IA由外加电源UAA 和负载电阻RA决定, 即IA≈UAA/RA。 由于管内的正反馈, 使管子导通过程极短, 一般不超过几微秒。 图11.3(d)的演 示就是证明。
晶闸管一旦导通, 控制极就不再起控制作用, 不管UGG 存在与否, 晶闸管仍将导通。 若要导通的管子关断, 则只 有减小UAA, 直至切断阳极电流, 使之不能维持正反馈过程, 如图11.3(f)所示。 在反向阳极电压作用下, 两只三极管均 处于反向电压, 不能放大输入信号, 所以晶闸管不导通。
3） 现象分析及结论 (1) 由图11.3(c)、 (d)得出, 晶闸管具有单向导电性。 (2) 由图(a)、 (b)、 (d) 、 (g)、 (h)得出, 只有在控 制极加上正向电压的前提下, 晶闸管的单向导电性才得 以实现。
(3) 由图11.3(e)得出, 导通的晶闸管即使去掉控制极 电压, 仍维持导通状态。
(3) S合上, UGK为正向, UAA为反向, 灯泡不亮, 称之为 反向阻断, 如图11.3(c)所示。
UGG
R ＋
－
S
(a)
UGG
R ＋
－
S
(c)
＋
UAA －
UGG
R ＋
－
S
(b)
－Βιβλιοθήκη Baidu
UAA ＋
UGG
R ＋
－
S
(5) 在(4)基础上, 断开S, 灯泡仍亮, 称之为维持导通, 如 图11.3(e)所示。
(6) 在(5)基础上, 逐渐减小UAA, 灯泡亮度变暗, 直到熄 灭, 如图11.3(f)所示。
(7) UGG反向, UAA正向, 灯泡不亮, 称之为反向触发, 如 图11.3(g)所示。
(8) UGG反向, UAA反向, 灯泡仍不亮, 如图11.3(h)所示。
3． 演示电路及操作过程 1) 演示电路 电路的连接, 如图11.2所示。
a
R
＋ UGG
－
Sg k
图 11.2 晶闸管连接图
＋
UAA －
(1) 阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。 (2) 控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电源 (触发信号)UGG。 2） 操作过程及现象
(1) S断开, UGK=0, UAA为正向, 灯泡不亮, 称之为正向 阻断， 如图11.3(a)所示。
2． 工作原理
为了说明晶闸管的工作原理, 可把四层PNPN半导体分 成两部分, 如图11.4(b)所示。 P1, N1, P2组成PNP型管, N2, P2, N1组成NPN型管, 这样, 可控硅就好像是由一对互补复 合的三极管构成的, 其等效电路如图11.4(c)所示。
a
a
a
IA
V2
P1
J1 N1
第11章 晶闸管及其应用电路
11.1 晶闸管 11.2 单相控制整流电路 11.3 单结晶体管出发电路 11.4 双向晶闸管及其应用电路
11.1 晶闸管
11.1.1 晶闸管的实物图及其性能演示 1． 外形及其符号
阳极a
控制极g 阳极a
k g
阴极k
k g
V
阴极k
a
(a)
a
控制极g
kag
(b)
(c)
N1
P2
J2 g
P2
g
J3
N2
N2
k
k
(a)
(b)
P1
N1
IC2
IC1
g
P2
RG
IG
V1
＋
UGG － k
(c)
RA
＋ UAA
－
图11.4
(a) 内部结构示意图； (b) 分解两个晶体管； (c) 等效电路
如果在控制极不加电压, 无论在阳极与阴极之间加上何 种极性的电压, 管内的三个PN结中, 至少有一个结是反偏的, 因而阳极没有电流产生, 当然就出现了图11.3(a)、 (b)所示 灯泡不亮的现象。
11.1.3 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数 1． 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性如图11.5所示。 以下分别讨论其正 向特性和反向特性。 1） 正向特性 (1) 正向阻断状态。 若控制极不加信号, 即IG=0, 阳极加正向电压UAA, 晶闸 管呈现很大电阻, 处于正向阻断状态, 如图中OA段。
(4) 由图11.3(f)得出, 要使导通的晶闸管关断, 必须 把正向阳极电压降低到一定值才能关断。
11.1.2 晶闸管的内部结构及工作原理
1．内部结构
晶闸管的内部结构如图11.4(a)所示。 由图可知， 晶闸 管由PNPN四层半导体构成, 中间形成三个PN结: J1, J2, J3, 由最外层的P1、 N2分别引出两个电极称为阳极a和阴极k, 由中间的P2引出控制极g。
(d)
图11.1 (a) 螺栓式； (b) 平板式； (c) 塑封式； (d) 符号
2． 类型 可控硅按其容量有大、 中、 小功率管之分, 一般认 为电流容量大于50 A为大功率管, 5 A以下则为小功率管, 小功率可控硅触发电压为1 V左右, 触发电流为零点几到 几毫安, 中功率以上的触发电压为几伏到几十伏, 电流几 十到几百毫安。 按其控制特性, 有单向可控硅和双向可控 硅之分。
iA
C
正向导通
IF
反向击穿
不稳定状态
B
IG增 加
IG= 0
A
U BR
D
O
反向阻断
UF
uAK
正 向 阻 断 正 向 转 折 电 压U BO
图 11.5 晶闸管的伏安特性
(2) 负阻状态。
当正向阳极电压进一步增加到某一值后, J2结发生 击穿, 正向导通电压迅速下降, 出现了负阻特性, 见曲线 AB段, 此时的正向阳极电压称之为正向转折电压, 用 UBO表示。 这种不是由控制极控制的导通称为误导通, 晶闸管使用中应避免误导通产生。 在晶闸管阳极与阴 极之间加上正向电压的同时, 控制极所加正向触发电流 IG越大, 晶闸管由阻断状态转为导通所需的正向转折电 压就越小, 伏安特性曲线向左移。
如果在晶闸管ak之间接入正向阳极电压UAA后, 在控制 极加入正向控制电压UGG, V1管基极便产生输入电流IG, 经V1 管放大, 形成集电极电流IC1=β1UG, IC1又是V2管的基极电流, 同样经过V2的放大, 产生集电极电流IC2=β1β2IG, IC2又作为V1 的基极电流再进行放大。 如此循环往复, 形成正反馈过程, 晶闸管的电流越来越大, 内阻内阻急剧下降, 管压降减小,
(d)
－ UAA
＋
＋ UAA
－
R ＋ UGG －
R － UGG ＋
S
(e)
S
(g)
＋
UAA －
UGG
R ＋
－
亮
S
暗
灭
(f)
＋
UAA －
UGG
R －
＋
S
(h)
图 11.3 晶闸管工作示意图
＋ UAA
－
－ UAA
＋
(4) S合上, UGK为正向, UAA为正向, 灯泡亮, 称之为触发 导通, 如图11.3(d)所示。
直至晶闸管完全导通。 这时晶闸管ak之间的正向压降约 为0.6～1.2 V。 因此流过晶闸管的电流IA由外加电源UAA 和负载电阻RA决定, 即IA≈UAA/RA。 由于管内的正反馈, 使管子导通过程极短, 一般不超过几微秒。 图11.3(d)的演 示就是证明。
晶闸管一旦导通, 控制极就不再起控制作用, 不管UGG 存在与否, 晶闸管仍将导通。 若要导通的管子关断, 则只 有减小UAA, 直至切断阳极电流, 使之不能维持正反馈过程, 如图11.3(f)所示。 在反向阳极电压作用下, 两只三极管均 处于反向电压, 不能放大输入信号, 所以晶闸管不导通。
3） 现象分析及结论 (1) 由图11.3(c)、 (d)得出, 晶闸管具有单向导电性。 (2) 由图(a)、 (b)、 (d) 、 (g)、 (h)得出, 只有在控 制极加上正向电压的前提下, 晶闸管的单向导电性才得 以实现。
(3) 由图11.3(e)得出, 导通的晶闸管即使去掉控制极 电压, 仍维持导通状态。