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1、摘 要自1957年发明晶闸管以来，由于它结构简单，使用方便和 性能稳定可靠，己大量用于国民经济各领域，为工业发展、技术 进步和节约能源发挥了重大作用。目前，晶闸管的制造工艺和应 用技术已相当成熟，正向着体积更小、重量更轻、结构更紧凑、 可靠性更高、内部接线电路各异和功能不同的模块化方向发展， 也出现了把移相触发系统、保护系统和晶闸管芯片混合集成在同 一外壳内的，所谓的各种“晶闸管智能模块”。晶闸管的的漏电 流特性是晶闸管的最基本特性，这一特性的好坏，直接影响到器 件在整机上的正常使用。因此，检测晶闸管的漏电流特性在晶闸 管器件的生产、经销及使用过程中都是十分重要的。下面就根据 晶闸管的特性来设
2、计一个晶闸管正反向漏电流测试仪。第一章设计目的与要求31.1设计目的31.2设计要求3第二章绪论晶闸管的概述32.1晶闸管的介绍32.2普通品闸管的结构和工作原理32.3晶闸管的伏安特性和主要参数 52.4晶闸管的种类7第三章课程设计整体设计思路73.1方案选择7第四章课程设计框图及工作原理94.1工作原理94.2 ICL7107的工作原理 104.3 ICL7107安装品闸管正反向漏电流测试仪时的一些要点134.4关于TCA785元件简介 15第五章设计心得体会15参考文献15第一章设计目的与要求1.1设计目的1、掌握晶闸管的结构与工作原理，了解晶闸管的相关应用3、熟悉A /D转换器ICL7
3、107的性能及其引脚功能3、掌握用ICL7107构成晶闸管正反向漏电流测试仪的方法1.2设计要求设计题目：晶闸管正反向漏电流测试仪设计要求：1、在I频电压下测量漏电流，范围0100mA，触发电压100500V (峰 值)2、要求具有限流保护，限流值可调在10200mA第二章绪论一一晶闸管的概述2.1晶闸管的介绍晶体闸流管简称晶闸管，也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一 种大功率半导体器件。在性能上，晶闸管不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整 流元件更为可贵的可控性，它只有导通和关断两种状态。晶闸管的优点很多,例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍;反 应极快，在微
4、秒级内开通、关断;无触点运行，无火花、无噪声;效率高，成本低等。 因此，特别是在大功率UPS供电系统中，晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触 点输出开关等电路中得到广泛的应用。晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差，容易受干扰而误导通。晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。2.2普通晶闸管的结构和工作原理晶闸管是PNPN四层三端器件，共有三个PN结。分析原理时，可以把它看作是由一 个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1(a)所示，图1(b)为晶闸管的电 路符号。图1晶闸管等效图解图2.2.1晶闸管的工作过程晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结，可以把它中间
5、的NP分成两 部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2 失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因 此是两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈 的正反馈，造成两晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2,发射极电流相应为Ia和Ik, 电流放大系数相应为a 1=IC1/Ia和a 2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO, 晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=IC1+IC2+ICO=a 1Ia
6、+a 2Ik+ICO (1)若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为：Ik=Ia+Ig。因此，可以得出晶闸管阳极电流为：/ JCC+J2Je硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a 1和a 2随其发射极电流的改变而急 剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压,而门极未接受电压的情况下，式(1)中 Ig=0,(a 1+a 2)很小,故晶闸管的阳极电流 WICO,晶闸管处于正向阻断状态； 当晶闸管在正向门极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管 的发射结，从而提高放大系数a 2,产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管的发 射结，并提高了 PNP管的电流放大系数a 1,产生更大的集电极电
7、流IC1流经NPN 管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。当a 1和a 2随发射极电流增加 而使得(a 1+a 2)r 1时，式(1)中的分母1-(a 1+a 2)0,因此提高了晶闸管的 阳极电流Ia。这时,流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶 闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后，式(1)中1-(a 1+a 2)0,即使此时门 极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通，门极己失去作用。 在晶闸管导通后,如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小 到维持电流IH以下时，由于a 1和a 2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。2.2.2晶闸管的工作条
8、件由于晶闸管只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性,这种特性需要 一定的条件才能转化，（1）晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压， 晶闸管都处于关断状态。（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。（3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压， 无论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用（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。2.3晶闸管的伏安特性和主要参数2.3.1晶闸管的伏安特性晶闸管阳极A与阴极K之间的电压与晶闸管阳极电流之间关系称为晶闸管伏安特 性，如图2所所示。正向特性
9、位于第一象限，反向特性位于第三象限。图2晶闸管伏安特性参数示意图反向特性当门极G开路,阳极加上反向电压时（见图3）,J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时 只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，同 时J3结也击穿，电流迅速增加，如图2的特性曲线OR段开始弯曲，弯曲处的电压 URO称为“反向转折电压”。此后，晶闸管会发生永久性反向击穿。NPIBJ2图3阳极加反向电压图4阳极加正向电压正向特性 当门极G开路，阳极A加上正向电压时（见图4）,J1、J3结正偏，但J2结反偏，这 与普通PN结的反向特性相似,也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压 增加，如图2的特性曲
10、线OA段开始弯曲，弯曲处的电压UBO称为“正向转折电 压”。由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应，在结区 产生大量的电子和空穴，电子进入N1区，空穴进入P2区。进入N1区的电子与由 P1区通过J1结注入N1区的空穴复合。同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3 结注入P2区的电子复合，雪崩击穿后，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各 自不能全部复合掉。这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果 使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍有增加，电 压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图2中的虚线AB段。这时J1、J2、J3 三个结均处于正
11、偏，晶闸管便进入正向导电状态一一通态，此时，它的特性与普 通的PN结正向特性相似，如图2的BC段。（3）触发导通在门极G上加入正向电压时（如图5所示），因J3正偏,P2区的空穴进入N2区,N2 区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。在晶闸管的内部正反馈作用（如图2）的 基础上，加上IGT的作用，使晶闸管提前导通，导致图2中的伏安特性OA段左 移,IGT越大，特性左移越快。图5阳极和门极均加正向电压2.3.2晶闸管的主要参数、门极触发电流（IG）使晶闸管从阻断到完全导通所必须的最小门极电流。、极触发电压（V）对应于门极触发电流的门极电压。、维持电流（I）门极断路，在室温条件下，晶闸管被触发导通
12、后，为维持导通所必需的最小 电流。、断态重复峰值电压（V ）门极断路、并在一定绊温下，允许重复加在器件上的正向峰值电压。（重复 频率为每秒50次，每次持续时间小于10ms） 、反向重复峰值电压门极断路、并在一定结温下，允许重复加在器件上的反向峰值电压。（重复 频率为每秒50次，每次持续时间小于10ms） 、断态电压临界上升率在额定结温下，在额定结温下和门极短路条件下，不导致器件从断态转入同 态的最大电压上升率，实际上升率应小于此临界值。过大的断态电压上升率会使 晶闸管误导通。2.4晶闸管的种类晶闸管有多种分类方法。（一）按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、
13、双向晶闸管、逆导晶 闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。（二）按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。（三）按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管 三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封 晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。（四）按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三 种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封 或陶瓷封装。（五）按关断速度分类晶闸管按其关断速度可分为普通
14、晶闸管和高频（快速）晶闸管。第三章课程设计整体设计思路3.1方案选择实验主电路及个部分组成如图所示：ul220VR限流H IRs电流采样 一、二阶（有无源）电流采样滤波器电流给定图一/A/DICL7107显示TAC785电流调节器晶闸管触发器被测晶闸管图二由实验框图可知，经过被测元件的电流采样，由可编程放大器的放大后，通 过一、二阶滤波器滤波，然后再经过双极性A/D转换器将模拟信号转变为数字信 号，最后显示。一、二阶滤波后，电流样值会经过电流调节器到晶闸管触发器。 本实验设计应用以双极性A/D转换器和数码管显示为核心，可见对其选用有以下 三I方案。方案1：主要器件由芯片ICL7106和液晶显示
15、器LCD组成关键词：芯片ICL7106液晶显示器LCD由于7106是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS集成电 路，因此本方案主要有以下特点：（1）采用单电源供电，可使用9V迭层电池， 有助于实现仪表的小型化。（2）芯片内部有异或门输出电路，能直接驱动LCD 显示器。（3）功耗低。芯片本身消耗电流仅1。8mA，功耗约16mW。（4）输入阻 抗极高，对输入信号无衰减作用。（5）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自 动显示极性的功能。（6）噪声低，失调温标和增益温标均很小。具有良好的可靠 性，使用寿命长（7）整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便地进行功 能检查。方案2：主要器件由芯片ICL7107和共阳极半导体数码管LED组成。关键词：A/D转换器芯片ICL7107共阳极半导体数码管LED本方案的主要特点是：（1）能直接驱动共阳极的LED显示器，不需要另加驱动器 件，使整机线路简化。（3）采用+5V和一5V两组电源供电。（4）LED属于电流控 制器件，在3 1/2位数字仪表中采用直流驱动方式，芯片本身功耗较小。（5）显 示亮度较高。方案3：主要器件由芯片MC14433和共阴极半
