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1、电力电子技术课程书年 度： 2012-2013学 期：第二学期 执教班级： 311 电气自动化技术执教教师：王亚军、实训目的1、熟悉单结晶体管和晶闸管的结构、符号，掌握它们的特性分 析和在电路中的连接。2、掌握单结晶体管触发电路的组成、工作原理和基本分析方法3、提高元器件的安装和焊接水平，进一步熟练示波器的使用4、学会单结晶体管和晶闸管的检测5、学会单向晶闸管调光电路的安装、调试和检测二、实训设备电铬铁、尖镊子、电子剪、尖嘴钳、万用表、示波器、学生电源、 多媒体演示台等。三、实训内容晶闸管调光电路的设计、安装与调试、单向晶闸管1 结构(1)外形结构图1 晶闸管的照片(2) 内部结构和符号晶闸管
2、有三个电极，阳极 A、阴极K和控制极G,图2为晶闸管的符号和内部结构。晶闸管由PNPN四层半导体构成，中间形成三个PN结：J. J2、J30,用铝片和钼片作为衬底。钼片阴极控制极KC#阳极图2晶闸管的内部结构示意图及电路符号2. 特性伏安特性卓 1(A)UbrIhC通态正向特性反向特性1UtIG增大I G - 0；A 断态V(V)uO晶闸管的伏安特性(2) 单向可控导电性晶闸管的导通条件为：在晶闸管的阳极和阴极之间加上一定大小的正向电 压；在控制极和阴极之间加上正向触发电压。晶闸管的关断条件为：阳极电压降到足够小或反向，以使阳极电流降到IH(晶闸管的最小维持电流)以下。注：满足以上两个条件，晶
3、闸管才能由阻断变为导通，但晶闸管一旦触发导 通后，控制极就失去了控制作用，这时只有满足关断条件才能由导通变阻断，否 则一直处于导通状态。(3) 实验验证晶闸管特性(a)(b)(c)(d)图3晶闸管的实验第一步：按图3(a)接线，晶闸管不导通，指示灯不亮。第二步：见图3(b),在晶闸管的栅极阴极间加触发电压Ugk，晶闸管导通,指示灯亮。第三步：按图3(c)接线，去掉触发电压，晶闸管仍导通，指示灯亮。第四步：按图3(d)接线，去掉触发电压，将电位器阻值加大，晶闸管电流减 小，当电流减小到一定值时，晶闸管关断，指示灯熄灭。第五步：按图3(e)接线，去掉触发电压，将电源极性反接，晶闸管关断，指 示灯熄
4、灭。3. 主要参数(1) 电压定额正向转折电压Ubo ；阻断态重复峰值电压(正向阻断峰值电压)U drm ；反向转折电压(反向击穿电压)Ubr ；反向重复峰值电压(反向阻断峰值电压)U RRM 额疋电压U D 额疋电压U D 通常把U drm和U rrm中较小的一个；正 向平均电压Uf，又称管压降，一般在 0.6V1.2V范围内；其中：U drm = U BO -100 VU rrm = Ubr -100V注：选用晶闸管时，额定电压应为正常工作峰值电压的23倍，以避免瞬时过电压损坏晶闸管。管压降与正向平均电流的乘积就是正向损耗，它是造成元件发热的主要原 因。(2) 电流定额额定正向平均电流I
5、f 在额定环境温度及标准散热条件下，允许通过工频 正弦半波电流的平均值。当散热条件较差、环境温度较高和器件导通角较小时， 所允许的电流要降低。一般|F为正常工作平均电流的1.52倍。擎住电流La 由断态到通态的临界电流。维持电流I h 是指由通态到断态的最小电流。浪涌电流I fSM 指允许电流过载值。(3) 控制极定额控制极触发电压Ug、电流Ig 一般Ug为15V , Ig为几十到几百毫安，为保证可靠触发，实际值应大于额定值。控制极反向电压 一按规定，控制极所加反向电压不得超过10V，以免损坏晶闸管。4. 检测方法（1）判别各电极通过用万用表 RX100Q或RX1k档测量普通晶闸管各引脚之间的
6、电阻值，即 能确定三个电极。具体方法是：将万用表黑表笔任接晶闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两 个电极。若测量结果有一次阻值为几千欧姆（kQ）,而另一次阻值为几百欧姆 （Q）,则可判定黑表笔接的是门极 G。在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极 K，而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极A，若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极G,应用同样方法改测其它电极，直到找出三个电极为止（2）判断好坏用万用表RX1k档测量普通晶体管阳极 A与阴极K之间的正、反向电阻，正 常时均应为无穷大（ 若测得A、K之间的正、反向电阻值为零或阻值较小， 则说明晶闸管内部击穿短路或漏电。测量门极
7、G与阴极K之间的正、反向电阻值，正常时应有类似二极管的正、 反向电阻值（实际测量结果较普通二极管的正、反向电阻值小一些），即正向电阻值较小（小于2 k Q ,反向电阻值较大（大于 80 k Q）。若两次测量的电阻值均 很大或均很小，则说明该晶闸管G、K极之间开路或短路。若正、反电阻值均相等或接近，则说明该晶闸管已失效，其G、K极间PN结已失去单向导电作用。测量阳极A与门极G之间的正、反向电阻，正常时两个阻值均应为几百千欧 姆（k Q）或无穷大，若出现正、反向电阻值不一样（有类似二极管的单向导电），则是G、A极之间反向串联的两个 PN结中的一个已击穿短路。（3）触发能力检测对于小功率（工作电流为
8、5A以下）的普通晶闸管，可用万用表RX1档测量。 测量时黑表笔接阳极 A，红表笔接阴极K，此时表针不动，显示阻值为无穷大（。 用镊子或导线将晶闸管的阳极 A与门极短路，相当于给 G极加上正向触发电压， 此时若电阻值为几欧姆至几十欧姆（具体阻值根据晶闸管的型号不同会有所差 异）,则表明晶闸管因正向触发而导通。再断开 A极与G极的连接（A、K极上 的表笔不动，只将 G极的触发电压断掉），若表针示值仍保持在几欧姆至几十欧 姆的位置不动，则说明此晶闸管的触发性能良好。二、单结晶体管1结构、符号及等效电路(1) 结构单结晶体管有三个极：第一基极B1、第二基极B2、发射极E,内部结构如图所示，内部只有一个
9、 PN结。PbT 结-单结晶体管内部结构示意图符号B1(3)等效电路Uh U4A Ubb单结晶体管等效电路2. 特性(1) 伏安特性在基极电源电压uBB一定时，单结管的电压电流特性可用发射极电流iE和发射极与第一基极b1之间的电压ub曰的 关系曲线来表示，该曲线又称单结管伏安 特性，如下图所示(2) 三个区域截止区：截止区对应曲线中的起始段(0P)。此段UeUd+Ua后，等效二极管导通， 使RB1迅速减小，增大；又进一步促使 RB1减小。从E、B1两端看，UE随 的增大而减小，即具有负阻特性，这是单结管特有的。饱和区：饱和区对应曲线中的V点以后段，过 V点后再继续增大，rb1将变大，单结管进入
10、饱和导通状态，又呈现正阻特性，与二极管正向特性相 似。（3）三个区域的分界点P、V （分别称为峰点和谷点）。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。其中Up=Ud+Ua2a= 口 咒 UbbUbRbi + Rb2n - 霸式中R2 +R2称单结管分压比，一般为 0.50.8。上式表明峰点电压随基极电压改变而改变，实用中应注意这一点。（4）特点 当发射极电压等于峰点电压Up时，单结管导通。导通之后，当发射电压减小到UeU v时，管子由导通变为截止。一般单结管的谷点电压在25V。 单结管的发射极与第一基极之间的RB1是一个阻值随发射极电流增大而变小的电阻，rB2
11、则是一个与发射极电流无关的电阻。 不同的单结管有不同的 Up和UV。同一个单结管，若电源电压 UBB不 同，它的Up和UV也有所不同。在触发电路中常选用 UV低一些或lV大一些的 单结管3. 检测方法判断单结晶体管发射极 E的方法是：把万用表置于 R*100挡或R*1K挡，黑 表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就 是单结晶体管的发射极。单结晶体管 B1和B2的判断方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，用单结晶体管振荡电路黑表笔接发射极，红表笔分 别接另外两极，两次测量 中，电阻大的一次，红表笔 接的就是B1极。单结晶体管振荡电路能产生一系列脉冲信号，用
12、来触发晶闸管。1电路图2.波形图和工作原理(1) 波形图:单结晶体管振荡电路波形图(2) 工作原理当合上开关S后，电源通过R2加到单结管的两个基极上，同时又通过R、RP向电容器C充电，uC按指数规律上升。在 uC (叱=uE ) B1极之间恢复阻断状态， 单结管从导通跳变到截止， 输出电压uo下降到零，完成一次振荡。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a ,控制了晶闸管触发导通的时
13、刻。显然，充放电时间常数t =RC大时，触发脉冲后移，a大，晶闸管推迟导通；t小时，触发脉冲前移， a小，晶闸管提前导通。(3) 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路必须解决触发电路与主电路同步的问题，否则会产生失 控现象。用单结管振荡电路提供触发电压时，解决同步问题的具体办法可用稳压RPO-220VHR2Sv5 tTS称同步变压器，初单结晶体管触发电路管对全波整流输出限幅后作为基极电源，如图所示。图中 级接主电源。单向晶闸管调光电路R?1电路图2.电路组成单向晶闸管调光电路由单向晶闸管调光电路各点电压波形操作内容部分组成3.波形图和工作原理(1) 同步在单向晶闸管调光电路中，触发电路的电源是
14、由整流和稳压削波后得到的电 压，和主电路有相同的频率，因此实现了同步。电路中各点电压的波形图如图所示。(2 )移 相晶 闸管的 导通取 决于它 在承受 正向阳 极电压 时，加到 控制极 的第一 个触发 脉冲的时刻。第一个触发脉冲已使晶闸管导通后，以后的脉冲就不起作用了。如果将R2调小，电容C充电就加快，Vc上升到V2的时间就变短，出现第一个脉冲的时间就提前，a角变小，B角变大，晶闸管输出电压的平均值Uo就增大。反之，RP调大，Uo就减小。(3) 脉冲输出由于主电流也是直流电源，因此就用电阻输出，但在输出端串联了一个二极 管保证只有正脉冲输出。一、元器件的检查与识别1 元件清单表 2-5-2序号代号名称数量型号及规格1R1电阻110K Q2R2可调电阻1100K Q3R3电阻1100 Q4R4电阻
