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1、第20章晶闸管及其应用晶闸管晶闸管（Thyristor）可控硅可控硅（SCR ) （Silicon Controlled RectifierSilicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功大功大功大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。扩展到强电领域。扩展到强电领域。扩展到强电领域。
2、 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有单向导电性，单向导电性，单向导电性，单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、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。调压及开关等方面。调压及开关等方面。调压及开关等方面。 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、修简单、操
3、作方便、寿命长、修简单、操作方便、寿命长、修简单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电容量大（正向平均电容量大（正向平均电容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。流达千安、正向耐压达数千伏）。流达千安、正向耐压达数千伏）。流达千安、正向耐压达数千伏）。 优点：优点：GG控制极控制极控制极控制极20.1 晶闸管晶闸管20.1.1 基本结构及工作原理基本结构及工作原理K K 阴极阴极阴极阴极G阳极阳极阳极阳极 A A四四四四 层层层层 半半半半 导导导导 体体体体1.1.1.1.基本结构和符号基本结构和符号基本结构和符号基本结构和符号K K GGA A符号符号符号符号外形外形外形外形结构
4、结构三三 个个PNPN 结结P1P2N1N2常用常用晶闸管的图片晶闸管的图片螺栓型晶闸管螺栓型晶闸管晶闸管模块晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构平板型晶闸管外形及结构2.2.2.2.晶闸管导通实验晶闸管导通实验晶闸管导通实验晶闸管导通实验GKATSHL(a)HLGKATS(b)GKATSHL(c)GKATSHL(d)(c)去掉控制极正向电压，灯泡亮。去掉控制极正向电压，灯泡亮。(d)阳极加反向电压，灯泡熄灭。阳极加反向电压，灯泡熄灭。(a)控制极不加电压，灯泡不亮。控制极不加电压，灯泡不亮。(b)控制极加正向电压，灯泡亮。控制极加正向电压，灯泡亮。晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的
5、条件：晶闸管导通的条件： 晶闸管阳极与阴极之间加正向电压晶闸管阳极与阴极之间加正向电压晶闸管阳极与阴极之间加正向电压晶闸管阳极与阴极之间加正向电压（U UAKAK00）。）。）。）。 同时同时同时同时 晶闸管控制极与阴极晶闸管控制极与阴极晶闸管控制极与阴极晶闸管控制极与阴极之间加正向触发电压或正向触发脉冲。之间加正向触发电压或正向触发脉冲。之间加正向触发电压或正向触发脉冲。之间加正向触发电压或正向触发脉冲。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶依靠正反馈，晶依靠正反馈，晶依靠正反馈，晶闸管
6、仍可维持导通状态。闸管仍可维持导通状态。闸管仍可维持导通状态。闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管阳极电流小于维持电流阳极电流小于维持电流（I IA A I IHH） ，或将阳极，或将阳极电源断开或者在晶闸管的电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压阳极和阴极间加反相电压阳极和阴极间加反相电压阳极和阴极间加反相电压（U UAKAK0 0 0、E EG G 0 0EGEA+_R 晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉E EGG ， 依靠正反馈，仍可依靠正反馈，仍可依靠正反馈，仍
7、可依靠正反馈，仍可维持导通状态。维持导通状态。维持导通状态。维持导通状态。工作原理工作原理GE EA A 0 0、E EG G 0 0KKEA+_R T1T2EGA A形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向转折电压正向转折电压正向转折电压正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+ +_ _+ +_ _反向转折电压反向转折电压反向转折电压反向转折电压正向平均电流正向平均电流维持电流维持电流维持电流维持电流U U20.1.2 伏安特性及伏安特性及主要参数主要
8、参数1. 1. 1. 1. 伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性2. 2.晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级, , 用字母用字母用字母用字母AIAI表示表示表示表示0.41.2V0.41.2V额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF) （晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型） P-P-普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管 K-K-快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸
9、管快速晶闸管 S -S -双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP200-18F 表示额定正向平均电流为表示额定正向平均电流为200A，额定电压为，额定电压为1800V，管压降为，管压降为0.9V的普通的普通晶闸管晶闸管。20.2 可控整流电路可控整流电路20.2.1 单相半波可控整流单相半波可控整流 1. 1. 电阻性负载电阻性负载电阻性负载电阻性负载(1) 电路分析电路分析 u u 0 0 时：时：时：时：若若若若u ug g g g = 0= 0= 0= 0，晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管不导通，不导通，不导通，不导通，u u 0 0 时时时时: : :
10、 : 晶闸管承受反向电压不导通晶闸管承受反向电压不导通晶闸管承受反向电压不导通晶闸管承受反向电压不导通, , , , u uo o = 0, = 0, = 0, = 0, u uT T T T = = = = u u ，故称可控整流故称可控整流故称可控整流故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，通，通，通， u uu uo oR RL L+u uT T+Ti io o(2) 工作原理工作原理 t1 2 u u 0 0时时时时: : : : tO u uu uo o
11、R RL L+u uT T+Ti io o tO 接电阻负载时接电阻负载时接电阻负载时接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形 控制角控制角 t1 tO tO t22 tO导通角导通角(3)(3)工作波形工作波形工作波形工作波形(4)(4)(4)(4)整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值由公式可知：由公式可知：由公式可知：由公式可知：改变控制角改变控制角 ，可改变输出电压，可改变输出电压Uo。(5)(5)有效值：有效值：
12、20.2.2 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路1. 1. 1. 1. 电路电路电路电路2. 2. 2. 2. 工作原理工作原理工作原理工作原理 T T1 1和和和和D D2 2承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。 T T1 1控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压, , 则则则则T T1 1和和和和D D2 2导导导导通，电流的通路为通，电流的通路为通，电流的通路为通，电流的通路为T T1 1、T T2 2 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管D D1 1、D D2 2二极管二极管二极管二极管aRLD2T1b(1)(1)电压电压电压电压u u 为正半周
13、时为正半周时为正半周时为正半周时i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b b此时，此时，此时，此时，T T2 2和和和和D D1 1均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b b T T2 2和和和和D D1 1承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。 T T2 2控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压, , 则则则则T T2 2和和和和D D1 1导导导导通，电流的通路为通，电流的通路为通，电流的通路为通，电流的通路为(2)(2)电压
14、电压电压电压u u 为负半周时为负半周时为负半周时为负半周时bRLD1T2a此时，此时，此时，此时，T T1 1和和和和D D2 2均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。 t tO tO3. 3. 工作波形工作波形工作波形工作波形2 tO4. 4. 输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值5 5 有效值：有效值：例：桥式可控整流电路中，例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3 ,可控硅可控硅控制角控制角 =15180 ，求输，求输出电压平均值出电压平均值UL的调节范的调节范围，以及可控硅（包括二围，以及可控硅（包括二极管）的电流平均值的最极管）的电流平均值的最大值和承受的最大反向电大值和承受的最大反向电压。压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V， =15 =0V， =180 =191/3=64A承受的最高反向电压承受的最高反向电压:书后习题书后习题书后习题书后习题1:1: u uu uo oR RL L+u uT T+Ti io o u uu uo oR RL L+u uT T+Ti io o书后习题书后习题书后习题书后习题3:3:T1T2D1D2RLuLu2AB+-书后习题书后习题书后习题书后习题4:4:
