电工电子第十三章.ppt

第十三章晶闸管及其应用
13. 1晶闸管
13. 2可控整流电路
13. 3晶闸管的保护
13. 4晶闸管的触发电路
13. 5晶闸管应用举例

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13.
晶闸管是具有四层结构(PNPN),三端引出线的半导体器件,外形有两种形式:螺栓形和平板形,如图13. 1所示。在螺栓形晶闸管中,螺栓一端是阳极(或正极)A,使用时将该端用螺母固定在散热器上;另一端有两条引线:粗引线是阴极(或负)K,细引线是控制极GO。平板形晶闸管的两血分别是阳极和阴极,中间引出线是控制极,其散热是用两个互相绝缘的散热器把器件夹在中间,由于散热效果较好,容量较大的晶闸管都采用平板形结构。
晶闸管的图形符号也示在图13. 1中。
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晶闸管的外形与图形符号
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13. 1. 2晶闸管的工作原理
晶闸管的管芯是由P型和N型半导体交替叠成的PNPN四层元件,中间形成了三个PN结J1, J2和J3,如图13. 2 ( a)所示为了便于分析,将晶闸管等效地看成两个三极管,一个是PNP型管T1,另一个是NPN型管T2即中间两层半导体为两管共有,每只晶闸管的集电极都与另一只晶闸管的基极连在一起。下面结合图13. 2,从四个方面来说明晶闸管的工作原理。
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当晶闸管的阳极和阴极间加上正向电压时,即阳极接外加电压正端,阴极接外加电压负端,会使J1, J3两个PN结都处于正向偏置,而中间的PN结却处于反向偏置,故晶闸管不导通。从图13. 2 (b)可看出,这时虽然两管都因发射结正偏、集电结反偏而处于可能的放大状态,但由于无信号输入(开关S断开),故晶闸管仍处于阻断状态。晶闸管的这种状态称为正向阻断状态。
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图13. 2晶闸管工作原理示意图
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当晶闸管阳极与阴极间加上反向电压时,即阳极接外加电压负端,阴极接外加电压正端,此时中间的PN结处于正向偏置,而J1和J3两个PN结处于反向偏置,晶闸管也不导通。 (b)也可看出,这时两管都不具备放大工作条件,所以无论控制极是否加电压都不能使晶闸管导通。晶闸管的这种状态称为反向阻断状态。
由此可见,晶闸管正、反向都具有阻断能力,这一点是普通二极管所没有的。

(b)所示,由于晶闸管等效电路中一个三极管的集电极同时又是另一管的基极,这种结构形成了内部的正反馈联系。
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在晶闸管加上正向电压时,如果控制极也加上足够的正向电压(开关S闭合),则有电流IC从控制极流入NPN管的基极。NPN管导通后,其集电极电流IC2流入PNP管的基极,并使其导通,于是该管的集电极电流IC1,又注入NPN管的基极。如此往复循环,形成强烈的正反馈过程,导致两个三极管均饱和导通,结果使晶闸管迅速地由阻断状态转为导通状态。这一过程可表示为
IC↑→IB2→↑IC2→↑(IBI↑)→IC1
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这就是晶闸管在正向阳极电压和正向控制极电压作用下导通的基本原理。导通时饱和电流IA由阳极电源电压UA和负载电阻RL来决定,即
IA=UA/RL ()
3晶闸管导通后,控制极失去控制作用
晶闸管一旦导通,由于强烈的正反馈,已经有了比控制极电流IC大许多倍的电流IC1输入NPN管的基极,这时即使断开开关S(IC=0 )晶闸管仍能继续保持导通状态。可见晶闸管是一种只能控制其导通,而不能控制其关断的半控型器件。
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下述两种情况,均可将导通的晶闸管关断。
(1)将阳极电压变为反向,使两管都立即处于反向电压作用下而关断
(2)减小阳极电压或增大负载电阻RL,根据式(13. 1 ),电流IA减小,当IA减小到某一数值以下时,晶闸管也能关断。这是因为,晶闸管与普通三极管不同,它的四层半导体都较厚,电子空穴的复合作用强,即β1、β2都比较小;而且β值还随电流的减小而降低,所以当IA减小到使乘积Β1β2小于1时,就破坏了正反馈的幅值条件,导致晶闸管关断。
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