《可控整流电路》课件.ppt
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1、HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 15.3 可控整流电路可控整流电路 15.3.1 晶闸管晶闸管15.3.2 单相可控整流电路单相可控整流电路15.3.3 可控整流触发电路可控整流触发电路 HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 二极管组成的整流电路中,输出电压平均值二极管组成的整流电路中,输出电压平均值 若输入交流电压不变,则输出电压平均值是固定的,不能任若输入交流电压不变,则输出电压平均值是固定的,不能任意控制和改变,因此这种整流电路通常称为意控制和改变,因此这种整流电路通常称为不控整流电路不控整流电路。要想调节不控
2、整流电路的输出电压值,可以接入一个调要想调节不控整流电路的输出电压值,可以接入一个调压变压器,调节压变压器,调节U2,但这增加了设备和成本,但这增加了设备和成本;或串入可变电或串入可变电阻器调压,增加了功耗。阻器调压,增加了功耗。科学的解决办法是采用可控整流电路,这需要使用可控科学的解决办法是采用可控整流电路,这需要使用可控整流元件整流元件晶闸管。可控整流不需增加调压变压器,调节晶闸管。可控整流不需增加调压变压器,调节容易,便于自动控制。容易,便于自动控制。HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 晶闸管是一种大功率的半导体器件,它具有体积小、晶闸管是一种大功率
3、的半导体器件,它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、使用维护简单、控制重量轻、耐压高、容量大、效率高、使用维护简单、控制灵敏等优点。同时它的功率放大倍数很高,可以用微小的灵敏等优点。同时它的功率放大倍数很高,可以用微小的信号功率对大功率的电源进行控制和变换。在脉冲数字电信号功率对大功率的电源进行控制和变换。在脉冲数字电路中也可以作为功率开关使用。路中也可以作为功率开关使用。由半导体二极管组成的整流电路,电路形式一旦确定,由半导体二极管组成的整流电路,电路形式一旦确定,则当输入的交流电压不变时,输出的直流电压值不能任意则当输入的交流电压不变时,输出的直流电压值不能任意控制和改变,因此这种
4、整流电路通常称为不可控整流电路。控制和改变,因此这种整流电路通常称为不可控整流电路。然而在实际工作中,有时希望整流器的输出直流电压然而在实际工作中,有时希望整流器的输出直流电压能够根据需要进行调节,这种情况下需要采用可控整流电能够根据需要进行调节,这种情况下需要采用可控整流电路,而晶闸管正是可以实现这一要求的可控整流元件。路,而晶闸管正是可以实现这一要求的可控整流元件。晶闸管俗称可控硅。晶闸管俗称可控硅。15.3.1 晶闸管晶闸管HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 15.3.1.1 晶闸管的结构和等效模型晶闸管的结构和等效模型 图为晶闸管的内部结构和符号。
5、晶闸管有三个电极,图为晶闸管的内部结构和符号。晶闸管有三个电极,A是是阳极、阳极、K是阴极、是阴极、G是控制极,晶闸管由是控制极,晶闸管由PNPN四层半导体构四层半导体构成,中间形成三个成,中间形成三个PN结:结:J1、J2、J3。从下面的。从下面的P1层引出阳层引出阳极极A,从,从N2层引出阴极层引出阴极K,由中间的,由中间的P2层引出控制极层引出控制极G,用铝,用铝片和钼片作为衬底。片和钼片作为衬底。图图01.07.01 晶闸管的内部结构和符号晶闸管的内部结构和符号15.3.1.1.1 晶闸管的结构晶闸管的结构HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 根据晶
6、闸管的结构,可以画出图的内部结构等效模型,根据晶闸管的结构,可以画出图的内部结构等效模型,并归结为并归结为PNP型晶体管型晶体管T1和和NPN型晶体管型晶体管T2的闭合连接形的闭合连接形式。式。图图01.07.02 晶闸管的内部结构的等效模型晶闸管的内部结构的等效模型 T1的的e极是阳极极是阳极A,T2的的e极是阴极极是阴极K,T1的的c极和极和T2的的b极连在一起是栅极极连在一起是栅极G,T1的的b极和极和T2的的c极在内部连在一起。极在内部连在一起。这种闭合的连接形式具有十分重要的作用。这种闭合的连接形式具有十分重要的作用。15.3.1.1.2 晶闸管的等效模型晶闸管的等效模型HIT集成电
7、子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 15.3.1.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 根据晶闸管的结构,当根据晶闸管的结构,当UAK0,即阳极和阴极之间加正,即阳极和阴极之间加正向电压,且控制极不加电压时,由于向电压,且控制极不加电压时,由于PN结结J2为反偏,所以晶为反偏,所以晶闸管处于阻断状态;闸管处于阻断状态;15.3.1.2.1 晶闸管工作原理分析晶闸管工作原理分析 而当而当UAK0时,由于时,由于J1和和J3反偏,晶闸管仍然阻断。反偏,晶闸管仍然阻断。如果在如果在UAK0的同时,且的同时,且 UK0,则晶闸管就由阻断变,则晶闸管就由阻断变为导通,而且管压降
8、很小,约为导通,而且管压降很小,约1V左右,相当于开关处于闭合左右,相当于开关处于闭合状态。可见,晶闸管相当于一状态。可见,晶闸管相当于一个可以控制的单方向导电的开关。个可以控制的单方向导电的开关。HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 当晶闸管加正向电压,即当晶闸管加正向电压,即UAK0时,同时,在控制极与时,同时,在控制极与阴极之间加电压阴极之间加电压 UK0,则晶闸管出现如下过程,则晶闸管出现如下过程 栅极加信号栅极加信号 UK0 出现栅极电流出现栅极电流 I0 于是出现电流于是出现电流 IC2和和IK,IC2=IB1 于是出现电流于是出现电流 IC1和
9、和IE1,晶闸管导通。,晶闸管导通。重要的是,重要的是,IC1的出现可的出现可以代替电流以代替电流 IG,晶闸管导通,晶闸管导通后即使撤消后即使撤消UGK,晶闸管继,晶闸管继续保持导通。所以称续保持导通。所以称UGK为为触发信号触发信号。图图01.07.03 晶闸管的触发导通晶闸管的触发导通HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 图图01.07.04 晶闸管导通和截止的实验情况晶闸管导通和截止的实验情况实验电路按左图连线。加实验电路按左图连线。加UAK0,不加不加UGK=0,晶闸管不导通;,晶闸管不导通;晶闸管加晶闸管加UAK0,加,加UGK0,晶闸,晶闸管导
10、通,灯泡亮;管导通,灯泡亮;晶闸管导通后,即使撤消晶闸管导通后,即使撤消UGK,晶,晶闸管仍然导通,灯泡亮;闸管仍然导通,灯泡亮;15.3.1.2.2 晶闸管实验晶闸管实验HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 图图01.07.04 晶闸管导通和截止的实验情况晶闸管导通和截止的实验情况 要使晶闸管截止,方法之一要使晶闸管截止,方法之一是加大阳极回路的电阻,减小阳是加大阳极回路的电阻,减小阳极电流,当阳极电流小于一个称极电流,当阳极电流小于一个称为维持电流时,晶闸管截止。为维持电流时,晶闸管截止。要使晶闸管截止,方法之二要使晶闸管截止,方法之二是使阳极回路的电压
11、反接,晶闸是使阳极回路的电压反接,晶闸管即截止。管即截止。HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 图是例题电路的波形图,输入为一正弦波,当正弦波图是例题电路的波形图,输入为一正弦波,当正弦波的正半周,符合的正半周,符合UAK0的条件。此时滞后的条件。此时滞后 角加触发脉冲,角加触发脉冲,晶闸管导电晶闸管导电 角。控制角。控制 角可调节输出电压的平均值在角可调节输出电压的平均值在U2之之间变化。间变化。例:分析图电路的工作情况。例:分析图电路的工作情况。图图01.07.06 例题的波形图例题的波形图图图01.07.05 例题的电路图例题的电路图HIT集成电子技术
12、电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 晶闸管的伏安特性描述了阳极和阴极间电压与阳极电流的晶闸管的伏安特性描述了阳极和阴极间电压与阳极电流的关系,如图所示。关系,如图所示。图图01.07.07 伏安特性曲线伏安特性曲线 当当u0时的伏安特性曲线称为时的伏安特性曲线称为正向特性正向特性。由图可知,在。由图可知,在IG=0时,正向电压小于时,正向电压小于正向转折电压正向转折电压UBO时,晶闸管是阻断的时,晶闸管是阻断的(OA段段)。超过。超过UBO后,晶闸管转为通态后,晶闸管转为通态(AC段段),阳极电流急剧,阳极电流急剧增大,增大,uAK迅速下降迅速下降(BC段段),BC段与二极
13、管的正向特性相似。段与二极管的正向特性相似。应在阳极回路串入电阻限流,以保护晶闸管。应在阳极回路串入电阻限流,以保护晶闸管。当当u0时的伏安特性曲时的伏安特性曲线称为线称为反向特性反向特性。由图可知,。由图可知,在在晶闸管加反向电压时晶闸管加反向电压时,反,反向电流很小向电流很小,晶闸管是阻断,晶闸管是阻断的的。当反向电压达到。当反向电压达到反向反向击击穿电压穿电压UBR时,时,晶闸管反向晶闸管反向击穿击穿。反向特性与普通二极。反向特性与普通二极管相似。管相似。15.3.1.2 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-可控整流电路可控整流电路 1.额额定
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