電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能第7單元晶閘管及其應(yīng)用電路

電子技術(shù)基礎(chǔ)

與技能人民郵電出版社2025/1/161第7單元晶閘管及其應(yīng)用電路知識(shí)目標(biāo)：了解晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)、引腳排列。了解晶閘管的工作特性。了解特殊晶閘管的特點(diǎn)及應(yīng)用。了解晶閘管在可控整流、交流調(diào)壓等方面的應(yīng)用。了解單結(jié)管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)、引腳排列。了解單結(jié)管組成的觸發(fā)電路及作用。技能目標(biāo)：會(huì)選用晶閘管、單結(jié)管等元器件。會(huì)組裝調(diào)試家用調(diào)光臺(tái)燈電路。2025/1/162晶閘管的使用1

晶閘管電路的應(yīng)用2

技能實(shí)訓(xùn)32025/1/163第1節(jié)

晶閘管的使用一、晶閘管的結(jié)構(gòu)及特性二、特殊晶閘管2025/1/164一、晶閘管的結(jié)構(gòu)及特性1．晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的外形如圖7.4所示。其中，圖7.4（a）所示為小功率晶閘管，圖7.4（b）、（c）所示為大功率晶閘管。晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.5（a）所示。它有3個(gè)電極：由外層P區(qū)引出的電極稱為陽(yáng)極A，由外層N區(qū)引出的電極稱為陰極K，由中間P區(qū)引出的電極稱為控制極G（又稱門極）。晶閘管的電路符號(hào)如圖7.5（b）所示。2025/1/1652．晶閘管的特性晶閘管的特性如下。（1）晶閘管具有正向阻斷特性。即晶閘管加陽(yáng)極正電壓+UA

時(shí)，若控制極不加電壓，晶閘管不導(dǎo)通，處于關(guān)斷狀態(tài)。（2）晶閘管具有觸發(fā)導(dǎo)通特性。即晶閘管加陽(yáng)極正電壓+UA，同時(shí)也加控制極正電壓+UG，晶閘管導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后，如果撤銷控制極電壓（斷開S1），晶閘管仍維持導(dǎo)通。（3）晶閘管具有反向阻斷特性。即晶閘管加陽(yáng)極負(fù)電壓-UA時(shí)（陽(yáng)極接電源負(fù)極，陰極接電源正極），不導(dǎo)通。導(dǎo)通的晶閘管，必須在陽(yáng)極與陰極之間的電壓降低到0（斷開S2）或陽(yáng)極加負(fù)電壓時(shí)，才關(guān)斷。歸納：閘管導(dǎo)通的條件是：陽(yáng)極加正向電壓，同時(shí)控制極也加正向觸發(fā)電壓。2025/1/1663．晶閘管的主要參數(shù)（1）額定電壓（UD）。指允許重復(fù)加在晶閘管兩端的正、反向峰值電壓最小值。（2）通態(tài)平均電壓（UT(AV)）。當(dāng)正向通過(guò)正弦半波額定電流時(shí)，陽(yáng)極與陰極間的電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，習(xí)慣上稱為導(dǎo)通時(shí)的管壓降。這個(gè)電壓越小越好，一般為0.4～1.2V。（3）通態(tài)平均電流（IT(AV)）。簡(jiǎn)稱正向電流，指在標(biāo)準(zhǔn)散熱條件和規(guī)定環(huán)境溫度下（不超過(guò)40℃），允許通過(guò)工頻（50Hz）正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)的最大平均值。（4）維持電流（IH）。指在維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通時(shí)需要的最小陽(yáng)極電流。2025/1/1674．晶閘管的型號(hào)

國(guó)產(chǎn)晶閘管的型號(hào)由5部分組成：第1部分用字母“K”表示晶閘管，第2部分用字母表示器件的類型，第3部分用數(shù)字表示通態(tài)平均電流，第4部分用數(shù)字表示額定電壓（有時(shí)只標(biāo)注百位數(shù)，即標(biāo)注的數(shù)字需乘以100），第5部分用字母表示通態(tài)平均電壓的組別，共9級(jí)，從A～I(xiàn)分別為0.4～1.2V，字母每延后一個(gè)，電壓增加0.1V。在第3與第4部分之間，用一個(gè)連字符號(hào)“-”連接。各組成部分的意義如表7.1所示。2025/1/168二、特殊晶閘管1．快速晶閘管和高頻晶閘管快速晶閘管和高頻晶閘管與普通晶閘管沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，只是導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度較快，并且高頻晶閘管的工作頻率較高。典型應(yīng)用有：逆變器、斬波器、感應(yīng)加熱、各種類型的強(qiáng)迫換流器、電焊機(jī)等。2．雙向晶閘管雙向晶閘管的3個(gè)電極分別稱為第二陽(yáng)極A2、第一陽(yáng)極A1和控制極G，電路符號(hào)如圖7.7所示。2025/1/1693．可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管（GTO）的3個(gè)電極也稱為陽(yáng)極、陰極和控制極，電路符號(hào)如圖7.8所示。其特點(diǎn)是：在陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓，同時(shí)門極與陰極之間有正向觸發(fā)電壓時(shí)，才導(dǎo)通；一旦導(dǎo)通之后，即使撤銷門極觸發(fā)電壓也不影響其導(dǎo)通；與普通晶閘管不同的是，在門極加負(fù)電壓時(shí)就可關(guān)斷導(dǎo)通的晶閘管?？申P(guān)斷晶閘管的應(yīng)用與普通晶閘管類似，典型應(yīng)用有：交直流開關(guān)、交直流電機(jī)控制、逆變器、變頻器、UPS電源等。2025/1/1610第2節(jié)晶閘管電路的應(yīng)用一、晶閘管調(diào)壓電路二、晶閘管整流電路三、晶閘管的觸發(fā)電路2025/1/1611一、晶閘管調(diào)壓電路1．單只晶閘管交流調(diào)壓電路2025/1/16121.什么是傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)？傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)是需要手動(dòng)按壓按鍵觸動(dòng)PCBA上的開關(guān)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的一種設(shè)計(jì)方式。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1.合理的選擇按鍵的類型，盡量選擇平頭類的按鍵，以防按鍵下陷。2.開關(guān)按鍵和塑膠按鍵設(shè)計(jì)間隙建議留0.05~0.1mm，以防按鍵死鍵。3.要考慮成型工藝，合理計(jì)算累積公差，以防按鍵手感不良。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵結(jié)構(gòu)層圖：按鍵開關(guān)鍵PCBA

如圖7.11所示電路的工作過(guò)程為：4只整流二極管將輸入的正弦交流電變換為單方向脈動(dòng)的直流電加在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間，無(wú)論觸發(fā)電壓在輸入的正半周還是負(fù)半周加到晶閘管的控制極，都能使晶閘管導(dǎo)通向負(fù)載供電，負(fù)載電壓的波形如圖7.11（b）陰影部分所示。改變觸發(fā)電壓加到控制極的時(shí)間（見(jiàn)圖7.11（b）中的t1、t2），即可實(shí)現(xiàn)負(fù)載上電壓的調(diào)節(jié)。2．兩只反向并聯(lián)晶閘管交流調(diào)壓電路兩只反向并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成交流調(diào)壓電路如圖7.12所示。2025/1/1614

調(diào)壓過(guò)程為：電源電壓ui的正半周，在t1

時(shí)刻將觸發(fā)電壓ug1

加到VD1管的控制極，VD1管被觸發(fā)導(dǎo)通，VD2管承受反向電壓而截止，當(dāng)電源電壓ui過(guò)零時(shí)，VD1

管自然關(guān)斷；電源電壓ui

的負(fù)半周，在t2

時(shí)刻將觸發(fā)電壓ug2加到VD2管的控制極，VD2

管被觸發(fā)導(dǎo)通，VD1

管承受反向電壓而截止，當(dāng)電源電壓ui過(guò)零時(shí)，VD2管自然關(guān)斷。于是，負(fù)載上獲得與如圖7.11（b）陰影部分所示類似的電壓波形，改變觸發(fā)電壓加到控制極的時(shí)間便可實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。3．雙向晶閘管交流調(diào)壓電路雙向晶閘管交流調(diào)壓電路如圖7.13所示，它實(shí)際上是用一只雙向晶閘管替換圖7.12中的兩只晶閘管實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。2025/1/1615歸納：

家用調(diào)光臺(tái)燈電路本質(zhì)上是一個(gè)晶閘管交流調(diào)壓電路，只是交流調(diào)壓電路的負(fù)載是燈泡。如果晶閘管交流調(diào)壓電路的負(fù)載是電風(fēng)扇，則晶閘管交流調(diào)壓電路就是調(diào)速電路。2025/1/1616二、晶閘管整流電路1．單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路如圖7.14（a）所示。2025/1/16172．單相橋式半控整流電路參數(shù)估算

單相橋式半控整流電路輸出的直流電壓估算公式為式中，Ui——整流電路輸入電壓的有效值；

α——控制角。負(fù)載上的直流電流IL

為每只晶閘管、整流二極管流過(guò)的電流為晶閘管承受的最高電壓和整流二極管承受的最大反向電壓為2025/1/1618三、晶閘管的觸發(fā)電路1．單結(jié)管的結(jié)構(gòu)與特性單結(jié)管又稱為雙基極二極管，如圖7.16（a）所示。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.16（b）所示，由一個(gè)PN結(jié)組成。從N型硅片上引出的兩個(gè)電極分別稱為第一基極B1

和第二基極B2，從PN結(jié)P區(qū)引出的電極稱為發(fā)射極E。單結(jié)管的電路符號(hào)如圖7.16（c）所示。2025/1/1619單結(jié)管的特性如下。（1）單結(jié)管參數(shù)中有一個(gè)峰點(diǎn)電壓UP

和一個(gè)谷點(diǎn)電壓UV。當(dāng)單結(jié)管的發(fā)射極電壓等于峰點(diǎn)電壓UP

時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通。導(dǎo)通之后，當(dāng)發(fā)射電壓減小到谷點(diǎn)電壓UV

時(shí)，單結(jié)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。?）單結(jié)管發(fā)射極與第一基極之間的電阻RB1

隨發(fā)射極電流增大而變小，具有負(fù)阻特性；發(fā)射極與第二基極之間的電阻RB2

則與發(fā)射極電流無(wú)關(guān)。（3）不同的單結(jié)管有不同的UP

和UV。同一個(gè)單結(jié)管，若電源電壓UBB不同，它的UP

和UV也有所不同。2025/1/16202．單結(jié)管振蕩電路單結(jié)管振蕩電路如圖7.17（a）所示，它能產(chǎn)生一系列脈沖，用來(lái)觸發(fā)晶閘管。2025/1/1621技能實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)制作家用調(diào)光臺(tái)燈電路1．實(shí)訓(xùn)目的（1）學(xué)會(huì)識(shí)別和選擇單結(jié)晶體管、普通晶閘管。（2）掌握晶閘管調(diào)光臺(tái)燈電路的安裝及調(diào)試方法。2．器材準(zhǔn)備2025/1/16222025/1/16234．內(nèi)容與步驟（1）根據(jù)圖7.19所示電路繪制出裝配電路圖，標(biāo)清楚各元件的位置。（2）根據(jù)圖7.19所示電路列出元件清單，備好元件，檢查各元件的好壞。（3）根據(jù)裝配圖完成晶閘管調(diào)光臺(tái)燈電路的安裝。（4）檢查無(wú)誤后，經(jīng)指導(dǎo)教師同意，通電調(diào)試。（5）調(diào)節(jié)電位器RP，觀察燈泡亮度的變化。（6）實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，整理好本次實(shí)訓(xùn)所用的器材、工具、儀表，清掃工作臺(tái)，打掃實(shí)訓(xùn)室。2025/1/1624圖7.19家用調(diào)光臺(tái)燈電路2025/1/1625單元小結(jié)（1）本單元重點(diǎn)介紹了普通型晶閘管及在交流調(diào)壓、可控整流方面的應(yīng)用，單結(jié)管及由單結(jié)管組成的觸發(fā)電