第9章 晶闸管及其应用电路.pptx

9.1晶闸管简介9.2晶闸管的触发电路9.3晶闸管的应用第9章晶闸管及其应用电路

仙桃职业学院机械电子工程学院本章要点：主要介绍晶闸管的结构及工作原理，以及晶闸管的触发电路。对晶闸管工作原理中的伏安特性等进行重点的分析。同时也对晶闸管的触发电路中单结晶体管的结构与工作原理、单结晶体几种常用电路进行了剖析。

仙桃职业学院机械电子工程学院9.1晶闸管简介晶闸管是最基本的电力电子器件，它的全称是晶体闸流管，又称可控硅，简称SCR，是一种“以小控大”的功率（电流）型器件，它象闸门一样，能够大电流的流通。其特点是体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、控制灵敏、使用寿命长等优点。主要用于可控整流、逆变、调压、无触点开关等方面。其主要缺点是过载能力和抗干扰能力较差，控制电路比较复杂等。

仙桃职业学院机械电子工程学院图９．１晶闸管的外形与符号

（a）小电流塑封式（b）小电流螺旋式（c）大电流螺旋式（d）大电流平板式（e）图形符号

仙桃职业学院机械电子工程学院图９．２晶闸管的散热器

（a）螺旋式散热器（b）平板式风冷散热器（c）平板式水冷散热器

仙桃职业学院机械电子工程学院9.1.1晶闸管的结构及工作原理

1.晶闸管的结构2.晶闸管的工作原理

仙桃职业学院机械电子工程学院晶闸管的结构(1)晶闸管是一种四层功率半导体器件，有三个引出极，阳极A、阴极K和门极G。常用的有螺旋式和平板式，外形与符号如图９．１所示。而图９．２（a）适用于螺旋式，图９．２（b）、（c）则适用于平板式。因平板式两面散热效果好，电流在200A以上的管子都采用平板式结构。

仙桃职业学院机械电子工程学院晶闸管的结构(2)晶闸管的内部结构示意图如图９．３（a）所示，它由四层半导体材料组成，四层材料由P型半导体和N型半导体交替组成，分别为P1、N1、P2和N2，它们的接触面形成三个PN结，分别为J1、J2和J3，引出的三个电极分别为阳极A，阴极K和控制极G。为了说明晶闸管的工作原理，可将其看成是PNP和NPN两个三极管相连，如图９．３（b）所示；用晶体管的符号表示等效电路，如图９．３（c）所示；晶闸管的符号如图９．３（d）所示。

仙桃职业学院机械电子工程学院图９．３晶闸管的结构、等效电路和符号

仙桃职业学院机械电子工程学院晶闸管的工作原理(1)当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压而控制极不加电压时，J2处于反向偏置，管子不导通，称为关断状态。

仙桃职业学院机械电子工程学院晶闸管的工作原理(2)当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压且控制极和阴极之间也加正向电压时，如图9。4所示，J3处于导通状态。若T2管的基极电流为IB2，则其集电极电流为;T1管的基极电流IB1等于T2管的集电极电流，因而T1管的集电极电流IC1为；该电流又作为T2管的基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。在很短的时间内（一般不超过几微秒），两只管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通，这个过程称为触发导通过程。当它导通后，控制极就失去控制台作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。此时阳极和阴极之间的电压一般为0.6~1.2V，电源电压几乎全部加在负载电阻R上；阳极电流IA可达几十~几千安。

仙桃职业学院机械电子工程学院图９．４晶闸管的工作原理

仙桃职业学院机械电子工程学院晶闸管的工作原理(3)那么，怎样才能使晶闸管从导通状态变为关断状态？如果能够使阳极电流IA减小到小于一定数值IH，导致晶闸管不能维持正反馈过程而变为关断，这种关断称为正向关断，IH称为维持电流；如果在阳极和阴极之间加反向电压，晶闸管也将关断，这种关断称为反向关断。因此，晶闸管的导通条件为：在阳极和阴极间加电压，同时在控制极和阴极间加正向触发电压。其关断方法为：减小阳极电流或改变阳极与阴极的极性。

仙桃职业学院机械电子工程学院9.1.2晶闸管的伏安特性(1)晶闸管的阳极、阴极间的电压u和阳极电流i以及控制极电流I之间的关系称为晶闸管的伏安特性，即i=f(u)/IG

仙桃职业学院机械电子工程学院图９．５晶闸管的伏安特性曲线若用曲线表示这种关系，则称为伏安特性曲线，如图9.5所示，曲线分为正向特性和反向特性两部分。

仙桃职业学院机械电子工程学院1.正向特性当u0时对应的曲线是正向特性。由图９．５可看出，晶闸管的正向特性可分为关断状态OA段和导通状态BC段两个部分。当控制极电流IG=0时，逐渐增加正向电压，观察阳极电流的变化情况。开始时，三个PN结中有一个为反向偏置，晶闸管处于关断状态，只有很小的正向漏电流