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第一节 晶闸管 第二节 单相可控整流电路 第三节 晶闸管逆变电路 第四节 直流斩波器的工作原理 第五节 交流调压电路. 第九章 功率电子电路. 9.1 晶闸管. 晶闸管又称可控硅( SCR) ( Silicon Controlled Rectifier )是 一种 大功率半导体器件,它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 晶闸管具有 体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)等特点。. 返回. 螺旋式结构. 平板式结构. A (阳极). 三 个. P 1. A. - PowerPoint PPT Presentation
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第九章 功率电子电路
•第一节 晶闸管•第二节 单相可控整流电路 •第三节 晶闸管逆变电路•第四节 直流斩波器的工作原理•第五节 交流调压电路
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晶闸管又称可控硅( SCR) ( Silicon
Controlled Rectifier )是一种大功率半导体器件,它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。
晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)等特点。
9.1 晶闸管
返回
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螺旋式结构
平板式结构
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9.1.1 基本构造
P1
P2
N1
N2
四
层
半
导
体
K (阴极)
G (控制极)
A (阳极)三 个
PN
结
符号A
K
G
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1. 晶闸管工作原理的实验9.1.2 工作原理
阳极、阴极间加正向电压,控制极 ( 门极 ) 不加电压。
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阳极、阴极间加正向电压,门极加正向电压。
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阳极、阴极间加反向电压,控制极 ( 门极 ) 加电压。
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晶闸管不导通
无论控制极 G 与阴极 K 之间是否加有电压,晶闸管均不能导通。
2. 晶闸管工作原理的解释
P1
P2
N1
N2
N1
P2
A
G
K
• 控制极 G 和阴极 K 之间不加正向电压
阳极 A 和阴极 K 加反向电压
反偏
反偏
阳极 A 和阴极 K 加正向电压
正偏
正偏
反偏• 控制极 G 和阴极 K 之间加正向电压 正向电压足够大时,三个 PN 结都正偏,晶闸管导通。K
A
G
VT1
VT2
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K
A
G
VT1
VT2
RL
UG
UA
IG
β2IG
β2IGβ1 正反馈
两个晶体管进入饱和导通状态。 晶闸管导通后, UAK≈0.6 ~ 1.2V
C2 2 GI I
C1 1 2 B2
1 2 G
I I
I
此时即使去掉控制极与阴极之间的电压,由于本身的正反馈作用晶闸管仍能维持导通。
控制极电压 UG 的作用仅仅是触发晶闸管的导通
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(1) 晶闸管的导通条件:①阳极和阴极间加正向电压。②控制极和阴极间加正向触发电压。③阳极电流不小于维持电流。
①阳极和阴极之间加反向电压,或电压为零。②减小 UAK 或加大主回路电阻,使晶闸管阳极电流
小于维持电流。
(2) 晶闸管的阻断 ( 截止 ) 条件:
3. 晶闸管工作原理的小结
(3) 属于半控型的具有单向导电性的电子器件。 半控:控制极的触发信号只能控制其导通,不能控制其关断。
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UAK
IA
IH
IN
IG=0
UBO
导通
URO
9.1.3 伏安特性
△U
IG1IG2
IG 增加
导通电压1V 左右 正向折
转电压
反向击穿电压
O
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9.1.4 主要参数 通态平均电流 IF :允许通过晶闸管阳极
的工频频率正弦波半波电流的平均值。
维持电流 IH :在控制极开路的情况下,晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于 IH 时,管子自动阻断。
触发电压 UG 和触发电流 IG :晶闸管从阻断到完全导通所需要的最小的控制极直流电压和电流。
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正向断态重复峰值电压 UFRM :控制极开路的条件下,允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般情况下 UFRM = UBQ×80% 。
反向重复峰值电压 URRM :控制极开路的条件下,允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般情况下 URRM = UBQ×80% 。
额定电压 UD :取 UFRM 和 URRM 中较小的一个数值标为器件的额定电压。
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9.1.5 晶闸管触发电路 晶闸管由阻断变为导通的条件: 在阳极和阴极间加上正向电压 在控制极和阴极间加上正向触发信号
触发信号的要求: 触发脉冲要有足够的功率 触发脉冲要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步 触发脉冲要有一定的相移范围
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1. 单结晶体管的结构和特性
b2
(第二基极)
b1
(第一基极)
NP
PN 结
e ( 发射极 )
e
b2
b1
结 构 符 号
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ie
ue
UV
UP
IVIPO
单结晶体管的伏安特性
eb2
b1
ue Ubbie
b2 接正、 b1 接负 e 与 b1 间呈高阻态
当 ue>ηUbb 时 e 与 b1 间呈低阻态
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UV 、 IV -- 谷点电压、电流
维持单结管导通的最小电压、电流。
UP 、 IP -- 峰点电压、电流
单结管由截止变导通所需发射极电压。
uE<UV 时单结管截止
uE>UP 时单结管导通
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2. 单结晶体管的弛张振荡电路
t
uR1
UV
UP
R
R1
C
E
uCuR1
e
b1
b2
uC
tO
O
(1) 触发脉冲的产生(2) 触发脉冲的移相
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u2 uZ
uC
R2
R Rfx
R1
RW
uW
C
u1
3. 同步振荡电路
整流 削波 弛张振荡电路
触发脉冲
变压器的同步作用: 保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步),使电容在每半个周期均从零开始充电,从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即 角一样),以使输出平均电压不变。
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u2
uZ
UZ
uW
uR1
T
O
O
O
t
t
t
uC
改变电容 C的充放电速度 , 可以改变触发脉冲周期 T 。
稳压管的作用: 将整流后的电压变成梯
形波(即削波),使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上,从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间,不受交流电源电压变化的影响。
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1 、过流保护措施快速熔断器:电路中加快速熔断器。
过流继电器:在输出端装直流过电流继电器。过流截止电路:利用电流反馈减小晶闸管的
导通角或停止触发,从而切断过流电路。
接在输出端 接
在输入端 和晶闸
管串联
~
9.1.6 晶闸管的使用注意事项
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阻容吸收 :
硒整流堆 :
2 、过压保护 利用电容吸收过压。即将过电压的能量
变成电场能量储存到电容中,然后由电阻消耗掉。
硒堆为非线性元件,过压后迅速击穿,其电阻减小,抑制过压冲击。
硒
堆~
RC
R
RCC
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通用系列为:
1 、 5 、 10 、 20 、 30 、 50 、 100 、 200 、 300 、 400
500 、 600 、 800 、 1000A 等 14 种规格。
加散热片自然冷却
加散热片强迫风冷
加散热片强迫油冷
3 、严格遵守晶闸管规定的工作条件
4 、符合规定的冷却条件如:空气温度、湿度、周围环境等。
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9.2 单相可控整流电路9.2.1. 单相半波可控整流电路
(1) 电路及工作原理 uG+ -
u1 u2
uT uO
A G
K
RL
+
-
+
-
+
-
+ -
iO
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(2) 工作波形 (设 u1 为正弦波 )
t
u2
t
uG
t
uO
tuT
:控制角 :导通角
u2 > 0 时,加上触发电压 uG ,晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG
加入的早晚而变化; u2 < 0 时,晶闸管不通,uL = 0 。故称可控整流。
uG+ -
u1 u2
uT uO
A G
KRL
+
-
+
-
+
-
+ -
iO
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(3) 输出电压及电流的平均值
tduU O O21
ttdU sin221
2
L
OO R
UI 2
cos145.0 2
U
t
uO
2
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2. 电感性负载
D
+
–
G
A
uOu1
u2
R
K
L
+
-
+
-
+
-
电流流经
晶闸管
电流流经
续流二极管
t
uO iO电阻性负载时
(对照用) 3
工作原理:
由于电感反电动势的存在,晶闸管在一定时间内仍维持导通,使负载两端电压波形出现负值。
解决办法:加续流二极管 D后 , 消除了反电动势的影响,使晶闸管在 u2 过零时关断。
u2 正半周时晶闸管导通, u2 过零后,电感产生反电动势。
电感性负载时(加续流二极管后)
t
uO iO
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9.2.2 电阻性负载桥式可控整流电路
VT1 VT3
VT2 VT4
RL
uo
u
1. 电路分析u 正半周 ( 0~π)
a(+ ) b(- )
电流方向 L1 4a bVT VTR
负半周 (π ~2 π)
a(- ) b(+ )
L3 2b aVT VTR
ab 触发脉冲 uG引入控制极
VT1 导通、 VT4 导通
uo = u
VT3 导通、 VT2 导通
+ -
uo =- u
+-
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2. 工作波形
ωt
u
ωt
uG
ωt
uo
ωt uVT1
O
O
O
O
π 2π 3π
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3. 参数计算
π
o α
1= 2 sin d( )
πU U t t
1 cos0.9
2U
整流输出电压平均值
输出电流平均值
oo
L L
1 cos 0.9
2
UUIR R
=
2U二极管和晶闸管承受的最高反相电压为
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+
-
+
-
T1 T2
D1 D2
uLRLu3
触发电路
主电路
u1
+
-
R2
R1
a
RP
C uc
u2
R
b
c
d eDZ +
-
+
-
RP 电容充电速度变慢
uL
电压的调节 :
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一、填空题 1 、只有当 确定之后,电路中某点才有确定的电位。2 、电路中电流的实际方向,由结合 方向的代数量 I 的正负来表示。3 、三相对称负载是指三个负载的 相同。4 、在 RC 电路的零输入响应中,电容的放电电压按 下降。5 、在 RLC 串联电路中,当整个电路的总电压和总电流同相时,这种状态称为 。6 、图示正弦交流电路中, V1 表读数为 3V , V2 表读数为 4V 。则 V 表读数为 伏。7 、晶体三极管是 控制元件。处理模拟信号时,三极管工作在 状态,处理数字信号时,三极
管工作在 状态。8 、在放大电路中,测得某三极管的三个管脚对地的电位分别是- 9V 、- 6V 、- 6.2V ,则该管的
类型是 。9 、将逻辑函数 F ( ABC )= AB + BC 写为最小项之和的标准与或式为 。10 、在时钟脉冲 CP 作用下,双稳态触发器能够连续(翻转)计数,对于 D 触发器应 ; J - K 触发器应 。二、判断题 1 、电路中的负载增加是指流过负载中的电流增加。( )2 、在三相负载的三角形联接中,线电流是相电流的 倍。 ( )3 、为保证用电安全,在三相四线制供电系统中,应在中线上安装保险丝。 ( )4 、若干元件串联的正弦交流电路的各端电压为 U1 、 U2¨¨UN ,则总电压 U = U1 + U2 + ¨¨ + UN 。(
)5 、若电路中的电流 i = Imsin(ωt + 30°)A, 电压 u = Umsin(ωt + 60°)V, 则该电路呈感性。 ( )6 、三极管具有电流放大作用,因此,在基极输入一个小电流,集电极就会产生一个大电流。( )7 、译码器、编码器均具有记忆功能。 ( )
R
C
V1
VV2
6 题图
典型题型介绍
3
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8 、图示电路为一个 12 进制计数器。 ( )9 、共集电极放大电路没有放大作用。 ( )10 、所有的门电路都只有“ 0” 、“ 1” 两个状态。 ( )三、名词解释1 、关联方向2 、相序3 、对称电源4 、静态工作点5 、零点漂移四、单项选择题1. 通常所说的电路负载小是指 A 、负载电阻小 B 、负载电阻大 C 、负载电流大 D 、负载功率大2. 基尔霍夫定律是 A 、关于电路结构约束的定律 B 、关于元件伏安关系的定律 C 、关于电路电磁关系的定律 D 、关于元件能量转换的定律3. 图示正弦交流电路中, V1 表读数为 3V , V2 表读数为 4V 。则 V 表读数为 A 、 1V B 、 5V C 、 7V D 、 12V4. 对称三相电源线电压 为 380 伏,接在三角形联结的对称负载上,每相阻抗 。则线电流 为 A 、 A B 、 A C 、 A D 、 A
74LS90Q4 Q3 Q2 Q1
CP1
CP0R0A R0B
CP
8 题图
S9A S9B
R
C
V1
VV2
3 题图
ABU 0 68 jZ
AI
0338 9.36338
9.66338 9.6338
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5. 已知交流信号源电压为 16V ,内阻为 800Ω。通过一个变压器带一阻抗为 8Ω的负载,当负载获得最大功率时,变压器变比为
A 、 8 B 、 10 C 、 25 D 、 1006. 用欧姆表测量二极管的电阻时应当是 A 、正向电阻大,反向电阻大 B 、正向电阻小,反向电阻小 C 、正向电阻大,反向电阻小 D 、正向电阻小,反向电阻大7. 在由 NPN管组成的共射放大电路中,当输入信号为正常正弦波时,用示波器观察其输出波形 uO
时,却出现了负向平顶失真。其原因为 A 、三极管不放大 B 、输入信号过大 C 、静点设置偏低 D 、静点设置偏高8. 某多级放大电路,要求输入电阻低,输出电流稳定时,应选用的反馈类型为 A 、电流并联负反馈 B 、电流串联负反馈 C 、电压串联负反馈 D 、电压并联负反馈9. 图示电路中,三极管工作在 状态。 A. 放大 B. 饱和 C. 截止 D. 不能确定10. 图示电路中,集成运算放大器的 UOM = ±12V , 稳压管的 UZ = 3V , UD = 0.7V ,运算放大器的电压 传输特性为 。
+12V
2KΩ30KΩ
3VΒ = 50
9 题图
++
uiuO
10KΩ R∞
20KΩ
VS
2V
9.1KΩ
-
10 题图
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五、电路的分析与计算 1. 用支路电流法求解 I3
2. 用叠加原理求 I2
3. 用戴维宁定理求图示中的电流 I 。
R2=3Ω
R3=6Ω+
-
US1
12V24V I3
+
-
US2
R1=3Ω
1A
10Ω
2Ω+
-4V R2
2ΩIS
US
I2
I1 R1 R3
6Ω+
-
6A
2Ω3Ω
12V
I
12Ω
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4. 图示正弦交流电路中,已知 I1=I2=5A , U=50V ,且端口UI 同相,通过画相量图求 I 、 R 、 XC 、 XL 。
5. 已知, , R1=R2=30Ω,XL=XC=30 Ω。求 、 、 及 。
6. 图示单管放大电路中,已知, 。 1 )求静态工作点。 2 )计算电压放大倍数。 3 )求输入、输出电阻。
7. 电路如图。已知 RF=50K , R1=10K , R2=20K , R3=40K
1 )指出电路中的反馈类型。 2 )当 , 时,求 为多少?
CR
U
I
1I
2I
L
a
XC
U
I
1I
2I
XL
R1
R2
b
120 0U V 3 1I 2I I abU
40○
ui
uO
3K+UCC=12V
1.5K
RB
RC
RL
200K
mVui 101 mVui 52 ou
∞-
+u i1
R1
u i2
R2
R3
RF
u o
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8. 电路如图。 1 )列逻辑表达式,并化简。 2 )列真值表。 3 )说明电路功能。
9. 电路如图。设各触发器初始状态为零。 1 )列出电路的状态表。 2 )画出在 CP 作用下的电路的波形图。 3 )说明电路功能。
10. 试用两片 74LS90 连成 36 进制计数器。
A
B
&
≥1
&
1
F
○J3
K3
Q3
CP
○J2
K2
Q2
Q2 Q3
○
J1
K1
Q1
Q1