吉林大學汽車電工電子技術第九章 功率電子電路第一節 晶閘管第二節 單相可控整流電路第三節 晶閘管逆變電路第四節 直流斬波器的工作原理第五節 交流調壓電路吉林大學

汽車電工電子技術晶閘管又稱可控硅（SCR)（SiliconControlled

Rectifier）是一種大功率半導體器件，它的出現使半導體器件由弱電領域擴展到強電領域。晶閘管具有體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數千伏）等特點。9.1

晶閘管返回吉林大學汽車電工電子技術螺旋式結構平板式結構吉林大學汽車電工電子技術9.1.1基本構造P1N1P2N2四層半導體K（陰極）G（控制極）A（陽極）三個PN結符號AKG吉林大學汽車電工電子技術1.晶閘管工作原理的實驗9.1.2

工作原理陽極、陰極間加正向電壓，控制極(門極)不加電壓。吉林大學汽車電工電子技術陽極、陰極間加正向電壓，門極加正向電壓。吉林大學汽車電工電子技術陽極、陰極間加反向電壓，控制極(門極)加電壓。吉林大學汽車電工電子技術2.晶閘管工作原理的解釋P1N2N1

N1P2

P2AGK控制無極論G和控陰制極KG之與間陰不極加K

正陽極A和陰極K加反向電壓反偏管均晶不閘能管導不通導。通正偏反電偏壓正反偏正向電壓足夠大時，三個PN結都正偏，晶閘管導通。K陽極A和陰極KA加正向電壓G向電之壓間是否加有V電T1壓，晶閘控制極G和陰極K之間加VT正2

向吉林大學汽車電工電子技術KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ1

β2IG正反饋兩個晶體管進入飽和導通狀態。晶閘管導通后，UAK≈0.6～1.2V此時即使去掉控制極與陰極之間的電壓，由于本身的正反饋作用晶閘管仍能維持導通。控制極電壓UG的作用僅僅是觸發晶閘管的導通吉林大學

汽車電工電子技術3.晶閘管工作原理的小結晶閘管的導通條件：①陽極和陰極間加正向電壓。②控制極和陰極間加正向觸發電壓。③陽極電流不小于維持電流。晶閘管的阻斷(截止)條件：①陽極和陰極之間加反向電壓，或電壓為零。②減小UAK或加大主回路電阻，使晶閘管陽極電流小于維持電流。屬于半控型的具有單向導電性的電子器件。半控：控制極的觸發信號只能控制其導通，不能控制其關斷。吉林大學汽車電工電子技術UAKIHGI

=0UBO9.1.3伏安特性導通IG增加IG2

IG1△U導通電壓1V左右正向折轉電壓IAIN反向擊穿電壓UROO吉林大學

汽車電工電子技術9.1.4主要參數通態平均電流IF：允許通過晶閘管陽極的工頻頻率正弦波半波電流的平均值。維持電流IH：在控制極開路的情況下，晶閘管維持導通時的最小陽極電流。正向電流小于IH時，管子自動阻斷。觸發電壓UG和觸發電流IG：晶閘管從阻斷到完全導通所需要的最小的控制極直流電壓和電流。吉林大學汽車電工電子技術正向斷態重復峰值電壓UFRM：控制極開路的條件下，允許重復作用在晶閘管上的最大正向電壓。一般情況下UFRM

＝UBQ×80%。反向重復峰值電壓URRM：控制極開路的條件下，允許重復作用在晶閘管上的最大反向電壓。一般情況下URRM

＝UBQ×80%。額定電壓UD：取UFRM和URRM中較小的一個數值標為器件的額定電壓。吉林大學

汽車電工電子技術9.1.5

晶閘管觸發電路晶閘管由阻斷變為導通的條件：在陽極和陰極間加上正向電壓在控制極和陰極間加上正向觸發信號觸發信號的要求：觸發脈沖要有足夠的功率

觸發脈沖要有一定的寬度

觸發脈沖必須與主電路同步觸發脈沖要有一定的相移范圍吉林大學汽車電工電子技術1.單結晶體管的結構和特性b2（第二基極）b1（第一基極）NPPN結e(發射極)eb2b1結

構符

號吉林大學汽車電工電子技術ieUVueUPIVIPO單結晶體管的伏安特性b2b1ueUbbeieb2接正、b1接負e與b1間呈高阻態當ue>ηUbb時e與b1間呈低阻態吉林大學汽車電工電子技術UV、IV

--谷點電壓、電流維持單結管導通的最小電壓、電流。uE<UV

時單結管截止UP、IP

--峰點電壓、電流單結管由截止變導通所需發射極電壓。uE>UP

時單結管導通吉林大學汽車電工電子技術2.單結晶體管的弛張振蕩電路tuR1RCEuCR1

uR1eb1b2uCUPUVtOO觸發脈沖的產生觸發脈沖的移相吉林大學

汽車電工電子技術u2uZuCR2RRfxR1RWuWCu13.同步振蕩電路整流 削波 弛張振蕩電路觸發脈沖變壓器的同步作用：保證主電路和觸發電路的電源電壓同時過零（即兩者同步），使電容在每半個周期均從零開始充電，從而保證每半個周期的第一個觸發脈沖出現的時刻相同（即α

角一樣），以使輸出平均電壓不變。吉林大學u2uZUZuWOOuR1O

TtuC汽車電工電子技術汽車電工電子技術tt改變電容C的充放電速度,可以改變觸發脈沖周期T。穩壓管的作用：將整流后的電壓變成梯形波（即削波），使單結管兩端電壓穩定在穩壓管的穩壓值上，從而保證單結管產生的脈沖幅度和每半個周期產生第一脈沖的時間，不受交流電源電壓變化的影響。吉林大學汽車電工電子技術過流繼電器：在輸出端裝直流過電流繼電器。過流截止電路：利用電流反饋減小晶閘管的導通角或停止觸發，從而切斷過流電路。接在輸出端接在輸入端和晶閘管串聯~9.1.6

晶閘管的使用注意事項1、過流保護措施快速熔斷器：電路中加快速熔斷器。吉林大學

汽車電工電子技術2、過壓保護阻容吸收:利用電容吸收過壓。即將過電壓的能量變成電場能量儲存到電容中，然后由電阻消耗掉。硒整流堆:硒堆為非線性元件，過壓后迅速擊穿，其電阻減小，抑制過壓沖擊。硒堆~RCRRCC吉林大學汽車電工電子技術通用系列為：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規格。加散熱片自然冷卻加散熱片強迫風冷加散熱片強迫油冷3、嚴格遵守晶閘管規定的工作條件如：空氣溫度、濕度、周圍環境等。4、符合規定的冷卻條件吉林大學汽車電工電子技術9.2單相可控整流電路9.2.1.

單相半波可控整流電路(1)電路及工作原理＋

uG—u1u2uTuOAGRL＋—＋——＋K—iO＋吉林大學吉林大學 汽車電工電子技術汽車電工電子技術(2)

工作波形(設u1為正弦波)u2ω

tuGω

tuOω

tuTαθα

：控制角θ

：導通角u2>0時，加上觸發電壓uG

，晶閘管導通 。且uL

的大小隨uG加入的 晚而變化；u2

<0時，晶閘管不通，u

=0。故稱可L控整流。＋

u—u1u2uTuOAGGKRL＋—＋—

ω

t＋—＋—iO吉林大學汽車電工電子技術(3)

輸出電壓及電流的平均值π

αωπtu

dU

OO12

αω

ω2π

1π

2U2

sin

td

tRLIO

UOω

tuOα2ππ吉林大學汽車電工電子技術2.電感性負載D+–GuOu1RKL＋—A＋u2—＋—電流流經晶閘管電流流經續流二極管ωtuO電阻性負載時iO

3

工作原理：由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一定時間內仍維持導通，使負載兩端電壓波形出現負值。解決辦法：加續流二極管D后,消除了反電動勢的影響，使晶閘管在u2過零時關斷。u2正半周時晶閘管導通，u2過零后，電感產生反電動勢。（對照用）電感性負載時(加續流二極管后）ωtuOiO吉林大學汽車電工電子技術9.2.2電阻性負載橋式可控整流電路VT1VT3RLuou)VT2

VT4電流方向1.

電路分析u負正半半周周(π０～～２π))

a(a－(＋)

)b(＋)b(－a觸發脈沖uG引入控制極VT13導通、VT42導通—

buo＝o＝－u+－+吉林大學汽車電工電子技術2.工作波形ωtuωtωtuoωtθOuGO

αOuVT1Oπ

2π3π吉林大學汽車電工電子技術3.參數計算整流輸出電壓平均值輸出電流平均值二極管和晶閘管承受的最高反相電壓為吉林大學汽車電工電子技術＋—＋—T1

T2D1D2uLRLu3觸發電路主電路＋u1—R2ac

R1RbcRPCdeDZ＋u—＋u2—RP電容充電速度變慢αuL電壓的調節:吉林大學汽車電工電子技術一、填空題1、只有當

確定之后，電路中某點才有確定的電位。2、電路中電流的實際方向，由結合

方向的代數量I的正負來表示。3、三相對稱負載是指三個負載的

相同。4、在RC電路的零輸入響應中，電容的放電電壓按

下降。5、在RLC串聯電路中，當整個電路的總電壓和總電流同相時，這種狀態稱為

。6、圖示正弦交流電路中，V1表讀數為3V，V2表讀數為4V。則V表讀數為

伏。7、晶體三極管是

控制元件。處理模擬信號時，三極管工作在

狀態，處理數字信號時，三極管工作在

狀態。8、在放大電路中，測得某三極管的三個管腳對地的電位分別是－9V、－6V、－6.2V，則該管的類型是

。9、將邏輯函數F（ABC）＝AB＋BC寫為最小項之和的標準與或式為

。10、在時鐘脈沖CP作用下，雙穩態觸發器能夠連續（翻轉）計數，對于D觸發器應

；J－K觸發器應

。二、判斷題1、電路中的負載增加是指流過負載中的電流增加。（）2、在三相負載的三角形聯接中，線電流是相電流的 倍。

（

））3、為保證用電安全，在三相四線制供電系統中，應在中線上安裝保險絲。

（

）4、若干元件串聯的正弦交流電路的各端電壓為U1、U2¨¨UN，則總電壓U＝U1＋U2＋¨¨＋UN

。（5、若電路中的電流i＝Imsin(ωt＋30°)A,電壓u＝Umsin(ωt＋60°)V,

則該電路呈感性。

（

））6、三極管具有電流放大作用，因此，在基極輸入一個小電流，集電極就會產生一個大電流。（7、譯碼器、編碼器均具有記憶功能。

（

）RCV1VV26題圖典型題型介紹汽車電工電子技術吉林大學8、圖示電路為一個12進制計數器。

（9、共集電極放大電路沒有放大作用。（）））10、所有的門電路都只有“0”、“1”兩個狀態。（三、名詞解釋1、關聯方向2、相序3、對稱電源4、靜態工作點5、零點漂移四、單項選擇題1.

通常所說的電路負載小是指A、負載電阻小

B、負載電阻大

C、負載電流大

D、負載功率大2.

基爾霍夫定律是A、關于電路結構約束的定律

C、關于電路電磁關系的定律B、關于元件伏安關系的定律

D、關于元件能量轉換的定律3.圖示正弦交流電路中，V1表讀數為3V，V2表讀數為4V。則V表讀數為A、1V

B、5V

C、7V

D、12V4.

對稱三相電源線電壓 為380伏，接在三角形聯結的對稱負載上，每相阻抗。則線電流

為A、

AC、AB、

AD、

AQ4

Q3

Q2

Q1

74LS90CP1CP8題圖R0A

R0BS9A

S9B

CP0RCV1VV23題圖吉林大學

汽車電工電子技術已知交流信號源電壓為16V，內阻為800Ω。通過一個變壓器帶一阻抗為8Ω的負載，當負載獲得最 大功率時，變壓器變比為A、8

B、10

C、25

D、100用歐姆表測量二極管的電阻時應當是A、正向電阻大，反向電阻大

C、正向電阻大，反向電阻小B、正向電阻小，反向電阻小

D、正向電阻小，反向電阻大7.在由NPN管組成的共射放大電路中，當輸入信號為正常正弦波時，用示波器觀察其輸出波形uO時，卻出現了負向平頂失真。其原因為A、三極管不放大

C、靜點設置偏低B、輸入信號過大

D、靜點設置偏高8.某多級放大電路，要求輸入電阻低，輸出電流穩定時，應選用的反饋類型為A、電流并聯負反饋

C、電壓串聯負反饋B、電流串聯負反饋

D、電壓并聯負反饋9.

圖示電路中，三極管工作在

狀態。A．放大C．截止B．飽和D．不能確定10.

圖示電路中，集成運算放大器的UOM＝±12V，穩壓管的UZ＝3V，UD＝0.7V，運算放大器的電壓傳輸特性為

。+12V2KΩ30KΩ3VΒ＝509題圖+uO10KΩR∞20KΩVS2Vui9.1KΩ+—10題圖吉林大學汽車電工電子技術R3=6ΩUS1

＋24V－I3＋—US2

12V五、電路的分析與計算1