第 6 章 晶闸管及其应用电路

6.2.1 双向晶闸管

6.2.2 快速晶闸管6.2.3 可关断晶闸管

6.2.4 光控晶闸管

6.2 特殊晶闸管及其应用

6.1.2 晶闸管的主要参数

6.1.1 晶闸管的基本结构与工作特性

6.1.4 晶闸管触发电路（补充）

6.1.3 晶闸管应用电路

6.1 一般晶闸管及其应用

6.1 一般晶闸管及其应用

6.1.1 晶闸管的基本结构与工作特性

1. 晶闸管的基本结构及电路符号

由 PNPN 四层半导体构成 , 中间形成三个 PN 结： J1、 J2、 J3, 由最外层的 P1、 N2 分别引出两个电极，称为阳极 A

和阴极 K, 由中间的 P2 引出电极，称为控制极 G 。

（ 1 ）晶闸管具有单向导电性和正向导通可控性。

2. 晶闸管的工作特性

（ 2 ）晶闸管由关断状态转变为导通状态应同时具备两个条件：一是晶闸管的阳极 A 电位要高于阴极 K 电位；二是控制极 G 和阴极 K 间施加正向电压。

晶闸管的关断方法是 A 极— K 极之间电压为零或负电压。当晶闸管的阳极电流小于其维持电流时，也会由导通变为阻断。

  6.1.2 晶闸管的主要参数

1. 反向峰值电压 VRRM

2. 额定正向平均电流 IF

3. 正向平均管压降 VF

4. 维持电流 IH

5. 最小触发电压 VG

1. 可控整流电路

6.1.3 晶闸管应用电路

（ 1）电路组成

用晶闸管替代单相半波整流电路中的二极管就构成了单相半波可控整流电路 , 如图所示。

① 在 0≤ωt<α 期间，触发电压 vG=0 ，单向晶闸管处于正向阻断状态，输出电压 vo =0 。

在 0≤ωt<π 期间， v2 为正半周，单向晶闸管承受正向电压，此时：

（ 2）工作原理

V

vo vo

②当 ωt=α （控制角）时，控制极 G 加有触发电压 vG ，单向晶闸管导通。由于单向晶闸管正向电压很小，电源电压几乎全部加到负载上，

输出电压 vo = v2 。

④当ωt=π 时， v2 =0，晶闸管自行关断。

③在 α<ωt<π 期间，尽管触发电压 vG 已消失，但单向晶闸管仍保持导通状态， vo = v2。

在 π<ωt≤π 期间， v2 为负半周，单向晶闸管承受反向电压，呈反向阻断状态，输出电压 vo =0 。

V

vo vo vo

比较图 (b ）和图（ c ）可知，控制控制角 α 的大小，便可以控制整流输出电压平均值的大小。

2. 交流调压电路

将两只单向晶闸管反向并联之后串联在交流电路中。（ 1 ）电路结构

（ 2 ）工作原理 ①在 vi 为正半周时，晶闸管 V1 因承受反向电压而截止，而晶闸

管 V2 承受正向电压，在 t = t 1 时刻，触发电压 vG 加到 V2 控制极 G 时， V

2 触发导通，输出端获得正半周电压。当输入电压 vi 过零时， V2 管自动关断。 ②在 vi 为负半周时， V2 截止，在 t = t 2 时刻， vG 加到 V1 控制

极 G ， V1 触发导通，输出端获得负半周电压。当输入电压 vi 过零时， V1

管自动关断。

t5

t4t2t3

①电路组成

　　将交流调压电路中两单向晶闸管的控制极 G 通过开关Ｓ连接起来，可构成交流无触点开关电路，其电路如图所示。

3. 无触点开关电路

无触点开关电路常用于开关频率很高的电路之中。

（ 1）交流无触点开关电路

②电路工作原理

　　单向晶闸管 K-G 极间存在 300Ω~500Ω 之间的电阻，如果电路中的开关 S 闭合，即有：　　当 vi 为正半周，即 a 端为正， b 端为负时，晶闸管 V1 的 K-G 极间电阻向晶闸管 V2 提供触发电压和电流，使其导通，交流电自 a 端经 V2 、 RL

流向 b 端；　　当 vi 过零时， V2 由导通状态变为截止状态； 　　当 vi 为负半周，即 b 端为正， a 端为负时，晶闸管 V ２的 K-G 极间电阻向晶闸管 V １

提供触发电压和电流，使其导通，交流电自 b

端经 V １、 RL 流向 a 端；　　当 vi 再次过零时， V1 则由导通状态变为截止状态。 　当开关 S关断时，晶闸管由于得不到触发电压和电流，交流电路被切断。

(2) 直流无触点开关电路

②工作原理

当 vG 加至 V1 控制极 G 时， V1 导通，有电流流过负载 RL ，同时，充电电流经 R 及 V1 对电容 C 充电；当 vG 加至 V2

控制极 G 时， V2 导通，电容 C 两端的电压 VC 经 V2 加在 V1

的 A 、 K 极两端， V1 因承受反向电压而被关断，此时，无电流流过 RL ，达到了控制电流在负载 RL 中的流通与关断目的。 　

①电路组成

6.1.4 晶闸管触发电路

1 ．晶闸管对触发电路的基本要求

提供触发电压的电路称为触发电路。常用的有阻容移相式触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、集成电路触发电路等。

（ 3 ）不触发时，触发电路的输出电压应该小于 0.15V ～ 0.20V 。

（ 1 ）触发电路输出的触发信号应有足够大的触发电压、触发功率。

（ 2 ）触发脉冲不仅前沿要陡而且还应有一定的宽度。

（ 4 ）触发脉冲应与主回路阳极电压同步，且有足够的移相范围。

（ 1 ）单结晶体管结构 单结晶体管内部结构、电路符号及等效电路如图所示，图

中发射极箭头方向指向 b1 极，表示经 PN 结的电流只流向 b1

极。

e 极与 b1 极之间等效电阻 Rb1 具有阻值随发射极电流 ie 的上升

而下降的特性，而 e 极与 b2 极之间的等效电阻 Rb2 的阻值与 ie 的变化无关。

2 ．单结晶体管触发电路

单结晶体管的伏安特性曲线如图所示，它反映当两基极间电源电压 VBB 一定时， ie 与 ve 之间的关系。

单结晶体管有三个工作区：截止区、负阻区和饱和区。

（ 2）单结晶体管的伏安特性

3 ．单结晶体管触发电路电路

ve

v

o

单结晶体管触发电路是利用单结晶体管的负阻特性和 RC

电路的充、放电原理，组成频率可调的振荡电路，如图所示，其输出电压可为晶闸管提供触发脉冲。

电路工作过程如下：

Vcc

Vcc

（ 1 ）双向晶闸管的结构特点与符号

6.2.1 双向晶闸管

双向晶闸管是 NPNPN

五层器件，三个电极分别是 A1 、 A2 、 G 。

应用：交流调压、交流调速、交流开关、调光设备。

普通晶闸管是直流控制器件，要控制交流负载，需两套独立的触发电路，而双向晶闸管只需用一个控制极，就可以控制晶闸管的正向导通和反向导通。

（ 2 ）双向晶闸管的工作特点 当 G 极和 A2 极相对于 A1 的电压均为正时 , A2 是阳极 , A1

是阴极。反之 , 当 G 极和 A2 极相对于 A1 的电压均为负时， A1 变为阳极 , A2 为阴极，即只需用一个控制极 , 就可以控制晶闸管的正向导通和反向导通。

6.2 特殊晶闸管及其应用

6.2.2. 快速晶闸管

（ 1 ）快速晶闸管的结构特点与符号快速晶闸管属 PNPN 四层三个电极器件。

它具有开通速度快、开关时间短、开关损耗小，承受电流上升率和电压上升率能力强等优点。其开通时间为 4 ～ 8μs ，关断时间为 10 ～ 60μs 。

普通晶闸管因为导通和关断需要一定的时间，且阳极电压上升速度太快时，不仅会使元件产生误导通，而且会烧坏元件。因此，它不适用在开关频繁、电压电流变化快的场合。

应用：大功率直流开关、大功率中频感应加热电源、超声波电源、激光电源、雷达调制器及直流电动车辆调速等领域。

（ 2 ）快速晶闸管的工作特点

6.2.3 可关断晶闸管

PNPN 四层三个电极器件。

已导通的晶闸管欲使其关断，只要在控制极上加入负触发脉冲即可。

普通晶闸管导通后欲使其关断，必须使正向电流低于维持电流 IH ，或施加反向电压强迫其关断。

应用：斩波器、逆变器、电子开关、恒压调频装置及电力系统。

（ 1 ）可关断晶闸管的结构特点与符号

（ 2 ）可关断晶闸管的工作特点

6.2.4 光控晶闸管

普通晶闸管的触发信号是电脉冲。

触发信号是光信号或光电信号。对光信号的要求：用波长在 0.8 ～ 0.9μm 的红外线及波长在 1μm 左右的激光作光源。

PNPN 四层二个电极和一个受光窗口或光导纤维、光缆。

应用：光控自动路灯、光控电子开关、自动化生产监控设备等电子产品。

（ 1 ）光控晶闸管的结构特点与符号

（ 2 ）光控晶闸管的工作特点