电工学讲义9-串联型电源电路及晶闸管.

第九章电源电路0tu交流电源0tu变压ut0整流ut0滤波tu0稳压1.并联型稳压电源串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。2带有放大环节的串联型稳压电源T+_Ui+_+_UO比较放大基准取样UZUB1+_C2RL调整元件T+_Ui+_+_UO比较放大基准取样UZUB1+_C2RL调整元件调整元件T:与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大:可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。基准电压:可由稳压管稳压电路组成。取样电路:取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。电压关系：2iCEOUUU4241iRBRCUUUUUPPOPBRRRRRURRIU21222211ZBEBUUU11R4T1UZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UiUB1UB2(UC1)UCE2I1+_+_+_IR4IB2T2IC1IB1IC2稳压原理111412222iOBBCRCBBCCEOUUUIIUUUIIUUR4T1UZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UiUB1UB2(UC1)UCE2I1+_+_+_IR4IB2T2IC1IB1IC21111412222LBBEBCRCBBCCEORUUIIUUUIIUU电源变化负载变化串联型稳压电源特点：1）输出电流IO大（取决于T2管功率）2）输出电压UO更加稳定3）输出电压UO可以调节(调节RP,，可以调节输出电压)R4T1UZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UiUB1UB2(UC1)UCE2I1+_+_+_IR4IB2T2IC1IB1IC2随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。3.集成稳压电源W7800系列稳压器外形1—输入端3—公共端2—输出端W7900系列稳压器外形1—公共端3—输入端2—输出端塑料封装注：金属封装和塑料封装管脚定义不同，使用时一定要先查手册。外形及引脚功能注：型号后XX两位数字代表输出电压值输出额定电压值有如下系列:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成稳压器固定式可调式正稳压W78XX负稳压W79XX输入与输出之间的电压不得低于3V！三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO1230.1~1F1F为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。即用以改善波形。一、输出为固定电压的电路23220V24V+C24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000F二、输出正负电压的电路要求1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控制角的关系。3.了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。4.理解交流调压电路的工作原理4.晶闸管及其应用晶闸管（SiliconControlledRectifier）晶闸管是在晶体管基础上发展起来的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。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。优点：晶闸管外型晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管K--快速晶闸管S--双向晶闸管晶闸管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。G控制极基本结构K阴极G阳极AP1P2N1N2四层半导体晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。(c)结构KGA(b)符号(a)外形晶闸管的外形、结构及符号三个PN结S++--灯不亮S++--灯亮实验工作原理晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGAP1N1GP2N2KN1P21)晶闸管阳极A与阴极K之间加正向电压，控制极断开，两个三极管均无基极电流，晶闸管不导通。EA+_RT1T2EGAT1T2AG2Bii1BG22Ciii该过程在极短时间内连锁循环进行，形成正反馈，晶闸管瞬间全部饱和导通。211CCiβi2BG21iiKGEA0、EG0EGEA+_RGi2BiG21iββG2iβ2)在控制极G与阴极K之间加正向电压，当IG到达一定数值，T2首先导通，随后T1导通，IC1与IG一起进入T2的基极后再次放大。GEA0、EG0KEA+_RT1T2Gi2BiGiββ21Giβ2EGA3）晶闸管导通后，去掉控制极，依靠正反馈，T2管的基极电流IB2=IC1，管子维持导通。晶闸管导通后，控制极失去控制作用在导通后，要关断晶闸管：1）阳极电流IA减小到某一数值以下，内部连锁状态不能维持，管子截止。2)切断阳极电源3)在阳极和阴极之间加反向电压GKT1T2Gi2BiGiββ21Giβ2EGA1）晶闸管导通必须同时具备两个条件：阳极与阴极之间加正向电压控制极与阴极之间加正向电压2）晶闸管的控制极只有使晶闸管导通的作用，一旦导通,就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压或反向电压，管子始终导通3）要使晶闸管阻断(截止),必须具备下列三个条件之一：总结切断阳极电源阳极电压反向将阳极电流减小到某一数值以下晶闸管的伏安特性曲线晶闸管的导通和截止由阳极电压U、电流I及控制极电流IG决定，它们之间的关系用伏安特性曲线来表示。UI0+--+当晶闸管的阳极和阴极加正向电压，控制极无电压时，J2反偏，因此只有很小电流，称正向漏电流。此时晶闸管截止，表现出很大的内阻。当正向电压增加到某一数值，漏电流突然增大，晶闸管导通，可以通过很大的电流，而管压降仅1V左右。晶闸管由截止变为导通所对应的电压UBO称正向转折电压。UIUBRUBOIHIF0U+--+AP1N1GP2N2KJ1J2J3晶闸管导通后，减小正向压降，正向电流减小，当减小到某一数值，晶闸管又转为阻断。此时对应的最小电流称维持电流IH当晶闸管的阳极阴极加反向电压，特性与二极管相似，有很小的反向漏电流。加大反向电压,晶闸管在反向转折电压UBR处反向导通。AP1N1GP2N2KJ1J2J3UIUBRUBOIHIF0U+--+UIUBRUBOIHIF0U+--+当阳极电压高于转折电压时，元件导通，但这种导通方法容易造成元件不可恢复性击穿，一般不采用。当控制极加正向电压，IG产生，特性曲线左移，正向转折电压降低,元件容易导通。IG越大，UBO越低。UIIGOIG1IG20因此，通常采用加控制电压的方式使晶闸管导通正向特性反向特性URRMUFRMIG2IG1IG0UBRIFUBO正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流U动画演示晶闸管主要参数1.正向重复峰值电压UFRM2.反向重复峰值电压URRM3.正向平均电流IF4.维持电流IHUIUBRUBOURRMIHUFRMIF0U+--+晶闸管是晶体闸流管的简称，也称可控硅，它具有一个控制电极，通过控制该电极可以控制晶闸管的导通时间，调节输出电压电流的大小，称为可控整流。可控硅整流电路半导体二极管只有通断两种状态，用该元件组成的整流电路，输出电流和电压的大小不能通过元件本身来调节，称为不可控整流。单相半波可控整流电路1）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管2）晶闸管与RL串联，电路电流为io，控制极施加周期性正向脉冲电压uG特点+~uuGuoRL+-+-io-1.电路2工作原理t12u0时:可控硅承受反向电压不导通，晶闸管反向阻断To0,uuu:1t加触发信号，晶闸管承受正向电压导通oT,0uuutuOu0时:晶闸管不导通。,0,~0g1utoT0,uuugutO~uuGuoRL+-+-io-1~:t无触发信号，晶闸管承受正向电压导通oT,0uuutOuO控制角t1tuOtguOt22tTuO导通角3工作波形180输出电压及电流的平均值122sin1cos221cos0452oUUtdtU.U1cos0452oU.U1cos0452ooLLUUI.RR01800.45oUU（），18000oU（），uo,iotuoio晶闸管全导通晶闸管全阻断改变控制角，可改变输出电压Uo。单相半控桥式整流电路1.电路2.工作原理T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为T1、T2晶闸管D1、D2晶体管aRLD2T1b(1)电压u为正半周时io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–b此时，T2和D1均承受反向电压而截止。io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–bT2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为(2)电压u为负半周时bRLD1T2a此时，T1和D2均承受反向电压而截止。tOutuO3.工作波形2tguO4.输出电压及电流的平均值πtuUαdπ1Oπαο)d(sin2π1ttUU2cosα19.0LOοRURUI2cosα19.0Uuo,iotuoio0u两种常用可控整流电路电路特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D1D4u0RLD3+-+-电路特点(2)由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-单结晶体管有三个极，外型类似普通小功率三极管EB2B1要使晶闸管导通，除在阳极和阴极之间加正向电压，还要在控制极和阴极之间加正向触发电压。产生触发电压的电路称为触发电路。目前常用的是单结晶体管触发电路。单结晶体管触发电路单结晶体管结构及工作原理B2第二基极B1N欧姆接触接触电阻P发射极E第一基极PN结N型硅片B2EB11.结构N型硅片的一侧引出两个极,B1称第一基极,B2称第二基极；硅片另一侧靠近B2处有一个PN结，从此处引出电极E称发射极。因有两个基极，单结晶体管又称双基极二极管。E（发射极）B2（第二基极）B1（第一基极）PN基极电阻EB2B1RB2RB1等效电路单结晶体管两个基极之间呈电阻性，称基极电阻RBB=RB1+RB2，其值为几千欧。第一基极与发射极之间的电阻为RB1，随射极电流IE的增大而减小，当IE为0，RB1为几千欧，当IE为20mA左右，其为几十欧。第二基极与发射极之间的电阻为RB2，数值恒定。发射结具有单向导电性，以二极管D表示。2特性分析E（发射极）B2（第二基极）B1（第一基极）PN等效电路在两个基极之间外加一个电压UBB，当UE=0时，A点对地电压为：2特性分析B1B1BBBBBBB1B2BBARUURRRUUREB2B1RB2RB1A–分压系数（分压比）一般为0.3~0.9B1B1B2RRRIEPIPIVUPUEVUV截止区负阻区饱和区伏安特性曲线+-+-REB2B1+-E+-UEIERP+-+-REB2B1+-ERPRB2RB1D测量单结晶体管特性的实验电路UBBUB