晶闸管及其整流电路(精)

晶闸管又称可控硅，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。晶闸管分普通晶闸管和特种晶闸管，特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。

一、晶闸管的外形、结构和符号

晶闸管由三个PN结和四层半导体材料组成。

晶闸管的三个电极分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。三个PN结分别为J1、J2和J3。晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。

二、晶闸管的工作原理

晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。

晶闸管工作原理可用如图所示的实验电路验证。

图（a）所示为晶闸管反向偏置情况，无论是否给控制极加电压，都无法使晶闸管导通，灯泡不发光。

图（b）所示为晶闸管加正向偏置电压，阳极A接高电位，阴极K接低电位，但控制极G没有接任何电压，晶闸管仍然处于关断状态，串联的灯泡不发光。

图（c）所示为晶闸管加正向偏置电压的基础上，给控制极G加一个幅度和一个宽度都足够大的正电压，此时晶闸管导通，串联的灯泡发光。

图（d）所示为晶闸管导通后，若去掉控制极的电压，晶闸管仍然能保持导通状态，灯泡仍然发光。

综上所述，要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加适当的正向触发电压，这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。

要注意的是，晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流IH(称为维持电流)时，晶闸管也会由导通变为截止，一旦晶闸管截止，必须重新触发才能再次导通。

三、晶闸管的主要参数 1．额定正向平均电流IF 2．正向平均管压降VF

3．维持电流IH 4．最小触发电压VG

四、晶闸管的型号及规格 五、晶闸管整流电路

可控整流电路是利用晶闸管的单向导电可控特性，把交流电变成大小能控制的直流电的电路，通常称为主电路。在单相可控整流电路中，最简单的是单相半波可控整流电路，应用最广泛的是单相桥式半控整流电路。

1．单相半波可控整流电路 （1）电路结构

把单相半波整流电路中的二极管换成晶闸管，即成为单相半波可控整流电路。 （2）工作原理

接上电源，在电压v2正半周开始时，如果电路中a点为正，b点为负，对应在图（b）的α角范围内。此时晶闸管T两端具有正向电压，但是由于晶闸管的控制极上没有触发电压vG，因此晶闸管不能导通。

经过α角度后，在晶闸管的控制极上，加上触发电压vG。晶闸管T被触发导通，负载电阻中开始有电流通过，在负载两端出现电压vo 。在T导通期间，晶闸管压降近似为零。 这α角称为控制角（又称移相角），是晶闸管阳极从开始承受正向电压到出现触发电压vG之间的角度。改变α角度，就能调节输出平均电压的大小。α角的变化范围称为移相范围，通常要求移相范围越大越好。

经过π时刻以后，v2进入负半周，此时电路a端为负，b端为正，晶闸管T两端承受反向电压而截止，所以io = 0，vo = 0。

在第二个周期出现时，重复以上过程。晶闸管导通的角度称为导通角，用θ表示。θ=π-α。

（3）输出平均电压

当变压器次级电压为v2角α表示，即

Vo122V2sint时，负载电阻RL上的直流平均电压可以用控制

221cos 202V2sintd(t)V2(1cos)0.45V2当α= 0（θ=π）时，晶闸管在正半周全导通，Vo = 0.45V2，输出电压最高，相当于不

控二极管单相半波整流电压。若α=π, Vo = 0， 这时θ= 0，晶闸管全关断。根据欧姆定律，

VV1cos负载电阻RL中的直流平均电流为 Ioo0.452

RLRL2此电流即为通过晶闸管的平均电流。

2．单相桥式半控整流电路 （1）电路组成

与单相桥式整流电路相比，只是其中两个桥臂中的二极管被晶闸管T1、T2所取代。

v2 o 触发电Ta v2 D主电路 b DRL vo Vα θ ωvG T2 io vG α α ωπ T1D1 2 3T2D2 ω

(a)电路图 (b)波形图

单相桥式半控整流电路与波形

（2）工作原理

接上交流电源后，在变压器副边电压v2正半周时(a端为正，b端为负)，T1、D1处于正向电压作用下，当ωt=α时，控制极引入的触发脉冲vG使T1导通，电流的通路为：a→T1→RL→D1→b，这时T2和D2均承受反向电压而阻断。在电源电压v2过零时，T1阻断，电流为零。同理在v2的负半周，a端为负，b端为正，T2、D2处于正向电压作用下，当ωt=π+α时，控制极引入的触发脉冲vG使T2导通，电流的通路为：b→T2→RL→D2→a，这时T1、D1承受反向电压而阻断。当v2由负值过零时，T2阻断。可见，无论v2在正或负半周内，流过负载RL的电流方向是相同的。

输出电压平均值比单相半波可控整流的大一倍。即

Vo0.9V21cos 2当α= 0时（θ=π）晶闸管在半周内全导通，Vo = 0.9V2,输出电压最高,相当于不可控二极管单相桥式整流电压。若α=π, Vo = 0， 这时θ= 0，晶闸管全关断。

根据欧姆定律，负载电阻RL中的直流平均电流为

VV1cosIoo0.92

RLRL2流经晶闸管和二极管的平均电流为

1Io 2晶闸管和二极管承受的最高反向电压均为2V2。

ITID综上所述，可控整流电路是通过改变控制角的大小实现调节输出电压大小的目的，因此，可控整流电路也称为相控制整流电路。