电工学讲义9串联型电源电路及晶闸管

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1、0tu交流电源0tu变压ut0整流ut0滤波tu0稳压T+_Ui+_+_UO比较放大比较放大基基 准准取取 样样UZUB1+_C2RL调整元件调整元件T+_Ui+_+_UO比较放大比较放大基基 准准取取 样样UZUB1+_C2RL调整元件调整元件调整元件调整元件T:T:与负载串联，通过全部负载电流。可以是与负载串联，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。单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大比较放大:可以是单管放大电路，差动放大电路，集可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。成运算放大器。基准电压基准电压:可由稳压管稳压电路组成。可由稳压管稳压电路组成

2、。取样电路取样电路:取出输出电压取出输出电压UO O的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。电压关系：电压关系：2iCEOUUU4241iRBRCUUUUU PPOPBRRRRRURRIU 21222211ZBEBUUU 11R4T1UZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UiUB1UB2(UC1)UCE2I1+_+_+_IR4IB2T2IC1IB1IC2111412222iOBBCRCBBCCEOUUUIIUUUIIUUR4T1UZR3RP1RP2R1RPR2RLUO+_+_UiUB1UB2(UC1)UCE2I1+_+_+_IR4IB2T2IC1IB1IC21111412

3、222LBBEBCRCBBCCEORUUIIUUUIIUU1）输出电流）输出电流IO大（取决于大（取决于T2管功率）管功率）2）输出电压）输出电压UO更加稳定更加稳定3）输出电压）输出电压UO可以调节可以调节(调节调节RP,，可以调节输出电压，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，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

4、单的集成稳压电使用灵活，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，故称之为三端集源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的W7800系列系列三端集成稳压三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。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通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器

5、外形系列稳压器外形1 公共端公共端3输入端输入端2 输出端输出端注：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。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。注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出额定电压值有如下系列输出额定电压值有如下系列:5V、9V、12V、18V、24V等等。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XXCOW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F 一、输出为固定电压的电路一、输出为固定电压的电路23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15

6、V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F二二、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路 额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为700V。G P1P2N1N2S+-灯不亮灯不亮S+-灯灯 亮亮S+-灯灯 亮亮KA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGAP1 N1G P2N2K N1P2EA+_R T1T2EG T1T2G2B

7、ii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii EGEA+_RGi2BiG21iG2iGEA+_R T1T2Gi2BiGi21Gi2EGG T1T2Gi2BiGi21Gi2EG1）晶闸管导通必须同时具备两个条件：）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）晶闸管的控制极只有使晶闸管导通的作用，一旦 导通导通,就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压 或反向电压，管子始终导通或反向电压，管子始终导通3）要使

8、晶闸管阻断）要使晶闸管阻断(截止截止),必须具备下列三个条件之一：必须具备下列三个条件之一：切断阳极电源切断阳极电源阳极电压反向阳极电压反向将阳极电流减小到某一数值以下将阳极电流减小到某一数值以下UI0+-+当晶闸管的阳极和阴极加正向电压当晶闸管的阳极和阴极加正向电压，控制极无电压时，控制极无电压时，J2反偏，因此只有很小电流，称正向漏电流。反偏，因此只有很小电流，称正向漏电流。此时此时晶闸管截止，表现出很大的内阻。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当正向电压增加到某一数值，漏电流突然增大，晶闸管，漏电流突然增大，晶闸管导通，可以通过很大的电流，而管压降仅导通，可以通过很大

9、的电流，而管压降仅1V左右。晶左右。晶闸管由截止变为导通所对应的电压闸管由截止变为导通所对应的电压UBO称正向转折电压。称正向转折电压。UIUBRUBOIHIF0U+-+AP1N1GP2N2KJ1J2J3晶闸管导通后，晶闸管导通后，减小正向压降，正向电流减小，当减减小正向压降，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电流称维持电流IH当晶闸管的阳极阴极加反向电压，当晶闸管的阳极阴极加反向电压，特性与二极管相似，特性与二极管相似，有很小的反向漏电流。加大反向电压有很小的反向漏电流。加大反向电压,晶闸管在反向晶闸管

10、在反向转折电压转折电压UBR处反向导通。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。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，当控制极加正向电压，IG 产生，特性曲线左移，正向转产生，特性曲线左移，正向转折电压降低折电压降低,元件容易导通。元件容易导通。IG 越大，越大，UBO 越低。越低。UIIGOIG1IG20因此，通常采用加控制电压的方式使晶闸管导通因此，通常采用

11、加控制电压的方式使晶闸管导通URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUIIG0IG1IG2正向平均电流正向平均电流晶闸管晶闸管主要参数主要参数1.1.正向重复峰值电压正向重复峰值电压UFRM2.2.反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM3.3.正向平均电流正向平均电流IF4.4.维持电流维持电流IHUIUBRUBOURRMIHUFRMIF0U+-+1）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管2）晶闸管与）晶闸管与RL串联，电路电流为串联，电路电流为io，控制极施加，控制极施加 周期性正向脉冲电压周期性正向脉冲电压uG+uuGuoRL+-+-

12、io-t1 2 To0,uuu:1t oT,0uuu tuO晶晶闸闸管管不不导导通通。,0,0g1 ut t oT0,uuugu tO uuGuoRL+-+-io o-1:toT,0uuu tOuO 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO导通角导通角180 122 sin1 cos221 cos 0452oUUtd tU.U 1 cos0452oU.U1 cos 0452ooLLUUI.RR01800.45oUU（），18000oU（），uo,io t uoio晶闸管全导通晶闸管全导通晶闸管全阻断晶闸管全阻断aRLD2T1b+T1T2RLuoD1D2+T1T2RLuoD1D2+

13、bRLD1T2a tOu tuO2 tguO tuUd1O )d(sin21ttUU 2cos19.0LO RURUI2cos19.0 Uuo,iot uoio0u两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路电路电路特点特点该电路只用一只晶闸管，且其上该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D4u0RL+-+-电路电路特点特点(2)由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连，两管控的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-EB2B1NPPN结结N型硅片

14、型硅片E（发射极）（发射极）B2（第二基极）（第二基极）B1（第一基极）（第一基极）PN基极电阻基极电阻EB2B1RB2RB1等效电路等效电路E（发射极）（发射极）B2（第二基极）（第二基极）B1（第一基极）（第一基极）PN等效电路等效电路B 1B 1B BB BB BB 1B 2B BARUURRRUUREB2B1RB2RB1A 分压系数（分压比）分压系数（分压比）一般为一般为B1B1B 2RRRIEPIPIVUPUEVUV截止区 负阻区饱和区+-+-REB2B1+-E+-UEIERP+-+-REB2B1+-ERPRB2RB1D 测量单结晶体管特性的实验电路测量单结晶体管特性的实验电路UBB

15、UBBAA3.维持单结管导通的最小维持单结管导通的最小 电压、电流。电压、电流。单结管由截止变导通单结管由截止变导通 所需发射极电压所需发射极电压。IpIVVPPN结反偏，结反偏，IE 0单结管截止单结管截止IEPIPIVUPVUV截止区负阻区饱和区UE RB1RB2AUBB+_RP+_+_UvuguvOOuFttuGRR2100K C+uC_uGEB1R1B2300 51+_+_U移相移相触发触发RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+C+RU2MRu2+uo+uZU2MuOouOzuOUP-UDR1R2RPCcRuZLugucuvUpRLT1D1D2T2OOUZuOOuouZ整整 流

16、流削削 波波uCUpUv电容充、放电电容充、放电触触 发发 脉脉 冲冲uLuCug电容充、放电电容充、放电RPC 是电容的充电时间常数，是电容的充电时间常数，RP 越大，电容电压越大，电容电压uC 上上升慢，第一个尖脉冲到来迟，控制角升慢，第一个尖脉冲到来迟，控制角 加大，导通角加大，导通角 减小，电压减小，电压 uL 的平均值减小。的平均值减小。RPUpUv uL LR1AVR2R4R3RPDDZTC+_T1。R1AV R2R4R3RP D DZTC+_ T1 R1AV R2R4R3RP D DZTC+_ T1R1AV R2R4R3RP DDZTC+_待待充充电电瓶瓶 T1 uuG1uoRL

17、+-+-+_uG2 2ioT1T2在在u 的正半周：的正半周：T1 承受正向电压承受正向电压,T2 承受反向电压承受反向电压,在在 t1时刻时刻(脉冲出脉冲出现），现），T1 导通导通 uuG1uoRL+-+-+_uG2 2ioT1T2在在u 的负半周：的负半周：T2 承受正向电压承受正向电压,T1 承受反向电压承受反向电压,在在 t1时刻时刻(脉冲出脉冲出现），现），T2 导通导通 uuG1uoRL+-+-+_uG2 2ioT1T2Uot 0t uGt t 2 uIL=UL/RL 2222 sin)sin(UtdtUULA1A2G通过控制电压的控制可实现双向导通。通过控制电压的控制可实现双向

18、导通。A1A2G RC Tu双向二极管双向二极管EndT1T1、T2-T2-晶闸管晶闸管D1D1、D2-D2-晶体管晶体管T1T2D1D2RLuu0+-+-io半控桥式全波整流电路半控桥式全波整流电路T1T2D1D2RLuu0+-+-ioU 的正半周时，的正半周时，T1和和D2导通，电流的通路为：导通，电流的通路为：21bDRTaLab工作原理工作原理U 的负半周时，的负半周时，T2和和D1导通，电流的通路为：导通，电流的通路为：T1T2D1D2RLuu0+-+-ioab 12aDRTbL波形分析波形分析uo,iot uoio0uuT1t 0uT2t T1T2D1D2RLuu0+-+-ioab

19、T1T2D1D2RLuu0+-+-iout uGt t 2 输出电压的平均值为：输出电压的平均值为：2190 cosU.Uo输出电流的平均值为：输出电流的平均值为：2cos190 LoRUU.U输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值uo,iot uoio0uIEPIPIVUPUEVUV截止区 负阻区饱和区伏安特性曲线伏安特性曲线+-+-REB2B1+-UBBE+-UEIERP+-+-REB2B1+-UBBERPRB2RB1D测量单结晶体管特性的实验电路测量单结晶体管特性的实验电路伏安特性曲线伏安特性曲线在两个基极之间加正向电压在两个基极之间加正向电压UBB当发射极电压为当发射极电压为0：

20、UA=RB1UBB /(RB1+RB2)=UBB 称分压系数称分压系数(分压比分压比)，一般为，是单结晶体管的，一般为，是单结晶体管的重要参数重要参数提高发射极电压提高发射极电压UE：当当UEUA,PN结反偏结反偏,IE几乎为几乎为0，RB1呈高阻，单结晶体管呈高阻，单结晶体管截止截止。IEPIPIVUPVUV截止区负阻区饱和区UE+-+-REB2B1+-UBBERPRB2RB1DAIEPIPIVUPVUV截止区负阻区饱和区UE当当UE 升高到一定值升高到一定值:PN 结导通，发射极电流结导通，发射极电流 IE 增大，增大，电压电压 UE 的最大值称为峰点电压的最大值称为峰点电压UP，与之对应

21、的电流，与之对应的电流称峰点电流称峰点电流IPUP=UA+UD=UBB+UD，UD 为二极管正向压降，约为二极管正向压降，约PN结导通后结导通后，RB1 迅速减小，迅速减小，E与与B1之间的电压之间的电压UE 下下降，这段曲线的动态电阻降，这段曲线的动态电阻UE/IE为负值，称为为负值，称为负阻区负阻区+-+-REB2B1+-UBBERPRB2RB1DAUE 逐步下降至逐步下降至UV 点，点，当当 UEUV，单结晶体管关断。，单结晶体管关断。IE 再增大，再增大，UE 仅略有增大，单结晶体管进入仅略有增大，单结晶体管进入饱和区饱和区。电压电压UE 的最低点称谷点电压的最低点称谷点电压UVIEP

22、IPIVUPVUV截止区负阻区饱和区UE+-+-REB2B1+-UBBERPRB2RB1DA当当UE=UP 时，单结晶体管导通，呈低阻态时，单结晶体管导通，呈低阻态当当UEUV 时，单结晶体管关断，呈高阻态时，单结晶体管关断，呈高阻态IEPIPIVUPVUV截止区负阻区饱和区UE小小 结结uCttuG工作原理工作原理接通电源接通电源,电容充电电容充电,电压电压uc 上升上升,上升速度取决于上升速度取决于RC的值的值,当当 uCuP,单结晶体管截止单结晶体管截止2)当当uC=uP,单结管单结管E导通导通,E 与与B1间电阻突然减小，电容间电阻突然减小，电容上的电荷通过上的电荷通过R1 放电，放电

23、速度取决于放电，放电速度取决于RC1，因为，因为R1R，放电迅速，放电电流在放电迅速，放电电流在R1 上形成尖脉冲。上形成尖脉冲。RR2100KC+uC-uGEB1R1B23051+-+_UuFttuGRR2100KC+uC-uGEB1R1B23051+-+_U3)当当uc 降到谷点电压降到谷点电压 uV,单结管关断。单结管关断。4)重复上述过程，重复上述过程，在在R1上形成一系列尖脉冲。上形成一系列尖脉冲。uouZ整整 流流削削 波波波形关系波形关系波形关系波形关系UZ削削 波波uZuCUpUvuG电容充、放电电容充、放电触触 发发 脉脉 冲冲uG触发脉冲触发脉冲uL波形关系波形关系UZ整流

24、、整流、削波削波uLuCUpUvug电容充、放电电容充、放电触触 发发 脉脉 冲冲uZ小小结结温度补偿电阻温度补偿电阻R2R2R2 的作用是补偿温度的作用是补偿温度变化对单结晶体管峰变化对单结晶体管峰值电压值电压UP 的影响的影响UP=UBB+UD 当温度升高，结电压当温度升高，结电压UD 略有减小，而略有减小，而RBB随温度升高而略有增大。串联随温度升高而略有增大。串联R2 以后，若以后，若RBB增大，按增大，按照分压原理，照分压原理，UBB 升高，补偿升高，补偿UD 的的 减小，使减小，使UP 稳定。稳定。200600(1)(1)稳压管稳压管削波作用。使单结晶体管输出的脉冲幅削波作用。使单

25、结晶体管输出的脉冲幅度和每半周期产生的第一个脉冲的时间不受交流电度和每半周期产生的第一个脉冲的时间不受交流电源电压的波动影响。此外还可以展宽脉冲的移相范源电压的波动影响。此外还可以展宽脉冲的移相范围。围。(2)(2)变压器变压器同步作用。使主电路和触发电路保持同同步作用。使主电路和触发电路保持同步。步。(3)(3)电位器电位器RP 移相作用。改变移相作用。改变RP可以改变电容可以改变电容C的的充放电时间常数，从而达到移相的目的。充放电时间常数，从而达到移相的目的。小小 结结(4)(4)电位器电位器R2温度补偿作用。补偿温度变化对单结温度补偿作用。补偿温度变化对单结晶体管峰值电压晶体管峰值电压U

26、P 的影响的影响2)在控制极在控制极G与阴极与阴极K之间加正向电压，当之间加正向电压，当IG 到达一到达一定数值，定数值，T2 首先导通：首先导通：IB2=IG，IC2=IB2=IG随后随后T1导通，导通，IB2=IC1,IC1与与IG一起进入一起进入T2的基极后的基极后再次放大。再次放大。该过程在极短时间内连锁循环进行，晶闸管瞬间全该过程在极短时间内连锁循环进行，晶闸管瞬间全部饱和导通。部饱和导通。K+AGP1P2N1N1N2P2IAIGIKT1T2 3）晶闸管导通后，即使控制极与外界断）晶闸管导通后，即使控制极与外界断 开，开，T2管的管的基极电流基极电流 IB2=IC1 IA，比，比 I

27、G 大，管子维持导通。大，管子维持导通。晶闸管导通后，控制极失去控制作用晶闸管导通后，控制极失去控制作用K+AGP1P2N1N1N2P2IAIGIKT1T2ugt uouo,iot io t=0，电压为电压为0，uG为为0，晶闸管电流，晶闸管电流io=0 t=0 t1(不含不含 t1点点)，电压为正，但电压为正，但uG为为0,晶闸管正向阻断，电流晶闸管正向阻断，电流io=0ut t1 2 工作波形分析工作波形分析 u u2 2u uG Gu uo oR RL L+-+-i io o-t=t1电压为正，控制极电压在电压为正，控制极电压在 t1点出现点出现,晶闸管导通条件具备，正向导通，产生电流晶

28、闸管导通条件具备，正向导通，产生电流io t=t1 uG消失，但晶闸管一旦导通，控制极失去作用，消失，但晶闸管一旦导通，控制极失去作用，晶闸管仍然有导通电流晶闸管仍然有导通电流io存在存在ugt uouo,iot iout t1 2 uuGuoRL+-+-io o-t=2 电源电压反向，不论电源电压反向，不论uG是否存在是否存在,晶闸管反向阻断，晶闸管反向阻断，io=0ugt uouo,iot iout t1 2 u u2 2u uG Gu uo oR RL L+-+-i io o-ut ugt uTt uo,io t uoio晶闸管在正向电压下的阻断范围称为晶闸管在正向电压下的阻断范围称为控制角控制角 晶闸管在正向电压下的导通范围称为晶闸管在正向电压下的导通范围称为导通角导通角 +=180uo,io t uoio