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Tianjin Engineering Technical Institute
任务三
晶闸管变流技术
项目一
晶闸管的单向导电性及测试
项目二
设计并安装一套单相桥式可控调
压电路
项目三
试
单结晶体管触发电路的装接与调
Tianjin Engineering Technical Institute
项目一
晶闸管的单向导电性及测试
一、晶闸管的结构及工作原理
晶闸管从２０世纪６０年代开始生产、使用
以来，发展到现在已成为电力电子器件中品种最
多、数量最大的一类，由于它耐压高、电流容量
大以及开通的可控性，已被广泛应用于可控整流、
逆变、交流调压、直流变换等领域，成为低频、
大功率变流装置中的主要器件。
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１、晶闸管的结构
• 晶闸管由四层硅半导
体（P1 、N1、 P2、N2)组
成，由此形成三个Ｐ
Ｎ结，并分别从P1N2及
P2端引出三个电极，即
阳极Ａ、阴极Ｋ、门
极Ｇ，如图所示。
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２、晶闸管的工作原理
在晶闸管的阳极加上正向电压后，ＩＧ流入晶
体管Ｖ２的基极，Ｖ２的基极电流同时又是Ｖ１
的集电极电流；Ｖ２集电极电流又是Ｖ１的基极
电流，一旦有足够的门极电流流入时，就形成强
烈的正反馈，即
Ig
Ib2
Ic2(=β2Ib2) =Ib1
Ic1 (=β2Ib2)
瞬时使两晶体管饱和导通即晶闸管导通。
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• 若要使晶闸管关断，可
以在阳极Ａ所施加的正
向电压；或者向阳极施
加反压；或者设法使流
过晶闸管的电流降低到
接近于维持电流以下。
• 由于通过门极可以控制
晶闸管的开通；而通过
门极不能控制晶闸管的
关断，晶闸管才被称为
半控型器件。
阳极伏安特性
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二、导通与关断条件
1.导通实验
实 验
顺 序
导
通
实
验
实 验 阳 极 门 极 实验
前 灯 电 压Ua 电压 Ug 后灯
1
暗
反 向
反 向
2
暗
反 向
3
暗
反 向
正 向
暗
1
暗
正 向
反 向
暗
2
暗
正 向
3
暗
正 向
零
零
正 向
暗
暗
暗
亮
结论
晶闸管在反向阳
极电压作用下,不
论门极为何种电
压，它都处于关
断状态。
晶闸管同时在正
向阳极电压与正
向门极电压作用
下，才能导通
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2.关断实验
实 验
顺 序
导
通
实
验
实验
前灯
阳极
门极
实验
电 压Ua 电压 Ug 后灯
1
亮
正 向
正 向
亮
2
亮
正 向
零
亮
3
4
亮
正 向
亮
正 向
(逐渐减
小到接
近于零
反 向
(任意)
亮
暗
结 论
已导通的晶闸管
在正向阳极电压
作用下，门极电
压作用下，门极
失去控制作用
晶闸管在导通状
态时，当阳极电
压减小到接近于
零时，晶闸管关
断
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3、导通与关断条件
*导通条件：阳极电压与
门极电压同时为正向
电压；阳极电流大于
维持电流
*关断条件：阳极电压为
反向电压；增大负载
电阻使阳极电流小于
维持电流
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三、万用表测极间电阻
1、鉴别晶闸管的好坏
用万用表R×1K的电阻档测量两只晶闸管的阳
极（A）与阴极（K）之间以及用R×10或R×100档
测量两只晶闸管的门极（G）与阴极之间正反向电
阻并将所测数据填入表中以判断被测晶闸管的好
坏。
2、测量晶闸管门极与阴极之间正向电阻
有时会发现表的旋钮放在不同电阻档的位置，
读出的RGK欧姆值相差很大。在测试晶闸管各极间
的阻值时其旋钮应放在同一档测量为准。
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3、测量晶闸管门极与阴极之间正反向电阻
旋钮放在R×10档时发现有的管正反向电
阻很接近，约为几百欧姆。出现这现象还不能判
断被测管已损坏，而要留心观察正反向电阻虽然
很接近，只要正向电阻值比反向电阻值小一些，
一般说被测管还是好的。
4、测量晶闸管极间电阻时，特别在测量门极与阴
极间的电阻时，不要用R×10K档以防止损坏门极，
一般应放在R×10档测量为准 。
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【教师提问】 ：
1、如何根据测量电阻判定门极与阴极？
2、测量时用×1档、×10档、×10K档有区别吗？
3、门极是红表笔还是黑表笔？
【学生分组研究讨论去获得答案】
四、导电性测试
【教师设计题目：提供直流电源、直流电灯、晶
闸管、滑线电阻、毫安表来按图接线，并测量维
持电流IH。】我们一起来练练手吧！
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现场操作：晶闸管关断条件实验电路运行与测量
电路运行：
合上门极开关，晶闸管
导通，灯泡发亮；
断开门极开关，再合上
阳极开关，灯泡熄灭。
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*参数测定：
晶闸管导通后，断开门极开关，调节滑线电阻，
使负载电源电压减小，这时灯泡慢慢地暗淡下来，
使流过晶闸管的阳极电流逐渐地减小到某值（一
般几十毫安），毫安表指针突然降到零，然后再
调节滑线电阻使负载电源电压再升高，这时观察
灯不再发亮，这说明晶闸管已完全关断，恢复阻
断状态。
毫安表从某值突然降到零，此电流为维持电流。
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*教学难点：
1、晶闸管的导通和关断条件是什么？
2、万用表测量极间电阻时应注意什么？用×1档、
×10档、×10K档有区别吗？
3、维持电流参数测定时注意什么？
*学生快乐互动活动：
【多媒体展示：按顺序轻松连线吧！】 【门极】
【阳极】 【阴极】 【导通条件】【关断条件】
【测量】 【读数】 【万用表】 【滑线电阻】
【毫安表】【维持电流】
【R×10档】
【极间电阻】 【鉴别好坏】
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*课堂小结：
我们这堂课除了对所学过的用万用表测电
阻复习以外，更重要的是学习了晶闸管的导通和
关断条件、鉴别管子好坏及参数测量方法。同时
提高了一定的技能操作水平。
*课外作业：
1、鉴别管子好坏时，万用表的红表笔与黑表笔分
别对应的是门极还是阴极？为什么？
2、写出技能操作题目规范的操作步骤：晶闸管参
数测量及评价
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项目二：
设计并安装一套单相桥式可控调压电路
课
型 :授课与实践相结合
知识目标:通过教学使学生理解和掌握单相桥
式工作原理，并应用于实际
能力目标:使学生在工作中能够安装并调试单相桥
式电路
教学重点:单相桥式可控调压电路设计与安装
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一、单相半波整流电路
1、电阻性负载
(Resistive Load）
在u2的正半周内晶
闸管加上正向阳极电
压，但在α期间，由
于未加触发脉冲，所
以晶闸管无法导通，
负载Rd中没有电流流
过，负载两端电压
ud=0，晶闸管VT承受
全部u2电压。
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• 当ωt=α时，晶闸管
门极加上触发脉冲ug，
VT立即导通，电源电
压u2全部加在Rd上
（忽略晶闸管电压
降）。当管子导通到
ωt=π时，u2降至零，
晶闸管因流过它的电
流随着下降到零、小
于管子的维持电流而
关断，此时id、ud又
为零。
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在u2负半周期间，VT因承受反压而阻断。直
至下一个周期，再加上触发脉冲时，晶闸管再重
新导通。当u2电压的每一个周期都以恒定的α加
上触发脉冲，则负载Rd上就能得到稳定的缺角半
波电压波形。
*移相角α(Firing Angle)
—亦称控制角，它是把晶闸管承受正压起到
触发导通之间的电角度。改变α的大小即改变触
发脉冲在每周期内出现的时刻，α的移相范围为
0～π，α+θ=π。
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导通角θ(conduction Angle)
它是指晶闸管在一个周期内导通的电角度
输出端的直流电压Ud
在一个周期内面积的平均值，当控制角α从
π向零方向变化即触发脉冲向左移动时，负载直
流电压Ud从零到0.45U2之间连续变化，起
到
直流电压连续可调的目的。
Ud=0.45 U2(1+cosα)/2
Id= Ud /Rd
Kf=I/Id=1.57
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2、电感性负载(Inductance Load)
•
由于电路中存在电
感,流过电感Ld中的电
流变化时,要产生自感
电动势,它起阻碍电流
变化的作用。当电流
增大时，电动势阻碍
电流增大，其方向与
电流方向相反；
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当电流减小时，电动势阻碍电流减小，其方
向与电流方向相同，只要电动势在数值上大于电
源负电压值，晶闸管仍承受正压继续维持导通，
自感电动势力图阻止电流的减小。
随着u2反向继续增大，当u2与电动势在数值
上相等时，晶闸管因正向电压为零而关断，之后
并立即承受反压。
此期间，电感中储藏的磁场能量继续释放，
一部分消耗在负载Rd上，另一部分反送到电源，
到电流下降到零，电感能量释放完毕。从图中可
以看到工作时的波形。
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当α=0˚时，电流连续，
2U 2
id 
1  cos t 
L
当α=60˚时，电流断续，
2U 2
id 
cos 60  cos  t 

L
二、单相全波整流电路
1、电阻性负载(Resistive Load）
当输入交流电压为正半周时，晶闸管VT1承受
正向电压，加入触发脉冲导通后，VT2处于反向电
压呈阻断状态，电流由电源（+）经VT1、Rd流向
电源（-）；
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• 当输入交流电压为负
半周时，VT2导通，
VT1在电源电压过零时
已关断。
•
电流由电源（+）经
VT2、Rd流向电源（），一个周期内负载
上得到两个半波电压。
• 输出直流电压是单相
半波可控整流时的2倍。
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• 在电阻负载时晶闸管可能承受的最大正向电压为U2，
而最大反向电压为2U2，这一点在选择晶闸管时必
须注意。
• Ud=0.9 U2(1+cosα)/2
• Id= Ud /Rd Kf=I/Id=1.11
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2、电感性负载(Inductance Load)
• 由于电感的储能作用，
负载电流连续，每个
晶闸管导通180˚，电流
波形不随控制角α变
化。
• 例如，α=90˚触发VT1，
VT1可一直导通到电源
负半周的峰值，即触
发VT2时为止，此时VT2
承受的最大正向电压
亦为2√２U2。
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三、单相桥式整流电路
１、单相半控桥式电路
• 当电源电压处于正半
周时，VT1管阳极电位
高，触发VT1管导通，
电流经VT1-Rd-VD2路
径流通，此时VT2、
VD1均承受反压，正半
周结束时VT1关断；
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• 当电源电压处于负半
周时，触发VT2管，电
流经路径VT2- Rd VD1流通，负载电压波
形与全波一致。
• IdT=180°α/360°Id
• IdD=2α/360°Id
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在实际运行时，当突然把控制角增大到180°
或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸
管一直导通而两个二极管轮流导通的失控现象。
上述情况下需加接续流二极管，接入后，当
电源电压降到零时，负载电流经续流管续流，使
桥路直流输出端只有1V的压降，迫使晶闸管与二
极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使
晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了。
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２、单相全控桥式电路
①电感性负载(Inductance Load)
•
当电源电压为正半周，控制角α时同时触发晶闸管
VT1、VT4导通，电源电压加于负载上，当电源电压过
零变负时，由于Ld上反电动势的作用，通过VT1、VT4
维持电流继续流通。直至下半周同一控制角α所对
应的时刻，触发VT2、VT3管导通，VT1、VT4因承受反
压而关断，负载电流改由VT2、VT3回路供给。控制角
α在0°～90°内变化时，负载电压从0.9 U2下降到
零,每个晶闸管轮流导通180°。整流桥路输入的交
流电流为正负对称的矩形波形且与U2波形有α的相
移。
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②反电动势负载
（Back EMF load）
• 充电蓄电池、直流电动
机等负载本身具有一定
的直流电动势，对可控
整流电路来说，是一种
反电动势性质的负载。
只有整流电压Ud的瞬时
值大于负载电动势E时，
整流桥路中的晶闸管才
能承受正压而触发导通，
整流桥路才有电流id输
出。
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•
四、设计并安装可控调压电路
•
1、设计并绘制电路图
•
利用熔断器、整流桥、白炽灯、电位器、电解电
容、开关，设计单相桥式可控调压电路，要求电路
图设计正确合理，思路清晰。
•
2、筛选检查元件
•
利用万用表测试晶闸管的好坏；测试二极管的
正向电阻；测试电位器电阻；测试电解电容充放电；
测试面包板的端子连接情况以及灯具的好坏，一切
工作就绪准备接线。
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•
3、安装接线
•
按电路图合理布局，固定元器件的位置，开始
在面包板上接线，要求接线合理美观，防止极性元
件接错或发生接触不良。
•
4、通电实验按钮
•
通电调试使电路触发，调电位器看灯泡亮度，
通电调试要求一次成功。
•
评分记录表来核定成绩
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• 提供元器件:
• 绝缘导线、晶闸管、
二极管、电解电容、
电位器、万用表、白
炽灯及灯座、面包板、
配线板、单相交流电
源、熔断器、单掷开
关、白纸、劳保用品、
电工通用工具
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• 电路工作情况：
• 通过电桥把交流变为
直流；由可调电阻和
电容构成充放电回路
形成触发电流和电压；
晶闸管触发导通后给
电灯供电，电阻小充
电快使α减小Ud增大，
灯光更亮了，反之亦
然。
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*课堂小结：
1、单相半波电路的控制角移相范围？
2、单相全波电路管子两端压降为何是2U2
3、单相半控电路的失控现象是如何产生的？
4、分析单相全控桥电路反电动势负载的波形。
*课外作业：
设计几个方案的舞台灯光调光电路。
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•
项目三：单结晶体管触发电路的装接与调试
•
课
•
知识目标:通过教学使学生理解和掌握触发
电路的工作原理，并应用于实际
•
能力目标:使学生能够安装并调试自激振荡触发
电路
•
教学重点:自激振荡触发电路安装与调试
型 :授课与实践相结合
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一、单结晶体管的结构与特性
（Unijunction transistor）
1、结构
在一块高电阻率的N型硅半导体基片上，引出两个
电极。在两个基极之间，设法掺入P型杂质铝，引
出电极成为发射极，由于只有一个PN结，故称单
结晶体管。
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2、特性
1）当Q1断开Q2闭时，外
加基极电压Rb1Rb2分
压,UA=ηUbb
2）当Ubb断开，Q1闭合
加上Ue时，二极管与
Rb1组成串联电路，发
射极电压与电流的伏
安特性如图所示。
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• 3）管子加上一定的基
极电压，Ue从零开始
增大，当小于UA时，
二极管反偏，只有很
小的反向漏电流；当
Ue再增大，二极管开
始正偏，到峰值电压
时，发射极电流显著
增大，Rb1减小，
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出现一个与常规相反的现象，电压随电流的增
大而减小，即动态电阻为负值，这就是单结晶体
管所特有的负阻特性。
4）随着电压的逐渐减小，小于谷点电压时管子将
重新截止。
二、自激振荡电路
1、电容充电
当加上直流电压后，R1、R2在单结晶体管两个基
极之间按分压比分压；另一路通过Re对电容C充
电，Ue为电容两端电压Uc按指数曲线渐渐上升，
当Ue<Up时，管子e.b1之间处于截止状态，随着
Uc值增大，伏安特性上沿着曲线经M上升
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2、电流突跳与电容放电
• 到达峰点P，电容电压Uc>Up，管子e.b1间的电阻
突然变小而开始导通。由于电容电压不能突变，
电流突跳，工作点从P点跳到N点，电容开始向电
阻放电，在R1上得到很窄的尖脉冲。
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3、电流突跳与再充电
当工作点移到V点，由于电容电压不能突变，工
作点从V点突变到M点，接着电源又重新对电容充
电，调节充电电阻即可改变振荡频率。
• 充电时间常数τ充=ReC；
• 放电时间常数τ放=(Rb1+R1)C
• 振荡频率为:f=1/ [ReCln(1/1-η)]
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三、实际调试电路
在实际调试电路时，将Re过份减小，会突然变
为只输出一只脉冲。因为当电容第一次被充到
U值，单结管导通后，由于Re值小，流过单结
管的电流大于谷点电流，所以单结管无法关断，
直到电源电压降到梯形波右斜边时，单结管的
电流才小于谷点电流而关断，所以只出现一只
脉冲。为了保证Re调到最小时仍输出脉冲，算
出最小值作为串联的固定电阻。
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四、触发电路的装接与调试
1、按图装接电路
按图装接电路检查电路装接情况。
2、通电试验
先断开触发部分而后接通电源。
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3、测电压观察波形
测量变压器次级电压
应为48V；测量稳压管
两端直流电压应为20V；
正确使用示波器；观
察稳压管两端波形；
观察输出脉冲波形。
4、检查移相范围
调节电阻,观察锯齿波,
应满足150°。
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5、检查脉冲宽度
正向脉冲宽度为5毫
秒
6、其他实用电路：（可
作调光、调压、电熨
斗、电炉调温之用）
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*课堂小结
1、简述自激振荡电路工作原理？
2、脉冲的宽度与幅值都能调节吗？
3、移相角与调节电阻之间的关系？
4、哪些参数可以改变振荡频率？
*现场操作
装接并调试单结晶体管触发电路
*课外作业
试一试安装实用的调温电路
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谢谢大家
欢迎指导！
机电工程系
戴春芳