1、第 6 章 可控整流电路6.1 学习要求（1）了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数。（2）了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形。（3）了解单结晶体管及触发电路的工作原理。6.2 学习指导本章重点：（1）晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数。（2）单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形。（3）单结晶体管及触发电路的工作原理。本章难点：（1）单相半控桥式整流电路中晶闸管的选取。（2）单相可控整流电路接电感性负载输出电压与电流的分析。（3）单结晶体管触发电路的工作原理。本章考点：（1）单相可控整流电路输出直流电压的计算。（2）单相可控整流电路接电阻性
2、负载输出电压的分析。（3）单相半控桥式整流电路中晶闸管的选取。6.2.1 晶闸管晶闸管又称可控硅，是一种可控的单向导通元件，有阳极 A、阴极 K 和控制极 G 三个电极。晶闸管的导通条件为：（1）在阳极和阴极之间加适当的正向电压 UAK。（2）在控制极和阴极之间加适当的正向触发电压 UGK。晶 闸 管 一旦导通后，控制极就失去控制作用而维持阳极与阴极之间的导通，管压降约为1V 左右。晶闸管由导通变截止称为关断，关断条件为：（1）晶闸管阳极电流小于维持电流 IH。电子技术学习指导与习题解答120（2）或将阳极与电源断开或给阳极与阴极之间加反向电压。晶闸管的主要参数有：额定正向平均电流 IF，维持
3、电流 IH，正 向 重 复 峰 值 电 压 UFRM， 反向重复峰值电压 URRM。若晶闸管工作时通过的电流为 IVSO，承受的最高正向电压为 UFM，最高反向电压为URM，则应按照下列各式选取晶闸管：IFI VSOUFRM FM)32(URRM R6.2.2 单相可控整流电路1单相可控半波整流电路（1）电阻性负载：电路及其电压与电流波形如图 6.1 所示，导通角 ，控制角180 的调整范围为 0180。+u1-VSO+uo-RLio+u2- tu20 23 4 t0 2 3 4 t0ug t1 t2 tUVSO0 2 3 4 uo iouo io图 6.1 接电阻性负载的单相可控半波整流电路
4、及其电压与电流波形输出电压的平均值为： 2cos145.0oU输出电流的平均值为： s.LoRI晶闸管承受的最高正向电压为：第 6 章 可控整流电路 1212FMU晶闸管承受的最高反向电压为： R晶闸管中电流的平均值为： oVSOI变压器副边电流的有效值为： 2sin41L2RUI（2）电感性负载：电路及其电压与电流波形如图 6.2 所示。+u2-+u1-VSO+uo-RLLioiD VDuo， io t0 tuVSO0uoio图 6.2 接电感性负载的单相可控半波整流电路及其电压与电流波形没有接续流二极管 VD 时，导通角 ，输出电压的平均值为：1802cos45.oU接上续流二极管 VD
5、时，导通角 ，输出电压的平均值为：s1.02o输出电流的平均值为： cos45.L2oRUI晶闸管中电流的平均值为： oVSOI2单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路及其电压与电流波形如图 6.3 所示。输出电压的平均值为： 2cos19.0oU输出电流的平均值为：电子技术学习指导与习题解答122 2cos19.0LoRUI晶闸管承受的最高正向电压为： FM晶闸管承受的最高反向电压为： 2RU晶闸管中电流的平均值为： oVSO1II变压器副边电流的有效值为： 2sinL2RI+u1-+uo-RLioVSO1 VSO2VD1 VD2+u2- t0uo， io t0uo tuVSO20iouV
6、SO1图 6.3 接电阻性负载的单相半控桥式整流电路及其电压与电流波形6.2.3 单结晶体管触发电路1单结晶体管的结构及特性单结晶体管两个基极 B1、B 2 和一个发射极 E，两基极间的电阻 ，当发射B21BR极不加电压，两个基极之间加电压 UBB 时，R B1 上的电压为： B21AU式中 称为分压比，一般约在 0.30.9 之间。单结晶体管的伏安特性曲线如图 6.4 所示。（1）当 时，单结晶体管截止，P 点称为峰点，U P 为峰点电压，I P 为DAPEU第 6 章 可控整流电路 123峰点电流。（2）当 时，单结晶体管导通，I E 迅速增大，U E 减小，进入负阻区。PEU（3）当 时
7、，单结晶体管由导通恢复到截止状态，V 点称为谷点，U V 为谷点电压，I V 为谷点电流。峰点 P 和谷点 V 是单结晶体管的特殊点， 时导通， 时截止。PEE截 止 区负 阻 区 饱 和 区0PVIV IEUEUVUPIP6.4 单结晶体管的伏安特性3单结晶体管触发电路电路如图 6.5 所示，波形如图 6.6 所示。+uo-RLVSO1 VSO2VD1 VD2R2R1+ug-RC+u2-u1+-+uo1-VDZR3 RP+uZ-6.5 单结晶体管触发电路（1）触发电路由单结晶体管脉冲发生电路组成，输出触发脉冲电压 ug。同时供给两个晶闸管，但每半周只对一个晶闸管起触发作用。（2）变压器原边绕
8、组与主电路接在同一交流电源，主电路交流电压 u1 过零时，触发电路电源电压 u2 也过零，保证了两者同步，从而获得有规律的输出电压波形。（3）u 2 经桥式电路整流后得到全波整流电压 uo1，再转换为梯形波 uZ 作为触发电路的同步电源。电子技术学习指导与习题解答124（4）在每个半周期内，第一次电容 C 由 0 开始充电，当 （单结晶体管峰点电PEU压）时单结晶体管导通，随后电容迅速向小电阻 R1 放电，在 R1 上形成一个尖脉冲电压。当放电到 （单结晶体管谷点电压）时单结晶体管截止。然后又由 UV 开始充电，VEU如此反复，直到电源电压减小到 0，结束半个周期， ，从而获得一系列的尖脉冲电
9、压Cuug，但只有第一个脉冲起到触发晶闸管的作用，一旦晶闸管被触发导通，后面的脉冲不再起作用。 t0uo1 t0uZ， uCUP t0ug t0uo图 6.6 单结晶体管触发电路的波形6.2.4 晶闸管的保护1过电流保护晶闸管过电流保护措施有以下几种：（1）快速熔断器保护。（2）过电流继电器保护。（3）过流截止保护。前 两 种 方 法 中 保 护 元 件 有 3 种 接 入 方 式 ： 交 流 （ 输 入 ） 侧 、 直 流 （ 输 出 ） 侧 、 元 件 侧 。2过电压保护晶闸管过电压保护措施有以下几种：（1）阻容保护。（2）硒堆保护。保护元件也有 3 种接入方式：交流侧、直流侧和元件侧。第
10、 6 章 可控整流电路 1256.3 习题解答6.1 晶 闸 管 与 具 有 一 个 PN 结 的 二 极 管 和 具 有 两 个 PN 结 的 三 极 管 相 比 有 何 区 别 ？解 晶闸管、二 极 管 以 及 三 极 管 虽 然 是 3 种 截 然 不 同 的 器 件 ， 但 它 们 都可以作为单方向导电的开关。然而，即使作为开关使用，它们之间却也存在着很大的差异。与二极管比较，晶闸管具有可控性，即在阳极和阴极之间加上正向电压的时候，并且在控制极和阴极之间也加上正向电压晶闸管才能导通。二极管没有可控性，只要在阳极和阴极之间加上正向电压二极管就会导通。此外，晶闸管导通后可以通过几十至上千安
11、培的电流，比二极管大得多。与三 极 管 比较，晶闸管不具有放大作用，只有当控制极电流达到某一数值时，阳极与阴极之间由阻断突然变为导通，导通后可以通过几十至上千安培的电流，并且控制极就不再起控制作用。三 极 管 具有放大作用，在放大区集电极电流与基极电流成正比，即使在饱和区或截止区，也可以通过改变基极电流使其脱离饱和区或截止区，仍可用基极电流去控制集电极电流的大小。6.2 晶闸管导通的条件是什么？晶闸管导通后，通过管子阳极的电流大小由哪些因素决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？解 晶闸管的导通条件是：在阳极和阴极之间加适当的正向电压 UAK，并且在控制极和阴极之间加适当的正向触发电压
12、UGK。因为晶闸管导通后的管压降约为 1V 左右，电源电压 UA 几乎全部加到负载电阻 RA 上，阳极电流 ，所以，晶闸管导通后阳极的电流大小基本上由电源电压 UA 和负载电阻ARUIRA 决定。晶闸管阻断分正向阻断和反向阻断两种情况。正向阻断时所承受的正向电压由正向转 折电 压 UBO 决定，超过此值时晶闸管被击穿导通而损坏。通 常 将 正 向 转 折 电 压 UBO 的 80 规 定为 正 向 阻断 峰 值 电 压 UFRM。 反向阻断时所承受的反向电压由反向转 折 电 压 UBR 决定，超过此值时晶闸管被反向击穿，漏电流剧烈增大而损坏。通 常 将 反向 转 折 电 压 UBR 的 80
13、规 定 为 反向 阻断 峰 值 电 压 UFRM。6.3 晶闸管由导通变为阻断状态的条件是什么？为什么晶闸管导通后控制极就失去控制作用？解 晶闸管由导通变为阻断状态的条件是，晶闸管阳极电流小于维持电流 IH，或将阳极与电源断开或给阳极与阴极之间加反向电压。由于晶闸管内部存在强烈的电流正反馈，在触发信号使晶闸管导通后，正反馈即可维持晶闸管的饱和导通状态，所以，晶闸管导通后控制极就失去控制作用。6.4 某电阻需要 024V 可调直流电压，采用单相可控半波整流电路。现有两种供电方案：（1）220V 交流电网直接供电；（ 2）用整流变压器供电， V。试比较两种供电602U方案下晶闸管的导通角以及所选单
14、相可控半波整流电路是否能满足负载的要求？电子技术学习指导与习题解答126分析 所选单相可控半波整流电路的导通角 ，而控制角 的调整范围为1800180，所以，欲知所选单相可控半波整流电路是否能满足负载的要求，只要求出控制角 的调整范围是否为 0180即可。解 由单相可控半波整流电路输出直流电压的表达式： 2cos145.0oU得晶闸管的控制角为： .arcs2o（1）采用 220V 交流电网直接供电时晶闸管的控制角为： 12045.rs145.02arcosU晶闸管的导通角为： 92180因为控制角 的调整范围在 0180之内，所以，所选单相可控半波整流电路能满足负载的要求。（2）采用整流变压
15、器供电， V 时晶闸管的控制角为：629.3816045.2arcos145.0arcosU晶闸管的导通角为： .9.3808因为控制角 的调整范围在 0180之内，所以，所选单相可控半波整流电路能满足负载的要求。6.5 有一电阻性负载，需要直流电压 60V，电流 30A。采用单相可控半波整流电路，由电网 220V 电压供电，试计算晶闸管的导通角、电流的有效值以及管子承受的最大正反向电压。分析 根据有效值的定义，电流的有效值 。为了保证晶闸管在出现瞬tiId21时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重 复 峰 值 电压 UFRM 和URRM：UFRM FM)3(URRM
16、R2解 由单相可控半波整流电路输出直流电压的表达式： cos145.02o得晶闸管的控制角为：第 6 章 可控整流电路 127 8.712045.6arcos145.02arcosU晶闸管的导通角为： .8.708晶闸管电流的有效值为： (A) 62236.18.72sin4130i2sin41di2o2L22IURtI晶闸管所承受的最高正向电压 UFM、最高反向电压 URM 都等于：（V ）3102RMF 为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重 复 峰 值 电压 UFRM 和 URRM：UFRM （V ）96)()32(FURRM （V）3023
17、12R6.6 一单相可控半波整流电路，负载电阻 ，由电网 220V 电压供电，控制角L，试计算整流电压的平均值、电流的有效值以及管子承受的最大正反向电压。60解 因为是单相可控半波整流电路，所以整流电压的平均值为：（V ）25.7460cos1245.02cos145.0o 电流有效值为： (A) 95.1323/60sin402i1dsinL22RUtI晶闸管所承受的最高正向电压 UFM、最高反向电压 URM 都等于：电子技术学习指导与习题解答128（V ）31022RMF U为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重 复 峰 值 电压 UFRM 和
18、 URRM：UFRM （V ）96)()32(FURRM （V）302312R6.7 一 单 相 半 控 桥 式 整 流 电 路 ， 其 输 入 交 流 电 压 有 效 值 为 220V， 负 载 为 1k 电 阻 ， 试 求控 制 角 及 时 负 载 上 电 压 和 电 流 的 平 均 值 ， 并 画 出 相 应 的 波 形 。09分析 根据单 相 半 控 桥 式 整 流 电 路 负载上电压的平均值 可知，控制角cos9.2oU 不同，负载上电压的平均值不同，电 流 的 平 均 值 以 及 相 应 的 波 形 也 不 同 。解 （1）控制角 时负载上电压的平均值为：0（V ）19820cs9
19、.02cos19.o U电流的平均值为：（mA）18LoRI（2）控制角 时负载上电压的平均值为：90（V ）920cos9.02cs1.o U电流的平均值为：（mA）1LoRI相 应 的 波 形 如 图 6.7 所 示 。 t0uo， io t0uo tuVSO20iouVSO1 t0uo， io tuVSO10uo tuVSO2io0（a） 时 的 波 形 （b） 时 的 波 形090第 6 章 可控整流电路 129图 6.7 习题 6.7 解答用图6.8 一电阻性负载，要求在 060V 范围内调压，采用单相半控桥式整流电路，直接由220V 交流电源供电，试计算整流输出平均电压为 30V
20、和 60V 时晶闸管的导通角。分析 本题可先应用 求出控制角 ，则导通角 。2cos19.oU180解 由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式： 2cos19.0o得晶闸管的控制角为： .arcs2oU（1）输出平均电压为 30V 时晶闸管的控制角为： 2.13409.rs19.02arcos导通角为： 8.52.3480（2）输出平均电压为 60V 时晶闸管的控制角为： 2.1309.6arcos19.02arcosU导通角为： 8.2.3806.9 在电阻性负载单相半控桥式整流电路中，已知当控制角 时，输出直流电压V，输出直流电流 A。如果将输出直流电压调到 V，则需要将控制150oU
21、50oI 120oU角 调到多大？这时的输出直流电流 Io 是多少？分析 本题可先应用 时 V 求出变压器副边电压 59.02cs19. 2UU2，然后再求 V 时的控制角 和输出直流电流 Io。120o解 由单相可控半波整流电路输出直流电压的表达式： 2cs19.0o得变压器副边电压的有效值为：（V ）7.60cos1.5cs19.02U将输出直流电压调到 V 时的控制角为：o电子技术学习指导与习题解答130 2.5317.69.02arcos19.02arcosU负载电阻为：（）35oLIR这时的输出直流电流为：（A ）4012LoI6.10 在电阻性负载单相半控桥式整流电路中，要求输出直
22、流电压 Uo 在 060V 的范围内连续可调。若采用变压器供电，试计算变压器副边电压有效值 U2（考虑电源电压的 10%波动）和晶闸管控制角 的调节范围。分析 本题计算变压器副边电压 U2 时需要考虑电源电压的 10%波动，应在计算所得结果的基础上加大 10%，而不是减小 10%。解 由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式： 2cos19.0o得变压器副边电压的有效值为：（V）7.60cos1.cs19.02oU考虑电源电压的 10%波动，则 U2 应 取 ：（V ）74.6此时的控制角为： 7.3619.02arcos19.0arcos2V 时的控制角为：0oU 8074.arcs.ar
23、cs2oU晶闸管控制角的调节范围为 。1807366.11 在上题中，如果不用变压器，而直接将整流电路的输入端接在 220V 的交流电源上，要使输出直流电压 Uo 仍在 060V 的范围内连续可调，则晶闸管控制角 的调节范围变为多少？分析 根据 可知，在输出直流电压 Uo 可调范围不变的情况下，输入2cs19.o的交流电压 U2 增大，则晶闸管控制角 的调节范围变小。解 由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式： 2cs19.0oU第 6 章 可控整流电路 131得晶闸管的控制角为： 19.02arcosU所以， V 时的控制角为：60oU 2.32.6arcs19.02arcosV 时的控
24、制角为：o 180749.0arcos.arcs2oU晶闸管控制角的调节范围为 。1836.12 有一电阻性负载，需要可调的直流电压 V，直流电流 A，采6o 10oI用单相半控桥式整流电路，试计算变压器副边电压有效值 U2，并选择整流元件。分析 根据 可知，在晶闸管控制角最小即 时输出直流电压 Uo2cos19.0oU 0最大，为 V。6解 由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式： 2cos19.0oU得变压器副边电压的有效值为：（V）7.60cos1.cs19.02o晶闸管所承受的最高正向电压 UFM、最高反向电压 URM 和二极管所承受的最高反向电压UDRM 都等于：（V ）947.
25、62DRMFM流过晶闸管和二极管电流的平均值为：（ A）510oVSOII为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重 复 峰 值 电压 UFRM 和 URRM：UFRM （V ）2894)32()32(FMURRM （V ）1R选 10A、200V 的晶闸管和 10A、100V 的二极管。电子技术学习指导与习题解答1326.4 习题与考研试题精选6-1 单相半控桥式整流电路如图 6.8 所示，由市电 220V 直接供电，已知负载电阻，输出直流电压 V。试求：6LR60oU（1）晶闸管导通角 的可调范围。（2）晶闸管电流的平均值 IVSO 和有效值 I。
26、（3）晶闸管承受的正向和反向最大电压 UFM 和 URM。6-2 单相半控桥式整流电路如图 6.9 所示，已知负载电阻 ，输出直流电压6LRV。试求：60oU（1）变压器副边电压有效值 U2 和电流有效值 I2。（2）晶闸管导通角 的可调范围。（3）晶闸管电流的平均值 IVSO 和有效值 I。（4）晶闸管承受的正向和反向最大电压 UFM 和 URM。+uo-RLioVSO1 VSO2VD1 VD2 220V+u1-+uo-RLioVSO1 VSO2VD1 VD2+u2-图 6.8 习题 6-1 的图 图 6.9 习题 6-2 的图6-3 单相半控桥式整流电路如图 6.10 所示，已知交流电压有
27、效值 V，直流电源02U的电动势 V。15E（1）画出 时整流电压 Uo 和电流 Io 的波形。60（2）求出晶闸管导通角 。6-4 在如图 6.11 所示可控整流电路中，已知交流电压有效值 V，负载电阻20，求负载平均电流分别为 1A 和 2A 时晶闸管的导通角 。50LR第 6 章 可控整流电路 133+uo-RLioVSO1 VSO2VD1 VD2+u2- E+uo-RLioVD1 VD2VD3 VD4+u2-VSO图 6.10 习题 6-3 的图 图 6.11 习题 6-4 的图6-5 电感性负载采用单相半控桥式整流电路，如图 6.12 所示，已知交流电压有效值V，负载电阻 ，晶闸管控
28、制角 。试求：20U5LR60（1）输出电压平均值 Uo 和输出电流平均值 Io。（2）晶闸管的电流平均值 IVSO 和二极管的电流平均值 ID。（3）说明续流二极管 VD3 的作用。6-6 电感性负载采用单相半控桥式整流电路，如图 6.13 所示，已知交流电压有效值V，负载电阻 ，晶闸管控制角 。试求：10250LR60（1）分析电路工作情况，画出电压、电流波形。（2）说明此电感性负载电路中为什么不用续流二极管。（3）输出电压平均值 Uo 和输出电流平均值 Io。（4）晶闸管的电流平均值 IVSO 和二极管的电流平均值 ID。+uo-RLVSO1 VSO2VD1 VD2+u2-VD3L+uo-RLVSO1 VD1VSO2 VD2+u2-L图 6.12 习题 6-5 的图 图 6.13 习题 6-6 的图
