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1、摘要由于晶闸管具有体积小，重量轻，效率高，寿命长，使用方便。可以方便的进行整流和逆变且可以不改变电路结构的前提下改变整流或逆变电流的大小的特点。关于晶闸管和触发电路部分的内容是基础部分，主要介绍了晶闸管的基本原理，主要介绍了晶闸管的特点，各自的优缺点及伏安特性的原则等，根据任务书要求最终选择满足设计任务的设计方案。触发电路是非常重要的部分，从单结晶体管和同步信号为锯齿波的触发电路来研究，并使用SIMULINK仿真软件为设计中需要的仿真程序来进行处理以及结果的体现。晶闸管的基本原理主要是以工作原理以及伏安特性来进行介绍和了解，为了下文的触发电路的设计做基础。本设计主要是以单结晶体管构成的触发电路
2、和同步信号为锯齿波的触发电路为主要研究方向，从简到繁。逐步了解和接触触发电路。在仿真的部分，由于要使用没有接触过的SIMULINK仿真软件，为了更好的完成仿真目的，本设计之中也主要的突出仿真软件的介绍，全面完成先设计再仿真的工作。由于现在对于晶闸管的使用越来越频繁，在各个领域内都需要从晶闸管的使用和研究。通过本次的毕业设计的研究，可以使在今后的工作中得到一定的帮助。关键词： 晶闸管； 晶闸管触发电路； 单结晶体管构成触发电路；同步信号锯齿波触发电路AbstractAs a result of crystal brake tube has the advantages of small volu
3、me, light weight, high efficiency, long life, easy to use. To facilitate the conduct of rectifier and inverter and can not change the circuit structure of changing the rectifier or inverter current size characteristics, but it is precisely because of such advantages.The thyristor and a trigger circu
4、it part of the contents of infrastructure, mainly introduces the basic principle of thyristor, mainly introduced the characteristics of the thyristor, their respective advantages and disadvantages and volt-ampere characteristic principles, under the mandate calls for a final choice on the design tas
5、k design. A trigger circuit is a very important part, from single junction transistor and a synchronization signal for the sawtooth wave trigger circuit to study, and the use of SIMULINK simulation software for the design of the simulation program for processing needs as well as the results of embod
6、iment. The basic principle of thyristor is based on the working principle and characteristic are introduced and understanding, in order to below the trigger circuit design foundation. This design is mainly based on single junction transistor constituting the trigger circuit and a synchronization sig
7、nal as a sawtooth wave trigger circuit as the main research directions, from simple to complex. Gradually understand and contact trigger circuit. In the simulation part, due to the use of no contact with the SIMULINK simulation software, in order to better accomplish the simulation object, the desig
8、n is also the major outstanding simulation software, complete the design and Simulation of work Now due to thyristor is used more and more frequently, in various areas are required from the thyristor use and research. Through this graduation design research, can make the work in the future to get so
9、me help. Keywords: thyristor; thyristor trigger circuit; the representative transistor；Sawtooth wave trigger circuit synchronous signal 目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 设计的前提与基础11.3 触发电路的实际应用2第二章 电力系统仿真软件介绍32.1 电力系统仿真软件32.2 MATLAB与SIMULINK概述42.2.1 MATLAB与SIMULINK发展简史42.2.2 MATLAB与SIMULNK的特点6第三章 晶闸管的基本理论113.1 晶闸
10、管的工作原理113.2 晶闸管的工作过程12第四章 单结晶体管的触发电路144.1 单结晶体管简介144.1.1单结晶体管的伏安特性144.1.2单结晶体管的主要参数154.2 单结晶体管的触发电路154.2.1同步电路164.2.2脉冲移相与形成17第五章 KTM03系列集成触发电路系列触发电路205.1 KTM03系列集成触发电路简述205.1.1 KTM03系列集成触发电路的内部结构205.1.2 KTM03系列集成触发电路的主要参数215.2 KTM03系列集成触发电路的仿真与设计215.2.1 KTM03用于控制双向晶闸管的电路的设计215.2.2 KTM03用于控制双向晶闸管的电路
11、的工作原理225.2.3 KTM03用于控制双向晶闸管的电路的仿真22第六章 结论23第七章 致谢24参考文献25第一章 绪论1.1 引言电力电子器件是构成电力电子设备的基本元件，是电力电子技术的基础，其原理、特性和应用方法及典型电路决定着电力电子电路及应用系统的性能、价格和可靠性。而电力电子器件从产生到现在经历了工频、低频、中频到高频的发展历程，与此相对应，电力电子电路的控制也从最初以相位控制为手段的由分立元件组成的控制电路发展到集成控制器，再到如今的旨在实现高频开关的计算机控制，并向着更高频率、更低损耗和全数字化的方向发展。 在电力半导体器件经过的50多年的发展里，在器件制造技术上不断提高
12、，已经历了以硅整流管(SR)、晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的分立器件，以功率集成器件为代表的PIC和以智能化功率集成模块为代表的IPM发展时间。按照其特性，电力半导体器件可分为硅整流管(SR)为代表的不可控器件，晶闸管(SCR)为代表的只能通过门极电压控制其开通不能控制其关断的半可控器件和以可关断晶闸管(GTO) 、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的既能控制其开通又能控制其关断的全控型器件三大类。正是因为电力半导体器件的发展，使得电力电子技术也得到了质的转变！电力电子技术的发展是从低频技
13、术处理问题为主的传统电力电子技术向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。1.2 设计的前提与基础此毕业设计的题目为晶闸管触发电路的仿真与设计，主要要从电力电子技术方面展开深入的研究及总结。因此，此设计的前提与基础就是了解电力电子技术的基本知识。电力电子技术是一门融合了电力技术、电子技术和控制技术的新兴的交叉领域，是使用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和交换的技术。它既是电子学在强电或电工领域的一个分支，又是电工学在弱点或电子领域的一个分支，或者说是强弱结合的新学科。电力电子技术也称为电力电子学，或功率电子学（Power Electronics)。通常所用的电力有
14、直流和交流两种。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。实际应用中，在某种场合得到的电源往往不能满足用户的要求，需要在两种电能之间或对同种电能的一个或多个参数（如电压、电流、频率和功率因数等）进行交换。电力电子技术主要由3各部分组成：电力电子器件、变流技术和控制技术。其中电力电子器件是电力电子技术的基础，变流技术是电力电子技术的核心和主体，控制技术是不可或缺的组成部分。变流不只是交直流之间的变换，也包括直流变直流、交流变交流等。而触发电路就是属于变流技术的一个分支部分。1.3 触发电路的实际应用经过几十年的发展，电力电子技术已经渗透到了许多领域之中。变流技术的
15、控制也是从最初的分立元件组成的控制电路发展到集成控制器。据估计，在发达国家，用户使用的电能中有60%以上的电能至少经过一次以上的电力电子装置的处理。在电力系统中，发电机的直流励磁与交流励磁是由电力电子装置控制的，可以达到节能和提高电力系统稳定性的目的。静止无功补偿、有源电力滤波器、动态电压恢复器等电力电子装置，有效地减少了传统变流装置形成的电网公害，提高了电网功率因数，抑制了电网谐波，防止了电网电压瞬时跌落、闪变，有效地改善了电力系统中电能的质量。太阳能，风能作为可再生能源，具有很大的发展空间。太阳能、风能发电受环境条件的制约，发出的电能质量较差。利用电力电子技术进行能量储存和变换，可以有效地
16、改善电能质量，同时，采用变速恒频发电技术，可以将以上的新能源与电力系统联网向用户输送电能。还有现在别广泛应用的不间断电源（UPS），别应用在计算机机房、医院、宾馆等重要的公共场所。目前，UPS在现代社会之中的作用越来越重要，在电力电子产品应用之中也已占有相当大的份额。第二章 触发电路仿真软件2.1 电力系统仿真软件 电力系统是一个大规模、时变的复杂系统，在国民经济中有非常重要的作用。电力系统数字仿真已成为电力系统的研究、规划、运行、设计等各个方面不和或缺的工具，特别是电力系统新技术的开发研究、新装置的设计、参数的确定更是需要通过仿真来确认。目前常用的电力系统仿真软件有： 邦纳维尔电力局（Bon
17、neville Power Administration,BPA）开发的BPA程序和EMTP程序； 曼妮托巴高压直流输电研究中心（Manitoba HVDC Research Center）开发的PSCAD/EMTDC程序； 德国西门子公司研制的电力系统仿真软件NETOMAC； 中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序PSASP； MathWorks公司开发的科学与工程计算软件MATLAB（Matrix Laboratory，矩阵实验室）。今年来，MATLAB由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路，在多个领路都有广泛的应用。在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠地科学计算标准软
18、件。在许多国际一流学术刊物（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认为是进行高效研究和开发的首选软件工具。1998年MathWorks公司推出了MATLAB5.2版本，针对电力系统设计了电力系统模块。该模块集包含了大量的电力系统的常用元器件，并将它作为高效的仿真分析软件。2.2 MATLAB与SIMULINK概述2.2.1 MATLAB与SIMULINK发展简史（1）MATLAB发展简史 20世纪70年代后期，新墨西哥大学计算机科学系系主任的Cleve Moler和他的同事，希望在他的线性代数授课课程中使用LINPACK和EISPACK软件
19、。但是他并不像增加学生的编程负担，因此，设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，并命名为MATLAB，其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵。在MATLAB下，矩阵的运算变得非常容易。因此，一两年后，MATLAB在应用数学的团体中流行了起来。 到了1984年，Cleve Moler和John Little成立了MathWorks公司，发行了MATLAB1.0，正式把MATLAB推向市场。MATLAB的第一个商业化版本是同年推出的基于DOS的MATLAB3.0，该版本已经具有数值计算和数据图示化的功能。通过不断的改进，MATLAB逐步发展成一个集数值处理、图像处
20、理、符号计算、文字处理、数学建模、实时控制、动态仿真、信号处理为一体的数字应用软件。 一直到2000年10月底推出了全新的MATLAB6.0正式版，在操作界面上有了很大的改观，同时还给出了程序发布窗口、实时信息窗口和变量管理窗口等，为用户的使用提供了很大的方便；在计算内核上抛弃了其一直使用的LINPACK和EISPACK，而采用了更具有优势的LAPACK软件包和FFTW系统，速度变得更快，数值性能也很好；在用户图形界面设计上也更趋合理；与C语言接口及转换的兼容性也更强。现在的MATLAB支持各种操作系统，它可以运行在十几个操作平台上，其中比较常见的有基于Windows 9X/NT，OS/2，M
21、acintosh，Sun，UNIX，Linux，等平台的系统。现在的MATLAB再也不是一个简单的矩阵实验室了，它已经演变成一个具有广泛应用前景的全新的计算机高级汇编语言，其功能也越来越大，并不断地根据科研需求提出新的解决方法。（2）simlink发展简史Simlink是Math works公司开发的有一个产生重大影响的软件产品，为了准确的分析控制系统，的复杂模型，1990年Math works公司为MATLAB提供了崭新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，它以工具库的形式接在MATLAB3.5版上。SIMULAB包括仿真平台和系统仿真模型库两部分，主要用于仿真以数学函数
22、和传递函数表达的系统，它是20世纪70年代开发的连续系统仿真程序包（CCS）的继续。该软件发布后很快就在控制领域得到了广泛的使用，但是，因为其名字与著名的软件SIMULA类似，所以1993年改名为SIMULINK，意思是仿真链接。该软件有两个特别明显的功能：仿真与链接。也就是说，可以直接利用鼠标在模型窗口中画出所需要的控制系统模型，然后再利用该软件提供的功能来对付控制系统直接进行模拟。很明显，这种做法使得一个原本很复杂的系统变得相当容易输入。SIMULINK的出线使得MATLAB在控制系统方针以及电脑辅助设计（CAD）中的应用开创了崭新的一页。现在的SIMULINK都直接捆绑在MATLAB之上
23、，版本也从1993年的MATLAB4.0/SIMULINK1.0版升级到了2007年的MATLAB7.3/SIMULINK6.6版，并且可以针对任何能够用数学描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统，卫星控制制导系统，通讯系统，船舶及汽车动力学系统等。由于SIMULINK的仿真平台使用方便，功能强大，因此后来拓展的其他模型库也都共同使用了这个仿真环境名称为了MATLAB的公共平台。（2） SimPowerSystems库发展简史SimPowerSystems库是SIMULINK下面的一个专用的模块库，是在SIMULINK环境下进行电力，电子系统建模和仿真的先进工具。他建立在加拿大Hydro-
24、Quebec电力系统测试和仿真实验室的实践经验基础之上，并由Hydro-Quebec开发而成，功能非常强大，SimPowerSystems库提供了一种类似电路建模的方式进行建模绘制，在仿真前，自动将仿真系统图编程状态方程描述的系统形式，然后再SIMULINK下进行仿真分析。它为电路，电力电子系统，电机系统，发电，输变电系统和配电计算提供了强有力的解决办法，尤其是当设计开发内容涉及控制系统设计时，优势更为突出。1998年，当时以SimPowerSystems（PSB）命名的电力系统模块集跟随MATLAB5.2一同推出。该模块集中包含电力系统常见元件和设备，以直观易用的图形方式对电力系统进行模型描
25、述，并可与其他SIMULINK模块相连，进行一体化的系统级动态分析。2002年，MATLAB推出R13版本，将SimPowerSystems更名，当年的版本为2.3.2003年，推出的SimPowerSystems3.0有了较大的改进。它明确表明SIMULINK端口与电力线路段子端口之间的区别，并专门为电力系统物理建模提供了相关段子端口，强调不得讲点理端口连接到SIMULINK的输入和输出端口；规定SimPowerSystems3.0中的模块可以只有端子端口，也可以只有SIMULINK端口；还可以二者兼得，对早期SimPowerSystems版本中的分析命令进行重新命名。2004年9月推出的S
26、imPowerSystems4.0对SIMULINK进行拓展，提供了可适合基本电子电路和具体电力系统的建模与仿真工具。这些工具可以对发电，输电和输配电以及机电能量转换的过程进行高效建模。SimPowerSystems4.0提供了新的应用程序库，发展历程见表2-1.表2-1 SimPowerSystems库发展简史时间MATLABSIMULINKSimPowerSystems1984MATLAB1993MATLAB 4.2SIMULIB1996MATLAB 5.0.1（R08）1997MATLAB 5.1(R9)SIMULINK2.01998MATLAB 5.2(R10)SIMULINK2.2S
27、imPowerBlockset1.01999.1MATLAB 5.3(R11)SIMULINK3.0SimPowerBlockset1.11999.11MATLAB 5.3.1(R11.1)SIMULINK3.0.12000MATLAB 6.0(R12)SIMULINK4.0SimPowerBlockset2.12001MATLAB 6.1(R12.1)SIMULINK4.1SimPowerBlockset2.22002MATLAB 6.5(R13)SIMULINK5SimPowerSystems2.32003.2MATLAB6.5.1(R13)SIMULINK5.1SimPowerSyste
28、ms3.02004.6MATLAB7.0(R14)SIMULINK56.0SimPowerSystems3.12004.9MATLAB7.0.1(R14SP1)SIMULINK6.1SimPowerSystems4.02005.3MATLAB7.0.4(R14 SP2)SIMULINK6.2SimPowerSystems4.0.12005.9MATLAB7.1(R14 SP3)SIMULINK6.3SimPowerSystems4.1.12006.3MATLAB7.2(R2006a)SIMULINK6.4SimPowerSystems4.22006.9MATLAB7.3(R2006b)SIMU
29、LINK6.5SimPowerSystems4.32007.3MATLAB7.3(R2006c)SIMULINK6.6SimPowerSystems4.42.2.2 MATLAB与SIMULNK的特点（1）MATLAB的特点自从MathWorks公司推出MATLAB后，MATLAB以其优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力很快在数学软件中脱颖而出。随着版本的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步的完善。MATLAB的特点可以概括为以下七点： 提供了便利的开发环境。MATLAB提供了一组可供用户操作函数和文件的具有图形用户界面的工具，包括MATLAB主界面、命令窗口、历史命令、编辑
30、和调试、在线浏览帮助、工作空间、搜索路径设置等可视化工具窗口。 提供了强大的数字应用功能。MATLAB可惊醒包括基本函数、复杂算法、更高级的矩阵运算等非常丰富的数学应用功能，特别适合矩阵代数领域。它还具有许多高性能数学计算的高级算法，库函数极其丰富，使用方法方便灵活。 编程语言简高效。MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简单。MATLAB既提供有结构化的控制语句，又有面向对象编程的特性。MATLAB程序书写形式自由，利用丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。程序限制不严格，程序设计自由度大，并有很强的用户自定义函
31、数的能力。 强大的绘图能力，便于数据可视化：MATLAB不仅能绘制多种不同坐标系中的二维曲线，还能绘制三维曲面，体现了强大的绘图能力。正是这种能力为数据的图形化表示(即数据可视化)提供了有力工具，使数据的展示更加形象生动，有利于揭示数据间的内在关系。 语言简洁，编程效率高：因为MATLAB定义了专门用于矩阵运算的运算符，使得矩阵运算就像列出算式执行标量运算一样简单，而且这些运算符本身就能执行向量和标量的多种运算。利用这些运算符可使一般高级语言中的循环结构变成一个简单的MATLAB语句，再结合MATLAB丰富的库函数可使程序变得相当简短，几条语句即可代替数十行C语言或Fortran语言程序语句的
32、功能。 应用程序接口功能强大，在MATLAB中，矩阵运算是把矩阵视为一个整体来进行，基本上与线性代数的处理方法一致。矩阵的加减乘除、乘方开方、指数对数等运算，都有一套专门的运算符或运算函数。而对于数组，不论是算术的运算，还是关系或逻辑的运算，甚至于调用函数的运算，形式上可以当作整体，有一套有别于矩阵的、完整的运算符和运算函数，但实质上却是针对数组的每个元素施行的。 但是MATLAB还是有一定的缺点的。和其他的高级成粗相比，MATLAB撑血的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，因此速度较慢。（2） SIMULINK的特点SIMULINK是一种
33、强有力的仿真工具，它能让使用者在图形方式下以最小的代价来模拟真实动态系统的运行。SIMULINK准备有数百种福定义的系统环节模型、最先进的有效积分算法和直观的图示化工具。依托SIMULINK强健的仿真能力，用户在原型机制造之前就可建立系统的模型，从而评估设计并修复瑕疵。SIMULINK具有如下的特点： 建立动态的系统模型并进行仿真。SIMULINK是一种图形化的仿真工具，用于对动态系统建模和控制规律的研究制定。由于支持线性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构，SIMULINK几乎可分析任何一种类型的真实动态系统。 以直观的方式建模。利用SIMULINK可视化的建模方式，可迅速地建立动态
34、系统的框图模型。只需在SIMULINK元件库中选出合适的模块并施放到SIMULINK建模窗口，鼠标点击连续就可以了。SIMULINK标准库拥有超过150中，可用于构成各种不同种类的动态模型系统。模块包括输入信号源、动力学元件、代数函数和非线性函数、数据显示模块等。SIMULINK模块可以被设定为触发和使能的，用于模拟大模型系统中存在条件作用的子模型的行为。 增添定制模块元件和用户代码。SIMULINK模块库是可制定的，能够扩展以包容用户自定义的系统环节模块。用户也可以修改已有模块的图标，重新设定对话框，甚至换用其他形式的弹出菜单和复选框。SIMULINK允许用户吧自己编写的C、FORTRAN、
35、Ada代码直接植入SIMULINK模型中。 快速、准确地进行设计模拟。SIMULINK优秀的积分算法给非线性系统仿真带来了极高的精度。先进的常微分方程求解器可用于求解刚性和非刚性的系统、具有时间触发或不连续的系统和具有代数环的系统。SIMULINK的求解器能确保连续系统或离散系统的仿真速度、准确地进行。同时，SIMULINK还未用户准备一个图形化的调试工具，以辅助用户进行系统开发。 分层次的表达复杂系统。SIMULINK的分级建模能力使得体积庞大、结构复杂的模型构建也简便易行。根据需要，各种模块可以组织成若干子系统。在此基础上，整个系统可以按照自定向下或自底向上的方式搭建。子模型的层次数量完全
36、取决于所构建的系统，不受软件本身的限制。为方便大型复杂结构系统的操作，SIMULINK还提供了模型结构浏览的功能。 交互式的仿真分析。SIMULINK的示波器可以动画和图像显示数据，运行中可调整模型参数进行What-if分析，能够在仿真运算进行时监视仿真结果。这种交互式的特征可以帮助用户快速的评估不同的算法，进行参数优化。由于SIMULINK完全集成于MATLAB，在SIMULINK下计算的结果可以保存到MATLAB工作空间之中，因而就能使用MATLAB所具有的众多分析、可视化及工具箱工具操作数据。（3） SimPowerSystems库的特点使用标准的电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿真
37、。 标准的AC和DC电机模型模块、变压器、输电线路、信号和脉冲发生器、HVDC控制、IGBT模块和大量设备模型。 使用SIMULINK强有力的变步长积分器和零点越检测功能，给出高度精确的电力系统仿真计算结果。 利用定步长梯形积分算法进行仿真计算，为快递仿真和实时仿真提供模型离散化方法。这一特性能够显著提高仿真计算的速度尤其是那些带有电力电子设备的模型。另外，由于模型被离散化，因此可用Real-Time Workshop生成模型的代码，进一步提高仿真的速度。 利用Powergui交互式工具模块可以修改模型的初始状态，从任何起始条件开始进行仿真分析，例如计算电路的状态空间表达、计算电流和电压的稳态
38、解、设定或回复初始电流/电压状态、电力系统的潮流计算等。 提供了扩展的电力系统设备模块，如电力机械、功率电子元件、控制测量模块和三厢元器件。 提供大量功能演示模型，课直接运行仿真或进行案列学习。正因为这样的方便特点，所以对于晶闸管的仿真与设计，可以应用SIMULINK来进行。第三章 晶闸管的基本理论3.1 晶闸管的工作原理 晶闸管是一种大功率 PNPN 四层半导体元件，具有三个 PN 结，引出三个极，阳极 A、 阴极 K、门极（控制极）G，其外形及符号如图 1-1 所示，各管脚名称（阳极 A、阴极 K、 具有控制作用的门极 G）标于图3-1中。图3-1 晶闸管简介图晶闸管的工作原理如下：当晶闸
39、管承受反向阳极（电压时， 无论门极是否有正向触发电压或者承受反向电压， 晶闸管不导通，只有很小的的反向漏电流流过管子，这种状态称为反向阻断状态。说明晶闸 管像整流二极管一样，具有单向导电性。当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上反向电压或者不加电压，晶闸管不导通， 这种状态称为正向阻断状态。这是二极管所不具备的。当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上正向触发电压，晶闸管导通，这种状态 称为正向导通状态。这就是晶闸管闸流特性，即可控特性。晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，将触发电压撤除管子依然处于导通状态。3.2 晶闸管的工作过程晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间
40、的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0, 晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0
41、或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0 （3-1）若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig,从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2） （3-2）硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化.当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（3-2）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流IaIc0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管
42、的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）1时，式（3-2）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。式（3-2）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia继续导通。晶闸管在导通后，门极已失去作用。在晶闸管导通后，若不断减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）0时，晶闸
43、管恢复阻断状态。3.3 晶闸管的伏安特性正向伏安特性与二极管正向伏安特性不同，晶闸管在门极开路时，及时世家一定的正向阳极电压，期间也处于阻断状态，但是当正向电压超过器件允许的最高电压时，内部结被击穿，时器件进入考挺状态，这造成器件的失效，这一电压被定义为晶闸管正向阻断电压，或正向转折电压。当外加的阳极正向电压在其转折电压以下时，只要在门极注入规定的电流，器件也会立即进入正向导通状态，导通以后的伏安特性类似于二极管，也有一正向压降，称为通态压降。反向伏安特性当晶闸管承受反向阳极电压时，由于结处于反向偏置状态，晶闸管流过的电流仅由各区少数载流子形成，因此非常小，这就是器件的反向阻断状态，随着反向电
44、压的增加，穿过结的少数载流子稍有增大，反向漏电流稍有增大。由于结击穿电压仅有十几伏到几十伏，一般情况下，反相偏置电压主要由结承担，一旦阳极反向电压超过允许值，使结反向击穿，阳极电流将剧增，使元件永久性失效。第四章 单结晶体管的触发电路4.1 单结晶体管简介只有一个PN节作为发射极而有两个基极的三端半导体器件，早期称为双基极二极管。其典型结构是以一个均匀轻掺杂高电阻率的N型单晶半导体作为基区,两端做成欧姆接触的两个基极，在基区中心或者偏向其中一个极的位置上用浅扩散法重掺杂制成 PN结作为发射极。当基极B1和B2之间加上电压时，电流从B2流向B1,并在结处基区对B1的电势形成反偏状态。如果将一个信
45、号加在发射极上，且此信号超过原反偏电势时，器件呈导电状态。一旦正偏状态出现，便有大量空穴注入基区，使发射极和B1之间的电阻减小，电流增大，电势降低，并保持导通状态，改变两个基极间的偏置或改变发射极信号才能使器件恢复原始状态。因此，这种器件显示出典型的负阻特性,特别适用于开关系统中的弛张振荡器，可用于定时电路、控制电路和读出电路。4.1.1单结晶体管的伏安特性两基极b1与b2之间的电阻称为基极电阻： rbb=rb1+rb2 （4-1） 式中：rb1-第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化，rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。 若在
46、两个基极b2、b1间加上正电压Vbb，则A点电压为： VA=rb1/(rb1+rb2)vbb=(rb1/rbb)vbb=Vbb （4-2） 式中：-称为分压比，其值一般在0.3-0.85之间，如果发射极电压VE由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性： 当Ve Vbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。当Ve Vbb+VD VD为二极管正向压降（约为0.7伏），PN结正向导通，Ie显著增加，rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对就的发射极电压和电流，分别称为峰点电压Vp和峰
47、点电流Ip和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Vp=Vbb 随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压，Vv和谷点电流Iv。过了V点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果VeVv，管子重新截止。4.1.2单结晶体管的主要参数 基极间电阻Rbb 发射极开路时，基极b1、b2之间的电阻，一般为2-10千欧，其数值随温度上升而增大。 分压比 由管子内部结构决定的常数，一般为0.3-0.85。 eb1间反向电压Vcb1 b2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。 反向电流Ieo b1开路，在额定反向电压Vcb2下，
