第七章 晶闸管及应用电路-电子技术基础与技能 辅导与练习（第二版）

第七章　晶闸管及应用电路 学习目标 （１）了解单向晶闸管和双向晶闸管的管脚功能； （２）了解单向晶闸管和双向晶闸管的工作原理及工作特点； （３）了解单向晶闸管和双向晶闸管的检测方法； （４）了解单向晶闸管和双向晶闸管的应用领域。 知识要点 １．晶闸管常识 晶体闸流管简称晶闸管，俗称可控硅（ＳＣＲ），是一种控制强电的半导体器件，主要用 于无触点开关电路和可控整流设备。 晶闸管的工作特点是在满足二极管导通的条件下还必须在其控制端加触发信号，管 子才能导通并工作。 ２．晶闸管分类 常用的晶闸管可分为单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸 管和快速晶闸管等。 ３．单向晶闸管结构 单向晶闸管内部有３个ＰＮ结，相当于两只晶体三极管连接在一起，一个为ＰＮＰ型，另 一个为ＮＰＮ型。单向晶闸管的工作特点如图７１所示，Ａ为阳极，Ｋ为阴极，Ｇ为控制极。 图７１ ５９ ４．单向晶闸管的工作特点 ①单向晶闸管导通必须具备两个条件：一是阳极和阴极之间接正向电压；二是控制极 与阴极之间也要接正向电压。 ②单向晶闸管一旦接通，去掉控制极电压时，单向晶闸管仍然导通。 ③导通后，单向晶闸管要关断，必须将阳极电压降到一定程度，或者阳极电流小于维 持电流。 ④单向晶闸管一旦关断，即使阳极 Ａ和阴极 Ｋ之间又重新加上正向电压，仍需在控 制极Ｇ和阴极Ｋ之间重新加上正向触发电压才可再次导通。 单向晶闸管的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态，用它可制成无触点 开关。 ⑤单向晶闸管具有控制强电的作用，即利用弱电信号（触发信号）对控制极的作用就 可使单向晶闸管导通去控制强电系统。 ５．单向晶闸管的检测 （１）管脚判断 用指针式万用表Ｒ×１ｋΩ挡，分别测任意两只脚正反向电阻，６次测试中最小一次中 与黑表笔相接的是控制极，与红表笔相接的阴极，另一只为阳极。 （２）质量判断 用指针式万用表Ｒ×１Ω挡，黑表笔接阳极、红表笔接阴极，此时万用表指针不动。黑 表笔在不断开与阳极连接的同时去碰触控制极，此时万用表读数变小；黑表笔在不断开与 阳极连接的情况下断开控制极；读数仍然小，说明此单向晶闸管质量良好。 ６．单向晶闸管的应用 （１）整流 单向晶闸管整流电路优于二极管半波整流和桥式整流电路。二极管整流不能调整输 出电压的平均值，而单向晶闸管整流电路可以通过调整导通角的大小来调整输出电压的 平均值。 （２）交流调压 通过调整单向晶闸管导通角的大小来改变负载两端交流电压的有效值，达到交流调 压的目的。 ７．双向晶闸管的结构 双向晶闸管是由制作在同一硅单晶片上，由一个控制极的两只反向并联的单向晶闸 管所构成。双向晶闸管是 Ｎ—Ｐ—Ｎ—Ｐ—Ｎ５层三端半导体器件，对外引出３个电极，２ 个主电极，分别用Ｔ１和Ｔ２表示；１个控制电极，用Ｇ表示，其结构、符号如图７２所示。 也可以这样理解，双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控 制极。 ８．双向晶闸管的工作特点 ①在主电极之间加电压而控制极无触发信号，双向晶闸管不导通。 ６９ 图７２ ②无论主电极电压极性如何，在主电极正、反两个方向均可触发双向晶闸管，如图７３ 所示。 图７３ ③双向晶闸管导通后去除触发信号能继续保持导通，但主电极电压为零时，双向晶闸 管自行阻断。此时只有重新加触发电压方可再次导通。由于双向晶闸管具有正、反两个 方向都能导通的特性，所以它的输出电压不像单向晶闸管那样是直流，而是交流形式，故 称为交流无触点开关。 ９．双向晶闸管的检测 （１）管脚Ｔ２判断 用指针式万用表Ｒ×１Ω挡，分别测量各管脚的正、反向电阻，若测得两管脚的正、反 向电阻都很小，即为Ｔ１和Ｇ极，而剩下的一脚为Ｔ２。 （２）管脚Ｔ１和Ｇ及质量判断 假设其中一脚为Ｔ１，另一脚为Ｇ，用红表笔接Ｔ２，黑表笔接假设的Ｔ１，读数大，红表笔 在不断开与Ｔ２连接的同时去短接假设的Ｇ，读数会变小；然后红表笔在不断开 Ｔ２的情况 下断开与Ｇ的连接，若读数仍然小，则假设的Ｔ１和Ｇ是正确的。交换红黑表笔，若用同样 的方法测量得到同样的结果，则说明此双向晶闸管的质量良好。 １０．双向晶闸管的应用 双向晶闸管主要用于交流调压、电机调速、交流开关、路灯控制、温度控制、台灯调光、 舞台调光等，还被用于固态继电器和固态接触器电路中。 １１．特殊晶闸管 具有特殊功能及用途的晶闸管有可关断晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、温控晶闸 ７９ 管和快速晶闸管等。 解题示例 例７１　分析图７４所示晶闸管无级调光灯电路的工作原理。 图７４　晶闸管无级调光灯电路 【分析】　分析该电路结构，单向晶闸管是该电路的核心器件。２２０Ｖ电压经二极管 ＶＤ１～ＶＤ４整流后，加到晶闸管的 Ａ、Ｇ两端的电压是一个正弦脉动电压。该电压经限流 电阻降压，然后提供给触发电路。晶闸管触发导通后，通过调节晶闸管的导通角，即可控 制工作电压的大小，达到控制灯亮度的目的。 解：该电路为晶闸管调压电路，是实用电子调压器，其电压调节方式为无级连续可调， 能有效地对电灯进行调光。该电路也可用于对电风扇进行调速，对电热毯进行调温。 当交流电经过桥式整流后，加在晶闸管阳极和阴极两端的是脉冲电压，它经限流电阻 Ｒ１作为直流电源和同步电压供给触发电路。正弦脉动电压每半个周期内，当电容 Ｃ上充 电电压达到单结晶体管峰点时，单结晶体管由截止变导通，电容Ｃ放电，在Ｒ３上输出一个 脉冲，加至晶闸管控制极，触发晶闸管导通，于是有电流通过灯泡。 晶闸管导通后，整流输出正向压降下降（１Ｖ左右），导致振荡器停止工作。当正弦脉 冲电压过零时，晶闸管关断，待到下一个周期开始时，电容Ｃ又重新充电，重复上述过程。 调节电位器ＲＰ的大小可以改变每半个周期内晶闸管导通时间的长短，从而控制供给 灯泡的工作电压，即调整灯泡的亮度。ＲＰ值越小，电容Ｃ所需充电时间越短，促使单结晶 体管到达峰点电压而导通，因而晶闸管的导通角就大，灯泡就越亮。反之，灯泡就变暗。 课堂练习题 一、填空题 １．晶闸管是 的简称，又名 。 ２．单向晶闸管有 、 和 ３个电极，分别用字母 、 、 表示。 ３．单向晶闸管由 层半导体组成；双向晶闸管由 层半导体 组成。 ４．单向晶闸管导通的条件是在 和 之间加正向电压， ８９ 和 之间同时加正向电压。单向晶闸管导通后 就 失去了控制作用。 ５．单向晶闸管关断的条件是 或 。 ６．根据单向晶闸管原理，可以将其看成 型和 型两个晶体 三极管互联。 ７．双向晶闸管可以看作是 。它没有阳极和阴极之分，具有正、 反两个方向都能 的特性，故可以用在 电路上。 ８．根据单向晶闸管的工作原理，用指针式万用表可以估测晶闸管的好坏，用万用表 挡，黑表笔接 极，红表笔接 极，这时晶闸管具备 条件，此时指针应接近 。在保持两表笔接法不变时， 用 表 笔 去 接 触 ，若 万 用 表 指 针 ，再 断 开 与 相连的表笔，如果万用表指针 ，说明该晶闸管是好的。 ９．单向晶闸管很像二极管，它与二极管的最根本的区别是它的导通是 。 １０．晶闸管整流电路中，若晶闸管的控制角α减小，则输出的直流电压将 。 １１．双向晶闸管是一种开关元件，它能用 信号去控制 的输 出电流，可以避免跳动的触点引起的电弧。 二、判断题 １．晶闸管和晶体管都能通过小电流去控制大电流，因此它们都具有放大作用。 （　　） ２．晶闸管只要加正向阳极电压就导通，加反向电压就关断，所以晶闸管具有单向导电 性。　　 （　　） ３．晶闸管导通后，若阳极电流小于维持电流，则晶闸管必然自行关断。 （　　） ４．晶闸管具有阳极电流随控制的电流按比例增大的作用。 （　　） ５．晶闸管的整流原理是通过控制晶闸管在每半个周期的导通角，从而控制输出电压。 （　　） 三、选择题 １．要使单向晶闸管导通，必须满足（　　）。 Ａ．加正向电压 Ｂ．加触发电压 Ｃ．加正向电压的同时加触发电压 Ｄ．加正偏电压 ２．晶闸管导通后通过晶闸管的电流大小取决于（　　）。 Ａ．负载电阻 Ｂ．晶闸管电流容量 Ｃ．晶闸管阳阴极之间的电压 Ｄ．正向电压大小 ３．晶闸管由导通变为关断的充要条件是（　　）。 Ａ．流过晶闸管的电流小于维持电流 Ｂ．去掉触发电压 ９９ Ｃ．改变电源极性 Ｄ．改变负载大小 ４．关于双向晶闸管，下列说法正确的是（　　）。 Ａ．只要存在触发信号和主电极电压，晶闸管就导通 Ｂ．加正向触发信号，只能正向导通；加反向触发电压，只能反向导通 Ｃ．控制极无触发信号，双向晶闸管也可以导通 Ｄ．只要存在触发信号电压，晶闸管就导通 ５．晶闸管与普通二极管（　　）。 Ａ．正向特性相似 Ｂ．反向特性相似 Ｃ．反向特性相似，正向特性相似但分条件而定 Ｄ．可能导通 ６．晶闸管两端突然加上一个正向电压，晶闸管（　　）。 Ａ．导通 Ｂ．截止 Ｃ．如果超过转折电压就导通 Ｄ．可能导通 ７．晶闸管整流电路输出电压的改变是通过（　　）来实现的。 Ａ．调节触发电压高低 Ｂ．调节电源电压大小 Ｃ．调节阳极电压大小 Ｄ．调节控制角大小 ８．触发信号一般采用（　　）形式。 Ａ．交流 Ｂ．直流 Ｃ．脉冲 Ｄ．正弦波 ９．晶闸管整流电路中，将触发信号出现的时间间隔调大，则输出直流电压将（　　）。 Ａ．增大 Ｂ．下降 Ｃ．不改变 Ｄ．略有增加 １０．以下整流电路中，输出直流电压可以调整的是（　　）。 Ａ．桥式整流 Ｂ．半波整流 Ｃ．晶闸管整流 Ｄ．全波整流 四、作图题 画出两种晶闸管的图形符号，并分别标出其电极名称。 五、问答题 １．简述单向晶闸管的工作特点。 ２．简述双向晶闸管的工作特点。 ００１ 自我检测题 一、填空题 １．晶闸管是一种 的半导体器件，它广泛用于各种 电路及 设备中。 ２．单向晶闸管的导通条件是 ，同时控制极与阴极之间要加适 当的 ，导通后 便失去了控制作用。导通后，晶闸管要关断必须 使阳极电流 。 ３．晶 闸 管 工 作 时 只 有 和 两 种 状 态，因 此 可 以 用 它 制 成 。 ４．晶闸管整流电路与晶体二极管整流电路的区别是晶闸管整流输出电压能够 ，而晶体二极管整流电路的输出电压 。 ５．单向半波晶闸管整流电路的最大控制角为 ，最大导通角 为 。 ６．双向晶闸管可以看成 的单向晶闸管。它没有阳极和阴极之分，具有 的特性，故可以用在交流开关上。 ７．桥式晶闸管整流电路中，当输入交流电压过零时晶闸管必将 。 ８．晶闸管整流电路中，可通过调整触发信号的出现时间来改变晶闸管的控制角，从而 实现控制 。 二、判断题 １．晶闸管导通后，其导通电流的大小不受控制极控制，而取决于负载的大小。（　　） ２．晶闸管和整流二极管都具有单向导电性，因此晶闸管可用来做一般的整流管。 （　　） ３．晶闸管整流电路是通过改变晶闸管的电压大小来实现输出电压连续调节的。 （　　） ４．为了使晶闸管可靠触发，触发信号越大越好。 （　　） ５．不管晶闸管采用何种形式的触发信号，控制极对阴极来说必须设计正极性。 （　　） ６．控制极加负偏压可以提高晶闸管触发电路抗干扰触力，负偏压越大越好。 （　　） ７．用万用表Ｒ×１ｋΩ挡测试单向晶闸管任意两极间的电阻都是无穷大。 （　　） ８．晶闸管一旦触发导通，就不会再关断。 （　　） ９．晶闸管的触发信号必然是正弦波信号。 （　　） １０．双向晶闸管没有正负电极之分，且具有双向导通的特点。 （　　） １０１ 三、单项选择题 １．在桥式整流电路中，与负载串联一只晶闸管是为了（　　）。 Ａ．控制输出电压峰值 Ｂ．控制输出电压平均值 Ｃ．控制输出电压平均值 Ｄ．整流 ２．关于双向晶闸管，下列说法不正确的是（　　）。 Ａ．双向晶闸管主电极加正、负电压，控制极加正向触发电压，晶闸管就导通 Ｂ．双向晶闸管主电极加正、负电压，控制极加反向触发电压，晶闸管就导通 Ｃ．双向晶闸管主电极加正、负电压，控制极不加触发电压，晶闸管也导通 Ｄ．双向晶闸管主电极加正电压，控制极加负向触发电压，晶闸管也导通 ３．双向晶闸管是五层三端半导体器件，（　　）。 Ａ．可等效于两只单向晶闸管反向串联 Ｂ．可等效于两只单向晶闸管反向并联 Ｃ．可等效于两只单向晶闸管同向并联 Ｄ．可等效于两只单向晶闸管同向串联 ４．单向晶闸管由４块掺杂半导体组成，三极管由３块掺杂半导体组成，二极管由２块 掺杂半导体组成，（　　）。 Ａ．一只二极管，一只三极管组合具有一只单向晶闸管的功能 Ｂ．两只三极管组合后可具有一只单向晶闸管的功能 Ｃ．二极管与三极管任何组合形式均不会有一只单向晶闸管的功能 Ｄ．两只二极管串联具有一只单向晶闸管的功能 ５．双向晶闸管的导通条件是（　　）。 Ａ．主电极加正、负电压，控制极只能加幅度足够的正电压 Ｂ．主电极加正、负电压，控制极只能加幅度足够的负电压 Ｃ．主电极加正、负电压，控制极加幅度足够的正、负电压均可 Ｄ．主电极加正、负电压，控制极不加电压 四、问答题 １．为什么说晶闸管具有“弱电控制强电”的作用？ ２．什么是控制角？什么是导通角？它们之间的关系如何？ ３．怎样用万用表区分晶闸管的阳极、阴极和控制极？如何简单判断晶闸管的好坏？ ２０１ 五、分析题 图７５为无级调光台灯电路，试分析其工作原理。 图７５ ３０１ 167 二、自我检测题 （一）填空题 1. 电磁波 2.电磁波 3.天波 地波 空间波 4.电信号 高频载波 5.调制 调制信号 载波 6.频率 高频 幅度 7. 465 8. 87~108MHz 9.非线性 10.输出电压 uo 11. 465kHz 12.幅度 频率 （二）判断题 ××××× √× （三）单项选择题 DBCAC B （四）简答题 1.见教材 2.见教材 3.见教材 4.见教材 第七章 晶闸管及应用电路 一、课堂练习题 （一）填空题 1.晶体闸流管 可控硅 2.阳极 阴极 栅极 A K G 3. 四 五 4.阳极 阴极 栅极 5.阳极电压降到一定程度 阳极电流小于维持电流 6.PNP NPN 7.两 只反向并联的单向晶闸管 导通 交流 8. R×1 阳极 阴极 导通 ∞ 黑 栅极 偏转 栅极 几乎不动 9.可控的 10.增加 11.触发 强电 （二）判断题 ××√×√ （三）单项选择题 CAAAC BDCBC （四）作图题 1.见教材 （五）简答题 1.见教材 2.见教材 二、自我检测题 （一）填空题 1.控制强电 无触点开关 可控整流设备 2.极和阴极间接正向电压 触发电压 栅极 小于维持电流 3.导通 判断 无触点开关 4.可控 不可控 5. 180 度 180 度 6.两 只反向并联 双向导通 7.关断 8.输出电压 （二）判断题 √×××√ ××××√ （三）单项选择题 BCBBC （四）简答题 1.见教材 2.见教材 3.见教材 （五）分析题 168 见教材 第八章 数字信号 一、课堂练习题 （一）填空题 1.幅度 连续 离散 断续 脉冲 0 1 2.矩形波 三角波 矩形 3.模数转换 数模转换 4.倒数 Tf /1 5.持续时间极短 瞬间突变 6. 0.1Um 0.9Um 秒 7. 50% 50% 8. 周期性重复 非周期性 9.模拟 脉冲 10. 低电平 高电平 11. 逢十进一 逢二进 一 12. 除二取余倒记 乘权相加法 13. 100000000 14. 8421BCD 码 位权 15. 0001 0010 0101 16.只有当决定事件发 生的条件全部满足时，事件才会发生。 Y=AB 符号略 有 0 出 0，全 1 出 1 17.决定事 件发生的条件只要满足一个，事件就会发生 Y=A+B 符号略 有 1 出 1，全 0 出 0 18.当与事件相关的条件成立时，事件就不会发生 AY  符号略 有 0 出 1，有 1 出 0 19. Y=AB Y=A+B BAY  ABY  20.与非 5V 高电平 与非 3~18V 不 能悬空 21.表达式 真值表 逻辑图 22. A 1 A A 0 1 AB BA  23.项 最少 项数最少的情况下，每项内的变量最少 24. 与非 （二）单项选择题 1~5：CCAAB 6~10：ADBBB 11~15：DCBCD 16~20：CDAAD 21~25：DCDAC 26~30：DDCAB （三）判断题 1~5：×××√√ 6~10：×××√√ 11~15：√××√√ 16~17：√√ （四）简答题 见教材 （五）分析作图题 1. & Y A B A B Y & Y A B A B Y 1 YA A Y Y A B 1 A B Y 2. & A B & Y & Y A & & & Y A B