可控硅整流电路.docx

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可控硅整流电路

可控硅整流电路

一、单相半波可控整流电路

1、工作原理

电路和波形如图1所示，设u2=

U2sinω。

正半周：

0＜t＜t1,ug=0,T正向阻断，id=0,uT=u2,ud=0

t=t时,加入ug脉冲，T导通，忽略其正向压降，uT=0,ud=u2,id=ud/Rd。

负半周：

π≤t＜2π当u2自然过零时，T自行关断而处于反向阻断状态，ut=0,ud=0,id=0。

从0到t1的电度角为α，叫控制角。

从t1到π的电度角为θ，叫导通角，显然

α+θ=π。

当α=0，θ=180度时，可控硅全导通，与不控整流一样，当α=180度，θ=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。

图1、单相半波可控整流

2、各电量关系

ud波形为非正弦波，其平均值（直流电压）：

ud=（1/2π）

u2sinωtd（ωt）=（0.45u2）[1+cosα）/2]-------------式1

由上式可见，负载电阻Rd上的直流电压是控制角α的函数，所以改变α的大小就可以控制直流电压Ud的数值，这就是可控整流意义之所在。

流过Rd的直流电流Id：

Id=（Ud/Rd）=0.45（u2/Rd）×[（1+cosα）/2]--------------------------式2

Ud的有效值（均方根值）：

-------------------------------------式3

流过Rd的电流有效值：

I=U/Rd=（U2/Rd）

---------------------------------式4

由于电源提供的有功功率P=UI，电源视在功率S=U2I（U2是电源电压有效值），所以功率因数：

cosψ=P/S=

-------------------------------------式5

由上式可见，功率因数cosψ也是α的函数，当α=0时，cosψ=0.707。

显然，对于电阻性负载，单相半波可控整流的功率因数也不会是1。

比值Ud/U、I/Id和cosψ随α的变化数值，见表一，它们相应的关系曲线，如图2所示

表一Ud/U、I/Id和cosψ的关系

α

0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

Ud/U

I/Id

cosψ

0.45

1.57

0.707

0.42

1.66

0.698

0.338

1.88

0.635

0.225

2.22

0.508

0.113

2.87

0.302

0.03

3.99

0.12

0

-

0

图2、单相半波可控整流的电压、电流及功率因数与控制角的关系

由于可控硅T与Rd是串联的，所以，流过Rd的有效值电流I与平均值电流Id的比值，也就是流过可控硅T的有效值电流IT与平均值电流IdT的比值，即I/Id=It/IdT。

二、单相桥式半控整流电路

电路与波形如图3所示

图3、单相桥式半控整流

t1时刻加入ug1，T1导通，电流通路如图实线所示。

uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。

u2过零时，T1自行关断。

负半周：

t2时刻加入ug2，T2导通，电流通路如图虚线所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。

u2过零时T2自行关断。

2、各电量关系

由图3可见，ud波形为非正弦波，其幅值为半波整流的两倍，所以Rd上的直流电压Ud:

Ud=0.9U2[（1+cosα）/2]--------------------------式6

直流电流Id:

Id=Ud/Rd=0.9（u2/Rd）×[（1+cosα）/2]-------------式7

电压有效值U：

--------------------------式8

电流有效值I：

--------------------------式9

功率因数cosψ:

cosψ=

------------------------式10

比值Ud/U,I/Id和cosψ随α的变化数值见表二，相应关系曲线见图4

表二、Ud/U、I/Id、cosψ与α的关系表

α

0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

Ud/U

I/Id

cosψ

0.9

1.112

1

0.84

1.179

0.985

0.676

1.335

0.896

0.45

1.575

0.717

0.226

1.97

0.426

0.06

2.835

0.169

0

-

0

图4、单相全波和桥式电路电压、电流及功率因数与控制角的关系

把单相全波整流单相半波整流进行比较可知：

（1）当α相同时，全波的输出直流电压比半波的大一倍。

（2）在α和Id相同时，全波的电流有效值比半波的减小

倍。

（3）α相同时，全波的功率因数比半波的提高了

倍。

三、整流电路波形分析

1、单相半波可控整流

（1）电阻性负载（见图1）

1）电阻性负载，id波形与ud波形相似，因为可控硅T与负载电阻Rd串联，所以id=id。

2）可控硅T承受的正向电压随控制角α而变化，但它承受的反向电压总是负半波电压，负半波电压的最大值为U2。

3）线路简单，多用在要求不高的电阻负载的场合。

（2）感性负载（不带续流二极管，见图5）：

1）电机电器的电磁线圈、带电感滤波的电阻负载等均属于电感性负载。

2）电感具有障碍电流变化的作用可控硅T导通时，其压降uT=0，但电流id只能从零开始上升。

id增加和减少时线圈Ld两端的感应电动势eL的极性变化如图示。

图5、电感性负载无续流二极管

3）当电源电压u2下降及u2≥0时，只要释放磁场能量可以维持id继续流通，可控硅T仍然牌导通状态，此时ud=u2。

当u2＜0时，虽然ud出现负值，但电流id的方向不变。

4）当电流id减小到小于维持电流IH时，可控硅T自行关断，id=0,UT=u2，可控硅承受反压。

5）负载电压平均值：

其中电感Ld两端电压的平均值为零。

6）电感Ld的存在使负载电压ud出现负值，Ld越大，ud负值越大，负载上直流电压Ud就越小，Id=Ud/Rd也越小，所以如果不采取措施，可控硅的输出就达不到应有的电压和电流。

（3）感性负载（带续流二极管，见图6）：

1）在负载上并联一只续流二极管D，可使Ud提高到和电阻性负载时一样，

2）在电源电压u2≤0时，D的作用有点：

①把电源负电压u2引到可控硅T两端，使T关断，uT=u2；②给电感电流续流，形成iD；③把负载短路，ud=0,避免ud出现负值，使负载上直流输出电压ud提高。

3）负载电流为何控硅电流iT和二极管的续流iD之和，即id=iT+iD。

当ωLd≥R时，iD下降很慢使id近似为一条水平线，所以流过T和D的电注平均值与有效值分别为：

平均值：

IdT=（θ/360°）Id

IdD=[（360°-θ）/360°]Id

有效值：

IT=根号下（θ/360°）Id

ID=根号下[（360°-θ）/360°]Id

4）可控硅T开始导通后，如果电感Ld很大，iT的上升很慢，这就有可能导致触发脉冲消失时可控硅的电流还上升不到维持导通状态的维持电流，就是说，可控硅触发不了，为了使可控硅可靠触发，触发脉冲应该足够宽，或者在负载两端并联一只电阻，以利于加快iT的上升。

图6、电感性负载有续流二极管

二极管和辉光稳压管

二极管是最简单的一种旁热式电子管，如图1所示，K表示阴极，A表示阳极，G表示电子管。

灯丝通电后，当阳极A加正电源E时，二极管导通，有电流，当阳极A加负电源E时，二极管截止，没有电流，所以二极管具有单向导电性。

图1、二极管单向导电

一、整流电路

图2（a）是最简单的半波整流电路，其中B是电源变压器，Rfz是负载电阻，代表使用直流电源的用电设备，当交流电压e2正半波时，二极管导通，形成阳极电流ia，如图2（a）所示。

当交流电压e2负半波时，二极管载止，电路中没有电流通过，这样，由于二极管的单向导电作用，使电流只能向一个方向流动，其波形如图2（C）所示，阳极电流ia流过负载电阻Rfz产生电压降Ufz，如图2（d）所示

图2、半波整流电路及波形

半波整流电路只利用了输入交流电压的半个周期，所以效率很低，而且负载上得到的电压波动很大，全波整流电路的效率和直流输出电压都比半波整流高一倍，其电路如图3（a）所示，对于交流电源的两个半波，电子管G1和G2轮流导通，以相同的方向供给负载电流ifz（其波形如图3（e）所示）。

图3（g）是用双二极整流管6Z4组成的全波整流电路。

为了得到平滑的直流电压，需要进行滤波。

最简单的滤波电路是在负载上并联一个电容C作滤波器，如图4所示

图3、全波整流电路及波形

图4、并联电容滤波电路及输出电压波形

如果在滤波器电路中再加入电感或电感和电容，如图5就可使负载两端的电压的平滑性得到进一步的改善。

图5、几种滤波电路

图6、整流滤波电路实例

图6是QP379-B型传输测试器电源供给电路的实例，电子管G5和电源变压器B2组成全波整流电路，经过阻容滤波器C12、R37和C13，再接到稳压管G6（WY1）和R38组成的稳压电路。

二、稳压管和稳压电路

稳压管的阴极是一个镍质的空心圆筒，内表面涂有氧化物，阳极是位于阴极中央的一根金属杆。

触发极是一截镍片，一端附在阴极表面，另一端指向阳极。

管内充入氖、氦和氩等到惰性气体。

从稳压管的构造可以看出它是没有灯丝的，因此管内没有电子发射，但由于环境空间存在着宇宙线、紫外线以及各种放射性物质的射线，使管内少量的气体游离而保持一定数量的电子和正离子，当在隐压管两端加上直流电压时，这些少量的电子及正离子分别向阳极阴极运动，产生微量的电流，如果外加电压达到适当的数值时，电子获得足够的动能，碰撞气体分子迅速电离，与此同时，正离子也高速轰击阴极，使阴极表面发射出更多的电子，这种反应迅速连锁地进行，直至管内出现有红色的辉光为止，这种现象称为辉光放电。

稳压管达到辉光放电后，就具有稳压作用，图6和和图8为接上稳压管的电路，表一给出常用稳压管型号和参数。

图8、稳压管稳压电路

表一、稳压管型号参数

型号

稳定电压（V）

起动电压（V）

最小工作电流（mA）

最大工作电流（mA）

WY1

WY2

WY2P

WT3P

WY4P

CL5B（苏）

VR75（美）

VR90（美）

VR105（美）

VR150（美）

150

105

75

105

150

150

75

90

105

150

≤180

≤133

≤105

≤127

≤180

≤180

100

115

133

163

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

40

30

40

40

30

10

30

30

30

40

三、检波器和二极管检波电路

检波器的作用，主要是把高频调幅波还原为我们所需要的音频信号。

收音机常用的检波器有二极管检波，阳极检波，栅极检波，阴极检波等。

二极管和双二极管的检波电路，如图9和图10所示

图9、二极管栓检波电路

图10双二极管检波电路

当高频调幅信号经过电子管G1检波之后，就有脉冲电压输出。

这个电压，包含有高频成分、音频成分和直流成分。

高频成分通过电容器C1滤掉，而音频和直流成分降落在电阻R和电位器W上，其中直流成分被隔离直流电容器C2隔掉，而音频成分则通过C2送到电子管G2的栅极进行放大。

调节电位器W即可调节音频电压的大小而改变音量。

四、二极管的特性曲线

二极管的特性曲线就是阳极电流随阳极电压而变化的曲线，又叫伏安特性曲线如图11所示。

图11、二极管特性曲线

由特性曲线（a）可看出，随着阳极电压的增加，阳极电流也增加。

但当阳极电压足够大，阴极发射的电子已全部被吸引到了阳极，阳极电流就不会继续增加而变为平坦。

但通常二极管在出现这种平坦状态之前，阴极已被烧坏了，所以二极管只能工作在二极管特性曲线的长升部分，图11（b）。

通常，二极特性曲线可用下式描述：

式中：

G----常数，由二极管的构造决定；

------Ua---阳极电压；

------ia---阳极电流。

这个公式常称为二极管的3/2次方定律。

五、二极管的参数和极限值

为了对不同的二极管进行比较和选用，除了特性曲线之外，还利用一些参数来表示二极管的性质：

1.内阻

二极管的内阻Ri一般是指在额定灯丝电压下，直流阳极电压Ua对直流阳极电流Ia的比值：

Ri=Ua/Ia

由于二极管特性曲线的非线性，各工作点的内阻是不相同的。

手册中给出的二极管内阻是在特性曲线的运用范围内各工作点内阻的平均值。

2.阳极耗散功率

二极管在工作时，电子撞击阳极而消耗的能量，使阳极温度升高，阳极必须把这些热量散发出去每种管子阳极能散发掉的能量，称为阳极耗散功率。

阳极耗散匠功率等于阳极电压Ua与阳极电流Ia的乘积：

Pa=UaIa

3.最大阳极反峰电压

二极管的反向电压（阴极为正，阳极为负）的最大允许值就是二极管的最大阳极反峰电压。

当反峰电压超过阳极和阴极之间的绝缘强度时，就会使二极管击穿面损坏，所以在使二极管时，应注意不得超过手册上规定的最大反峰电压值。

4.最大整流电流

二极管允许连续不断地通过的最大平均阳极电流值，称为二极管的最大整流电流，当超过这个电流时，阳极温度将迅速升高而损坏管子。

5.最大阳极峰值电流

二极管在导电的半个周期内，当外加电压达到峰值时，阳极电流也达到最大值，所谓最大阳极峰值电流，就是指二极管允许的最大瞬时电流值。

在选用整流管时，主要从负载所需的直流电压和直流电流来考虑，整流管的最大整流电流应比负载电流大，而最大阳极反峰电压，不应低于为满足输出直流电压所需要的交流电压峰值的二倍。

6.寿命

当电子管发射电流降低到额定数值的80%时，所用的上时数称为电子管的寿命。

一般电子管的寿命约为500-5000小时，长寿命管（管名后加注S）则在5000小时以上。

除了上述电气性能的定额外，还有使用环境方面的定额，如外壳温度，最低气压，耐受最大的加速度等。

收信放大管

在二极管的阳极和阴极之间加装几个电极（栅极）就成了多极管。

若加装一个电极就成为三极管，加装二个电极成为四极管（通常为束射管）。

加装三个电极成为五极管。

这些多极管的主要用途是收信放大、检波、振荡、变频、调频、调制、解调等。

一、三极管

1.三极管的放大作用

图1是收信放大管的结构及符号图，栅极用符号g表示，栅极具有控制阳极电流ia的作用。

由于栅极与阴极之间的距离较阳极与阴极间的距离近得多，所以栅极对阴极发射电子的影响也较阳极的影响大得多，即是说栅极控制电子的能力要比阳极大得多，栅压ug有多少量的变化，就能引起阳极电流ia发生较大的变化，这就是三极管具有放大作用的原因。

图1三极管结构及符号

2.三极管的静态特性曲线

（1）阳极特性曲线，指栅压ug为常数时，阳极是电流ia与阳极电压ua的变化关系曲线，采用图2的线路可测出在极管阳极特性曲线，图3表示6N8P的阳极特性曲线簇。

图2、测量三极管静态特性曲线的电路

从阳极特性的曲线簇可以看出：

1）它的每条曲线形状和二极管的行性曲线相似，栅压愈负，曲线愈向右移。

这是因为栅压为负进，只有当阳极电压增加到能够抵消在阴极附近产生的排斥电场以后，才会产生阳极电流。

2）特性曲线的大部分是彼此平行的直线，间隔也比较均匀，但在阳极电流较低的部分，曲线显得弯曲。

3）从图中还可以看出，栅压电流可变化4毫安，若栅压保持---8伏不变，要使阳极电流变化4毫安，则阳极电压应变化40伏才行，这说明书栅压对阳极电流的控制作用是阳极电压控制作用的20倍。

（2）阳栅特性曲线，指阳极电压为常数时，阳极电流ia与栅压ug的变化关系曲线。

仍用图2测量阳栅特性曲线。

只要把阳极电压ua固定在某一数值上，然后一条阳栅特性曲线，在不同的阳极电压下作出很多条曲线就组成特性曲线簇。

图4为6N8P阳栅特性曲线簇。

图3、6N8P阳极特性曲线

图4、6N8P阳栅特性曲线

从曲线簇可以看出：

1）在阳极电压为定值时，随着负栅压的增加，阳极电流减小。

当负栅压增加到某一个数值时，阳极电流减小到零，这时称为阳极电流截止，对应的栅压称为截止栅压。

2）阳极电压越高，特性曲线越往左移，这是因为阳极电压越高，要使阳极电流截止的负栅压也越大。

3）从图中还可看出栅压变化对阳极电流的变化影响很大。

3.三极管的参数

（1）跨导

跨导的定义是：

在阳压保持不变时，栅压ug在某一工作点上变化一个增量△ug，将引起阳极流ia相应地弯化一个增量△ia，比值△ia/△ig称为跨导，用符号S表示，即：

S=[△ia/△ig|ua（固定）]（毫安/伏）

跨导具有电导的性质，其物理意义是：

在阳压固定不变的条件下，当栅压变化1伏时，阳流变化了多少毫安。

它表明栅压控制阳流的能力，跨导越大，栅压控制阳流的能力就越强。

电子管的跨导可以从已知的阳栅特性曲线簇上求出。

特性曲线的不同部分的跨导值是不一样的。

曲线越陡（即斜率越大）跨导就越大，所以在特性曲线的直线部分，跨导最大，而且各点跨导差不多相同，因此，电子管手册中给出的跨导，都是指直线部分的跨导值，一般三极管的跨导值约为2～10（毫安/伏）

（2）内阻

内阻的定义是：

在栅压保持不变时，阳压ua在某一工作点上弯化一个增量△ua，将引起阳流相应地变化一个增量△ia，比值△ua/△ia称为内阻，用符号Ri表示，即：

Ri=[△ua/△ia|ig（固定）]（欧姆）

当ia为毫安，ua为伏时，则Ri为千欧。

内阻的物理意义是：

在栅压保持不公的条件下，阳流变化1毫安，阳压需要变化多少伏，这表明了阳极对阳流的控制能力，内阻越小，阳压控制阳流的能力就越强。

内阻也可以从阳极特性曲线上求出，由于电子管的阳极特性曲线不是直线，所以曲线上各点的内阻值也不相同，曲线越陡（即斜率越大）时，内阻越小，曲线越平直（即斜率越小）则内阻越大，一般三极管内阻值为500欧至100千欧之间。

（3）放大系数

放大系数的定义是：

阳压变化一个增量△ua为了保持阳流不变，栅压ug必须相应地变化一个△ug，△ua与△ug比值的绝对值，称为放大系数，用符号μ表示，即：

μ=△ua/△ug|ia（固定）

放大系数没有单位，它表明栅压对阳流的影响比阳压对阳流的影响大多少倍，一般三极管的放大系数在5～100之间。

（4）三个参数之间的关系

电子管的三个参数S、Ri和μ三者之间有一定的关系，这个关系可用下式求得：

根据Ri的定义：

Ri=△ua/△ia，因为增量△ua与△ia一定是同符号的，所以

Ri=△ua/△ia=|△ua/△ia|

又根据S的定义：

S=△ia/△ua增量△ia与△ug也是同符号的，所以

S=△ia/△ia=|△ia/△ug|

把Ri与S相乘可得

RiS=|△ua/△ia|×|△ia/△ug|=△ua/△ig=μ（倍）

则μ可以写成

μ=RiS

这个方程称为电子管的内部方程。

它表示电子管的三个参数之间的相互关系，即放大系数等于内阻与跨导的乘积。

4.三极管的极间电容及其影响

电子管的电极是由金属制成的，并被介质-------真空所隔开，因此，各电极之间存在着电容，这些电容叫做极间电容。

三极管有三个极间电容，如图5所示，栅极和阴极之间的电容Cgk叫做输入电容，阳极和阴极之间的电容Cak叫做输出电容，阳极和栅极之间的电容Cag叫做跨路电容，各个极间电容量大致在1～20皮法范围内。

图5、三极管的极间电容

电子管的极间电容对电子管电路的工作性能有影响，影响最大的是跨路是电容Cag，特别是在高频工作时，由于Cag的容抗下降，阳极回路的交流电压通过它反馈回栅极，使电路工作变得极不稳定，甚至产生自激。

Cgk和Cak对电路性能的影响不显著。

二、束射四极管

束射四极管主要用作功率放大，它和三极管所不同的是多了一个叫做帘栅极g2和束射屏

1.束射四极管的结构特点：

束射管是利用帘栅极和阳极之间的空间电荷来克服二次电子转移的影响。

为了做到这一点，就要求帘栅极和阳极之间有均匀而密集的电子流，因此束射管在结构上必须采取措施。

束射管的结构如图6所示：

（1）阴极做成矩形，有相当大的发射面积，阴极与栅极之间的间距也相当均匀，由阴极发射出来的电子流很大，而且也很均匀。

（2）栅极和帘栅极在单位长度上绕的圈数相等，层数对得很准，排列的位置很整齐而形成对栅，这样一方面可以减少帘栅极电流，从而减少帘栅极上的功率损耗和温度，增加流向阳极的电子数目，使输出功率增大，另一方面实现电子流在栅丝间成束形射出，使帘栅极间获得密集而均匀空间电荷，形成最仰慕民位。

（3）帘栅极和阳极间的距离相当宽阔，使这个区域内的空间电荷增多。

（4）帘栅极和阳极之间的两侧装置了一对由金属片做成的束射屏，它和阴极连在一起，它的作用是防止阳极上的二次电子从各个栅极支柱的两侧绕道转移向帘栅极，使电子流更加集中地向中间密集发射。

从而消除了二次电子转移产生负阻效应的影响。

图6、束射管结构及符号

2、特性曲线及用途

束射四极管的阳极特性曲线与五极管很相似,所以在使用时通常把它作为低频五极管来用,特性曲线如图7所示

图7、束射管阳极特性曲线

束射四极管的特点是当栅极上输入一个较小的电压，可以在阳极上得到较大的输出功率Po,而且工作在特性曲线较宽的小水平部分上，失真小，耗电少，用于甲类或乙类音频功率较大，能保证有足够的音量所以常常作为功率放大级，以推动扬声器。

三、混频管与变频管

超外差式收音机在中放前要把不同电台的载波频率变换成一定的中频，为了达到这个目的，一种办法是用一个三极管作本地振荡，把本振信号和电台信号送入混频管混频，混频后得出它们之间的差额；另一种办法是用一只变频管，它完成本振和混频的双重任务。

1.七极变频管

电路符号如图8，管内有五个栅极，g3为信号栅，从天线输入回路送入电台的信号，g1为本振信号输入栅。

g2,4为帘栅极，g5为抑制栅，与阴极连接在一起。

2.七极变频管

图9为七极变频管电路图，管内也有五个栅极，它和混频管不同之处是在第二栅的边杆上连有两片小金属片，这样，阴极K、第一栅g1、第二栅的小金属片三者可以看成是一个三极管，用以产生本地振荡，通过g2的电子流已经学到等到幅本振频率电压的调制，再和输入信号作用，使阳极电流产生这两个频率的和频以及差频等电流分量，由中频变压器B选出它们的差频而完成变频，有些七极变频管为了减少g2吸收的电子数，第二栅g2只有边杆而没有栅丝，因为本振信号不需要太强。

七级变频管基本振电压受信号的影响，频率和电压的稳定度都受到牵连，特别在频率高于20兆赫时更