晶闸管双窄脉冲触发电路的设计(3)

(1)正向脉冲--晶闸管的触发电路必须保证加在晶闸管的门极上是一个对阴极为正电压的触发脉冲。

(2)脉冲形式--触发脉冲在形式上有宽脉冲、窄脉冲、脉冲列等多种，一般为了减小损耗采取窄脉冲或双窄脉冲的形式。有时也采用对宽脉冲进行高频调制，得到脉冲列的形式。

(3)与主电路同步--在可控整流、有源逆变及交流调压的触发电路中，为了使每一周波重复在相同的相位上触发，触发脉冲必须与上升变流装置的电源电压同步，即触发信号与主电路电源电压保持固定的相位关系。否则负载上的电压会忽大忽小，甚至触发脉冲出现在电源电压的负半周，使主电路不能正常工作。

(4)抗干扰能力--晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起的，因此需

要在触发电路中采取屏蔽等抗干扰措施，是为了防止晶闸管的误触发。

除上述要求外，触发脉冲的移相范围除了应满足变流装置主电路的要求，另外触发脉冲的频率也应可调，以适应变频电路和斩波电路的要求。

3.4 单结晶体管的触发电路分析

3.4.1 常见的触发脉冲电压波形

(a)正弦波 (b)尖脉冲 (c)方脉冲 (d)强触发脉冲 (f)脉冲列

3.4.2 要求

多数晶闸管电路要求触发脉冲前沿要陡，以实现精确的触发导通控制。当负载为电感性时，触发脉冲必须具有一定的宽度，以保证晶闸管的电流上升到擎住电流以上，使之可靠导通。

单结晶体管。 (1)单结晶体管的结构

单结晶体管是在一块高电阻率的N型硅片两端用欧姆接触方式引出第一基极b1和第二基极b2，b1

与b2之间的电阻为

N型硅片的电阻体，约为3

～12kΩ，在硅片靠近b2

极掺

入P型杂质，形成PN结，由P区引出发射极e。

( a)图形符号 (d)外形及管脚

(2)单结晶体管型号：有BT33和BT35两种，其中B表示半导体，T表示特种管第一个数字3表示有3个电极，第二个数字3(或5)表示耗散功率300mW(或500mW)。

(3)工作原理

(a)单结晶体管伏安特性 (b)特性曲线族

图3.4 单结晶体管伏安特性

单结晶体管可分为以下三个区：截止区、负阻区、饱和区导通条件：发射极电压达到。图3.5所示为单相桥式半控整流电路的触发电路，其方式采用单结晶体管同步触发电路，其中单结晶体管的型号为BT33，电路图及参数如图3.5所示。

B

220V

图3.5 单结晶体管触发电路

3.4.3 具有同步环节的单结晶体管触发电路

前面已知要使晶闸管导通，除了加上正向阳极电压外，还必须在门极和阴极之间加上适当的正向触发电压与电流。为门极提供触发电压与电流的电路称为触发电路。对晶闸管触发电路来说，首先触发信号应该具有足够的触发功率（触发电压和触发电流），以保证晶闸管可靠导通；其次触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿要陡峭；最后触发脉冲必须与主电路晶闸管的阳极电压同步并能根据电路要求在一定的移相范围内移相。

此同步电路既作为触发电路同步电压又作为触发电路工作电源。同步变压器与晶闸管由同步变压器、桥式整流电路VD1～VD4、电阻R2及稳压管组成。同步变压器一次侧与晶闸管整流电路接在同一相电源上，交流电压经同步变压器降压、单相桥式整流后再经过稳压管稳压削波形成一梯形波电压，该电压既是单结管的电源又作为触发电路的供电电压。从而实现触发电路与整流主电路的同步。调节RP就可以改变电容C的充电电流大小，改变电容C的电压达到晶体管峰值电压UP的时间，改变触发脉冲的第一个触发脉冲出现的时间，即改变晶闸管的控制角 。

3.5 同步信号为锯齿波的触发电路的研究

在分析电路工作原理之前，先介绍几个名词术语和概念。

控制角 ：控制角 也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出现之间的电角度。

导通角 ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。

移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角 的大小。

移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。

3.5.1 脉冲的形成与放大电路

脉冲的形成环节由晶闸管V4、V5组成，V7、V8起脉冲放大作用。控制电压Uco加在V4的基极上电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。

当控制电压Uco=0时，V4截止。+E1（+15 V）电源通过R11供给V5一个足够大的基极电流，使V5饱和导通，所以V5的集电极Uc5接近—E1（-15V）。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。另外，电源的+E1(15V)经R9、V5发射结到-E1（-15V）,对电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1（30V）如图：

当控制电压Uco=0.7V时，V4导通，UA由+E1（+15V）迅速降至1.0V左右，由于电容C3两端的电压不能突变，所以 V5 基极电位迅速降至约-2E1（-30V），由于V5发射极反向偏置，V5立即截止。它的集电极电压由-E1（-15V）迅速上升到钳位电压+2.1V（VD6 、 VD7 、 VD8三个PN结正向压降之和），于是V7、V8导通，输出触发脉冲。同时，电容C3经电源+E1、R11、VD4、V4 放电和反向充电，使V5基极电位逐渐上升，直到Ub5>-E1(-15V),V5又重新导通。这时Uc5又立即降至-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由 V4导通时刻确定,V5(或V6)截止持续时间为脉冲宽度。所以脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关.。

CC

图3.6 脉冲的形成与放大

图3.7 锯齿波移相触发电路电压

3.5.2 锯齿波的形成脉冲移相

锯齿波波的形成方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等。图为恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2、和R3为一恒流源电路。

当V2截止时，恒流源电流I对电容C2充电，所以C2两端的电压Uc为 Uc=1/C∫It

Uc按线性增，即V3的基极电位Ub3按线性增长。调节电位器RP2即改变C2的恒定冲电电流I，可见RP2是调节锯齿波的斜率的。

当V2导通时，由于R4阻止小，所以C2迅速放电，使Ub3迅速降至零伏附近。当V2周期性的导通关断时，Ub3便形成一锯齿波，同样Ue3也是一个锯齿波电压，射极跟随器是减少控制回路的电流对锯齿波Ub3的影响。

V4管的基极电位由锯齿波电压、直流控制电压、直流偏移电压三个电压作用的叠加值所，他们分别通过电阻R6、R7和R8与基极相接。

设Uh为锯齿波电压Ue3单独作用在V4基极b4时的电压，其值为

uh ue3

R7//R8

3.5.3 同步环节电路

（1）什么是同步

触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。例如，在单相半波可控整流电路中，触发脉冲应出现在电源电压正半周范围内，而且每个周期的 角相同，确保电路输出波形不变，输出电压稳定。

（2）同步电路组成