如何识读晶闸管交流开关电路图？

【例4-5-5】单向晶闸管交流开关

1.单向晶闸管

晶闸管的电路图形符号如图4-5-10a所示，图中A为阳极、K为阴极、G为门极。

图4-5-10 晶闸管的电路图形符号和特性曲线

a）图形符号 b）特性曲线

（1）晶闸管的伏安特性

晶闸管的伏安特性曲线图4-5-10b所示，分为4个工作区，即正向导通区、正向阻断区、反向阻断区和反向导通区。

1）正向阻断区。当控制极电流I_G=0，阳极和阴极间的正向电压比较小时，晶闸管只流过很小的漏电流I_DR，此时的晶闸管处于正向阻断状态。当I_G=0且晶闸管正向阳极电压未增加到正向转折电压U_BO时，晶闸管处于正向阻断状态，其正向漏电流随阳极电压u_a增加而逐渐增大，当u_a增加到转折电压U_BO时，晶闸管就被“硬导通”，导通后组件的阳极伏安特性与整流二极管的正向伏安特性相似。I_G=0时的这条特性曲线称为晶闸管的自然伏安特性曲线。很明显，晶闸管在自然特性下的硬导通是不可控的，多次这样的硬导通会损坏管子。正常的导通是给门极输入足够的触发电流，则转折电压将明显地减小，使管子触发导通，如图4-5-10b中当门极电流I_G2＞I_G1＞I_G，则相应的正向转折电压U_B2＜U_B1＜U_BO。随着控制电流I_G的增大，晶体管的转折电压要下降。

2）正向导通区。当正向电压增大到正向转折电压U_BO时，漏电流突然增大，晶闸管由阻断状态突然导通。即由图中的A点跳到B点，沿BC段曲线变化。晶闸管导通后，可以通过很大的电流，而它本身的管压降只有1V左右，所以曲线靠近纵轴而且陡直。

需要说明的一点是，当门极加有电流I_G时，晶闸管由阻断变为导通所需要的阳极电压U_AK要小于U_BO，而且I_G愈大，所需的U_AK愈小。

3）反向特性部分。当晶闸管的阳极和阴极之间加反向电压时（门极仍不加电压），其特性和二极管的反向特性相似。在反向电压较小时，反向漏电流很小，晶闸管处于反向阻断状态。当反向电压增大到反向转折电压U_BR时，反向漏电流急剧增加，使晶闸管反向导通，此时晶闸管的功耗很大，可能被损坏。因此使用晶闸管时其两端可能承受的最大峰值电压都必须小于管子的正、反方向的击穿电压。

（2）晶闸管的导通条件

阳极—阴极间必须加正向电压；在门极—阴极间加一定的正向触发电压。以上两个条件必须同时具备，晶闸管方可导通。

（3）晶闸管的关断条件

使阳极—阴极电流小于晶闸管的维持电流。其方法有：去掉阳极电压或降低阳极电压；使阳极电压反向。

2.单向晶闸管交流开关

图4-5-11a所示电路为使用较广的交流开关，当SA合上时，靠管子本身的阳极电压作触发电源，具有强触发性质，负载上得到的基本上是正弦电压。交流电压正半周开始，见图4-5-12a，通过负载电阻R_L、二极管VD₁、开关SA经VTH₁的门极与阴极构成触发电流，由于毫安培级的触发电流即能触发使VTH₁导通，因此几乎就在交流电源电压u₂正半周起始时刻，VTH₁就被触发导通，负载电阻R_L得到正弦的正半波电压，VTH₁在电源电压正半周过零处自动关断。同理，当电源电压u₂负半周时，见图4-5-12b，VD₂与VTH₂导通，负载电阻R_L就得到正弦的负半波电压。

图4-5-11 晶闸管交流开关的基本形式

图4-5-11b所示电路，负载接在直流侧，只有一只单向晶闸管，管子只承受正电压，但由于串联组件较多，基压降损耗较大。

图4-5-11c为整流型开关电路，负载电阻R_L位于直流侧还是交流侧均可。晶闸管利用整流电压过零时阳极电流小于维持电流而关断。

【例4-5-6】双向晶闸管交流开关

1.双向晶闸管

（1）双向晶闸管的伏安特性

双向晶闸管的图形符号如图4-5-13a所示，T₁、T₂叫做双向晶闸管的主端子（双向晶闸管不具有确定的阴极和阳极，称为T₂极和T₁极），G叫公共门极。从结构上看，都可以把它看成是一对反并联的普通晶闸管，这样的结构决定具有两个方向对称的伏安特性，如图4-5-13b所示，正向部分定义为第一象限（Ⅰ）特性，反向部分定义为第三象限（Ⅲ）特性。(www.xing528.com)

图4-5-12 图4-5-11a所示电路的工作过程

a）正半周 b）负半周

（2）双晶闸管的导通条件

双向晶闸管主端子在不同极性下都具有导通和阻断的能力。门极电压相对于主端子T₁无论是正是负都有可能控制双向晶闸管导通，因而按门极和主端子的极性的组合可能有4种触发方式，如图4-5-14所示。

Ⅰ+触发方式：主端子T₂电压为正，T₁电压为负，门极G电压相对T₁为正。

Ⅰ-触发方式：主端子T₂电压为正，T₁电压为负，门极G电压相对T₁为负。

Ⅲ+触发方式：主端子T₂电压为负，T₁电压为正，门极G电压相对T₁为正。

Ⅲ-触发方式：主端子T₂电压为负，T₁电压为正，门极G电压相对T₁为负。

由于双向晶闸管内部结构的原因，4种触发方式的灵敏度各不相同，其中Ⅲ+触发方式所需门极功率较大，触发灵敏度较低。在实际应用中，只能选Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ-的两个组合，即I+、Ⅲ-或Ⅰ-、Ⅲ-。

2.双向晶闸管交流开关

电路如图4-5-15所示，采用本相电压强触发方式。在图4-5-15a中，双向晶闸管的T₂极和G极之间接上开关SA，为限制触发电流，在门极回路中往往串一限流电阻R_G。接通交流电源，开关SA闭合后T₁、T₂之间的瞬时电压直接加至T₁、G之间。T₁、G之间的电压将随电源电压上升而增高，触发电流也随之增大。一旦到达双向晶闸管的触发电流，双向晶闸管便导通。组件导通后T₁与T₂之间的电压即刻降至双向晶闸管的通态压降，为1～2V，从而使控制极不会受到主电压的威胁，具有自适应作用。当电源b端正，a端负，双向晶闸管属Ⅰ+、Ⅲ-触发方式。其工作过程如图4-5-16所示。

图4-5-13 双向晶闸管图形符号和伏安特性

a）图形符号 b）伏安特性

图4-5-14 双向晶闸管的4种触发方式

a）Ⅰ+ b）Ⅰ- c）Ⅲ+ d）Ⅲ-

图4-5-15 双向晶闸管交流开关

图4-5-16 图4-5-15a所示电路的工作过程

a）正半周（Ⅰ+） b）正半周（Ⅲ+）

在实际应用中开关SA可根据不同情况和需要换接为继电器动合触点KA及小双向晶闸管和小晶闸管交流开关，以实现远距离控制和自动控制。