要使晶闸管导通,除了加正向阳极电压外还必须在控制极和阴极之间加触发信号。提供触发信号的电路称为触发电路。触发电路应满足以下几个条件:
(1) 触发脉冲信号发出的时刻,必须与主回路电源电压的相位具有一定对应的控制角关系。并有足够的移相范围。
(2) 触发脉冲有足够大的电压和电流,一般触发电压为4~10V。
(3) 触发脉冲应有足够的脉宽,以保证晶闸管触发可靠性。脉宽最好在20~50us之间,一般不小于10us。
(4) 触发脉冲应具有陡峭的上升沿,以保证触发时间的准确性,最好在10us以下。
(5) 没有-触发时,触发电压应尽量小,以避免误触发。一般应小于0.15V。
9.2.1 单结晶体管的结构与工作原理
1. 单结晶体管的结构和等效电路
单结晶体管又称为双基极晶体管,其内部结构示意图如图9.6(a)所示。在一块N型半导体基片上制成一个PN结,从P区引出发射极E,在N型基片两端各引出一个接触电极,分别称为第一基极B1和第二基极B2 。图9.6(b)为单结晶体管的图形符号。
图9.6单结晶体管
图9.6(c)为单结晶体管的等效电路,PN结等效为二极管D,R BB 为B1 和B2 之间 硅片本身的体电阻,RBB =RB1 +RB2 。 RB2 为上部基区体电阻,其值为一常数,约为(2—15)ΚΩ;RB1为可变的下部基区体电阻,E、B1 间的电阻RB1 受E、B1 间电压的控制,等效为可变电阻。PN结未导通时,RB1 为数千欧姆,一旦PN结导通,RB1 则下降到几十欧姆。
2. 单结晶体管的工作原理和特性曲线
absolute; HEIGHT: 14.25pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75">absolute; HEIGHT: 19px; mso-ignore: vglayout">absolute; HEIGHT: 17.6pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75"> absolute;z-index:0;left:0px;margin-left:193px;margin-top:9px;width:16px;
height:24px'>单结晶体管的发射极电流 与E、B1 间电压 的关系曲线称为单结晶体管伏安特性曲线,特性曲线的测试电路如图9.7所示,方框内为单结晶体管的等效电路。
图9.7 单结晶体管特性曲线的测试
absolute; HEIGHT: 12.75pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75">当B2、B1 间加电源 ,且发射极开路时,A点电位为
……(9.2)
式中
称为单结晶体管的分压比,其大小由管子的结构决定,一般在0.3~0.9之章单结晶体管的主要参数之一。
单结晶体管的伏安特性曲线,如图9.7所示,可分成3个区域:
(1)截止区:当电压 UEB1<UA+UD(on)时,二极管D处于反向偏置,电流 iE 很小,故称这段区域为截止区。
absolute; HEIGHT: 13.6pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75">absolute; HEIGHT: 18px; mso-ignore: vglayout">absolute; HEIGHT: 15.1pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75"> absolute; HEIGHT: 20px; mso-ignore: vglayout">(2)负阻区:当 增加到PN结开始导通的峰点电压 UP时,即 ,
absolute; HEIGHT: 26.25pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75">absolute; HEIGHT: 35px; mso-ignore: vglayout">二极管D导通。此时,空穴浓度很高的P区向电子浓度很低的N型基区注入大量空穴载流子,使 RB1减小,由式(9.2)可知,UA下降,iE增大。而UA的降低,又使PN结正偏增加,iE的增大使RB1进一步减小直至V点,形成正反馈,即出现了如PV段所示特性。由于动态电阻 为负值,故PV段称为负阻区。V点电压UV称谷点电压,电流IV称为谷点电流。
(3)饱和区:达到V点以后,当iE增加时,UEB1也有所增加。这是由于P区扩散到N区的空穴浓度已达到饱和程度,RB1不会继续减小,恢复正阻特性。所以把V点以后的区域称为饱和区。
9.2.2单结晶体振荡电路
absolute; HEIGHT: 12.95pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75">absolute; HEIGHT: 17px; mso-ignore: vglayout">absolute; HEIGHT: 14.2pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75"> absolute; HEIGHT: 18px; mso-ignore: vglayout">单结晶体管触发电路如图9.8(a)所示。电源UBB和RW、C构成充电回路:RW、C和单结晶体管E、B1结形成放电回路。设电容C的初始电压为零,加上电源UBB后,电源通过RW对电容C充电,uC按时间常数 的指数曲线上升。当电容两端电压 时,单结晶体管导通,电容通过内阻RB1和R1放电,电容电压下降,并在R1上产生一个输出电压脉冲,由于R1很小,放电过程很快完成,所以输出脉冲很窄。当 时单结晶体管截止,电源再次对C充电。这样周而复始形成振荡,输出周期性的尖脉冲,如图9.8(b)所示。
absolute; HEIGHT: 15.9pt; TEXT-ALIGN: left" type="#_x0000_t75">absolute; HEIGHT: 21px; mso-ignore: vglayout">absolute; HEIGHT: 125.25pt; TEXT-ALIGN: left; mso-position-horizontal: right" type="#_x0000_t75">
图9.8单结晶体管振荡电路
调节可变电阻RW,可改变充电时间,即改变脉冲周期。脉冲周期 可近似表示为
… (9.3)
脉冲宽度为
… (9.4)