可控硅的触发电路

可控硅在电路中起着开关的作用，而这种开关又受触发脉冲的控制。各种各样的触发脉冲好象一把把灵巧的钥匙，按照要求及时去打开可控硅，调整着控制角，从而实现整流、逆变或交流调压等各种功能。触发电路的形式很多，下面通过两种常用电路来说明它的工作原理。

图1是单结晶体管触发电路的原理图。图中BT就是一只单结晶体管，又叫做双基极二极管。单结晶体管有一个发射极e，两个基极b\(_{1}\)和b2。b\(_{1}\)叫第一基极，b2叫第二基极。

图中的右半部分是用单结晶体管组成的脉冲发生器，它能产生脉冲并有移相的功能。为了说明它的工作原理，把它画成图2，并假定使用的是直流电源。图2中当开关k闭合后，直流电源通过R\(_{2}\)、R1加到BT的两个基极上。开始时，因为电容C上没有电荷，u\(_{e}\)等于零，所以BT不导通。但在K闭合后，直流电源就立即通过R向电容C充电，使ue逐渐升高。当u\(_{e}\)达到峰点电压UP的值时，管子立即导通，e、b\(_{1}\)间通过的脉冲电流在电阻R1上产生一个电压降，形成一个电压脉冲。因为管子导通后，e、b\(_{1}\)间的阻值极低，R1的阻值也只是几十欧，所以电容C上的电荷迅速地通过发射结和R\(_{1}\)放掉，ue立即降低到谷点电压U\(_{v}\)值，使管子恢复到截止状态。然后，电源又通过R向C充电，充到Up时管子又导通，导通后又截止……。如此周而复始地振荡起来，于是在b\(_{1}\)端就可以得到一系列的输出脉冲，如图3。

从图2可以看到，改变电阻R的值就将改变充电时间常数，也就是改变u\(_{e}\)升高到Up的时间。电阻R越大，输出端的脉冲就出现得越晚，表现在图3中，就是充电曲线越平缓，ub1的脉冲越往后移。可见，通过改变R的阻值能控制输出脉冲出现的时刻，也就是起到了调节脉冲相位的作用。如果这个输出脉冲就是可控硅的触发脉冲，那么，只要用调整R的阻值的方法，就可以达到移相的目的。

图1的左半部分是实际应用的电源，它除了为脉冲发生器提供电源外，还起着同步的作用。它从同步变压器TB得到交流电压，经D\(_{1}\)～D4桥式全波整流，再由R\(_{3}\)、DW1、DW\(_{2}\)削波后得梯形波电压。这个梯形波电压就是脉冲发生器的电源电压。因为它有同步作用，所以也把它叫做同步电压。当梯形波电压从零开始上升时，电容C被充电，充到Up值时就放电，在整个梯形波内（即50Hz半周左右内）C要充电、放电若干次。因此，在每个梯形波内可以从b\(_{1}\)端输出一组脉冲（见图4）。当梯形波下降到零时，单结晶体管BT的基极b1、b\(_{2}\)之间的电压就为零，这时BT的发射结（e和b1之间）相当于一个二极管，电容C上的电荷将通过此发射结放掉。到下一个梯形波到来时，电容C又开始充电，又输出一组脉冲。因此，对于每个梯形波来说，第一个脉冲出现的时刻一定是相同的。又由于同步变压器与主电路使用的是同一个交流电源，每个梯形波又和主电路电源的波形相对应，所以输出的触发脉冲是和主电路的可控硅电源严格地同步的。

因为可控硅一旦导通之后，触发信号就不起作用了，所以在每个梯形波范围内只有第一个脉冲才是有效的，后面的脉冲都是多余的。改变第一个脉冲出现的时刻就是调整触发脉冲的控制角α。由于同步电压是梯形波，所以这个电路的移相范围小于π。

在实际应用中，为了避免触发电路与主电路之间发生电的直接联接，常常是用一只脉冲变压器代替电阻R\(_{1}\)，通过脉冲变压器的次级把触发脉冲送到可控硅的控制极上去（图5）。

单结晶体管移相触发电路因为有着线路简单、稳定可靠、脉冲前沿较陡峭、抗干扰能力较强等优点，所以在小功率可控硅电路中被广泛应用。但是它也存在着脉冲宽度窄、幅度不高等缺点，如不采取放大等措施，是不能直接在大功率或带大电感性负载的可控硅电路中应用的。为了解决这个问题，可以采用另一种正弦波同步移相触发电路。

图6是正弦波同步移相触发电路的电原理图。根据各部分所起的作用可以分成同步电压产生、移相控制和脉冲形成及输出三个部分。

图中左侧是产生同步电压的电路。图中的同步变压器TB是和主电路的电源直接相连的，因此，TB的次级电压u\(_{2}\)就是同步电压。可控硅的主电路通常都是正弦波交流电源，所以同步电压是正弦波。

图6的中间部分是移相控制电路。它是通过调节外接直流电压的方法实现移相的。从图中看到，BG\(_{1}\)的基极和发射极之间的电压是由同步电压u2和外接可调的直流电压U\(_{k}\)迭加而成的。如果u2和U\(_{k}\)迭加后使发射结正偏，BG1就导通；迭加后如果是反偏，BG\(_{1}\)就截止。按图中的接法，Uk的正端接在BG\(_{1}\)发射极，所以在u2的负半周内，BG\(_{1}\)是全导通的；而在正半周内，只有当u2的幅度低于U\(_{k}\)时管子才导通，而在u2的幅度高于U\(_{k}\)时管子是截止的，见图7a和b。从图中看到，凡是Uk和u\(_{2}\)出现交点的地方，BG1的工作状态就发生变化；u\(_{2}\)从低向高变化时与Uk值相交的点上，管子由导通变为截止；反之，u\(_{2}\)从高向低变化时与Uk相交的点，管子由截止变成导通。管子的这种变化经电容C\(_{2}\)送到BG2形成脉冲。

图6右侧就是脉冲形成及输出电路。当移相控制电路中的BG\(_{1}\)从导通变为截止时，它的集电极电位uc从高电位突然下降到低电位，由于电容两端电压不能突变，所以电容C\(_{2}\)右端A点的电位也突然下跌 到低电位，（见图7C），于是C2被充电。充电电流是从地→BG\(_{2}\)发射结→D2→C\(_{2}\)→R3→-E\(_{c}\)。 这个充电电流正是BG2的基极电流，因此BG\(_{2}\)迅速导通，BG2的集电极电流突然通过脉冲变压器MB，在它的次级线圈W\(_{2}\)中产生一个脉冲。这个脉冲就是我们需要的触发脉冲（见图7d）。

当BG\(_{1}\)由截止变成导通时，集电极电位突然升到高电位，电容C2右端A点的电位也跟着上跳（见图7C），但是这个正向脉冲被二极管D\(_{2}\)阻挡，不会影响BG2的状态，因此没有脉冲输出。在BG\(_{1}\)导通以后，C2上的电荷就经过D\(_{1}\)、R4、BG\(_{1}\)而放掉，为下一次充电和输出脉冲作好准备。

从图7可以看到，同步电压的正半周中，整个电路只输出一个触发脉冲，这个脉冲是在u\(_{2}\)每一个正半周的同一时刻出现的，因此是和u2同步的。而且还可看到，触发脉冲出现的时刻是可以人为地改变的。方法就是调整U\(_{k}\)的数值，改变Uk和u\(_{2}\)的交点位置，使触发脉冲出现的时刻发生变化，从而调整可控硅的控制角，达到了移相的目的。

为了使电路工作得更好，在BG\(_{2}\)导通、输出触发脉冲时，还从脉冲变压器MB的另一个线圈W3取得一个感应电压，通过R\(_{5}\)、C3和D\(_{3}\)耦合到BG2的基极，形成正反馈。它能加快BG\(_{2}\)导通的速度，改善脉冲前沿的陡度，并可以延长BG2导通的时间以增加脉冲的宽度。图中，R\(_{6}\)和D4用以抑制W\(_{1}\)的反向高压，起保护BG2的作用。D\(_{5}\)、D6是为了避免负脉冲作用到可控硅的控制极，C\(_{1}\)和C4是为了防止干扰用的。

正弦波同步触发电路的优点是线路比较简单，脉冲前沿陡，脉冲宽度大。但由于同步电压是直接取自主电路电源，如果电源发生波动，u\(_{2}\)和Uk的交点会发生变化，使控制角改变，因此不够稳定。此外，它的线性也较差。所以对要求更高的可控硅电路可以改用锯齿波同步的移相触发电路。它的工作原理，除了产生同步电压的方法不同以外，其它工作原理和正弦波同步移相触发电路是相似的。

在三相可控硅电路中，触发电路比单相的要复杂得多，不但要考虑同步，还要注意相序问题。在复杂的可控硅电路中，有时是把几个可控硅串联或非联起来使用的。为了使同组的可控硅在同一个控制信号下一起打开，就应该使用宽脉冲或双脉冲触发，有时还用一种脉冲列的触发信号。

最后，不管什么样的触发电路，都有一个防止可控硅误触发的问题。为了避免由于干扰引起误触发，可以在可控硅控制极和阴极之间并联一个电阻R和电容C，以降低输入阻抗，如图8。通常R的阻值在100欧左右，C的值在0.01～0.1微法之间。也可在控制极和阴极间加上3伏左右的反向偏压，以抵消干扰脉冲的作用。图8中就是用三个二极管D\(_{3}\)～D5的正向压降作可控硅控制极的反向偏压的。(方波)