模塊教學(xué)二二極管課件

晶體二極管和二極管整流電路本章學(xué)習(xí)目標1.1晶體二極管1.2晶體二極管整流電路1.3濾波器和硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路本章小結(jié)晶體二極管和二極管整流電路本章學(xué)習(xí)目標1.1晶體二極管11本章學(xué)習(xí)目標理解半導(dǎo)體的基本常識，掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。熟悉晶體二極管的外形、圖形符號、文字符號。掌握晶體二極管的伏安特性和參數(shù)，會用萬用表檢測二極管。本章學(xué)習(xí)目標理解半導(dǎo)體的基本常識，掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦?4.理解整流的含義，清楚典型的整流電路類型，能分析其工作原理，能進行相應(yīng)的計算。理解濾波的概念，能清楚整流濾波器件和常用的濾波方式，掌握濾波的電路形式，理解電容濾波及電感濾波的工作原理，了解選擇濾波電容的選擇要求。熟悉穩(wěn)壓二極管的工作特性和參數(shù)，理解硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理。4.理解整流的含義，清楚典型的整流電路類型，能分析其工作原3晶體二極管1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)3二極管的伏安特性4二極管的簡單測試5二極管的分類、型號和參數(shù)工程應(yīng)用晶體二極管1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)3二極41晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?/p>

(1)外形：由密封的管體和兩條正、負電極引線所組成。管體外殼的標記通常表示正極。如圖所示；(2)符號：三角形——正極，豎杠——負極，V——二極管的文字符號。1．晶體二極管1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?1)外形：由密封的管體和兩52．晶體二極管的單向?qū)щ娦裕簞赢婸N結(jié)的單向?qū)щ娦?1)正極電位＞負極電位，二極管導(dǎo)通；(2)正極電位＜負極電位，二極管截止。即二極管正偏導(dǎo)通，反偏截止。這一導(dǎo)電特性稱為二極管的單向?qū)щ娦浴?．晶體二極管的單向?qū)щ娦裕簞赢婸N結(jié)的單向?qū)щ娦?1)6

[例1]如圖所示電路中，當開關(guān)S閉合后，H1、H2兩個指示燈，哪一個可能發(fā)光？解由電路圖可知，開關(guān)S閉合后，只有二極管V1正極電位高于負極電位，即處于正向?qū)顟B(tài)，所以H1指示燈發(fā)光。[例1]如圖所示電路中，當開關(guān)S閉合后，H1、H72PN結(jié)PN結(jié)的形成二極管由半導(dǎo)體材料制成。1．半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)。如硅(Si)或鍺(Ge)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中，能夠運載電荷的的粒子有兩種：

自由電子：帶負電空穴：帶與自由電子等量的正電均可運載電荷——載流子2PN結(jié)PN結(jié)的形成二極管由半導(dǎo)體材料制成。1．半8載流子：在電場的作用下定向移動的自由電子和空穴，統(tǒng)稱載流子，如圖所示。半導(dǎo)體的兩種載流子動畫兩種載流子載流子：在電場的作用下定向移動的自由電子和空穴，統(tǒng)稱載流92．本征半導(dǎo)體：不加雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體晶體。如本征硅或本征鍺。

本征半導(dǎo)體電導(dǎo)率低，為提高導(dǎo)電性能，需摻雜，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。3．雜質(zhì)半導(dǎo)體：為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，在本征半導(dǎo)體(4價)中摻入硼或磷等雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。

根據(jù)摻雜的物質(zhì)不同，可分兩種：

(1)P型半導(dǎo)體：本征硅(或鍺)中摻入少量硼元素(3價)所形成的半導(dǎo)體，如P型硅。多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。

(2)N型半導(dǎo)體：在本征硅(或鍺)中摻入少量磷元素(5價)所形成的半導(dǎo)體，如N型硅。其中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。2．本征半導(dǎo)體：不加雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體晶體。如本征硅或本征10

將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體使用特殊工藝連在一起，形成PN結(jié)。4．PN結(jié)：N型和P

型半導(dǎo)體之間的特殊薄層稱為PN結(jié)。PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的核心。如圖所示。PN結(jié)晶體二極管之所以具有單向?qū)щ娦?，其原因是?nèi)部具有一個PN結(jié)。其正、負極對應(yīng)于PN結(jié)的P型和N型半導(dǎo)體。P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，PN結(jié)導(dǎo)通；反之，PN結(jié)截止。PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。即：動畫PN結(jié)的形成將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體使用特殊工藝連在一起，形113二極管的伏安特性測試二極管伏安特性電路1．定義：二極管兩端的電壓和流過的電流之間的關(guān)系曲線叫作二極管的伏安特性。2．測試電路：如圖所示。3二極管的伏安特性測試二極管伏安特性電路1．定義：二12伏安特性曲線：如圖所示。伏安特性曲線：如圖所示。13特點：結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。導(dǎo)通后V兩端電壓基本恒定：②VF＞VT時，V導(dǎo)通，IF急劇增大。①正向電壓VF小于門坎電壓VT時，二極管V截止，正向電流IF=0；其中，門坎電壓(1)正向特性特點：結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。導(dǎo)通后V兩端電壓基14(2)反向特性VR＞VRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱為反向電擊穿。對應(yīng)的電壓VRM稱為反向擊穿電壓。反向電壓VR＜VRM(反向擊穿電壓)時，反向電流IR很小，且近似為常數(shù)，稱為反向飽和電流。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。(2)反向特性VR＞VRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱154二極管的簡單測試萬用表檢測二極管將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負極。1．判別正負極性用萬用表檢測二極管如圖所示。萬用表測試條件：R×100或R×1k擋；4二極管的簡單測試萬用表檢測二極管將紅、黑表筆分別接二162．判別好壞萬用表檢測二極管萬用表測試條件：R1k。(3)若正向電阻約幾千歐，反向電阻非常大，二極管正常。(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；2．判別好壞萬用表檢測二極管萬用表測試條件：R1k。(175二極管的分類、型號和參數(shù)1．分類(1)按材料分：硅管、鍺管

(2)按PN結(jié)面積：點接觸型(電流小，高頻應(yīng)用)、面接觸型(電流大，用于整流)(3)按用途：如圖所示。二極管圖形符號5二極管的分類、型號和參數(shù)1．分類(1)按材料分：硅管18①整流二極管：利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂芍绷麟姷亩O管。②穩(wěn)壓二極管：利用反向擊穿特性進行穩(wěn)壓的二極管。③發(fā)光二極管：利用磷化鎵把電能轉(zhuǎn)變成光能的二極管。④光電二極管：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕亩O管。⑤變?nèi)荻O管：利用反向偏壓改變PN結(jié)電容量的二極管2．型號舉例如下：整流二極管——2CZ82B穩(wěn)壓二極管——2CW50變?nèi)荻O管——2AC1等等。①整流二極管：利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂芍绷麟姷亩O管193．主要參數(shù)主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、最大工作電流IZM、最大耗散功率PZM、動態(tài)電阻rZ等。(2)穩(wěn)壓二極管③反向漏電流IR：規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下，二極管反向電流值。②最高反向工作電壓VRM：二極管允許承受的反向工作電壓峰值。①最大整流電流IFM：二極管允許通過的最大正向工作電流平均值。(1)普通整流二極管3．主要參數(shù)主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、最20工程應(yīng)用發(fā)光二極管和光電二極管的檢測發(fā)光二極管的檢測與普通二極管的檢測方法基本相似，但由于發(fā)光二極管的正向?qū)妷阂话阍?.5V以上，故檢測時必須用萬用表的R

10k擋，正向電阻小于50k，反相電阻大于200k時發(fā)光二極管為正常。由于光電二極管工作時應(yīng)加反向電壓，故檢測時著重觀察反向電阻在有無光照時的變化，用萬用表的R

1k擋，當有光照時，反向電阻小，無光照時，反向電阻大為正常，當無光照時電阻差別很小，表明光電二極管的質(zhì)量不好。工程應(yīng)用發(fā)光二極管和光電二極管的檢測發(fā)光二極管的檢測與普通二21晶閘管及其應(yīng)用晶閘管

可控整流電路

晶閘管的觸發(fā)電路

晶閘管的保護

晶閘管及其應(yīng)用晶閘管22

晶

閘

管

晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管又稱為可控硅（SCR）,普通型晶閘管的外殼結(jié)構(gòu)主要有兩種形式，一種是螺栓式，另一種是平板式，它們的外形如圖7.1所示。

晶閘管晶閘管的結(jié)構(gòu)23晶閘管的外形(a)螺栓式；(b)平板式

晶閘管的外形24晶閘管有3個電極：陽極A、陰極K和門極(控制極)G。在圖（a）中，下端的螺栓是陽極A，使用時把螺栓固定在散熱器上，上端有兩根引出線，粗的一根是陰極K，細的一根是控制極G。在圖（b）平板式晶閘管中，與晶閘管中間金屬環(huán)連接的引線是控制極；離控制極較近的端面是陰極，較遠的端面是陽極。晶閘管的內(nèi)部有一個由硅半導(dǎo)體材料做成的管心。管心是一個圓形薄片，它是四層（P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G）器件。它有三個PN結(jié)，可以把中間的N1和P2分為兩部分，可看成是一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管，如圖所示。

晶閘管有3個電極：陽極A、陰極K和門極(控制極)G。在圖25

晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號

晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號26晶閘管的工作原理

1．反向阻斷實驗如圖（a）所示，晶閘管有兩個回路：

EA(-)→RL→VT（A極-K極）→EA(+)

EG(+)→RG→開關(guān)S→VT（G極-K極）→EG(-)晶閘管的工作原理27前一回路稱為晶閘管的主電路，后一回路稱為晶閘管的控制電路。由主電路可知，此時晶閘管的陽極電位低于陰極，加在晶閘管上的電壓為反向電壓。在此狀態(tài)下，不論控制電路是否接通，電燈HL均不亮，晶閘管不導(dǎo)通。此時稱晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。從晶閘管的結(jié)構(gòu)圖可見，當晶閘管承受反向電壓時，對J2結(jié)來說雖為正向偏置，但對J1和J3結(jié)則為反向偏置，它們的電阻很大，晶閘管只有極小的反向漏電流通過，所以晶閘管處于阻斷狀態(tài)。

前一回路稱為晶閘管的主電路，后一回路稱為晶閘管的控制電路28

2.正向阻斷實驗如圖(b)所示，此時晶閘管雖承受正向偏壓，但控制極未接通，電燈也不亮，說明晶閘管未導(dǎo)通，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。在正向電壓作用下，雖然J1和J3結(jié)為正向偏置，

但J2結(jié)為反向偏置，

故晶閘管仍不能導(dǎo)通。

2.正向阻斷實驗29

3．觸發(fā)導(dǎo)通實驗如圖（c）所示，把開關(guān)S合上，在控制極與陰極之間加上適當大小的正向觸發(fā)電壓UG。此時，電燈亮，晶閘管由阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，即使斷開控制極電路開關(guān)S，電燈仍保持原亮度，這說明晶閘管一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通，控制極便失去了控制作用。一旦觸發(fā)導(dǎo)通以后，即使切除觸發(fā)信號，晶閘管仍然導(dǎo)通(見下圖（d）)。3．觸發(fā)導(dǎo)通實驗30圖晶閘管的簡單實驗（a）

反向阻斷；

（b）

方向阻斷；

（c）

觸發(fā)導(dǎo)通；

（d）

切除觸發(fā)信號仍導(dǎo)通

圖晶閘管的簡單實驗31由以上實驗可知，要使晶閘管導(dǎo)通必須同時具備下列兩個條件：(1)陽極A和陰極K之間施加正向電壓。(2)控制極G與陰極K之間施加正向觸發(fā)電壓。為了說明晶閘管的工作原理，我們把四層結(jié)構(gòu)的晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管連接而成，每一個晶體管的基極與另一個晶體管的集電極相連，如上圖所示。陽極A相當于PNP型晶體管V1的發(fā)射極，陰極K相當于NPN型晶體管V2的發(fā)射極。由以上實驗可知，要使晶閘管導(dǎo)通必須同時具備下列兩個條件32圖

把晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管的組合

圖把晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管的組合33圖

晶閘管的工作原理

圖晶閘管的工作原理34如果晶閘管陽極加正向電壓EA，控制極加正向電壓EG(見圖)，那么晶體管V2處于正向偏置，電壓EG產(chǎn)生的控制極電流就是V2的基極電流，由于V2的放大作用，iC2=β2iB2。而iC2又是晶體管V1的基極電流，V1的集電極電流iC1=β1iC2=β1β2iB2。此電流又流入V2基極，再一次放大。這樣循環(huán)下去，形成了強烈的正反饋，使兩個晶體管很快達到飽和導(dǎo)通。這就是晶閘管的導(dǎo)通過程，導(dǎo)通后的管壓降很小，即UAK≈1V,電源電壓幾乎全部加在負載上，晶閘管中就流過負載電流,即IA≈EA/RL。如果晶閘管陽極加正向電壓EA，控制極加正向電壓EG(見圖35在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子自身的反饋作用來維持，即使控制極電流iG消失，晶閘管仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。所以，控制極的作用僅僅是觸發(fā)一下晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后控制極就失去控制作用了。所以觸發(fā)電壓常常是一個具有一定幅度而存在時間很短的脈沖電壓。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽極電流減小到使之不能維持正反饋過程，當然也可以將陽極電源切斷或者在晶閘管的陽極和陰極加上一個反向電壓。在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子自身的反饋作用36晶閘管的主要參數(shù)和型號1）正向阻斷峰值電壓UFRM在控制極斷開和晶閘管正向阻斷的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽極與陰極之間的正向峰值電壓。

晶閘管的主要參數(shù)和型號372）反向阻斷峰值電壓URRM在控制極斷開的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽極與陰極之間的反向峰值電壓。如果晶閘管的UFRM和URRM不相等，則取較小的那個電壓值，作為該元件的額定電壓。在實際應(yīng)用中，由于晶閘管的過載能力較差，所以在選擇晶閘管的額定值時，需要留有一定的余量。通常選額定電壓和額定電流是實際工作電壓和工作電流的2倍左右。例如工作在交流有效值為220V（峰值為311V）的電路中，應(yīng)選用額定電壓為600V的晶閘管。2）反向阻斷峰值電壓URRM383）額定正向平均電流IF在環(huán)境溫度不超過40℃和規(guī)定的散熱條件下，晶閘管的陽極與陰極之間允許連續(xù)通過的工頻（50Hz）正弦半波電流的平均值。需要指出，晶閘管的額定正向平均電流并不是一成不變的，它與環(huán)境溫度、散熱條件、元件的導(dǎo)通角等因素有關(guān)。例如100A的元件，如不加風冷，則只能用到其容量的30％左右。此外，若晶閘管中流過的平均電流相同，則導(dǎo)通角越小，電流的波形越尖，峰值越大，元件發(fā)熱越重。這時晶閘管所允許通過的電流平均值必須適當降低。3）額定正向平均電流IF394）維持電流IH在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷開的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通所需要的最小陽極電流，稱為維持電流IH。當晶閘管的陽極電流小于此值時，晶閘管將自行關(guān)斷。IH一般為幾十至二三百毫安。目前我國生產(chǎn)的普通型晶閘管的型號組成如下：

4）維持電流IH40導(dǎo)通時正向平均電壓的組別，（小于100A不標），共分九級，用A~I表示，A級為0.4V,I級為1.2V導(dǎo)通時正向平均電壓的組別，（小于100A不標），共分九級，用41晶體二極管整流電路1單相半波整流電路2單相橋式整流電路晶體二極管整流電路1單相半波整流電路2單相橋式整流電路422晶體二極管整流電路整流：把交流電變成直流電的過程。整流原理：二極管的單向?qū)щ娞匦远O管單相整流電路：把單相交流電變成直流電的電路。半波整流橋式整流倍壓整流單相整流電路種類2晶體二極管整流電路整流：把交流電變成直流電的過程。整流原43單相半波整流電路1．電路如圖(a)所示

V：整流二極管，把交流電變成脈動直流電；

T：電源變壓器，把v1變成整流電路所需的電壓值v2。單相半波整流電路1．電路如圖(a)所示V：整流二442.工作原理設(shè)v2為正弦波，波形如前頁圖(b)所示。

(1)v2正半周時，A點電位高于B點電位，二極管V正偏導(dǎo)通，則vL

v2；

(2)v2負半周時，A點電位低于B點電位，二極管V反偏截止，則vL0。由波形可見，v2一周期內(nèi)，負載只用單方向的半個波形，這種大小波動、方向不變的電壓或電流稱為脈動直流電。上述過程說明，利用二極管單向?qū)щ娦钥砂呀涣麟妚2變成脈動直流電vL。由于電路僅利用v2的半個波形，故稱為半波整流電路。2.工作原理設(shè)v2為正弦波，波形如前頁圖(b)所示453．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL

VL=0.45V2

(1)(2)負載電流IL

(2)(3)二極管正向電流IV和負載電流IZ

(3)(4)二極管反向峰值電壓VRM

(4)3．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL(246選管條件(1)二極管允許的最大反向電壓應(yīng)大于承受的反向峰值電壓；(2)二極管允許的最大整流電流應(yīng)大于流過二極管的實際工作電流。電路缺點：電源利用率低，紋波成分大。解決辦法：全波整流。選管條件(1)二極管允許的最大反向電壓應(yīng)大于承受的反向峰47單相橋式整流電路1．電路如圖V1~V4為整流二極管，電路為橋式結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路1．電路如圖V1~V4為整流二極管，48

(2)v2負半周時，如圖(b)所示，A點電位低于B點電位，則V2、V4導(dǎo)通(V1、V3截止)，i2自上而下流過負載RL。橋式整流電路工作過程2．工作原理

(1)v2正半周時，如圖(a)所示，A點電位高于B點電位，則V1、V3導(dǎo)通(V2、V4截止)，i1自上而下流過負載RL；(2)v2負半周時，如圖(b)所示，A點電位低于B49由波形圖可見，v2一周期內(nèi)，兩組整流二極管輪流導(dǎo)通產(chǎn)生的單方向電流i1和i2疊加形成了iL。于是負載得到全波脈動直流電壓vL。橋式整流電路工作波形圖由波形圖可見，v2一周期內(nèi)，兩組整流二極管輪流導(dǎo)通產(chǎn)生503．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL

(2)負載電流IL

(3)二極管的平均電流IV

(4)二極管承受反向峰值電壓VRM

優(yōu)點：輸出電壓高，紋波小，VRM較低，應(yīng)用廣泛。3．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL(2)514．橋式穩(wěn)流電路的簡化畫法4．橋式穩(wěn)流電路的簡化畫法52[例]有一直流負載，需要直流電壓VL=60V，直流電流IL=4A。若采用橋式整流電路，求電源變壓器二次電壓V2選擇整流二極管。解因為VL=0.9V2

所以流過二極管的平均電流二極管承受的反向峰值電壓查晶體管手冊，可選用整流電流為3安培，額定反向工作電壓為100V的整流二極管2CZ12A(3A/100V)4只。[例]有一直流負載，需要直流電壓VL=60V，53半橋和全橋整流堆

整流元件組合件稱為整流堆，常見的有：(1)半橋：2CQ型，如圖(a)所示；(2)全橋：QL型，如圖(b)所示。優(yōu)點：電路組成簡單、可靠。半橋和全橋整流堆整流元件組合件稱為整流堆，常見的有：(1)54

可控整流電路

單相半波可控整流電路1.電阻性負載單相半波可控整流電路1）工作原理(1)u2為正半波時，ua>ub，晶閘管承受正向陽極電壓。此時若在門極加上正向觸發(fā)電壓，則晶閘管導(dǎo)通，電流io流向：a→VT→RL→b。忽略管壓降uT，則uo=u2，io=u2/RL。當u2的正半波電壓逐漸減少時，io也逐漸減少，當u2＝0時，io＝0，晶閘管關(guān)斷?？煽卣麟娐穯蜗喟氩煽卣麟娐?5(2）u2為負半波時，ua<ub,晶閘管承受反向電壓，處于反向阻斷狀況，uo＝0，u2的下一個周期情況與前述相同，重復(fù)出現(xiàn)。電路中各電壓、電流波形圖如下圖(b)所示。(2）u2為負半波時，ua<ub,晶閘管承受反向電壓，56圖電阻性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖(a)電路圖；(b)波形圖

圖電阻性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖572）控制角與導(dǎo)通角從晶閘管承受正向電壓起到晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時的空間電角度稱為控制角α，一個周期內(nèi)導(dǎo)通的范圍稱為導(dǎo)通角θ，顯然，θ＝π-α。改變晶閘管的觸發(fā)時刻就可以改變控制角α，亦即可以改變晶閘管的導(dǎo)通范圍，從而改變uo。α的變化范圍稱為移相范圍，α值的改變稱為移相。2）控制角與導(dǎo)通角583）負載直流平均電壓Uo與平均電流Io設(shè)

則負載上的直流平均電壓Uo為

式中，Uo為uo波形的平均值；U2為電源有效電壓；α為控制角。Uo和α及u2有關(guān)，若電源電壓給定后，Uo只與α有關(guān)。當α＝0時，Uo=0.45U2,為最大輸出直流平均電壓；當α=π時，Uo＝0。所以α的移相范圍為0～π，而Uo在0～0.45U2范圍連續(xù)可調(diào)。3）負載直流平均電壓Uo與平均電流Io則負載上的直流平均電壓59負載電流的平均值為

式中，Io為負載電流的平均值；U2為電源電壓有效值；RL為負載電阻。

負載電流的平均值為式中，Io為負載電流的平均值；U2為電源604）晶閘管的電壓和電流(1）

晶閘管所承受的最大正反向電壓URM。

(2）

流過晶閘管的電流平均值IT。

4）晶閘管的電壓和電流(2）流過晶閘管的電流平均值IT。61

2.電感性負載單相半波可控整流電路實際電路中有許多負載是電感性負載，它們既含有電阻又含有電感。電感性負載單相半波可控整流電路如下圖所示。

2.電感性負載單相半波可控整流電路62圖電感性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖（a）

電路圖;(b)波形圖

圖電感性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖631）工作原理當u2為正半波時，晶閘管VT承受正向電壓u2，控制極未加觸發(fā)脈沖時，晶閘管不導(dǎo)通，uo＝0。在ωt1時刻，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，u2加在負載上，uo＝u2。io只能逐漸增加，因為電感L的自感電動勢阻礙io增加。當uo達到最大值后又開始減少時，io增大速度變慢，直至最大，再開始減少。當io減少時，電感L的自感電動勢阻礙io減少。自感電動勢的方向?qū)чl管來說是正方向，所以，在ωt2～ωt3期間，雖然u2已變?yōu)樨?，但只要自感電動勢大于u2，晶閘管就承受正向電壓而繼續(xù)導(dǎo)通，io繼續(xù)減少，但只要io不小于IH,晶閘管就不關(guān)斷，uo＝u2。直至io<IH,晶閘管才關(guān)斷，開始承受反向電壓，uo＝0。波形圖如上圖(b)所示。1）工作原理642）續(xù)流二極管的作用由于電感L的存在，使負載電壓出現(xiàn)負值，平均電壓Uo減少。所以必須采取一定措施，避免uo出現(xiàn)負值。為解決此問題，可以在負載兩端并聯(lián)一個二極管，稱為續(xù)流二極管，其電路圖及波形圖如下圖所示。2）續(xù)流二極管的作用65圖續(xù)流二極管的感性負載電路圖及波形圖（a）

電路圖;(b)波形圖

圖續(xù)流二極管的感性負載電路圖及波形圖66單相半控橋式整流電路1.單相半控橋式整流電路的組成單相半波可控整流電路雖然有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少的優(yōu)點，但卻有整流電壓脈動大、輸出電流小的缺點。所以，經(jīng)常用的是單相橋式可控整流電路。單相橋式可控整流電路分為半控橋式整流電路和全控橋式整流電路。如圖下圖所示為兩種常用的單相半控橋式整流電路。在下圖（a）中，采用兩個晶閘管和兩個二極管組成橋式電路；在下圖（b）中，采用四個二極管和一個晶閘管組成開關(guān)管式電路。如果在下圖（a）中的四個晶體管都采用晶閘管，則稱為單相全控橋式整流電路。但由于這種電路晶閘管較多，觸發(fā)電路較復(fù)雜，

成本較高，

故不常采用。

單相半控橋式整流電路67圖單相半控橋式整流電路（a）

半控式；(b)開關(guān)管式

圖單相半控橋式整流電路68在上圖（a）中，變壓器副邊電壓u2在正半周時，VT1和VD2承受正向電壓。當ωt＝α?xí)r，如對晶閘管VT1引入觸發(fā)信號，則VT1和VD2導(dǎo)通，電流的通路為a→VT1→RL→VD2→b這時，VT2和VD1承受反向電壓而截止。同樣在電壓u2的負半周時，VT2和VD1承受正向電壓。這時，如對晶閘管VT2引入觸發(fā)信號，則VT2和VD1導(dǎo)通，電流的通路為b→VT2→RL→VD1→a這時，VT1和VD2處于截止狀態(tài)。

在上圖（a）中，變壓器副邊電壓u2在正半周時，VT1和V69當整流電路為電阻性負載時，單相半控橋式整流電壓uo的波形如下圖所示。顯然，與單相半波可控整流相比，其輸出電壓的平均值應(yīng)增大一倍，即

輸出電流的平均值

當整流電路為電阻性負載時，單相半控橋式整流電壓uo的波形70圖

單相橋式可控整流的電壓波形圖

圖單相橋式可控整流的電壓波形圖71由上述可知，當α＝0，即θ＝180°時，負載上的電壓最大，即Uo=0.9U2。改變觸發(fā)脈沖uG的加入時刻，即改變控制角α大小，使晶閘管在不同的時刻導(dǎo)通，便可調(diào)節(jié)負載電壓的平均值Uo，從而實現(xiàn)可控整流。由上述可知，當α＝0，即θ＝180°時，負載上的電壓最大72濾波器和穩(wěn)壓器1濾波器2硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路濾波器和穩(wěn)壓器1濾波器2硅穩(wěn)壓二73濾波器特點：電容器與負載并聯(lián)。作用：濾除脈動直流電中脈動成分。種類：電容濾波器、電感濾波器、復(fù)式濾波器1．電路一、電容濾波器濾波器特點：電容器與負載并聯(lián)。作用：742．工作原理：利用電容器兩端電壓不能突變原理平滑輸出電壓。在0

~t1期間，因v2的作用，V正偏導(dǎo)通，電容C充電，波形如圖(b)中

OA所示；在t1~t2期間，因v2<vC，V反偏截止，電容C通過負載放電，波形如圖(b)中AB所示；在t2~t3期間，因vC>v2，V正偏導(dǎo)通，電容再次充電，波形如圖(b)中BC。具有電容濾波器的半波整流電路2．工作原理：利用電容器兩端電壓不能突變原理平滑輸出75重復(fù)上述過程，可得近于平滑波形。這說明，通過電容的充放電，輸出直流電壓中的脈動成分大為減小。全波整流電容濾波輸出波形如圖所示。工作原理與半波整流電路相同，不同點是：v2正、負半周內(nèi)，V1、V2輪流導(dǎo)通，對電容C充電兩次，縮短了電容C向負載的放電時間，從而使輸出電壓更加平滑。輸出電壓估算公式為VL

1.2V2應(yīng)用：小功率電源。全波整流電路電容濾波輸出波形重復(fù)上述過程，可得近于平滑波形。這說明，通過電容的充放電76工程應(yīng)用一、電容濾波的直流電壓輸出及整流管與濾波電容的選擇電容濾波的整流電路輸出電壓與整流管的選擇?IL1.2V2V2橋式整流電路ILV2V2半波整流電路通過的電流最大反向電壓帶負載時的電壓(估算值)負載開路時的電壓二極管的電壓與電流整流電路的輸出電壓輸入交流電壓(有效值)整流電路的類型1．電容濾波的整流電路輸出電壓與整流管的選擇工程應(yīng)用一、電容濾波的直流電壓輸出及整流管與濾波電容的選擇電772.濾波電容的選擇電容的選擇從電容耐壓和容量兩個方面考慮：

(1)耐壓：在電路中電容耐壓值要大于負載開路時整流電路的輸出電壓。

(2)電容容量：濾波電容器C的容量選擇與電路中的負載電流IL有關(guān)，當負載電流加大后，要相應(yīng)的增加電容量。表列出的數(shù)據(jù)供選用時參考濾波電容容量表輸出電流IL/A210.5~10.1~0.50.05~0.140.05以下電容器容量C/F400020001000500200~500100注：此為全波整流電容濾波在VL=12~36V時的參考值。2.濾波電容的選擇電容的選擇從電容耐壓和容量兩個方面考78缺點：體積大、重量大。帶電感濾波器

二、電感濾波器1．電路特點：電感與負載串聯(lián)2．工作原理利用流過電感電流不能突變原理平滑輸出電流。當電路電流增加時，電感存儲能量；當電流減小時，電感釋放能量。使負載電流比較平滑，從而得到比較平滑的直流電壓。應(yīng)用：較大功率電源。缺點：體積大、重量大。帶電感濾波器二、電感濾波器1．電79三、復(fù)式濾波器(3)應(yīng)用：較大功率電源中。結(jié)構(gòu)特點：電容與負載并聯(lián)，電感與負載串聯(lián)。性能特點：濾波效果好。1．L型濾波器(1)電路：

(2)原理：整流輸出的脈動直流經(jīng)過電感L，交流成分被削弱，再經(jīng)過電容C濾波，就可在負載上獲得更加平滑的直流電壓。L型濾波器橋式整流電路三、復(fù)式濾波器(3)應(yīng)用：較大功率電源中。結(jié)構(gòu)特點：電容與負802．型濾波器型濾波器橋式整流電路(3)應(yīng)用：小功率電源中。

(2)原理：整流輸出的脈動直流經(jīng)過電容C1濾波后，再經(jīng)電感L和電容C2濾波，使脈動成分大大降低，在負載上可獲得平滑的直流電壓。(1)電路：2．型濾波器型濾波器橋式整流電路(3)應(yīng)用：小功率電81硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

濾波電路：將脈動的直流電變成平滑的直流電。

穩(wěn)壓電路：抑制電網(wǎng)電壓和整流電路負載的變化引起的輸出電壓變化，將平滑的直流電變成穩(wěn)定的直流電。硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號1．硅穩(wěn)壓二極管的特性(1)穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。(2)當工作電流IZ滿足條件IA<IZ<IB時，穩(wěn)壓管兩端電壓VZ幾乎不變。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路濾波電路：將脈動的直流電變成平822．穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓VZ—

穩(wěn)壓管在規(guī)定電流下的反向擊穿電壓。(2)穩(wěn)定電流IZ--穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓下的工作電流。

(3)最大穩(wěn)定電流

IZmax—穩(wěn)壓管允許長期通過的最大反向電流。

(4)動態(tài)電阻

rZ

—穩(wěn)壓管兩端電壓變化量與電流變化量的比值，即

rZ

=

VZ

/IZ

。此值越小，管子穩(wěn)壓性能越好。2．穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓VZ—穩(wěn)壓管833．穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理硅穩(wěn)壓管整流穩(wěn)壓電路

(1)電路：V為穩(wěn)壓管，起電流調(diào)整作用；R為限流電阻，起電壓調(diào)整作用。

(2)電路的穩(wěn)壓過程：VO↓→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

(3)應(yīng)用：小功率場合。3．穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理硅穩(wěn)壓管整流穩(wěn)壓電路(1)電84模塊教學(xué)二二極管課件85晶體二極管和二極管整流電路本章學(xué)習(xí)目標1.1晶體二極管1.2晶體二極管整流電路1.3濾波器和硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路本章小結(jié)晶體二極管和二極管整流電路本章學(xué)習(xí)目標1.1晶體二極管186本章學(xué)習(xí)目標理解半導(dǎo)體的基本常識，掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴Ｊ煜ぞw二極管的外形、圖形符號、文字符號。掌握晶體二極管的伏安特性和參數(shù)，會用萬用表檢測二極管。本章學(xué)習(xí)目標理解半導(dǎo)體的基本常識，掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦?74.理解整流的含義，清楚典型的整流電路類型，能分析其工作原理，能進行相應(yīng)的計算。理解濾波的概念，能清楚整流濾波器件和常用的濾波方式，掌握濾波的電路形式，理解電容濾波及電感濾波的工作原理，了解選擇濾波電容的選擇要求。熟悉穩(wěn)壓二極管的工作特性和參數(shù)，理解硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理。4.理解整流的含義，清楚典型的整流電路類型，能分析其工作原88晶體二極管1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)3二極管的伏安特性4二極管的簡單測試5二極管的分類、型號和參數(shù)工程應(yīng)用晶體二極管1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)3二極891晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?/p>

(1)外形：由密封的管體和兩條正、負電極引線所組成。管體外殼的標記通常表示正極。如圖所示；(2)符號：三角形——正極，豎杠——負極，V——二極管的文字符號。1．晶體二極管1晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?1)外形：由密封的管體和兩902．晶體二極管的單向?qū)щ娦裕簞赢婸N結(jié)的單向?qū)щ娦?1)正極電位＞負極電位，二極管導(dǎo)通；(2)正極電位＜負極電位，二極管截止。即二極管正偏導(dǎo)通，反偏截止。這一導(dǎo)電特性稱為二極管的單向?qū)щ娦浴?．晶體二極管的單向?qū)щ娦裕簞赢婸N結(jié)的單向?qū)щ娦?1)91

[例1]如圖所示電路中，當開關(guān)S閉合后，H1、H2兩個指示燈，哪一個可能發(fā)光？解由電路圖可知，開關(guān)S閉合后，只有二極管V1正極電位高于負極電位，即處于正向?qū)顟B(tài)，所以H1指示燈發(fā)光。[例1]如圖所示電路中，當開關(guān)S閉合后，H1、H922PN結(jié)PN結(jié)的形成二極管由半導(dǎo)體材料制成。1．半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)。如硅(Si)或鍺(Ge)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中，能夠運載電荷的的粒子有兩種：

自由電子：帶負電空穴：帶與自由電子等量的正電均可運載電荷——載流子2PN結(jié)PN結(jié)的形成二極管由半導(dǎo)體材料制成。1．半93載流子：在電場的作用下定向移動的自由電子和空穴，統(tǒng)稱載流子，如圖所示。半導(dǎo)體的兩種載流子動畫兩種載流子載流子：在電場的作用下定向移動的自由電子和空穴，統(tǒng)稱載流942．本征半導(dǎo)體：不加雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體晶體。如本征硅或本征鍺。

本征半導(dǎo)體電導(dǎo)率低，為提高導(dǎo)電性能，需摻雜，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。3．雜質(zhì)半導(dǎo)體：為了提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，在本征半導(dǎo)體(4價)中摻入硼或磷等雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體。

根據(jù)摻雜的物質(zhì)不同，可分兩種：

(1)P型半導(dǎo)體：本征硅(或鍺)中摻入少量硼元素(3價)所形成的半導(dǎo)體，如P型硅。多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。

(2)N型半導(dǎo)體：在本征硅(或鍺)中摻入少量磷元素(5價)所形成的半導(dǎo)體，如N型硅。其中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。2．本征半導(dǎo)體：不加雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體晶體。如本征硅或本征95

將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體使用特殊工藝連在一起，形成PN結(jié)。4．PN結(jié)：N型和P

型半導(dǎo)體之間的特殊薄層稱為PN結(jié)。PN結(jié)是各種半導(dǎo)體器件的核心。如圖所示。PN結(jié)晶體二極管之所以具有單向?qū)щ娦?，其原因是?nèi)部具有一個PN結(jié)。其正、負極對應(yīng)于PN結(jié)的P型和N型半導(dǎo)體。P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，PN結(jié)導(dǎo)通；反之，PN結(jié)截止。PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。即：動畫PN結(jié)的形成將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體使用特殊工藝連在一起，形963二極管的伏安特性測試二極管伏安特性電路1．定義：二極管兩端的電壓和流過的電流之間的關(guān)系曲線叫作二極管的伏安特性。2．測試電路：如圖所示。3二極管的伏安特性測試二極管伏安特性電路1．定義：二97伏安特性曲線：如圖所示。伏安特性曲線：如圖所示。98特點：結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。導(dǎo)通后V兩端電壓基本恒定：②VF＞VT時，V導(dǎo)通，IF急劇增大。①正向電壓VF小于門坎電壓VT時，二極管V截止，正向電流IF=0；其中，門坎電壓(1)正向特性特點：結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。導(dǎo)通后V兩端電壓基99(2)反向特性VR＞VRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱為反向電擊穿。對應(yīng)的電壓VRM稱為反向擊穿電壓。反向電壓VR＜VRM(反向擊穿電壓)時，反向電流IR很小，且近似為常數(shù)，稱為反向飽和電流。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。(2)反向特性VR＞VRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱1004二極管的簡單測試萬用表檢測二極管將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負極。1．判別正負極性用萬用表檢測二極管如圖所示。萬用表測試條件：R×100或R×1k擋；4二極管的簡單測試萬用表檢測二極管將紅、黑表筆分別接二1012．判別好壞萬用表檢測二極管萬用表測試條件：R1k。(3)若正向電阻約幾千歐，反向電阻非常大，二極管正常。(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；2．判別好壞萬用表檢測二極管萬用表測試條件：R1k。(1025二極管的分類、型號和參數(shù)1．分類(1)按材料分：硅管、鍺管

(2)按PN結(jié)面積：點接觸型(電流小，高頻應(yīng)用)、面接觸型(電流大，用于整流)(3)按用途：如圖所示。二極管圖形符號5二極管的分類、型號和參數(shù)1．分類(1)按材料分：硅管103①整流二極管：利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂芍绷麟姷亩O管。②穩(wěn)壓二極管：利用反向擊穿特性進行穩(wěn)壓的二極管。③發(fā)光二極管：利用磷化鎵把電能轉(zhuǎn)變成光能的二極管。④光電二極管：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕亩O管。⑤變?nèi)荻O管：利用反向偏壓改變PN結(jié)電容量的二極管2．型號舉例如下：整流二極管——2CZ82B穩(wěn)壓二極管——2CW50變?nèi)荻O管——2AC1等等。①整流二極管：利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂芍绷麟姷亩O管1043．主要參數(shù)主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、最大工作電流IZM、最大耗散功率PZM、動態(tài)電阻rZ等。(2)穩(wěn)壓二極管③反向漏電流IR：規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下，二極管反向電流值。②最高反向工作電壓VRM：二極管允許承受的反向工作電壓峰值。①最大整流電流IFM：二極管允許通過的最大正向工作電流平均值。(1)普通整流二極管3．主要參數(shù)主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、最105工程應(yīng)用發(fā)光二極管和光電二極管的檢測發(fā)光二極管的檢測與普通二極管的檢測方法基本相似，但由于發(fā)光二極管的正向?qū)妷阂话阍?.5V以上，故檢測時必須用萬用表的R

10k擋，正向電阻小于50k，反相電阻大于200k時發(fā)光二極管為正常。由于光電二極管工作時應(yīng)加反向電壓，故檢測時著重觀察反向電阻在有無光照時的變化，用萬用表的R

1k擋，當有光照時，反向電阻小，無光照時，反向電阻大為正常，當無光照時電阻差別很小，表明光電二極管的質(zhì)量不好。工程應(yīng)用發(fā)光二極管和光電二極管的檢測發(fā)光二極管的檢測與普通二106晶閘管及其應(yīng)用晶閘管

可控整流電路

晶閘管的觸發(fā)電路

晶閘管的保護

晶閘管及其應(yīng)用晶閘管107

晶

閘

管

晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管又稱為可控硅（SCR）,普通型晶閘管的外殼結(jié)構(gòu)主要有兩種形式，一種是螺栓式，另一種是平板式，它們的外形如圖7.1所示。

晶閘管晶閘管的結(jié)構(gòu)108晶閘管的外形(a)螺栓式；(b)平板式

晶閘管的外形109晶閘管有3個電極：陽極A、陰極K和門極(控制極)G。在圖（a）中，下端的螺栓是陽極A，使用時把螺栓固定在散熱器上，上端有兩根引出線，粗的一根是陰極K，細的一根是控制極G。在圖（b）平板式晶閘管中，與晶閘管中間金屬環(huán)連接的引線是控制極；離控制極較近的端面是陰極，較遠的端面是陽極。晶閘管的內(nèi)部有一個由硅半導(dǎo)體材料做成的管心。管心是一個圓形薄片，它是四層（P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G）器件。它有三個PN結(jié)，可以把中間的N1和P2分為兩部分，可看成是一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管，如圖所示。

晶閘管有3個電極：陽極A、陰極K和門極(控制極)G。在圖110

晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號

晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號111晶閘管的工作原理

1．反向阻斷實驗如圖（a）所示，晶閘管有兩個回路：

EA(-)→RL→VT（A極-K極）→EA(+)

EG(+)→RG→開關(guān)S→VT（G極-K極）→EG(-)晶閘管的工作原理112前一回路稱為晶閘管的主電路，后一回路稱為晶閘管的控制電路。由主電路可知，此時晶閘管的陽極電位低于陰極，加在晶閘管上的電壓為反向電壓。在此狀態(tài)下，不論控制電路是否接通，電燈HL均不亮，晶閘管不導(dǎo)通。此時稱晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。從晶閘管的結(jié)構(gòu)圖可見，當晶閘管承受反向電壓時，對J2結(jié)來說雖為正向偏置，但對J1和J3結(jié)則為反向偏置，它們的電阻很大，晶閘管只有極小的反向漏電流通過，所以晶閘管處于阻斷狀態(tài)。

前一回路稱為晶閘管的主電路，后一回路稱為晶閘管的控制電路113

2.正向阻斷實驗如圖(b)所示，此時晶閘管雖承受正向偏壓，但控制極未接通，電燈也不亮，說明晶閘管未導(dǎo)通，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。在正向電壓作用下，雖然J1和J3結(jié)為正向偏置，

但J2結(jié)為反向偏置，

故晶閘管仍不能導(dǎo)通。

2.正向阻斷實驗114

3．觸發(fā)導(dǎo)通實驗如圖（c）所示，把開關(guān)S合上，在控制極與陰極之間加上適當大小的正向觸發(fā)電壓UG。此時，電燈亮，晶閘管由阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，即使斷開控制極電路開關(guān)S，電燈仍保持原亮度，這說明晶閘管一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通，控制極便失去了控制作用。一旦觸發(fā)導(dǎo)通以后，即使切除觸發(fā)信號，晶閘管仍然導(dǎo)通(見下圖（d）)。3．觸發(fā)導(dǎo)通實驗115圖晶閘管的簡單實驗（a）

反向阻斷；

（b）

方向阻斷；

（c）

觸發(fā)導(dǎo)通；

（d）

切除觸發(fā)信號仍導(dǎo)通

圖晶閘管的簡單實驗116由以上實驗可知，要使晶閘管導(dǎo)通必須同時具備下列兩個條件：(1)陽極A和陰極K之間施加正向電壓。(2)控制極G與陰極K之間施加正向觸發(fā)電壓。為了說明晶閘管的工作原理，我們把四層結(jié)構(gòu)的晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管連接而成，每一個晶體管的基極與另一個晶體管的集電極相連，如上圖所示。陽極A相當于PNP型晶體管V1的發(fā)射極，陰極K相當于NPN型晶體管V2的發(fā)射極。由以上實驗可知，要使晶閘管導(dǎo)通必須同時具備下列兩個條件117圖

把晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管的組合

圖把晶閘管看成由PNP和NPN型兩個晶體管的組合118圖

晶閘管的工作原理

圖晶閘管的工作原理119如果晶閘管陽極加正向電壓EA，控制極加正向電壓EG(見圖)，那么晶體管V2處于正向偏置，電壓EG產(chǎn)生的控制極電流就是V2的基極電流，由于V2的放大作用，iC2=β2iB2。而iC2又是晶體管V1的基極電流，V1的集電極電流iC1=β1iC2=β1β2iB2。此電流又流入V2基極，再一次放大。這樣循環(huán)下去，形成了強烈的正反饋，使兩個晶體管很快達到飽和導(dǎo)通。這就是晶閘管的導(dǎo)通過程，導(dǎo)通后的管壓降很小，即UAK≈1V,電源電壓幾乎全部加在負載上，晶閘管中就流過負載電流,即IA≈EA/RL。如果晶閘管陽極加正向電壓EA，控制極加正向電壓EG(見圖120在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子自身的反饋作用來維持，即使控制極電流iG消失，晶閘管仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。所以，控制極的作用僅僅是觸發(fā)一下晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后控制極就失去控制作用了。所以觸發(fā)電壓常常是一個具有一定幅度而存在時間很短的脈沖電壓。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽極電流減小到使之不能維持正反饋過程，當然也可以將陽極電源切斷或者在晶閘管的陽極和陰極加上一個反向電壓。在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子自身的反饋作用121晶閘管的主要參數(shù)和型號1）正向阻斷峰值電壓UFRM在控制極斷開和晶閘管正向阻斷的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽極與陰極之間的正向峰值電壓。

晶閘管的主要參數(shù)和型號1222）反向阻斷峰值電壓URRM在控制極斷開的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽極與陰極之間的反向峰值電壓。如果晶閘管的UFRM和URRM不相等，則取較小的那個電壓值，作為該元件的額定電壓。在實際應(yīng)用中，由于晶閘管的過載能力較差，所以在選擇晶閘管的額定值時，需要留有一定的余量。通常選額定電壓和額定電流是實際工作電壓和工作電流的2倍左右。例如工作在交流有效值為220V（峰值為311V）的電路中，應(yīng)選用額定電壓為600V的晶閘管。2）反向阻斷峰值電壓URRM1233）額定正向平均電流IF在環(huán)境溫度不超過40℃和規(guī)定的散熱條件下，晶閘管的陽極與陰極之間允許連續(xù)通過的工頻（50Hz）正弦半波電流的平均值。需要指出，晶閘管的額定正向平均電流并不是一成不變的，它與環(huán)境溫度、散熱條件、元件的導(dǎo)通角等因素有關(guān)。例如100A的元件，如不加風冷，則只能用到其容量的30％左右。此外，若晶閘管中流過的平均電流相同，則導(dǎo)通角越小，電流的波形越尖，峰值越大，元件發(fā)熱越重。這時晶閘管所允許通過的電流平均值必須適當降低。3）額定正向平均電流IF1244）維持電流IH在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷開的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通所需要的最小陽極電流，稱為維持電流IH。當晶閘管的陽極電流小于此值時，晶閘管將自行關(guān)斷。IH一般為幾十至二三百毫安。目前我國生產(chǎn)的普通型晶閘管的型號組成如下：

4）維持電流IH125導(dǎo)通時正向平均電壓的組別，（小于100A不標），共分九級，用A~I表示，A級為0.4V,I級為1.2V導(dǎo)通時正向平均電壓的組別，（小于100A不標），共分九級，用126晶體二極管整流電路1單相半波整流電路2單相橋式整流電路晶體二極管整流電路1單相半波整流電路2單相橋式整流電路1272晶體二極管整流電路整流：把交流電變成直流電的過程。整流原理：二極管的單向?qū)щ娞匦远O管單相整流電路：把單相交流電變成直流電的電路。半波整流橋式整流倍壓整流單相整流電路種類2晶體二極管整流電路整流：把交流電變成直流電的過程。整流原128單相半波整流電路1．電路如圖(a)所示

V：整流二極管，把交流電變成脈動直流電；

T：電源變壓器，把v1變成整流電路所需的電壓值v2。單相半波整流電路1．電路如圖(a)所示V：整流二1292.工作原理設(shè)v2為正弦波，波形如前頁圖(b)所示。

(1)v2正半周時，A點電位高于B點電位，二極管V正偏導(dǎo)通，則vL

v2；

(2)v2負半周時，A點電位低于B點電位，二極管V反偏截止，則vL0。由波形可見，v2一周期內(nèi)，負載只用單方向的半個波形，這種大小波動、方向不變的電壓或電流稱為脈動直流電。上述過程說明，利用二極管單向?qū)щ娦钥砂呀涣麟妚2變成脈動直流電vL。由于電路僅利用v2的半個波形，故稱為半波整流電路。2.工作原理設(shè)v2為正弦波，波形如前頁圖(b)所示1303．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL

VL=0.45V2

(1)(2)負載電流IL

(2)(3)二極管正向電流IV和負載電流IZ

(3)(4)二極管反向峰值電壓VRM

(4)3．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL(2131選管條件(1)二極管允許的最大反向電壓應(yīng)大于承受的反向峰值電壓；(2)二極管允許的最大整流電流應(yīng)大于流過二極管的實際工作電流。電路缺點：電源利用率低，紋波成分大。解決辦法：全波整流。選管條件(1)二極管允許的最大反向電壓應(yīng)大于承受的反向峰132單相橋式整流電路1．電路如圖V1~V4為整流二極管，電路為橋式結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路1．電路如圖V1~V4為整流二極管，133

(2)v2負半周時，如圖(b)所示，A點電位低于B點電位，則V2、V4導(dǎo)通(V1、V3截止)，i2自上而下流過負載RL。橋式整流電路工作過程2．工作原理

(1)v2正半周時，如圖(a)所示，A點電位高于B點電位，則V1、V3導(dǎo)通(V2、V4截止)，i1自上而下流過負載RL；(2)v2負半周時，如圖(b)所示，A點電位低于B134由波形圖可見，v2一周期內(nèi)，兩組整流二極管輪流導(dǎo)通產(chǎn)生的單方向電流i1和i2疊加形成了iL。于是負載得到全波脈動直流電壓vL。橋式整流電路工作波形圖由波形圖可見，v2一周期內(nèi)，兩組整流二極管輪流導(dǎo)通產(chǎn)生1353．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL

(2)負載電流IL

(3)二極管的平均電流IV

(4)二極管承受反向峰值電壓VRM

優(yōu)點：輸出電壓高，紋波小，VRM較低，應(yīng)用廣泛。3．負載和整流二極管上的電壓和電流(1)負載電壓VL(2)1364．橋式穩(wěn)流電路的簡化畫法4．橋式穩(wěn)流電路的簡化畫法137[例]有一直流負載，需要直流電壓VL=60V，直流電流IL=4A。若采用橋式整流電路，求電源變壓器二次電壓V2選擇整流二極管。解因為VL=0.9V2

所以流過二極管的平均電流二極管承受的反向峰值電壓查晶體管手冊，可選用整流電流為3安培，額定反向工作電壓為100V的整流二極管2CZ12A(3A/100V)4只。[例]有一直流負載，需要直流電壓VL=60V，138半橋和全橋整流堆

整流元件組合件稱為整流堆，常見的有：(1)半橋：2CQ型，如圖(a)所示；(2)全橋：QL型，如圖(b)所示。優(yōu)點：電路組成簡單、可靠。半橋和全橋整流堆整流元件組合件稱為整流堆，常見的有：(1)139

可控整流電路

單相半波可控整流電路1.電阻性負載單相半波可控整流電路1）工作原理(1)u2為正半波時，ua>ub，晶閘管承受正向陽極電壓。此時若在門極加上正向觸發(fā)電壓，則晶閘管導(dǎo)通，電流io流向：a→VT→RL→b。忽略管壓降uT，則uo=u2，io=u2/RL。當u2的正半波電壓逐漸減少時，io也逐漸減少，當u2＝0時，io＝0，晶閘管關(guān)斷?？煽卣麟娐穯蜗喟氩煽卣麟娐?40(2）u2為負半波時，ua<ub,晶閘管承受反向電壓，處于反向阻斷狀況，uo＝0，u2的下一個周期情況與前述相同，重復(fù)出現(xiàn)。電路中各電壓、電流波形圖如下圖(b)所示。(2）u2為負半波時，ua<ub,晶閘管承受反向電壓，141圖電阻性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖(a)電路圖；(b)波形圖

圖電阻性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖1422）控制角與導(dǎo)通角從晶閘管承受正向電壓起到晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時的空間電角度稱為控制角α，一個周期內(nèi)導(dǎo)通的范圍稱為導(dǎo)通角θ，顯然，θ＝π-α。改變晶閘管的觸發(fā)時刻就可以改變控制角α，亦即可以改變晶閘管的導(dǎo)通范圍，從而改變uo。α的變化范圍稱為移相范圍，α值的改變稱為移相。2）控制角與導(dǎo)通角1433）負載直流平均電壓Uo與平均電流Io設(shè)

則負載上的直流平均電壓Uo為

式中，Uo為uo波形的平均值；U2為電源有效電壓；α為控制角。Uo和α及u2有關(guān)，若電源電壓給定后，Uo只與α有關(guān)。當α＝0時，Uo=0.45U2,為最大輸出直流平均電壓；當α=π時，Uo＝0。所以α的移相范圍為0～π，而Uo在0～0.45U2范圍連續(xù)可調(diào)。3）負載直流平均電壓Uo與平均電流Io則負載上的直流平均電壓144負載電流的平均值為

式中，Io為負載電流的平均值；U2為電源電壓有效值；RL為負載電阻。

負載電流的平均值為式中，Io為負載電流的平均值；U2為電源1454）晶閘管的電壓和電流(1）

晶閘管所承受的最大正反向電壓URM。

(2）

流過晶閘管的電流平均值IT。

4）晶閘管的電壓和電流(2）流過晶閘管的電流平均值IT。146

2.電感性負載單相半波可控整流電路實際電路中有許多負載是電感性負載，它們既含有電阻又含有電感。電感性負載單相半波可控整流電路如下圖所示。

2.電感性負載單相半波可控整流電路147圖電感性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖（a）

電路圖;(b)波形圖

圖電感性負載單相半波可控整流電路圖及波形圖1481）工作原理當u2為正半波時，晶閘管VT承受正向電壓u2，控制極未加觸發(fā)脈沖時，晶閘管不導(dǎo)通，uo＝0。在ωt1時刻，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，u2加在負載上，uo＝u2。io只能逐漸增加，因為電感L的自感電動勢阻礙io增加。當uo達到最大值后又開始減少時，io增大速度變慢，直至最大，再開始減少。當io減少時，電感L的自感電動勢阻礙io減少。自感電動勢的方向?qū)чl管來說是正方向，所以，在ωt2～ωt3期間，雖然u2已變?yōu)樨?，但只要自感電動勢大于u2，晶閘管就承受正向電壓而繼續(xù)導(dǎo)通，io繼續(xù)減少，但只要io不小于IH,晶閘管就不關(guān)斷，uo＝u2。直至io<IH,晶閘管才關(guān)斷，開始承受反向電壓，uo＝0。波形圖如上圖(b)所示。1）工作原理1492）續(xù)流二極管的作用由于電感L的存在，使負載電壓出現(xiàn)負值，平均電壓Uo減少。所以必須采取一定措施，避免uo出現(xiàn)負值。為解決此問題，可以在負載兩端并聯(lián)一個二極管，稱為續(xù)流二極管，其電路圖及波形圖如下圖所示。2）續(xù)流二極管的作用150圖續(xù)流二極管的感性負載電路圖及波形圖（a）

電路圖;(b)波形圖

圖續(xù)流二極管的感性負載電路圖及波形圖151單相半控橋式整流電路1.單相半控橋式整流電路的組成單相半波可控整流電路雖然有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少的優(yōu)點，但卻有整流電壓脈動大、輸出電流小的缺點。所以，經(jīng)常用的是單相橋式可控整流電路。單相橋式可控整流電路分為半控橋式整流電路和全控橋式整流電路。如圖下圖所示為兩種常用的單相半控橋式整流電路。在下圖（a）中，采用兩個晶閘管和兩個二極管組成橋式電路；在下圖（b）中，采用四個二極管和一個晶閘管組成開關(guān)管式電路。如果在下圖（a）中的四個晶體管都采用晶閘管，則稱為單相全控橋式整流電路。但由于這種電路晶閘管較多，觸發(fā)電路較復(fù)雜，

成本較高，

故不常采用。

單相半控橋式整流電路152圖單相半控橋式整流電路（a）

半控式；(b)開關(guān)管式

圖單相半控橋式整流電路153在上圖（a）中，變壓器副邊電壓u2在正半周時，VT1和VD2承受正向電壓。當ωt＝α?xí)r，如對晶閘管VT1引入觸發(fā)信號，則VT1和VD2導(dǎo)通，電流的通路為a→VT1→RL→VD2→b這時，VT2和VD1承受反向電壓而截止。同樣在電壓u2的負半周時，VT2和VD1承受正向電壓。這時，如對晶閘管VT2引入觸發(fā)信號，則VT2和VD1導(dǎo)通，電流的通路為b→VT2→RL→VD1→a這時，VT1和VD2處于截止狀