電子技術基礎教案

第四章直流電源

復習舊課：

1、二極管、三極管的特性；

2、放大電路的工作原理及分析；

新課導入：

交流電在產(chǎn)生、輸送和使用方面具有很多優(yōu)點，因此發(fā)電廠所提供的電能幾乎全是

交流電。但在工礦企業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪羞€經(jīng)常要用到直流電。（例電視機內(nèi)部電路）

解決供電和用電之間矛盾的最經(jīng)濟簡便的措施是將交流電變換為直流電。

教學過程：

整流：將交流電變換為直流電的過程。整流器一般由三部分組成。

圖10.1.1直流穩(wěn)壓電源的方框圖

§4-1單相整流電路

一、單相半波整流電路

1、電路的組成

「變壓器T:作用是將電源電壓變換成適當數(shù)值的電壓供整流用;

Y晶體二極管V:整流元件；

I負載電阻RL：

圖10.2.1單相半波整流電路圖10.2.2半波整流電路的波形圖

2、工作原理

設變壓器的二次側(cè)電壓為U2，在U2的正半周設a端為正，b端為負，二極管在

正向電壓的作用下導通。負載電阻RL兩端的電壓UL就等于U2；在U2的負半周，變壓

器二次側(cè)的a端為負，b端為正，則二極管承受反向電壓而截止，負載兩端的電壓UL

為零。

可見，U2每變化一周在負載上得到半個周期的單向脈動直流電，所以稱為半波整

流。

U2=Uv+uL=UL

3、負載RL上的直流電壓和電流計算

負載的直流電壓：指在輸入電壓U2的一個周期內(nèi)，負載獲得的脈動直流電壓的平均值。

用UL表示。

UL=0.45U2

U2：變壓器二次側(cè)電壓U2的有效值。

流過負載RL的直流電流平均值

IL=UL/RL=0.45U2/RL

4、整流二極管上的電流和最大反向電壓

因二極管與負載串聯(lián)，所以流過二極管的平均電流IF就等于負載的直流電流平均

值IL,即

IF=IL=0.45U2/RL

二極管截止時，實際承受的反向電壓的最大值URM等于變壓器二次側(cè)電壓的最大值,

即

URM=2U2

例4-1

解：UL=RLIL=15V

U2=UL/0.45=33V

lF=1L=10mA

URM=2U2=47V

小結(jié)：

單相半波整流電路的工作原理、二極管的選擇。

作業(yè)：

P1374

§4-1單相整流電路

復習舊課:

1、單相半波整流電路的工作原理；

2、負載RL上直流電壓和電流的計算。

新課導入：

單相半波整流電路的特點是電路簡單，使用器件少，但輸出電壓脈動大。由于只利

用了電源半波，理論計算表明其整流效率僅40%左右，因此只能用于小功率以及對輸

出電壓波形和整流效率要求不高的設備。要使電路輸出電壓較大，我們采用橋式整流電

路。

教學過程：

二、單相橋式整流電路

1、電路的組成由整流變壓器、四只二極管及負載組成。

2、工作原理

設變壓器的二次側(cè)電壓為U2，在U2的正半周設a端為正，b端為負，二極管

VI和V3承受正向電壓的作用導通，而V2和V4承受反向電壓截止，電流流向為：a

—VI—RL—V3-b。UL=U2

在u2的負半周設a端為負，b端為正，此時VI和V3承受反向電壓的而截止，而

V2和V4在正向電壓的作用下導通，電流流向為：b-V2-RLTV4—a。

uL="U2

總電流IL=IL1+IL2

單相橋式整流電路的波形圖

3、負載RL上的直流電壓和電流的計算

UL=0.9U2

IL=UL/RL=0.9U2/RL

4、整流二極管的電流和最大反向電壓

因負載的直流電流是由二極管VI,V3和V2,V4輪流導通的，所以流過二極管的

平均電流應是負載直流電流的一半，即

IF=II/2=0.45U2/RL

由于二極管承受反向電壓時是并接在變壓器二次側(cè)兩端的，所以二極管承受反向電

壓的最大值仍等于變壓器二次側(cè)電壓的最大值，即

URM=25

例4-2

解：電磁工作臺繞組的兩端電壓為UL=ILRL=123V

變壓器二次電壓為U2?1.11UL=137V

流過二極管平均電流為IF=IL/2=0.75A

最大反向電壓為URM1.57US193V

橋式整流電路的特點是：

輸出電壓脈動小，每只整流二極管承受的最大反向電壓和半波整流的一樣，由于每

半周內(nèi)變壓器二次繞組都有電流流過，變壓器利用率高。

小結(jié)：橋式整流流電路的工作原理和RL上直流電壓和電流的計算。

作業(yè)：P1375

§4-3濾波電路

復習舊課:

單相橋式整流電路的組成、工作原理、二極管的選擇。

新課導入:

前面所討論的幾種整流電路，雖然都可以把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但所輸出的直流

仍含有較多脈動成分。這種不平滑的直流電僅能在電鍍、電焊、蓄電池充電等要求不高

的設備中使用，而對于有些儀器儀表及電氣控制裝置等，往往要求直流電壓和電流比較

平滑。因此把脈動直流電變成較為平滑的直流電，保留脈動電壓的直流成分，盡可能濾

除它的交流成分的過程稱為濾波，通常的濾波電路由電容、電感等元件組成。

教學過程：

一、電容濾波電路

（C）

圖是帶有電容濾波的單相橋式整流電路，濾波電容與負載并聯(lián)，常采用容量較大的電解

電容。

1、工作原理:

利用電容充放電作用，改善輸出直流電壓的脈動程度。

在U2從零開始上升過程中，VI、V3導通，V2、V4反向截止。整流電流分兩路，

一路流經(jīng)二極管VI、V3向負載RL提供電流，另一路給電容C充電。充電速度很快，

到達U2的峰值時Uc=U2，極性上正下負。此后U2下降，而Uc瞬間不能突變，U2<Uc，二

極管VI、V3微止，C通過RL放電，使Uc慢慢下降。

當U2為負半周時，因Uc>U2,使V2、V4反向截止(本來應導通)，直到U2>Uc時，二

極管V2、V4才導通，C再度充電到最大值2U2。然后U2下降，電容器又經(jīng)RL放電。

特點：電源電壓在一個周期內(nèi)，電容器C充放電各兩次。

2、電容濾波對整流電路的影響

(1)、接入電容后二極管導通時間變短，開始充電電流很大，必須選用電流裕量大的二

極管。

(2)、負載平均電壓升高

濾波電容器電容量表

輸出電流IL(A)210.5-10.1-0.50.05-0.140.05以下

電容c(MF)400020001000500200-500200

(3)、負載上直流電壓隨.電流增加而減小

如RL小，C放電快，輸出電壓UL隨之降低。

P113圖4-22外特性

例4-6

解：(1)、電源變壓器二次電壓U2

因為UL?1.2U2

所以U2?UL/1.2=20V

(2)、整流二極管的選擇

因為IL=UL/RL

所以IL=24/240=0.1A

通過每個二極管的直流電流：

IF=IL/2=50mA

每個二極管承受的最大反向電壓:

URM=2U2?1.41x20=28V

(3)、濾波電容選擇

根據(jù)表4-1及IL=0.1A,可選用500|LIF電解電容。

根據(jù)電容器耐壓公式：UC>2U2。28V

二、電感濾波電路

——、復式濾波電路

四、電子濾波電路

小結(jié)：1、電容濾波電路的工作原理；

2、濾波電路中二極管、電容器的選擇。

作業(yè)：

P13817、18

§4-4整流器件的選用

復習舊課:

電容濾波電路的工作原理及二極管和電容器的選擇。

新課導入：

整流器件是整流裝置的核心和主體，因此正確選用整流器件能夠使整流裝置在保證

可靠運行的前提下降低成本。整流器件主要有整流二極管、整流堆以及整流組件等.

教學過程：

一、整流二極管

一般采用硅材料制造，常稱硅整流器件。

反向電流很小，PN結(jié)制作得較大，可通過較大電流。

1、整流二極管的結(jié)構(gòu)、型號和主要參數(shù)

結(jié)構(gòu)：小電流二極管采用塑料封裝

大電流二極管采用金屬外殼螺旋式封裝

型號：2CZ、2DZ系列，舊型號2CP、2DP

以及ZP系列

主要參數(shù):J反向工作峰值電壓URWM(最大反向電壓)

正反平均電流IF(AV)

J

2、整流二極管的冷卻

"自冷：空氣中靠輻射和對流自然散熱

冷卻方式：I風冷：用出口風速5m/s的風機來強迫冷卻

水冷：用循環(huán)水來冷卻散熱器

3、檢查

二、硅整流堆

一一將整流器件按某種整流方式通過一定的制造工藝，用絕緣瓷，環(huán)氧樹脂等和外殼封

裝成一體制成。

1、結(jié)構(gòu)、型號和主要參數(shù)

2、使用

3、檢查

小結(jié)：

1、整流二極管、硅整流堆的結(jié)構(gòu)、型號和主要參數(shù)

2、整流二極管的冷卻

§4-5穩(wěn)壓電路

復習舊課:

整流、濾波電路的工作原理、電路得到的波形。

新課導入：

交流電壓經(jīng)過整流、濾波后已經(jīng)變換成比較平滑的直流電，但還不夠穩(wěn)定。當電網(wǎng)

電壓波動或負載發(fā)生變化時，輸出的直流電壓也隨著變化，因此只能供一般電氣設備使

用。

對電子電路，還要接入直流穩(wěn)壓電路，來保證輸出電壓穩(wěn)定。

教學過程：

一、硅穩(wěn)壓管的工作特性和主要參數(shù)

1、工作特性：

硅穩(wěn)壓管是一種特殊的面結(jié)合型半導體二極管，普通二極管不能工作在擊穿區(qū)。而

硅穩(wěn)壓管正是工作在反向擊穿狀態(tài)。其正極必須按電源的負極，它的負極接電源的正極。

注意：PN結(jié)的擊穿與PN結(jié)燒壞并不是一因事，普通二極管在擊穿區(qū)燒壞，是由于它

的最大允許耗散功率不夠，PN結(jié)溫升過高的原因。

硅穩(wěn)壓管正是利用其伏安特性中反向擊穿區(qū)AC段，反向電流大范圍變化而反向電壓幾

乎不變的特性來進行穩(wěn)壓的。

2、硅穩(wěn)壓管的參數(shù)和使用

(1)、穩(wěn)定電壓Uz：指穩(wěn)壓管的反向南昌擊穿電壓。

(2)、穩(wěn)定電流Iz:指保持穩(wěn)定電壓UZ時的工作電流。

(3)、最大穩(wěn)定電流IZM：指穩(wěn)壓管最大工作電流。

(4)、最大耗散功率PZM：指工作電流通過穩(wěn)壓管的PN結(jié)時產(chǎn)生的最大耗散功率允許

值，近似為Uz與IZM的乘積。

此外還有動態(tài)電阻和溫度系數(shù)等參數(shù)。

二、簡單的穩(wěn)壓電路(圖4-38)

穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路

1、元件的作用

R:用來限制電流，使Iz不超過允許值。另一方面利用R的電壓升降使UL穩(wěn)定。

2、工作原理：

ui經(jīng)R力口到V和RL上，ui=IR+UL，I=IZ+IL

(1)設負載電阻RL不變。

若電網(wǎng)電壓波動使Ui上升，其工作過程為：

Uit-ULt-Izt-It-IRt-ULI

注意：根據(jù)穩(wěn)壓管反向擊穿特性，只要UL有少許增大，就使IZ顯著增加，使流過R

的電流I增大，電阻R上的壓降增大。

(2)設Ui不變。

工作過程為：

RL1-*ILT-It->IRt-U"Tzl(-IITRI)fULT

以上分析可知，限流電阻R不僅有限流作用，還起調(diào)節(jié)輸出電壓的作用，與

穩(wěn)壓管配合共同穩(wěn)定輸出電壓。

在這種電路中，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓應按負載電壓選取，即

UZ=UL

若一個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值不夠，可用多個穩(wěn)壓管串聯(lián)。

穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流IZM大致應比最大負載電流ILM大兩倍以上，即

IZM》2ILM

三、晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1、簡單串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(圖4-40)

基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路

R1:既是限流電阻，又是V2的基極偏置電阻。

R1和VI組成基本穩(wěn)壓電路，向V2提供一基準電壓UZo

V2:調(diào)整管

圖中,UBE=UZ-UL

UL=UIUCE

(1)負載電阻RL不變時，

Uit—UJ—>UBE1-IB1-kl-UCET-UJ

(2)輸入電壓Ui不變時，

RL1-ILT-ULJ一UBE]一IBT-ICT-UCE]一ULf

簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路比硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流大，輸出電壓變動小。

小結(jié)：

1、穩(wěn)壓管的工作特性及主要參數(shù)；

2、穩(wěn)壓電路的工作原理及工作過程。

作業(yè)：P13821、22

§4-5穩(wěn)壓電路

復習舊課:

1、穩(wěn)壓管的工作特性及主要參數(shù)；

2、簡單穩(wěn)壓電路的組成及工作過程；

3、簡單串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作過程。

新課導入：

在上述簡單串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，是直接用輸出電壓的微小變化去控制調(diào)整管，由于

單個三極管的IB對ICE的控制作用不夠大，所以穩(wěn)壓精度較差。如果先從輸出電壓中

取得微小的變動量，經(jīng)過放大后再去控制調(diào)整管，就可以大大提高穩(wěn)壓精度，帶直流負

反饋放大電路的穩(wěn)壓電路就是按這種設想構(gòu)成的。

教學過程：

2、帶直流負反饋放大電路的穩(wěn)壓電路(圖4-41)

(1)電路組成：

穩(wěn)壓管VI和電阻R2給直流放大管V3的發(fā)射極提供穩(wěn)定的基準電壓。

R3、R4組成分壓電路，從輸出電壓UL中取出變化的信號電壓，使

UB3=R4UL/(R3+R4),并把它加到放大管V3的基極。

(2)穩(wěn)壓過程如下：

UitTULT-UB3TTUBE3TT[B3TT]C3T

ULI~UCE2t—UBE21-UB21"---

由于電路中UZ是定值，UBE3也基本不變，因此在保證一定輸入電壓Ui條件下，穩(wěn)

壓電路的輸出電壓UL應該滿足：

UL=(R3+R4)(UBE3+UZ)/R4

另外，由圖中可得：

IL=P2(Ui-UBE2-UL)/RI

例：4-7

解：根據(jù)式UL=(R3+R4)(UBE3+UZ)/R4

=12V

根據(jù)式IL=P2(Ui-UBE2-UL)/RI

=1.32A

3、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的主要環(huán)節(jié)

(1)整流濾波電路

(2)基準電壓：由穩(wěn)壓管串限流電阻組成。

(3)取樣電路：將輸出電壓變動量的一部分取出，加到比較放大器和基準電壓進行比

較放大。

(4)比較放大電路：將取樣電路送來的電壓和基準電壓進行比較放大，再去控制調(diào)整

管以穩(wěn)定輸出電壓。

(5)調(diào)整器件：采用工作在放大狀態(tài)的功率三極管。

四、三端集成穩(wěn)壓器

——指將調(diào)整管、取樣電路、比較放大電路、基準電壓電路、啟動和保護電路全部集成

在一個芯片上。

1、三端固定輸出穩(wěn)壓器

所謂三端：指電壓輸入、電壓輸出和公共接地三端。

此類穩(wěn)壓器輸出電壓有正、負之分。

CW78xx系列為輸出正電壓。

CW79xx系列為輸出負電壓。

2、三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器

三端：指輸入、輸出和電壓調(diào)整。

3、集成穩(wěn)壓器主要參數(shù)

①最大輸入電壓UQM

---指允許輸入的最大電壓。

②最小輸入電壓差(Ui-UL)

—指輸入電壓與輸出電壓的最小差值。

③輸出電壓范圍

——指參數(shù)符合要求時，輸出電壓的范圍。

④最大輸出電流ILM

----指穩(wěn)壓管可能輸出的最大電流值。

小結(jié)：

1、串聯(lián)型號穩(wěn)壓電路的組成及工作原理;

2、集成穩(wěn)壓器的特點及主要參數(shù)。

作業(yè)：

P13925

第五章晶閘管電路

復習舊課:

1、單相半波整流電路、橋式整流電路；橋式整流濾波電路的工作原理、二極管和

電容的選擇。

2、穩(wěn)壓電路的工作原理和穩(wěn)壓過程。

新課導入：

晶閘管俗稱可控硅，它是一種大功率的變流新器件，主要用于大功率的交流電能與

直流電能的相互轉(zhuǎn)換——將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。其輸出的直流電壓具有可控性。

將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，稱為逆變。

教學過程：

§5-1晶閘管

一、晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號

種類：普通型、雙向型、可關斷型。

結(jié)構(gòu)：

二、晶閘管的工作原理

1、門極不加正向電壓

陽極加UA時，因UG=O,V2集電極上有正電壓，但基極沒電流，V2不導通，晶

閘管處于關斷狀態(tài)，IA=O,稱為正向阻斷。

如陽極加反向電壓，二極管均截止，晶閘管處于關斷狀態(tài)。

總之：門極不加正向電壓時，晶閘管處于關斷狀態(tài)。

2、門極加正向電壓（門極高電位，陰極低電位）

當晶閘管加正向電壓時，VI、V2的集電結(jié)都為反向偏壓，此時加上UG,產(chǎn)生IB2,

V2導通，電=。2必2為VI提供基極電流，1m=02臉，晶閘管完全導通。

晶閘管導通之后，V2管的基極始終有VI集電極電流流過，即使UG取消，晶閘管

仍處于導通狀態(tài)。這時門極已失去控制作用。

門極加上的正向電壓稱為觸發(fā)電壓。

晶閘管關斷條件：

①減小陽極電流IA；IA＜【H（維持電流）

②UA降為0或使陽極電壓反向。

晶閘管導通條件：

①陽極加正向電壓；

②門極加觸發(fā)電壓。

三、晶閘管的電壓電流特性

曲線表明：

IG=O時，陽極電流很小，稱為正向漏電流，晶閘管關斷，當正向漏電流突然增大，

晶閘管由關斷轉(zhuǎn)為導通，此時電壓稱為正向轉(zhuǎn)折電壓UBO,稱為硬導通（正常情況下是

不允許的）

IG>0時，此時晶閘管從正向阻斷轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ鶎年枠O電壓比UBO要低，且

IG越大，相應的陽極電壓低得越多。

晶閘管導通后電流很大，電壓為IV左右。

加反向電壓時，UBR為反向轉(zhuǎn)折電壓。

四、晶閘管的主要參數(shù)

1、正向斷態(tài)重復峰值電壓UDRM

----指允許加在晶閘管上的最大正向峰值電壓。

UDRM=UBO-100

2、反向重復峰值電壓URRM

----指允許重復加在晶閘管上的反向峰值電壓。

URRM=UBR-100

UDRM=URRM（額定電壓）

3、通態(tài)平均電流IT（AV）

——指允許通過的工頻正弦半波電流在一個周期內(nèi)的最大平均工資值，簡稱正向電流。

4、通態(tài)平均電壓UT<AV>

——指晶閘管正向通過正弦半波額定的平均電流、結(jié)溫穩(wěn)定時的陽極和陰極間的電壓平

均值。

5、維持電流IH

——指維持晶閘管繼續(xù)導通時需要的最小陽極電流。

五、晶閘管的型號

例：KP100-12G的晶閘管表示額定電流為100A,額定電壓1200V、正向?qū)▔航到M別

為G(IV)的普通反向阻斷型晶閘管。

小結(jié)：

1、晶閘管的結(jié)構(gòu)、型號和工作原理;

2、晶閘管的電壓電流特性。

3、晶閘管的主要參數(shù)。

作業(yè)：

P1681、2

§5-2晶閘管單相可控整流電路

復習舊課:

1、晶閘管導通和關斷的條件；

2、單相半波整流電路的工作原理。

新課導入：

如果用全部或部分晶閘管取代第四章討論的各類整流電路中的整流二極管，就能夠

組成輸出電壓連續(xù)可調(diào)的各類可控整流設備。一般容量在4KW以下的可控整流裝置多

采用單相可控整流，對大功率的負載多采用三相可控整流。

教學過程：

一、單相半波可控整流電路

RL:負載電阻

ul、u2:電源變壓器的一次和二次正弦交流電壓。

工作原理：

1、門極不加觸發(fā)電壓，V不導通。

2、在tl時刻，門極加UG，V被觸發(fā)導通，

uL=u2

3、u2降低到接近零值時，IA小于維持電流

自行關斷,uL=O?

在u2的負半周時，晶閘管承受反向電壓，

因而不能導通，晶閘管承受的反向電壓最

大值為2U2。

a:控制角

0:導通角

0=180°-a

當a=0°時，UL最大，這時晶閘管全導通。

a=180°時，UL=O

a在0?180°之間變化時，UL可調(diào)。

UL=0.45U2(1+cosOC)/2

IL=UL/RL

例5-1

解：a=0°時,UL=0.45x120x(1+cosO0)/2=54V

a=90°時,UL=0.45x120x(l+cos90°)/2=27V

a=120°時,UL=0.45x120x(l+cosl20°)/2=13.5V

a=180°時,UL=0.45x120x(l+cosl80°)/2=0V

例5-2

解：UL=50V時,cosa=2x50/0.45x220T=0a=90°時

UL=92V時,cosa=2x92/0.45x220-1-0.85a=30°時

二、單相半控橋式整流電路（圖5-5）

工作原理：

U2正半周時，VI、V4承受正向電壓,

在力時刻加入UG,VI觸發(fā)導通。

電流回路為

a-Vl-RL-b。

V2、V3均承受反向電壓而關斷。

火為負半周時，V2、V3承受正向電壓,

在t2時刻加入UG,V2觸發(fā)導通。

電流回路

b—V2一RL—V3一a。

VI、V4均承受反向電壓而關斷。

RL上得到的平均直流電壓是半波可控整流時的2倍，即

UL=0.9U2(1+cosOC)/2

每只晶閘管承受的反向電壓為2U2

IF=1/2IL=UL/2RL

例5-3

解：輸出最大平均電流為：

ILM=ULM/RL=30A

當UL=150V時，

cosa=2x150/0.9x220-1=0.51

oc=60°

0=180°-oc=120°

三、應用實例

簡易直流電動機調(diào)速電路(圖5-7)

工作原理：

220V電源接通后，經(jīng)過VI?V4管的整流，通過晶閘管V5加到直流電動機的電樞

上，同時它還向勵磁線圈ML提供勵磁電流。

調(diào)節(jié)RP可改變V5的導通角，從而改變UL的大小，實現(xiàn)直流電動機調(diào)速。

小結(jié)：

1、單相半波可控整流電路的工作原理、參數(shù)的計算；

2、單相橋式半控整流電路的工作原理、參數(shù)計算；

3、簡易直流電動機調(diào)速電路的工作原理。

作業(yè)：

P1684、5、6

§5-4負載類型對晶閘管整流的影響

復習舊課:

1,單相半波可控整流電路的工作原理、參數(shù)的計算；

2、單相橋式半控整流電路的工作原理、參數(shù)計算；

3、簡易直流電動機調(diào)速電路的工作原理。

新課導入：

在前面分析的各種晶閘管可控整流電路中，均假設負載是電阻性的。但在實際中，

經(jīng)常遇到的負載是電感性的，例如各種電動機的勵磁繞組，各種電感線圖等。有時負載

是蓄電池或直流電動機的電樞等。這時電路的工作情況和電阻性負載有很大的不同。

教學過程：

一、電感性負載的影響

在電感線圈中當電流發(fā)生變化時會產(chǎn)生自感電動勢，而且自感電動勢總是阻礙電流

變化的。電流增大時，自感電動勢阻礙它增大；電流減小時，自感電動勢又阻礙它減小。

在晶閘管可控整流電路中，當晶閘管（導通）陽極上的交流電壓減小過零時，晶閘

管本應關斷，但由于負載中自感電動勢的作用，電流并沒有同時為零，而且有可能仍大

于晶閘管的維持電流IH,因而晶閘管不能及時關斷。

圖5-13所示：

在電源電壓u2的正半周tl時刻，給VI管門極加觸發(fā)脈沖而被觸發(fā)導通，隨著u2

的增大，電流要克服自感電動勢的阻礙而增大，這時負載電感線圈L中儲存磁場能量。

當u2達到最大值時，電流并未達到最大值，電流的最大值滯后于u2的最大值。

當u2過了最大值開始減小時，自感電動勢又要維持電流的大小和方向不變。

§5-5晶閘管的觸發(fā)電路

新課導入：

由前面的討論知道，要使晶閘管導通除在它的陽極和陰極間加上正向電壓外，還必

須在它的門極加上適當?shù)挠|發(fā)信號。這種對晶閘管提供觸發(fā)信號的電路稱為觸發(fā)電路。

對觸發(fā)信號的要求是：上升沿陡，有足夠的功率和一定的寬度、幅度，必須和晶閘

管陽極電源電壓同步，以及有一定的移相范圍.

教學過程：

一、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

1、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、符號和特性

單結(jié)晶體管又稱為雙基極二極管

1）結(jié)構(gòu)：

在一塊高阻率的N型硅基片上用鍍金陶瓷片制作成兩個接觸電阻很小的極，稱為

第一基極（B1）和第二基極（B2）,而在硅基片的另一側(cè)靠近B2處摻入P型雜質(zhì)，并

引出一個鋁質(zhì)電極，稱為發(fā)射極（E）。

發(fā)射極E對基極Bl、B2就是一個PN結(jié)，故稱為單結(jié)晶體管。

2）單結(jié)晶體管的電壓電流特性是：

在基極電源電壓UBB一定時，用發(fā)射極電流IE和發(fā)射極與第一基極B1之間的電

壓UEB1的關系曲線來表示。

實驗電路如圖5-16

當IE=O時，UAB1=RB|UBB/（RB1+RB2）=9UBB

T|：為分壓系數(shù)（0.3?0.9）

當UE從0開始增加時，在UE<T|UBB+UVD時，E和B1不導通，只有很小的漏電流,

UET，IE],稱為截止區(qū)。

當UE=T|UBB+UVD時，IE突增，

VD導通，這個點稱為峰點P。

PN結(jié)充分導通，UE隨lEf而

當正增大到某一數(shù)值時，電壓

UE下降到最低點，為谷點V。

小結(jié)：

1、負載類型對晶閘管整流電路的影響;

2、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、符號、特性。

§5-5晶閘管的觸發(fā)電路

復習舊課：

1、負載類型對晶閘管整流電路的影響；

2、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、符號、特性。

新課導入：

由前面的討論知道，要使晶閘管導通除在它的陽極和陰極間加上正向電壓外，還必

須在它的門極加上適當?shù)挠|發(fā)信號。這種對晶閘管提供觸發(fā)信號的電路稱為觸發(fā)電路。

對觸發(fā)信號的要求是：上升沿陡，有足夠的功率和一定的寬度、幅度，必須和晶閘

管陽極電源電壓同步，以及有一定的移相范圍。

教學過程：

3)單結(jié)晶體管的特點：

(1)當發(fā)射極電壓等于峰值電壓UP時，單結(jié)晶體管導通。

(2)單結(jié)晶體管的發(fā)射極與第一基極的電阻RB1是一個阻值隨發(fā)射極電流增大而變

小的電阻，RB2則是一個與發(fā)射極電流無關的電阻。

(3)不同的單結(jié)晶體管有不同的UP和UV。

單結(jié)晶體管的型號：

BT31、BT33、BT35

B:半導體

T:特種管

3:3個電極

第四個數(shù)字表示耗散功率為lOOmw、300mw>500mw

2、單結(jié)晶體管振蕩電路

工作原理：

當合上開關S后，電源通過RI、R2加到單結(jié)晶體管的兩個基極上，并通過R對C

充電，UC按指數(shù)規(guī)律上升。

當uc=uE<up時，單結(jié)晶體管處于截止狀態(tài)，uo^O

當uc=up時,E、B1導通，RBI急劇減小，電容通過RBI、R1放電，由于RBI、R1

很小，放電很快，形成一個脈沖電壓UO。

當UC下降到UV以下時，E、B1間恢復阻斷，UO下降為0。

上述電路的工作過程是利用了負阻效應和RC充放電特性。

3、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路(圖5-19)

工作原理：

(1)U2經(jīng)整流后輸出全波，經(jīng)穩(wěn)壓管

削波后得到梯形波電壓UZ,作為

單結(jié)晶體管電源電壓。

(2)電容C充電，當uc=up時，輸出第

一個脈沖。

(3)輸出第一個脈沖時，晶閘管導通，

UL=U1

4、晶閘管的選用

(1)晶閘管電壓等級的選用

承受的正反向電壓URRM》(1.5?2)URM

URM=2U2

(2)電流等級

IT(AV)>(1.5?2)It(AV)(電路最大電流)

例5-5

解：UL=0.9U2(1+cosa)/2

設ULM=60V時，a=0°

則U2=UL/0.9?67V

U2取比計算值高10%,.-.U2=75V

URM=2U2=105V

URRM=(1.5-2)URM

It(AV)=IL/2=5A

IT(AV)=(1.5-2)It(AV)

例5-6

解：(1)UL=0.9U2(1+cosa)/2=149V

URM=2U2=310V

URRM=(1.5-2)URM

(2)It(AV)=eiL/360°=120°xUL/360°xRL

IT(AV)=(1.5-2)It(AV)

小結(jié)：

1、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理;

2、晶閘管的選擇。

作業(yè)：

P16810、14

§5-6晶閘管的選用和保護

復習舊課：

1、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理；

2、晶閘管的選擇。

新課導入：

品閘管的熱容量很小，即它導通時電流產(chǎn)生的熱效應會使它的溫度很快上升。前面

介紹晶閘管的主要參數(shù)時都是在規(guī)定的散熱條件、額定的結(jié)溫下的值。晶閘管承受過電

壓、過電流的能力很差，很短時間的過電壓或過電流有可能使晶閘管損壞。為了保證晶

閘管長時間安全可靠地工作，除了合理選擇有關參數(shù)外，還必須采取適當?shù)倪^電流、過

電壓保護措施。

教學過程：

一、過電流保護

過電流：

——當流過晶閘管的電流有效值超過它的額定通態(tài)平均電流的有效值時，稱為過電流。

產(chǎn)生的原因：

---主要是負載過大，輸出回路發(fā)生短路等。

過電流保護的意義：

——當發(fā)生過電流時，能迅速將過電流切斷，以防晶閘管損壞。

過電流保護措施：

——主要有靈敏過電流繼電器保護、快速熔斷器保護（較為普遍）等。

快速熔斷器容量的選擇：

電流的有效值I有=1.571平

U：快速熔斷器的電流

I+:晶閘管的額定正向平均電流

二、過電壓保護

過電壓：

一一當加在晶閘管上的電壓超過其額定電壓時稱為過電壓。

產(chǎn)生過電壓的原因：

——電源變壓器的一次側(cè)斷開、接通，直流側(cè)感性負載的切斷，快速熔斷器的熔斷，突

然跳閘等

過電壓的危害：

一一過電壓超過晶閘管的正向或反向轉(zhuǎn)折電壓時，就會使它誤導通（硬開通）或反向擊

穿（損壞）。

過電壓保護措施：

1、阻容保護

——電路中產(chǎn)生過電壓的實質(zhì)是電路中積累的電磁能量釋放不掉。阻容保護即一旦電路

中發(fā)生過電壓，電容器被充電，因電容兩端的電壓不能突變，這就有效地抑制了過電壓。

2、非線性電阻保護

——壓敏電阻在遇到過電壓時可通過高達數(shù)千安的放電電流，之后又可恢復正常，因此

它抑制過電壓的能力很強。

三、晶閘管的選用和簡單檢測

1、晶閘管電壓等級的選擇

晶閘管承受的正反向電壓

URRM》（1.5~2）URM

URM：晶閘管在工作中可能承受的反向峰值電壓。

2、晶閘管電流等級的選擇

IT（AV）》（1.5~2）It<AV）

It（AV）：電路最大工作電流。

例5-5(略)

例5-6(略)

3、晶閘管的簡單檢測

將萬用表歐姆擋置于R*10,測量門極和陰極間的正向和反向電阻，其正向和反向

電阻差別較小(如果沒有差異，則該管是壞的)，測試時阻值較小時黑棒對應的為門極,

紅棒對應的為陰極。

晶閘管好壞的簡單檢測方法：

(1)將萬用表歐姆擋置于Rx1K,測量陽極和陰極間的正向和反向電阻，其值均

應在幾百千歐以上，若電阻小，則管是壞的。

(2)將萬用表歐姆擋置于Rx1K,測量門極和陽極間的正向和反向電阻，其值均

應在幾百千歐以上，若電阻小，則管是壞的。

(3)對小功率的晶閘管可以按圖5-27所示方法進行檢測，萬用表歐姆擋置于R*

10,黑表棒接陽極，紅表棒接陰極，此時晶閘管陽極和陰極間加上正向電壓，但晶閘管

并不導通，表針指示8處。然后將門極和黑表棒接觸，此時表指針擺動，晶閘管導通。

之后，若將門極和黑棒脫開，表指針不返回8處，這說明此晶閘管是好的。

小結(jié)：

1、晶閘管過電流、過電壓產(chǎn)生的原因、保護的意義及保護的措施;

2、晶閘管的選用和簡單檢測。

第六章門電路及組合邏輯電路

新課導入：

電子技術中的電信號可分為兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。

模擬信號是連續(xù)變化的，數(shù)字信號是不連續(xù)的脈沖信號。

一、數(shù)字電路：主要是指輸出與輸入之間的邏輯關系，一般不研究變化過程。如數(shù)字萬

用表、數(shù)字石英電子表、聲音通過擴音器也是一種數(shù)字信號。波形如下圖：

二、數(shù)字電路的特點

數(shù)字電路中只有高電平、低電平兩種狀態(tài)，通常采用二進制編碼，即只有1和0

兩個數(shù)碼，用來表示脈沖信號的無有或多少。高電平3.6V用1表示，低電平0.3V用0

表示。例：光盤的刻錄

數(shù)字電路中的二極管、三極管都是工作在開關狀態(tài)，開關的接通與斷開，可以用導

通和截止來實現(xiàn)。導通用1,截止用0表示，這種表示方法一般稱為正邏輯。如果低電

平對應1,高電平對應0的關系稱為負邏輯。

數(shù)字電路的分析與模擬電路不同，主要是以邏輯代數(shù)為主要工具，利用真值表、邏

輯函數(shù)表達式、卡諾圖、波形圖等。

特點：

1、數(shù)字信號易于存儲、加密、壓縮、傳輸和再現(xiàn)。

2、數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡單，便于集成化、系列化批量生產(chǎn)，成本低、使用方便。

3、可靠性高、精度高、抗干擾能力強。

4、能實現(xiàn)數(shù)值運算，可編程數(shù)字電路容易實現(xiàn)各種算法，具有較大的靈活性。

5、能實現(xiàn)邏輯運算和判斷，便于實現(xiàn)各種數(shù)字控制。

三、數(shù)字電路的應用

1、信號發(fā)生器

2、數(shù)字電子儀表

3、數(shù)字家電產(chǎn)品

4、數(shù)字電子計算機

5、數(shù)字通信

6、工業(yè)數(shù)字控制系統(tǒng)

邏輯代數(shù)和普通代數(shù)一樣，變量都用字母A、B、C…X、Y、Z等表示。但是和普

通代數(shù)不同的是邏輯變量取值只有1和0兩個，只是表示兩種不同的邏輯狀態(tài)。邏輯代

數(shù)研究變量之間的羅輯關系，沒有量值的大小，其最基本的邏輯運算有三種：與運算、

或運算和非運算。

教學過程：

§6-1門電路

門電路是指具有一個或多個輸入端，但只有一個輸出端的開關電路。

一、“與”門電路

1、“與”邏輯關系的電路圖

右圖所示開關S1和S2只要有一個

不閉合或均不閉合，燈HL就不亮。

只有當開關S1和S2都閉合時，燈

HL才亮。

2、“與”門電路

能實現(xiàn)“與”邏輯功能的電路稱“與”門電路圖。

工作原理：

(1)UA=UB=OV時，二極管VI、V2均導通，輸出UY=0.7Vo

(2)UA=OV,UB=3V時，發(fā)管兩端正向電壓高而優(yōu)先導通，UY=0.7V,V2管反偏截

止。

(3)UA=3V,UB=OV時，V2管優(yōu)先導通，UY=0.7V,VI管反偏截止。

(4)、UA=UB=3V時，VI、V2兩管均截止，UY=3.7V。

與邏輯關系一一指只有當一件事情的所有條件全部具備時，這件事情才發(fā)生。

表1-4可用邏輯表達式表示為：

Y=AB

3、真值表

用A、B、Y分別表示開關SI、S2和燈HL的狀態(tài)。

用0表示開關斷開和燈滅，用1表示開關閉合和燈亮。

與運算的規(guī)律是：00=001=010=011=1

ABY

000

010

100

111

從真值表和邏輯函數(shù)可看出，“與”門的邏輯功能是；“有0出0,全1出1”。

二、“或”門電路

1、“或”邏輯關系電路圖

右圖所示開關S1和S2只要有一個

閉合或兩個全閉合，燈HL就亮。

只有當開關S1和S2都不閉合時，

燈HL才不亮。

2、“或”門電路

工作原理：

(1)UA=UB=OV時，二極管VI、V2均導通，輸出UY=0-0.7=-0.7Vo

(2)UA=OV,UB=3V時，V2管兩端正向電壓高而優(yōu)先導通，UY=3-0.7=2.3V,VI管

反偏截止。

(3)UA=3V,UB=OV時，VI管優(yōu)先導通，UY=2.3V,V2管反偏截止。

(4)、UA=UB=3V時，VI、V2兩管均導通，UY=2.3V。

3、真值表

ABY

000

011

101

111

4、或邏輯及或運算

或邏輯一一指當決定一件事情的所有條件中，只要具備一個或一個以上的條件，這件事

情才發(fā)生。

邏輯表達式為：Y=A+B

或運算的規(guī)律是：0+0=00+1=11+0=11+1=1

“或”門的邏輯功能是：“有1出1,全0出0”。

三、“非”門電路

1、“非”邏輯關系電路圖

當開關S閉合時燈HL滅，當開關S斷開時燈HL亮。

2、“非”門電路

圖中，三極管工作在飽和和裁止兩種工作狀態(tài)，輸入高電平時，輸出為低電平；輸入低

電平，輸出高電平。

“非”門的邏輯表達式為：

Y=A

3、真值表

AY

01

10

四、復合邏輯門

1、“與非”門

(1)邏輯結(jié)構(gòu)和邏輯符號

(2)邏輯表達式:

Y=AB

(3)真值表

ABY

001

011

101

110

(4)邏輯功能:

“有0出1,全1出0”

2、“或非”門

(1)邏輯結(jié)構(gòu)和邏輯符號

(2)邏輯表達式：

Y=A+B

(3)真值表

ABY

001

010

100

110

(4)邏輯功能:

“有1出0,全0出1

3、“異或”門

(1)邏輯結(jié)構(gòu)和邏輯符號

(2)邏輯表達式:

Y=AB+AB=A+B

(3)真值表

ABY

000

011

101

110

(4)邏輯功能:

“相同出0,不同出1”

小結(jié)：

1、“與”門電路的電路圖、工作原理、真值表、邏輯符號和邏輯表達式。

2、“或”門電路的電路圖、工作原理、真值表、邏輯符號和邏輯表達式。

3、“非”門電路的電路圖、工作原理、真值表、邏輯符號和邏輯表達式。

4、復合邏輯門電路的邏輯符號、真值表和邏輯表達式。

作業(yè)：

P1951、2

實驗一萬用表的使用

一、實驗目的

掌握萬用表測量電壓、電流和電阻的操作方法。

二、萬用表的使用說明

萬用表使用前先要機械調(diào)零。查看表針是否指在電壓刻度的零點上，如果表針

指零，則調(diào)節(jié)機械調(diào)零螺釘，使指針指零。

三、實驗器材

1、萬用表1只

2、直流電源1臺

3、電阻若干

四、實驗內(nèi)容與步驟

1、直流電源(電池)開路電壓的測量

(1)測量原理如圖所示。

(2)將萬用表的量程轉(zhuǎn)換開關置于“V”(直流電壓測量)擋。注意選用合

適的量程擋。

(3)測量直流電壓時，將紅表棒接電源正極；黑表棒接電源負極。如果兩表

棒接錯，指針將反偏。

(4)記錄所測電源開路電壓的數(shù)值，E=V.

2、負載電壓的測量

(1)測量原理如右圖所示

(2)接通穩(wěn)壓電源開關，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源

的輸出旋鈕，將輸出電壓調(diào)節(jié)到3V。

(3)用萬用表合適的電壓量程擋測量負載

電阻R1兩端的電壓U,記錄在下表。

(4)將輸出電壓分別調(diào)節(jié)到：4,lOVo重復上述實驗操作，并作記錄。

3、負載電流的測量

(1)測量原理如下圖所示。

(2)將萬用表量程轉(zhuǎn)換開關置于“A”擋。

注意選用合適的量程擋。在不知被測

電流大小時，應先選擇最大電流量程。

(3)將萬用表通過表棒串入被測電路中。

(4)將直流輸出電壓調(diào)到5V。

(5)記錄被測電路中的電流數(shù)值，1=Ao

4、電阻的測量

(1)將萬用表量程轉(zhuǎn)換開關置于“Q”擋，并選用合適的電阻測量擋。

(2)先將兩表棒短接，調(diào)節(jié)表頭下的旋鈕，將指針調(diào)整到電阻值刻度

的零點。(以后測量電阻時，每轉(zhuǎn)換一次電阻測量擋，都要先調(diào)零)

(3)分別測四種不同阻值的電阻。

五、實驗報告

1、根據(jù)實驗操作步驟1,2,3,說明用萬用表測量直流電流、直流電壓的基本方法。

2、根據(jù)實驗操作步驟4,說明用萬用表測量電阻的方法。

§6-in電路

復習舊課：

“與”門電路、“或”門電路、“非”門電路、復合邏輯門的電路圖、工作原理、真值

表、邏輯符號和邏輯表達式。

新課導入：

基本邏輯門電路簡單，缺點是存在電平偏移，帶負載能力差，工作速度低，可靠性

差。非門的優(yōu)點是沒有電平偏移，帶負載能力強，可靠性高。因此常將二極管與門、或

門和三極管非門連接起來，構(gòu)成新的邏輯門電路。

教學過程：

五、TTL集成“與非”門電路

1、TTL與非門電路的組成

該電路由輸入級、中間級和輸出級組成。

輸入級：由多發(fā)射極晶體管VI和電阻R1組成。(VI的等效電路如上圖所示)，VI

的每個發(fā)射極和基極之間都是一個PN結(jié)，集電極和基極之間也是一個PN

結(jié)。

中間級：由三極管V2和電阻R2、R3組成，V2的集電極得到反相的信號驅(qū)動三極管

V3,V2的發(fā)射極得到同相信號驅(qū)動三極管V4。

輸出級：由三極管V3、V4、V7和電阻R4組成。

2、TTL與非門電路的工作原理

(1)輸入端至少有一個為低電平

設UA=0.3V,UB=3.6V或懸空。

VI管導通，UB1=O.3+O.7=1V。要使三極管V2、V4導通，必須使UBl=0.7+0.7+0.7=2.1V,

所以V2、V4微止。電源VCC經(jīng)過電阻R2向三極管V3、V7提供基極電流而使V3、

V7導通，輸出電壓為：

UY=VCC-IB3R2-UBE3-UBE7=3.6V,即輸出為高電平。

(2)輸入全為高電平時

設UA=UB=3.6V。

VI的兩個發(fā)射結(jié)都處于反向偏置狀態(tài)，電流通過R1和VI的集電結(jié)向V2、V4提供足

夠的基極電流而使V2、V4導通，V3、V7截止，輸出電壓為：

UY?0.3V,即輸出為低電平。

電路真值表如下:

ABY

001

011

101

110

電路邏輯功能為：Y=AB

3、四2輸入與非門74LS00

四2輸入與非門74LS00內(nèi)含四個2輸入與非門，集成電路內(nèi)的四個與非門互相獨立,

可以單獨使用。(圖2-10)

4、主要參數(shù)

(1)輸出高電平UOH(2)輸出低電平UOL(3)開門電平UON

(4)關門電平UOFF(5)扇出系數(shù)No

§6-3數(shù)制轉(zhuǎn)換

一、十進制

用0?9十個數(shù)碼來表示，任何一個十進制數(shù)M可以表示為：

j

(M)|0=ZKix10

式中，n為整數(shù)部分的位數(shù)，m為小數(shù)部分的位數(shù)，10為基數(shù)，10’為第i位的權(quán)，ai

為第i位的系數(shù)。

例如：十進制45.26可以表示為：

(45.26)?o=4x101+5x10°+2xl0-'+6xl0-2

二、二進制數(shù)

用0和1兩個碼數(shù)來表示，即基數(shù)為2,任一個二進制數(shù)M可以表示為：

(M)2=EKix2i

利用上式，可以將任何一個二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。

202

例：(101.01)2=1X2+0X2'+1X2+0X2-'+1X2-=(5.25)10

二進制運算規(guī)則：

加法：0+0=00+1=11+0=11+1=10

乘法：0x0=00x1=01x0=01X1=1

二進制的優(yōu)點：

(1)二進制的基數(shù)為2,只有兩個數(shù)碼0和1,便于表示兩個有聯(lián)系的物理狀態(tài)。

(2)二進制進位規(guī)則是逢二進一，運算規(guī)則簡單，便于進行算術運算。

(3)采用二進制，便于邏輯電路的設計和實現(xiàn)。

三、二進制數(shù)和十進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換方法

1、二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)

方法是：先將數(shù)的每一位系數(shù)與對應的權(quán)相乘，再將所得乘積累加起來就可以得到該數(shù)

的十進制數(shù)。

例6-1

2、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)

整數(shù)轉(zhuǎn)換方法是：采用基數(shù)除法，也叫除基取余法。

注意：得到的余數(shù)要反序排列

例6-2

解：

小結(jié)：

1、TTL與非門電路的電路組成、工作原理、真值表和表達式;

2、十進制和二進制的表示方法和數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換。

作業(yè)：

P1954、5

§6-4邏輯代數(shù)及邏輯函數(shù)的化簡

復習舊課：

1,TTL與非門電路的電路組成、工作原理、真值表和表達式；

2、十進制和二進制的表示方法和數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換。

新課導入：

邏輯代數(shù)和普通代數(shù)一樣，變量都用字母A、B、C-X,Y、Z等表示。但是和普

通代數(shù)不同的是，邏輯代數(shù)研究變量之間的邏輯關系，沒有量值的大小，它與普通代數(shù)

雖然有相似之處，但是兩者有根本的不同。邏輯代數(shù)有它本身自己的的公式和定理。

教學過程：

一、邏輯代數(shù)

邏輯變量

——指在邏輯代數(shù)中，用英文字母表示變量.邏輯變量的取值只有0和1兩個數(shù).

邏輯函數(shù)

----一般地，如果輸入邏輯變量A、B、C、??取值確定之后，輸出變量Y的值也被惟

一的確定了，那么就稱Y是A、B、C、…的邏輯函數(shù)。并記作：

Y=f(A,B,C,???)

若兩個函數(shù)相等，則它們的真值表一定相同；反之，若兩個函數(shù)的真值表完全相同，則

這兩個函數(shù)一定相等。

1、邏輯代數(shù)的基本公式

A+0=0A-1=AA+l=lA-0