二極管與晶閘管教學課件

二極管與晶閘管二極管和晶閘管是電子電路中常用的半導體器件。它們是控制電流流動的開關。課程目標理解基本概念掌握二極管與晶閘管的基本原理、特性、分類和應用。掌握應用技能能夠識別和分析常見二極管和晶閘管，并進行簡單的電路設計和應用。提升理論基礎為進一步學習相關電子技術和電力電子技術奠定基礎。二極管概述二極管是一種半導體器件，允許電流在一個方向上流動，而在另一個方向上阻止電流流動。它是一種基本的電子元件，在各種電子電路中發(fā)揮著重要作用，例如整流、穩(wěn)壓、開關和信號處理。二極管的特性單向導電性二極管只允許電流從正極流向負極，反向則幾乎不導通。非線性特性二極管的電壓電流關系是非線性的，可以通過二極管曲線來觀察。電壓降正向導通時，二極管會產(chǎn)生一個固定的電壓降，稱為正向壓降?？焖夙憫O管的開關速度非?？欤梢钥焖夙憫盘栕兓?，廣泛應用于電路中的信號控制。二極管的基本工作原理1PN結形成PN結是二極管的核心。當P型半導體和N型半導體結合在一起時，就會形成一個PN結。2擴散和漂移由于載流子的擴散和漂移，PN結兩側會形成一個空間電荷區(qū)，并建立起一個內(nèi)建電場。3導通和截止當正向電壓加到PN結上時，二極管導通，電流可以流過。反向電壓會使二極管截止，電流無法流過。二極管的分類與應用整流二極管將交流電轉換為直流電，應用于電源適配器、充電器等。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓輸出，應用于電子設備的電源電路中，防止電壓波動影響性能。發(fā)光二極管(LED)將電能轉換為光能，應用于照明、顯示器等領域，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢。光電二極管將光能轉換為電能，應用于光傳感器、光電探測器等，用于光照檢測、光信號轉換等。整流二極管整流二極管是專門用于將交流電轉換為直流電的二極管，其主要作用是讓電流在一個方向上通過，阻止電流在另一個方向上通過。整流二極管廣泛應用于電源電路，將交流電轉換為直流電，為電子設備提供穩(wěn)定的直流電源。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管電路圖穩(wěn)壓二極管通常與其他元件組成電路，用于穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓二極管實物圖穩(wěn)壓二極管是一種電子器件，其外形小巧，常見于各種電子設備。穩(wěn)壓二極管應用場景穩(wěn)壓二極管廣泛應用于各種電子電路，如電源供應器、音響設備等。發(fā)光二極管(LED)LED是一種半導體器件，能夠將電能直接轉換為光能，具有高亮度、低能耗、壽命長、體積小、反應速度快等優(yōu)點。LED的應用非常廣泛，例如照明、顯示屏、電子設備、汽車燈具、醫(yī)療設備等等。光電二極管光電二極管是一種將光能轉換為電能的器件。它利用光照射PN結產(chǎn)生的光生載流子，從而產(chǎn)生光電流。光電二極管廣泛應用于光電探測、光通信、光控制、光伏發(fā)電等領域。光電二極管的特性包括響應速度、靈敏度、暗電流、噪聲等。不同的光電二極管在響應速度、光譜響應范圍、靈敏度等方面有所區(qū)別。晶閘管概述晶閘管是一種具有三個或更多個PN結的半導體器件。晶閘管可以控制電流的方向和大小，是一種重要的電力電子器件。晶閘管在電力系統(tǒng)、工業(yè)自動化、家用電器等領域都有廣泛應用。晶閘管的工作原理1觸發(fā)施加觸發(fā)信號2導通PN結導通3電流電流持續(xù)流動4維持維持導通狀態(tài)晶閘管的工作原理主要基于PN結的導通與截止狀態(tài)變化。當施加觸發(fā)信號時，晶閘管內(nèi)部的PN結導通，電流開始流動。一旦導通，晶閘管可以維持導通狀態(tài)，直到電流降至維持電流以下。晶閘管的特性1單向導通僅在正向偏置且觸發(fā)信號存在時導通。2電壓控制通過控制門極電壓來控制導通狀態(tài)。3電流控制電流達到一定閾值時導通，維持電流即可保持導通。4低壓驅動門極驅動電壓較低，易于控制。晶閘管的分類與應用按結構分類晶閘管可分為單向晶閘管和雙向晶閘管。單向晶閘管只能在一個方向上導通電流，而雙向晶閘管可以在兩個方向上導通電流。按控制方式分類晶閘管可分為電流控制型和電壓控制型。電流控制型晶閘管通過電流來控制其開關狀態(tài)，而電壓控制型晶閘管通過電壓來控制其開關狀態(tài)。應用晶閘管廣泛應用于各種電子電路中，例如：電源控制、電機控制、照明控制、焊接設備、變頻器等。整流晶閘管整流晶閘管整流晶閘管是一種常用的電力電子器件，它能夠將交流電轉換為直流電。電路圖整流晶閘管通常與其他電子元件一起構成整流電路，用于各種電子設備中。應用場景整流晶閘管廣泛應用于電源供應、電機控制、焊接設備等領域?？煽毓杩煽毓枋且环N三端半導體器件，又稱晶閘管?？煽毓桀愃朴诙O管，但其具有控制電流方向的能力?？煽毓鑿V泛應用于電力電子領域，例如直流電機調(diào)速、交流電機調(diào)速、照明控制、焊接設備等?？煽毓璧奶匦噪娏骺刂瓶煽毓杩梢钥刂齐娐分械碾娏鳎试S或阻止電流流動。電壓控制可控硅可以控制電路中的電壓，調(diào)整電流強度。功率控制可控硅可以控制電路中的功率，調(diào)節(jié)電路的負載能力。溫度控制可控硅可以控制電路的溫度，防止過熱或過冷?？煽毓璧墓ぷ髟?觸發(fā)導通控制2正向電壓維持導通3反向電壓截止狀態(tài)可控硅是三端器件，控制極、陰極、陽極。當控制極觸發(fā)時，可控硅從截止狀態(tài)轉變?yōu)閷顟B(tài)。正向電壓維持導通狀態(tài)，反向電壓使可控硅截止?？煽毓璧膽霉I(yè)控制可控硅廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，例如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。電力電子可控硅是電力電子技術的重要元件，用于各種電源轉換、直流調(diào)壓等。家電領域可控硅在洗衣機、空調(diào)、電風扇等家電中發(fā)揮著關鍵作用，用于控制功率和調(diào)節(jié)速度。照明系統(tǒng)可控硅可用于調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的亮度，實現(xiàn)節(jié)能和人性化控制。晶閘管的驅動電路驅動電路概述驅動電路是用來控制晶閘管導通和關斷的電路。驅動電路負責向晶閘管提供足夠的觸發(fā)電流，使其導通。觸發(fā)方式晶閘管的觸發(fā)方式有兩種：正向觸發(fā)和反向觸發(fā)。正向觸發(fā)是通過向門極輸入正脈沖來觸發(fā)晶閘管導通，反向觸發(fā)則通過向門極輸入負脈沖來觸發(fā)晶閘管導通。驅動電路類型常見的驅動電路類型包括：單脈沖驅動電路、雙脈沖驅動電路、互補驅動電路等等。不同的驅動電路類型在觸發(fā)方式、觸發(fā)信號的形狀、以及對晶閘管的控制精度上有所區(qū)別。驅動電路設計驅動電路的設計需要考慮以下因素：驅動電路的觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流、以及觸發(fā)脈沖寬度。驅動電路還需確保能夠在安全范圍內(nèi)工作，并且能有效地防止誤觸發(fā)。晶閘管的開關特性1導通特性晶閘管導通后，其導通電壓很低，電流可以達到很大的值，并且導通狀態(tài)可以保持較長時間。2關斷特性晶閘管關斷后，其阻抗很大，電流降至零，需要一定的時間才能重新導通。3開關速度晶閘管的開關速度與晶閘管本身的結構和材料有關，不同的晶閘管開關速度不同。4溫度影響溫度會影響晶閘管的開關特性，溫度過高會降低其開關速度，溫度過低會延長其關斷時間。晶閘管的保護電路過電流保護使用熔斷器或電流傳感器來監(jiān)測電流。當電流超過額定值時，熔斷器熔斷或電流傳感器發(fā)出信號，切斷電源，防止晶閘管過載。過電壓保護使用電壓傳感器來監(jiān)測電壓。當電壓超過額定值時，電壓傳感器發(fā)出信號，切斷電源，防止晶閘管因電壓過高而損壞。短路保護在晶閘管的輸出端并聯(lián)連接一個電阻，用于吸收短路電流，防止晶閘管因短路電流過大而損壞。浪涌保護使用浪涌抑制器來吸收電路中的浪涌電流，防止晶閘管因浪涌電流過大而損壞?？煽毓璧尿寗与娐?觸發(fā)電路觸發(fā)電路是可控硅驅動電路的核心部分，它向可控硅提供觸發(fā)信號，使其導通。2驅動電路驅動電路負責放大觸發(fā)信號，并提供足夠的電流來驅動可控硅導通。3保護電路保護電路主要用于保護可控硅，防止其由于過電流、過電壓或其他故障而損壞?？煽毓璧膽冒咐煽毓鑿V泛應用于工業(yè)控制、電力電子、家用電器等領域。例如，在電機控制中，可控硅可以作為調(diào)速器，調(diào)節(jié)電機轉速。在電力電子中，可控硅可用于直流電源的整流、逆變和控制。在家用電器中，可控硅常用于電爐、電飯煲、洗衣機等電器。二極管和晶閘管的區(qū)別開關特性二極管是單向導通器件，晶閘管是雙向可控器件。二極管只能單向導通電流，而晶閘管可以控制電流的通斷?？刂品绞蕉O管不需要控制信號，而晶閘管需要控制信號來控制其開關狀態(tài)。電壓降二極管的壓降較小，通常在0.7V左右。晶閘管的壓降較高，通常在1.5V左右。功率容量二極管的功率容量較小，晶閘管的功率容量較大。二極管和晶閘管的發(fā)展趨勢二極管二極管技術不斷發(fā)展，小型化和高性能化成為趨勢。例如，硅基二極管正在向更高工作頻率和更低功耗的方向發(fā)展。新材料二極管，如氮化鎵二極管，具有更高效率和更快的開關速度，適用于更高功率和更高速的應用。晶閘管晶閘管技術也正在朝著更高功率、更快的開關速度和更智能化的方向發(fā)展。新型晶閘管，例如IGBT和MOSFET，具有更高效率和更快的開關速度，適用于更高功率和更高速的應用。本課程小結二極管二極管是一種重要的半導體器件，具有單向導電特性，在電路中廣泛應用于整流、穩(wěn)壓、信號處理等。晶閘管晶閘管是一種可控開關器件，具有控制電流的能力，廣泛應用于電力電子、工業(yè)自動化等領域。應用二極管和晶閘管在各種電子設備中發(fā)揮著關鍵作用，例如電源適配器、LED照明、電機控制等。課程總結11