電工電子基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

電工電子基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

一、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體（超導(dǎo)體）知識(shí)

二、電阻、電容、電感相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用

三、電路分析方法

四、二極管、可控硅整流原理

第一部分

導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體、超導(dǎo)體知識(shí)

導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體器件是構(gòu)成各種電

氣設(shè)備、電工電子器件的基礎(chǔ)，在電力生產(chǎn)上,

更是普遍存在，作為一名電力生產(chǎn)人員，應(yīng)熟

悉掌握導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的定義和性質(zhì)以

及應(yīng)用。

一、導(dǎo)體

定義：具有良好導(dǎo)電性能的材料就稱為導(dǎo)體。大家

知道，金屬、石墨和電解液具有良好的導(dǎo)電性能，他們

都是導(dǎo)體。

集膚效應(yīng)：又叫趨膚效應(yīng)。直流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)電流密度均勻

分布于導(dǎo)線截面，不存在集膚效應(yīng)。而當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體

時(shí),電流將集中在導(dǎo)體表面流過(guò)，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。

二、絕緣體

定義：不導(dǎo)電的物質(zhì)，稱為絕緣體。如包在

電線外面的橡膠、塑料。常用的絕緣體材料還有陶

瓷、云母、膠木、硅膠、絕緣紙和絕緣油（變壓器

油）等，空氣也是良好的絕緣物質(zhì)。

■導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別決定于物體內(nèi)部是否存在大量自由電

子，導(dǎo)體和絕緣體的界限也不是絕對(duì)的，在一定條件下可以

相互轉(zhuǎn)化。

三、半導(dǎo)體

有一些物質(zhì)，如硅、錯(cuò)、硒等，其原子的最外

層電子既不象金屬那樣容易掙脫原子核的束縛而成為

自由電子,也不象絕緣體那樣受到原子核的緊緊束縛,

這類物質(zhì)的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，并且隨

著外界條件及摻入微量雜質(zhì)而顯著改變，這類物質(zhì)稱

為半導(dǎo)體。

1.半導(dǎo)體有以下獨(dú)特性能：

■通過(guò)摻入雜質(zhì)可明顯地改變半導(dǎo)體的

電導(dǎo)率。

?溫度可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。即熱敏效應(yīng)

■光照不僅可改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就

是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。

與金屬和絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀(jì)30

年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)

可.半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用，使電子技術(shù)取得飛速發(fā)展，

2.本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)

（1）本征半導(dǎo)體：天然的硅和錯(cuò)提純后形成單晶體就是一個(gè)半導(dǎo)體，

稱為本征半導(dǎo)體。

本征半導(dǎo)體中的載流子濃度很小，導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很大，

不穩(wěn)定，用途有限。

（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)；如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)（摻雜），

其導(dǎo)電性能將發(fā)生顯著變化，如在純硅中摻入少許的碑或磷（最外層

有五個(gè)電子），就形成N型半導(dǎo)體；摻入少許的硼（最外層有三個(gè)電

子），就形成P型半導(dǎo)體。

P型和N型半導(dǎo)體并不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。通常是在半導(dǎo)體的局部分

別摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型或N型半導(dǎo)體，在P型和N型半導(dǎo)

體的交界面就會(huì)形成PN結(jié)，而PN結(jié)就是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，最簡(jiǎn)單的一

個(gè)PN結(jié)就是二極管。

四、超導(dǎo)體

■定義：某些金屬在攝氏零下273度的絕對(duì)溫度下，電阻會(huì)突

然消失，這種金屬電阻完全消失的特殊現(xiàn)象，稱超導(dǎo)電性，

具有超導(dǎo)電性的金屬稱超導(dǎo)體。

超導(dǎo)現(xiàn)象是1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯在研究導(dǎo)體的電阻隨溫度

變化的實(shí)驗(yàn)中，首次發(fā)現(xiàn)水銀在4.2K的低溫時(shí)，電阻突然消失，即RR;

1933年，又發(fā)現(xiàn)處于超導(dǎo)狀態(tài)的物質(zhì)，外部磁場(chǎng)不能深入超導(dǎo)體內(nèi)，

有抗磁性，即B=0,以上是超導(dǎo)體的兩大特性Q

第二部分

電阻、電容、電感相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用

電阻、電容、電感是構(gòu)成各種電路的基本元件。這一

部分主要是了解一下它們性質(zhì)、用途，以及實(shí)際應(yīng)用舉例。

一、電阻

L定義，衡量物體導(dǎo)電性能的物理量稱為電阻。

在一定的溫度下，其電阻與長(zhǎng)度成正比，與截面積成反比。這就是導(dǎo)體的

電阻定律。

2.電阻的常用單位：歐姆（Q）、K。、M。

■1Q的含義：當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓為IV,通過(guò)的電流為1A,這段導(dǎo)體的電

阻為1。。

■換算：1MQ=103KQ=106Q

-限值標(biāo)示：一般用色環(huán)法和數(shù)字法。

3.電阻的性質(zhì)

■電阻是一個(gè)耗策無(wú)件，即消耗電艇室為熱艇。

■電陽(yáng)是段性元件，它符合歐姆定悻：I=U/R0

■電眼在電路中主要用于限流、分流、降壓、分壓。

■主要參數(shù)：限值及誤整、額定電壓、頡定功率甘。

■電阻的年井聯(lián)及計(jì)算：

串聯(lián)：RE=R1+R2+R3+...分壓作用

并聯(lián)：分流作用

■常用計(jì)藁公式：

串聯(lián)各電阻的電壓與電阻成正比。也就是說(shuō)，大電阻分到商電壓，小電阻分到小電壓9

兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，總電流為兩分支電流之和。電流的分配與電阻大小成反比。

例：（05年《運(yùn)規(guī)》試題）如圖，R1VR2VR3,則哪個(gè)電阻消耗功

率大。（）

A、RI；B、R2；C、R3；D、一樣大。

例：計(jì)算白幟燈燈泡電阻：220V,100W

4.電阻的測(cè)量；一般用萬(wàn)用表、兆歐表、平衡電橋等

電阻測(cè)量一般不能帶電測(cè)量。在測(cè)量半導(dǎo)體（二極管、三極管）、電容等有極

性的器件時(shí)，因有正向、反向之分，所以萬(wàn)用表在電阻檔時(shí)，i°黑i土表筆為正極,

i°紅i土表筆為負(fù)極。兆歐表一般用于測(cè)量阻值較大的絕緣電阻。阻值較小電阻的

精確測(cè)量也有很多種方法，平衡電橋測(cè)量是較常用的一種（高試常用〉，有直流電

橋和交流電橋。

5.電阻的分類及應(yīng)用：

-按阻值特性：固定電阻、可調(diào)電阻

■按制造材料：碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻、水泥電阻、陶瓷電

阻、半導(dǎo)體電阻等。

■按安裝方式；插件電阻、貼片電阻。

5.特種電阻（敏感電阻）常識(shí)：

■熱敏電阻：是一種對(duì)溫度極為敏感的電阻器，分為正溫度系數(shù)（粗值

隨溫度升高而增大）和負(fù)溫度系數(shù)（限值隨溫度升高而降低）電限器°

應(yīng)用舉例：

如電視機(jī)消磁電路、電飯鍋電路

■光敏電阻，阻值隨著光線的強(qiáng)弱而發(fā)生變化的電阻器，稱為光敏電阻

器。分為可見(jiàn)光光敏電阻、紅外光光敏電阻、紫外光光敏電阻。選用

時(shí)先確定電路的光譜特性。實(shí)際應(yīng)用如光控路燈，根據(jù)光線的強(qiáng)度自

動(dòng)控制路燈的開(kāi)關(guān)。

-壓敏電阻；是對(duì)電壓變化很敏感的非線性電阻器，具有非線性伏安特

性并有抑制瞬態(tài)過(guò)電壓作用的周杰電壓敏感元件。當(dāng)電通器上的電壓

在標(biāo)稱值內(nèi)時(shí)，電阻器上的阻值呈無(wú)窮大狀杰，當(dāng)電壓略高于標(biāo)稱電

壓時(shí)，其限值很快下降，使電阻器處于導(dǎo)通狀杰，當(dāng)電壓減小到標(biāo)稱電

壓以下時(shí)，其阻值又開(kāi)始增加(可以自恢復(fù))。實(shí)際應(yīng)用如電話機(jī)過(guò)

壓保護(hù)、避雷器閥片等。

■濕敏電阻：是對(duì)濕度變化非常敏感的電阻器，能在各種濕度環(huán)境中使

用，它是將濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的換能器件。主要用作濕度傳感器，如

嬰兒的尿濕報(bào)警器等。

■熔斷器、分流器：也可以看作是一種電阻器件，熔斷器是一種限值很

小，功率較小的電阻，當(dāng)通過(guò)的電流超過(guò)一定值時(shí)，其發(fā)熱熔斷起到

保護(hù)作用；分流器實(shí)際上就是一個(gè)阻值很小的電阻，串在回路中，當(dāng)

有直流電流通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生壓降且隨電流大小變化,供直流電流表顯示,

或接到變送器(如勵(lì)磁回路)，實(shí)際上相當(dāng)于取樣、測(cè)量的作用。

二、電容

1.電容器結(jié)構(gòu)原理：

在電子電路中，電容界是典不可少的電子黑件；在電力生產(chǎn)中，

電力電容器也是廣泛應(yīng)用。簡(jiǎn)地貌，電容器*ut一種儲(chǔ)存電荷的容

器，他不消耗起*0電容需遍常簡(jiǎn)稱為電容，用字母“C”表示。其基

本結(jié)構(gòu)是由兩片靠得較近的金腰片，中間隔以絕緣物質(zhì)而組成，兩金

原片為電容價(jià)極板，中間的維緣物質(zhì)為介質(zhì)，

電容器的電容等于電容器的帶電荷

*,平板電容部的電容與極板面積成正

比，與極間距離成反比。

一般規(guī)定把電容器外加IV直流電壓時(shí)所儲(chǔ)存的電荷量稱為該電容

器的電容量。電容的基本單位為法拉(F),還有微法(1XF)、納法(nF)、

皮法(pF),因法拉單位較大，實(shí)際不常用，實(shí)際常用的是微法、皮法。

其換算關(guān)系：

1法拉(F)=微法(uF)

1微法(UF)=納法(nF)=皮法(pF)

2.電容器的基本性質(zhì)、作用：

基本性質(zhì)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是隔直流通交流，即對(duì)直流呈現(xiàn)電阻無(wú)窮大，

相當(dāng)于開(kāi)路；對(duì)交流呈現(xiàn)的電阻力受交流電頻率影響，即相同一電容

器對(duì)不同頻率的交流電呈

現(xiàn)不同的容抗：

電容器在電路中主要作用有：葺漉電路平滑潴波、電源電路的退枳凌波、

交流信號(hào)旁路、交流信號(hào)枳合(廂直)、與電阻電感構(gòu)成振蕩、諧搬回

路、延町電路等等。電子電路中卻要用到各種各樣的電容器，蟲(chóng)們?cè)陔?/p>

路中分別起著木洞的作用。電力電容器的主要應(yīng)吊有：無(wú)功補(bǔ)償、電容

式電壓互感器、阻波器、載波耦合電容器、油開(kāi)關(guān)觸頭保護(hù)電容器等等。

小容量的電容，通常在高頻電路中使用；大容量的電容往往是作濾波和

存儲(chǔ)電荷用6電解電容為有機(jī)性電容，分正、負(fù)極，一般電源電路的低頻濾波均

果用電解電容，其正向漏電流較小，而反向漏電流較大，所以在電路中要注意極

性不能接反，否則會(huì)因漏電流大引起爆炸損壞。

電容的充放電：把電容器的兩個(gè)電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過(guò)一

會(huì)兒把電源斬開(kāi)，兩個(gè)引腳間仍然會(huì)有殘留電壓，這是因?yàn)殡娙萜鲀?chǔ)存

了電荷，電容整極板間速立起電壓，積蓄起電施，這個(gè)過(guò)程稱為電容器

的充電。而電容器儲(chǔ)存的電荷向電路科放的過(guò)程，稱為電容器的放電。

■電容器的充電和放電就形成電容電流，電

容電流與電容和端電壓的變化率成正比。

■只有加在電容兩端的電壓發(fā)生變化時(shí)，電

容才有電流通過(guò)。

■電容器儲(chǔ)藏的電場(chǎng)能量與端電壓的平方成

正比：

充電過(guò)程分析，

開(kāi)關(guān)合閘瞬間，過(guò)渡過(guò)程，

呈指數(shù)規(guī)律。

放電過(guò)程分析；其中稱為電路充放電時(shí)間常數(shù)，它是反映充放電

快慢的一個(gè)參數(shù).

以上是電容在直流電路瞬態(tài)過(guò)渡充放電過(guò)程的簡(jiǎn)單分析，從波形圖可以看

出，其充電電流超前電壓。

正弦交流電路中，電壓電流的波形、相量關(guān)系：

由其波形和相量圖

可以看出：

即電流超前電壓90°,

這就是我們通常所說(shuō)

的容性負(fù)載電流超前

電壓90°的原因。

電容的串并聯(lián)性質(zhì)：

并聯(lián)：總電容為各電容之和。

串聯(lián)：息電容的倒數(shù)為各電容倒數(shù)之和。

電容器串聯(lián)時(shí)，各電容電壓與電容量成反比，每個(gè)電容分配到的電壓計(jì)算式在形式上

與并聯(lián)電阻的分流計(jì)算公式相似。

3.電容的參數(shù)；主要有標(biāo)稱容?*、額定電壓、絕緣電阻（那電阻）、溫

度范圍等

4.電容器的測(cè)量、極性判別：對(duì)于通常的電客翡，一般用萬(wàn)用來(lái)電曲植捌置。

★每次洞試初，常將電容器數(shù)電（兩極短接一下放電），熊后將紅、黑聯(lián)范育別接

電容器的兩極，由雙針的體攝來(lái)到斷電容都質(zhì)景。好的電容耕，株針?迅速向右擺

<（擺的巾度與容??大小有關(guān)）,然后慢慢向左退回原位（立近8,所指示的阻

值就是通電限）。

★如果表針摞緣后不再回轉(zhuǎn)，說(shuō)明電容孫已擊穿。如果般針摞總后逐漸退回到某一

位,停住，則說(shuō)明電容整已漏電。如果表針擺不起來(lái)，說(shuō)明也容部電解員已干涸

失去容量。

★對(duì)于極性電容（電解電容），一般風(fēng)向漏電比正向大，其測(cè)出的正向漏電阻大于

及向漫電煙。（可依此列別極性）

★其次，萬(wàn)用表倒置的過(guò)程戕是風(fēng)映電容充放電的過(guò)程。

5.電容器應(yīng)用舉例：

■分布電容、雜散電容影響：

■旁路、消干擾：

■儲(chǔ)能作用：

■耦合電容、阻波器：

■無(wú)功補(bǔ)償電容器：

■少油斷路器斷口均壓電容：

■電容式電壓互感器：

三、電感

1.電感的結(jié)構(gòu)原理：用導(dǎo)線繞制成線圈就構(gòu)成一個(gè)電感器，它是一種能夠儲(chǔ)存磁場(chǎng)

能量的元件。

電感的單位是亨利（H）,常用單位為毫亨（mH）、微亨（PH）和納亨（nH）,

其換算關(guān)系為：

電感量的大小表示產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的能力。

2.電感的性質(zhì)、作用：形象說(shuō)法：電感器就是i°通直流，阻交流i±。也就是說(shuō),

只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓，而且其電動(dòng)勢(shì)的方向是阻止電流

變化的方向，大小與電感量和電流變化率成正比。在直流電路中，電感上即使有

電流通過(guò)，但u=0,相當(dāng)于短路。其電壓與電流的關(guān)系：

■同一電感對(duì)不同頻率的交漉電至現(xiàn)不同的阻抗，即感抗：XL=coL=2

TtfLo電思LM大，電源頻率f4高，感抗就越大。對(duì)直流，f=0,相

當(dāng)于短路。

■電感線圈是一個(gè)儲(chǔ)版元件，電以磁的形式儲(chǔ)存電能，儲(chǔ)存的電能大小

可用下式表示：

可見(jiàn)，線圖電感??越大，流過(guò)電

度越大，儲(chǔ)存的電施也就燧多。

其儲(chǔ)能和釋放過(guò)程：當(dāng)電漉的絕對(duì)值增加時(shí)，電感元件吸收能量

并全部轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)施量；當(dāng)電漉的絕對(duì)值減小時(shí)，電感元件舞放磁場(chǎng)

M*o

可見(jiàn)，電感元件與電容元件一樣，并不是把吸收的能置消耗掉，

而是以磁場(chǎng)或電場(chǎng)的形式儲(chǔ)存，用以交換，釋源與吸收的施景一樣。

■對(duì)于正輯交流電路，其電壓、電流波形00和相量09如下：

由以上波形國(guó)和相??圖可以看出，電思在正弦交流電路中電流滯后電壓90°,

即：

我們通常所說(shuō)的，感性負(fù)裁電

流滯后電壓900就是這個(gè)埴戲。

3.電感的參數(shù)、測(cè)量：

測(cè)量：用電感測(cè)量?jī)x測(cè)量其電感量；用萬(wàn)用表測(cè)量其通斷，理想的電感電阻很小，

近乎為零。若測(cè)量電阻為8,則說(shuō)明電感器已經(jīng)開(kāi)路損壞。

參數(shù)：主要有電感量、額定電流等。

4.電感的應(yīng)用舉例：

電抗器：實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)導(dǎo)磁材料的空心線圈。在電力系統(tǒng)中起增大短路阻抗,

限制短路電流作用。常串于出線斷路器處，起到維持母線電壓水平的作用，使母

線電壓波動(dòng)較小，保證非故障線路上的用戶電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

消弧線圈：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，減少通過(guò)接地點(diǎn)的電容電流,

有效防止鐵磁諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。

消瓢線圈補(bǔ)償方式有三種：全補(bǔ)檢、欠補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償

第三部分

電路分析方法

一、電路的基本概念：

為了某種需要、功能而由電源、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)和負(fù)載等元件按一定

方式組合起來(lái)的電流的通路稱為電路。

■電路的主要功能：一是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配：二是實(shí)現(xiàn)信號(hào)

的傳遞、存儲(chǔ)和處理。

.電路分析的主要任務(wù)就在于解得電路物理量，其中最基本的電路物理

量就是電流、電壓和功率°

二、電路的基本物理量；

1.電流：導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)形成電流.定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電

荷量.即

2.電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)：

電位：電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。

要有一個(gè)參考零電位點(diǎn)。

電壓：電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場(chǎng)力所做

的功?；蛘哒f(shuō)，兩點(diǎn)之間的電位差即為電壓，

電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。

電源電動(dòng)勢(shì)：是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克服電場(chǎng)力把單位

正電荷從電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱為電源的電動(dòng)勢(shì)。

電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向與電壓實(shí)際方向相反，規(guī)定為由電源負(fù)極指向正極。

3.電功率和電能：電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率。它表示電

能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，被電路吸收（消耗）的速率。單位為：瓦（W）,常用

的有KW（千瓦）、MW（兆瓦）、mW（毫瓦）。

在一定時(shí)間內(nèi)，電路（負(fù)載）吸收（消耗）的電功率（電量）稱為電

能，即電量（電度）0

電能的單位是焦（耳）（J）,它

等于功率1W的用電設(shè)備在1s內(nèi)消耗的電能，量值較小。在實(shí)用上采用kWh（千瓦小

時(shí)）作為電能的單位，它等于功率1點(diǎn)的用電設(shè)備在lh（3600s）內(nèi)消耗的電能，

簡(jiǎn)稱為1度電。換算關(guān)系：

二、電路的基本物理量：

電路的分析計(jì)算有兩大基本定律：一是歐姆定律；一是基爾霍夫定律。歐姆

定律反映的是電路中元件上的電流和電壓的約束關(guān)系，而基爾霍夫定律反映的是電

路中各支路電流之間的約束關(guān)系或各回路電壓之間的約束的關(guān)系6

1.歐姆定律：

歐姆定律只適用于純線性電阻電路。歐姆定律有兩種：即部分電路歐姆

定律（也稱作外電路歐姆定律）和全電路歐姆定律。

外電路歐姆定律；表述為在同一電路中,流過(guò)電阻的電流跟其兩端的電壓

成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比。

串聯(lián)電阻分壓公式：

并聯(lián)電阻分流公式：

全電路歐姆定律：全電路是指電源以外的電路（外電路）和電源（內(nèi)電路）

之總和。電源產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，它有內(nèi)電阻。流過(guò)電路的電流，與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,

與外電路的電阻與內(nèi)電路的電阻之和成反比。這就是全電路歐姆定律。

在實(shí)際電路中，由

于內(nèi)阻的存在要消耗

一定的功率，產(chǎn)生一

定的電壓片（Ir）o

因此，外電路嫡電壓

U=e-Iro當(dāng)外電路開(kāi)

路時(shí)，1=0,U=e;

當(dāng)外電路有負(fù)我時(shí)，

端電壓隨著負(fù)轂（I）

的增大而陳昕。

2.基爾霍夫定律：

基爾霍夫定律包括電流定律和電壓定律。不論元件是線性的還是非線性的，電

流、電壓是直流的還是交流的，基爾霍夫定律總成立。

■基爾霍夫電流定律：對(duì)電路中任一結(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)加，流出結(jié)點(diǎn)的電流N不一定

等于流入結(jié)點(diǎn)電漉之和，即流出或流入該結(jié)點(diǎn)的所罰支路電流的代數(shù)和為等。

KCL也可以推廣刷電路中任

一1R設(shè)的封?詡街，即在任一時(shí)刻，

通過(guò)該封閉窗的所有支路電流的

代數(shù)和存于尊。

■基爾霍夫電壓定律：對(duì)任一電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿著該回路的的所

有支路電壓的代數(shù)和恒等于零,簡(jiǎn)稱為KCL

KCL確定了連接

在周一回路中各支路

電壓之間的關(guān)系。體

現(xiàn)的北電荷在電場(chǎng)中

從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí)，

它所具有艇"的改變

只與這兩點(diǎn)的位置

有關(guān)，而與移動(dòng)路徑

無(wú)關(guān)的性質(zhì)°

在分析電路列回路KCL方機(jī)時(shí)，應(yīng)先規(guī)定回路靖行方向，各

支路電壓分考方向與回路繞行方向一畋時(shí)（從i°+j±極性向i°-

i土極性）取正號(hào)，及之取負(fù)號(hào)。

第四部分

二極管、可控硅整流原理

電力電子器件超電力電子變流技術(shù)的核心，通常包括非可控器

件（如整流二極管）和可控器件（如晶閘管，也叫可控硅）兩大類Q

電力電子變流技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，使變流技術(shù)主要能實(shí)現(xiàn)以下幾

個(gè)功能；整流器、逆變器、暫波器、交流調(diào)壓器、周波變流器等，以

上的幾個(gè)功能都可以通過(guò)晶閘管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

下面，我們主要介紹整流電路原理。

一、二極管及其整流原理

1.二極管結(jié)構(gòu)原理：一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引餞并用菅殼封裝起

來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極曾，簡(jiǎn)稱二極管。

二極菅按其結(jié)枸不同可分為點(diǎn)接觸組和面接觸型。點(diǎn)接觸型二極

曲PN結(jié)面積很小，因而結(jié)電容小，通濡熊力小，主要應(yīng)用于小電漆的

整流和高頻時(shí)的檢波、混頰及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件等;而接觸

型二極管PN結(jié)面積大，因而施通過(guò)較大的電流，但箕結(jié)電容也小，K

適用于較詆啦率下的Jfc流電路中，一般的電源整流電路均采用面接觸

型°

2.二極管的伏安特性

二極餐由PN結(jié)組成，

因此，具TrPN帶的單向

導(dǎo)電糖性，它屬于非統(tǒng)

性電阻元件。

正向特性（右半部分）：

當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電

壓后，正向電流隨著正向

電壓增大迅速上升6

反向特性（左半部分）!

當(dāng)二極管外加反向電壓時(shí)，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很?。蝗绻臃聪螂?/p>

壓繼續(xù)增大，大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加，而電壓幾乎保持不變（穩(wěn)壓二

極管就是利用這一反向擊穿區(qū)特性工作的，控制反向電流數(shù)值，使其不致過(guò)熱而燒

壞）。

普通二極菅械擊穿后，由于夙向電流很大，一般都會(huì)造成iQ熟r擊穿i土,使

二極餐永久性損壞，不再具存單向?qū)щ娦浴?/p>

二極營(yíng)的滿??一般用萬(wàn)用表的電阻檔（RxlK）潴置，其正癰電阻（黑表曾接

陽(yáng)極，紅雙電接陰極）較?。◣装僖?KC左右），及向*限很大（一敏為接近8）,

而根據(jù)正反向測(cè)量結(jié)果，也可以到斷出其極性。

■二極管在電工電子電路中應(yīng)用很廣，常用于整流、穩(wěn)壓、檢波、限幅、元件保護(hù)

以及在數(shù)字電路中用作開(kāi)關(guān)元件等等。如整流二極管、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管、

光電二極管（可以與光敏三極管做成

光耦器件，用于信號(hào)

的電路隔離傳輸，如

微機(jī)保護(hù)等輸入輸出

口常采用光耦傳輸，

起電路隔離，避免因

某一輸入輸出口問(wèn)題

影響整個(gè)系統(tǒng)）等。

3.二極管整流原理

二極管整流電路實(shí)際就愚利用其單向?qū)щ姳坌裕邪氩ɑ?、金?/p>

基漉和橋式整流三種形式，常用橋式整流。

■半波整流：

當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓Vo=Vi（忽略管壓

降）；當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的負(fù)半周時(shí)，二極管截止，輸出電壓Vo=0。

半波整流電路的交流利用率只有50%,且輸出電壓脈動(dòng)很大，對(duì)于使用直流電

源的電動(dòng)機(jī)等功率型的電氣設(shè)備，半波整流輸出的脈動(dòng)電壓就足夠了。對(duì)于電子電

路，這種電壓則不能直接作為半導(dǎo)體器件的電源，還必須經(jīng)過(guò)平滑（濾波）處理。

電壓正半周時(shí)，

交流電源在通

過(guò)二極管向負(fù)

載提供電源的

同時(shí)對(duì)電容充

電，在交流電

壓負(fù)半周時(shí)，

電容通過(guò)負(fù)載

電阻放電。

■全波整流；

當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，Vo=Vi（忽略管壓降）；當(dāng)輸

入電壓處于負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，Vo=Vi0其輸出波形是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓,

但脈動(dòng)頻率是半波整流的一倍。

同樣，全波整流輸出的直流脈動(dòng)電壓不能滿足電子電路對(duì)直流電源的要求，

必須經(jīng)過(guò)平滑（濾波）處理。也是在全波整流的輸出端接一個(gè)電容。電容在脈動(dòng)電

壓的兩個(gè)峰值之間向負(fù)載放電，使輸出電壓得到相應(yīng)的平滑。

全波整流電路的交流利用率為100%,正負(fù)半周均利用，其輸出電壓脈動(dòng)較

半波整流小，

比較平滑。全

波整流電路必

須采用具有中

心抽頭的變壓

器，而且每個(gè)

線圈只有一半

時(shí)間通過(guò)電流，

所以變壓器的

利用率不高。

■橋式整流：

當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管D1、負(fù)載電阻RL、D3構(gòu)成一個(gè)回

路（圖中虛線所示），輸出電壓Vo=Vi（忽略管壓降）；當(dāng)輸入電壓處于交流電

壓負(fù)半周時(shí)，二極管D2、負(fù)載電阻RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路，輸出電壓Vo=Vi。

可見(jiàn)，橋式at流電路的輸出波形脈動(dòng)情況、脈動(dòng)須率。交流利用率

與全波整流一樣。不同的是橋式整漉電路元需采用具有中心抽頭的變壓

部，袋就二極餐承曼的反向電壓也不高。

二、可控硅及其整流原理

二極管整流電路通常稱為不可控整流電路，當(dāng)輸入的交流電

壓不變時(shí)，其輸出的直流電壓也是固定的，不能任意控制和改變Q在

實(shí)際工作中，有時(shí)希望整流器的輸出直流電壓能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)

節(jié)，在這種情況下，需要采用可控整流電路，而晶閘管正是可以實(shí)現(xiàn)

這一要求的可控整流元件。

1.晶閘管結(jié)構(gòu)原理

內(nèi)部由四層半導(dǎo)體（PNPN）構(gòu)成,形成三個(gè)PN結(jié)（JI、J2、J3）,

最下層的P1引出為陽(yáng)極（A）,最上層的N2引出為陰極（K）,中間的P2

引出為控制極（G）。

工作原理：如果只在晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓而控制極不加電壓，則

PN結(jié)J2為反向偏置，晶閘管不導(dǎo)通，稱為阻斷；如果A、K之間加反向電壓而控制極

不加電壓，JI、J3反偏，晶閘管還是阻斷。也就是說(shuō)，在G極沒(méi)有加控制電壓情況

下，晶閘管始終處于阻斷狀態(tài)。

當(dāng)在陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓的同時(shí)，在控制極與陰極之間也加一個(gè)正向電

壓，則晶閘管將由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通，而且其壓降很?。↖V左右），相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處于閉

合狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，可以通過(guò)幾十甚至上千安的電流，只要A、K之間一直加有

正向電壓，它就一直維持導(dǎo)通狀態(tài)，控制極一般就不再起控制作用。所以，控制極

也叫觸發(fā)極，加在其上的電壓一般為觸發(fā)脈沖電壓。

晶閘管的導(dǎo)通原理可以由其等效電路來(lái)分析：根據(jù)晶閘管的結(jié)構(gòu)，可以把它看

成由一個(gè)NPN型三極管和一個(gè)PNP型三極管組合而成。

■晶閘管導(dǎo)通后，控制機(jī)就失去控制作用。那么.如何使晶閘管由導(dǎo)通

變?yōu)樽钄酄顟B(tài)呢？只能編過(guò)降詆電源電壓，成增大負(fù)載電阻，或改變

電源電壓極性（加反向電壓）等方法，使陽(yáng)極電流IA減少，到某一檢

定數(shù)值以下（即小于維勢(shì)電漉）,才能使晶州餐重新阻斷。

■若不加控制機(jī)正向電壓，而提高陽(yáng)極電壓，則當(dāng)達(dá)到某一限度時(shí)，由

于正向漏電流的增大，電會(huì)導(dǎo)致晶麗菅導(dǎo)逋。

■當(dāng)A、K加及向電壓時(shí)，兩個(gè)三極菅集電極電壓極性按反，都不能放大，

只有校小的反向派電流，晶閘首處于阻斷狀點(diǎn)°

2.晶閘管的主要參數(shù)

■（1）電壓定額：

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（）；

反向重復(fù)峰值電壓（）：

通態(tài)（峰值）電壓（）：

■（2）電流定額：

通態(tài)平均電流：

維持電流：

擎住電流：

■（3）門極定額：門極觸發(fā)電流、門極觸發(fā)電壓

■（4）額定結(jié)溫：器件在正常工作時(shí)所允許的最高結(jié)溫，在此溫度下，晶閘管

有關(guān)的額定值和特性都能得到保證。

3,單相可控整流電路

（1）單相半波可控整流電路，

■電阻性負(fù)載的情況：

其整流輸出電壓是極性不變的脈動(dòng)直流電壓,它的波形只在電源電

壓的正半周內(nèi)出現(xiàn)。

VT承受的電壓,在導(dǎo)通時(shí)忽略管壓降為零，其余不導(dǎo)通時(shí)承受全部電

源電壓。

從VT開(kāi)始承受正向電壓起到加上觸發(fā)脈沖這一電角度稱為控制角

a,VT導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角30=n-a,輸出平均電壓：

它是。的函數(shù)，也就是說(shuō)改變。就可以控制改變。a愈小，愈

大。當(dāng)a=0時(shí)，晶閘管全導(dǎo)通，相當(dāng)于二極管整流，輸出最大：當(dāng)a

=弘時(shí),

■電感性負(fù)載的情況：

當(dāng)在電充電壓正半周的tl時(shí)刻觸發(fā)品州營(yíng)，在負(fù)裁側(cè)就立即出現(xiàn)立

流電壓，感性負(fù)載通過(guò)電流，當(dāng)在增加的過(guò)程中，L的自感電動(dòng)勢(shì)

極性為上正下負(fù)，它力圖阻止電流增加；當(dāng)過(guò)年交負(fù)時(shí)，電QL于

逐步減小的過(guò)程中，在L兩端產(chǎn)生一個(gè)上負(fù)下正的電動(dòng)勢(shì)，力圖阻止電

流減小，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比值大，使晶聞營(yíng)仍然豕受正向電壓，繼續(xù)維

持導(dǎo)通（尤時(shí)可以震解為L(zhǎng)釋放出先前儲(chǔ)藏的施*?,假品州曾保持導(dǎo)通

維持負(fù)栽電流）o這個(gè)過(guò)程-宜維持到L中的電漉降為尊，即L中的磁場(chǎng)

她置褥放究平,能相首關(guān)酎（即t2時(shí)刻）.并且立即承受電源負(fù)半周的及

向電壓Q可見(jiàn),由于電感的存在，延遲了晶麗菅的關(guān)斷時(shí)刻，使輸出波

形上出現(xiàn)負(fù)值,導(dǎo)致輸出五流電壓的平均值下除。

根據(jù)，當(dāng)R為一定值時(shí)，L越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就大，進(jìn)入負(fù)半周后維持晶

閘管導(dǎo)通的時(shí)間就越長(zhǎng)，輸出電壓波形負(fù)值部分越大，輸出電壓越低。當(dāng)3L?R時(shí),

輸出波形中正負(fù)波形面積接近,,輸出電流平均值就很小。

■為解決大電感負(fù)載時(shí)的上述矛盾，可在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)整流二極

管，稱為續(xù)流二極管VD。

當(dāng)電源電壓過(guò)粵變負(fù)后，電感L的息應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可經(jīng)煥流二極菅使負(fù)裁電流繼建

QB,也就是說(shuō)電感的網(wǎng)的他登遍遂康流二極餐與黃轂形成回路科技。此時(shí)，輸

出不再出現(xiàn)負(fù)電壓，在康流期間，步州營(yíng)樂(lè)受電球風(fēng)向■壓而關(guān)斫。

從波形可以看出，加了康波二極菅后，輸出電壓的波形與電殂性負(fù)載時(shí)一樣，

但輸出電流波形就大不相同，漉過(guò)負(fù)做跑電流不但連嬪而且戴本上維妙不交，電

感愈大,電流波形愈接近一條水平畿，此電流由R州百VT的二極餐VD分擔(dān)，■州

曾導(dǎo)通期，從品聞曲流過(guò)，品用餐關(guān)新期，從煥流二極甯流過(guò)。

（1）單相橋式全控整流電路：把單相橋式整流電路中的四個(gè)二極管換成晶閘管，

就組成了單相橋式全控整流電路。

■電阻性負(fù)載的情況：VT1和VT4組成一對(duì)標(biāo)5t,VT2和VT3組成另一對(duì)橋管。當(dāng)電源

正半眉，在tl時(shí)刻給VT1布VT4以觸發(fā)豚沖，VT1*>VT4導(dǎo)通，負(fù)敢流過(guò)電漉；而此

時(shí)VT2*>VT3均豕受反向電壓而止；當(dāng)電源電壓過(guò)年時(shí)，VT1和VT4也電之關(guān)就。

當(dāng)電源變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，VT2和VT3豕受電源正向電壓，在控制*為a純觸發(fā)品州菅