二極管與晶閘管教學(xué)課件

二極管與晶閘管教學(xué)課件本課件旨在幫助學(xué)習(xí)者深入理解二極管和晶閘管的基本原理、特性和應(yīng)用。從基本概念到實(shí)際應(yīng)用，涵蓋了二極管和晶閘管的重要知識(shí)點(diǎn)。二極管的基本概念和工作原理單向?qū)ǘO管是具有單向?qū)щ娞匦缘陌雽?dǎo)體器件，電流只能從正極流向負(fù)極，反向時(shí)則阻斷電流。PN結(jié)二極管的核心是PN結(jié)，由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體材料組成，在兩者之間形成一個(gè)稱為“耗盡層”的區(qū)域，該區(qū)域具有阻擋電流的作用。工作原理當(dāng)正向電壓加在PN結(jié)上時(shí)，耗盡層變窄，電流可以流動(dòng)。反向電壓則使耗盡層加寬，阻斷電流。二極管的符號(hào)和型號(hào)表示符號(hào)表示二極管符號(hào)通常用箭頭表示其電流方向，箭頭指向正極。型號(hào)表示二極管型號(hào)通常包含字母和數(shù)字，例如1N4001、1N4148等。二極管的主要參數(shù)及其測(cè)量方法參數(shù)描述測(cè)量方法正向壓降正向電流通過(guò)二極管時(shí)的壓降用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量正向電流下的壓降反向電流反向電壓加在二極管兩端時(shí)的電流用萬(wàn)用表直流電流檔測(cè)量反向電壓下的電流反向擊穿電壓反向電壓達(dá)到一定值后，二極管發(fā)生擊穿的電壓用萬(wàn)用表直流電壓檔逐步增大反向電壓，測(cè)量擊穿時(shí)的電壓值二極管的基本應(yīng)用電路1整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電2限幅電路限制電壓信號(hào)的幅度3穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓4保護(hù)電路保護(hù)電路免受過(guò)壓或過(guò)流二極管整流電路的分類及特點(diǎn)單相半波整流簡(jiǎn)單，成本低，但效率低，輸出電壓波形較差單相全波整流效率更高，輸出電壓波形較好，但電路復(fù)雜，成本較高三相整流效率最高，輸出電壓波形最平穩(wěn)，但電路更復(fù)雜，成本最高二極管的各種特殊用途穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是專門(mén)用于穩(wěn)壓電路的二極管。它們通常用于為電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，并防止電壓波動(dòng)。變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管的電容值會(huì)隨著施加在它上的電壓而變化。它們通常用于電子調(diào)諧器，以調(diào)整無(wú)線電頻率。光電二極管光電二極管用于將光能轉(zhuǎn)換為電能。它們通常用于光傳感器，例如相機(jī)和太陽(yáng)能電池。穩(wěn)壓二極管的工作原理和應(yīng)用工作原理穩(wěn)壓二極管利用PN結(jié)的反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定。當(dāng)反向電壓超過(guò)擊穿電壓時(shí)，電流急劇增加，電壓維持在一個(gè)穩(wěn)定值。應(yīng)用場(chǎng)景在電子電路中，穩(wěn)壓二極管用于提供穩(wěn)定的直流電壓，保護(hù)電路免受電壓波動(dòng)影響。常見(jiàn)類型穩(wěn)壓二極管的種類多樣，例如1N4733、1N4740、1N5231等，對(duì)應(yīng)不同的穩(wěn)壓電壓。二極管的損壞形式及其判斷1開(kāi)路二極管內(nèi)部斷路，無(wú)法導(dǎo)通電流。2短路二極管內(nèi)部導(dǎo)通阻抗極低，相當(dāng)于導(dǎo)線。3漏電流過(guò)大二極管反向電流過(guò)大，導(dǎo)致性能下降。4PN結(jié)失效PN結(jié)受到損壞，無(wú)法正常工作。晶閘管的基本工作原理和特性單向?qū)ňчl管是一種單向?qū)ǖ钠骷?，只有在門(mén)極電壓達(dá)到觸發(fā)電壓時(shí)才會(huì)導(dǎo)通。保持電流一旦導(dǎo)通，即使門(mén)極電壓消失，晶閘管仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到電流降至維持電流以下。控制電流通過(guò)控制門(mén)極電壓，可以控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的調(diào)節(jié)。晶閘管的主要參數(shù)及其測(cè)量方法3正向壓降晶閘管導(dǎo)通時(shí)的壓降，一般小于2V。100觸發(fā)電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通所需的最小電流，一般為幾毫安。10關(guān)斷電流晶閘管關(guān)斷時(shí)的電流，一般為幾毫安。10K關(guān)斷電壓晶閘管關(guān)斷時(shí)的電壓，一般為幾百伏。晶閘管的基本應(yīng)用電路1整流電路晶閘管可以用于整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并可通過(guò)控制觸發(fā)角來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。2調(diào)壓電路晶閘管可用于調(diào)壓電路，通過(guò)控制其導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制輸出電壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)壓。3調(diào)速電路晶閘管可用于調(diào)速電路，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域。4開(kāi)關(guān)電路晶閘管可作為開(kāi)關(guān)元件，用于高功率開(kāi)關(guān)電路，例如電力系統(tǒng)中的負(fù)載控制和故障保護(hù)。晶閘管電路中的關(guān)斷和觸發(fā)關(guān)斷晶閘管的關(guān)斷是指停止導(dǎo)通狀態(tài)，使其恢復(fù)到阻斷狀態(tài)。觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)是指使晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。晶閘管的軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)硬開(kāi)關(guān)硬開(kāi)關(guān)是指在開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程中，電流和電壓的切換非?？欤咏谒查g完成。這種切換方式會(huì)產(chǎn)生較大的電壓和電流沖擊，對(duì)元件和電路造成損害。硬開(kāi)關(guān)通常使用傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)元件，例如繼電器、機(jī)械開(kāi)關(guān)等。軟開(kāi)關(guān)軟開(kāi)關(guān)是指在開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程中，通過(guò)控制電流和電壓的變化速率，使開(kāi)關(guān)元件的切換過(guò)程更加平滑，從而減少開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾。軟開(kāi)關(guān)通常使用專門(mén)的開(kāi)關(guān)元件，例如MOSFET、IGBT等。SCR和TRIAC的工作原理及特性SCRSCR是雙向可控硅，需要正向和反向觸發(fā)才能導(dǎo)通TRIACTRIAC是單向可控硅，只需要一個(gè)觸發(fā)信號(hào)就能導(dǎo)通SCR和TRIAC的參數(shù)及其測(cè)量主要參數(shù)正向壓降反向耐壓門(mén)極觸發(fā)電流關(guān)斷電流最大允許電流最大允許功率測(cè)量方法使用萬(wàn)用表測(cè)量直流電阻使用示波器觀察波形使用專門(mén)的測(cè)試儀器SCR和TRIAC的基本應(yīng)用電路1半波整流電路SCR或TRIAC用于控制半波整流電路的輸出電流。2全波整流電路多個(gè)SCR或TRIAC可以組成全波整流電路。3可控整流電路使用SCR或TRIAC可控制直流電的輸出電壓和電流。4交流調(diào)壓電路通過(guò)改變SCR或TRIAC的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)交流電壓。晶閘管的保護(hù)電路設(shè)計(jì)過(guò)電流保護(hù)防止過(guò)電流損壞晶閘管。使用熔斷器或過(guò)電流繼電器。過(guò)電壓保護(hù)防止過(guò)電壓損壞晶閘管。使用壓敏電阻或瞬態(tài)抑制二極管。反向電壓保護(hù)防止反向電壓損壞晶閘管。使用反向二極管或反向電壓抑制器。溫度保護(hù)防止過(guò)熱損壞晶閘管。使用熱敏電阻或溫度傳感器。晶閘管的損壞形式及其診斷短路當(dāng)晶閘管內(nèi)部的PN結(jié)發(fā)生短路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致晶閘管無(wú)法正常導(dǎo)通或關(guān)斷，影響電路的正常工作。開(kāi)路當(dāng)晶閘管內(nèi)部的PN結(jié)發(fā)生開(kāi)路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致晶閘管無(wú)法導(dǎo)通，電路無(wú)法正常工作。擊穿當(dāng)晶閘管承受的電壓超過(guò)其耐壓值時(shí)，會(huì)發(fā)生擊穿，導(dǎo)致晶閘管無(wú)法正常工作。半波和全波可控硅整流電路1半波整流電路單向?qū)?，輸出電壓波形為半?全波整流電路雙向?qū)?，輸出電壓波形為全波半控整流電路的特點(diǎn)及應(yīng)用可控性通過(guò)改變觸發(fā)角，可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓的大小和方向。低成本相較于全控整流電路，半控整流電路的成本較低。廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、電力電子、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。單相和三相可控整流電路1單相可控整流電路主要用于直流電源，例如電池充電器或直流電機(jī)控制系統(tǒng)。它們可以控制直流電壓和電流的大小。2三相可控整流電路主要用于直流電源，例如電焊機(jī)或直流電機(jī)控制系統(tǒng)。它們可以提供更高的直流電壓和電流。脈寬調(diào)制電路及其應(yīng)用1工作原理脈寬調(diào)制(PWM)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓或電流。2應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、電源管理、照明控制等領(lǐng)域。3優(yōu)勢(shì)效率高、響應(yīng)速度快、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制?？煽毓枵{(diào)壓電路的實(shí)現(xiàn)方法1相控整流調(diào)壓通過(guò)改變可控硅導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓2脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)壓通過(guò)改變可控硅導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓3斬波調(diào)壓通過(guò)改變可控硅開(kāi)關(guān)頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓可控硅調(diào)速電路的設(shè)計(jì)原理工作原理可控硅調(diào)速電路利用可控硅的導(dǎo)通角控制電機(jī)電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過(guò)改變可控硅的觸發(fā)角，改變電流波形的有效值，從而控制電機(jī)的平均電壓和電流。電路構(gòu)成典型的可控硅調(diào)速電路包含可控硅、觸發(fā)電路、整流電路、電機(jī)負(fù)載和控制電路等組成部分?？刂品椒ǔＳ玫目刂品椒òㄏ辔豢刂啤⒚}寬調(diào)制控制和頻率控制等，不同的控制方法對(duì)應(yīng)不同的調(diào)速特性。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)電源的工作原理工作原理半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)電源利用開(kāi)關(guān)器件（如MOSFET或IGBT）來(lái)控制直流電源的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)線性電源相比，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)電源具有更高的效率、更小的體積、更輕的重量以及更好的性能。典型的開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)形式，它是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：正激式反激式推挽式橋式正激式LLC諧振開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換利用半導(dǎo)體器件進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，將直流電轉(zhuǎn)換為所需的直流電或交流電?？刂齐娐坟?fù)責(zé)控制開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)電壓、電流和頻率的調(diào)節(jié)。濾波電路用于濾除開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的諧波和噪聲，提高輸出電壓的純凈度。保護(hù)電路防止過(guò)壓、過(guò)流、短路等故障，確保開(kāi)關(guān)電源的安全可靠運(yùn)行。開(kāi)關(guān)電源的損壞形式與維修電容老化或損壞電容是開(kāi)關(guān)電源中重要的儲(chǔ)能元件，老化或損壞會(huì)影響電源輸出電壓的穩(wěn)定性。開(kāi)關(guān)管損壞開(kāi)關(guān)管是開(kāi)關(guān)電源的核心器件，損壞會(huì)導(dǎo)致電源無(wú)法正常工作。電阻燒毀電阻是開(kāi)關(guān)電源中重要的限流元件，燒毀會(huì)導(dǎo)致電路電流過(guò)大，甚至引發(fā)火災(zāi)。實(shí)驗(yàn)演示和產(chǎn)品應(yīng)用案例通過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生更好地理解二