電工學(xué)（第六版）課件：二極管與晶閘管

半導(dǎo)體二極管簡稱二極管，是電子電路中最基本的半導(dǎo)體器件。二極管都有兩個引出極，一個稱為正極，另一個稱為負(fù)極。如圖可以觀察幾種不同類型的二極管的外形?！?－1二極管及整流電路一、二極管的結(jié)構(gòu)、符號與分類

玻璃封裝塑料封裝金屬封裝發(fā)光二極管二極管的外形1.二極管的結(jié)構(gòu)和符號二極管的結(jié)構(gòu)圖二極管的圖形符號如圖所示，文字符號為“V”或“VD”。二極管的圖形符號

幾種常見二極管的正、負(fù)極判別方法圖示說明通過二極管的造型判別螺栓端為正極

通過二極管的標(biāo)注判別在元件表面標(biāo)注有二極管符號有色環(huán)端為負(fù)極另一端為正極通過二極管的電極特征判別長管腳為正極短管腳為負(fù)極通過二極管電極管鍵判別有一塊比電極稍寬的管鍵為正極，另一端為負(fù)極正極正極正極正極正極

按材料不同分，可分為硅二極管和鍺二極管。

按用途不同分，可分為普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、光電二極管和變?nèi)荻O管。

按外殼封裝的材料不同分，可分為玻璃封裝二極管、塑料分裝二極管和金屬分裝二極管。2.二極管的分類二極管最主要的特點(diǎn)是具有單向?qū)щ娦??？梢酝ㄟ^如下實(shí)驗(yàn)加以說明。取一只二極管分別接成如圖a和b所示電路。二極管加正向電壓二極管加反向電壓二、二極管的導(dǎo)電特性和主要參數(shù)

圖a電路中燈泡發(fā)光，說明二極管加正向電壓（正偏）時導(dǎo)通；圖b電路中燈泡不亮，說明二極管加反向電壓（反偏）時截止，這就是二極管的單向?qū)щ娦浴?.二極管的導(dǎo)電特性

當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，這時的電壓稱為反向擊穿電壓。

二極管導(dǎo)通后的正向壓降幾乎不隨流過的電流的大小而變化，硅管的正向壓降約為0.7V，鍺管約為0.3V。

二極管反向截止時，仍有很小的反向電流。在一定范圍內(nèi)，即使反向電壓增大，反向電流基本保持不變，所以又稱為反向飽和電流。2.二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM

是指二極管允許通過的最大正向工作電流平均值。最高反向工作電壓URM

是指二極管允許承受的最高反向電壓。一般規(guī)定最高反向工作電壓為反向擊穿電壓的一半或三分之一。反向飽和電流是指二極管在規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下的反向電流值，用字符表示。二極管的簡單檢測

根據(jù)二極管正向電阻小、反向電阻大的特性，可用萬用表的電阻擋大致判斷出二極管的極性和好壞。將萬用表置于R×100或R×1k電阻擋，并將兩表筆短接調(diào)零。

測正向電阻測反向電阻三、二極管應(yīng)用舉例

1.橋式整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，可以將交流電變換為直流電，稱為整流。實(shí)現(xiàn)整流的電路稱為整流電路。常用的整流電路有半波整流電路和橋式整流電路。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，但電源利用率低。圖示為最簡單的單相半波整流電路。

原理電路波形圖

在變壓器二次側(cè)電壓u2的正半周，二極管正偏導(dǎo)通；在u2的負(fù)半周，二極管反偏截止。這種整流電路只利用電源電壓u2的半個周期，所以稱為半波整流。

負(fù)載中的電壓方向不變，但大小波動，這種電壓稱為脈動直流電。負(fù)載的直流電壓是指在輸入電壓u2的一個周期內(nèi)，負(fù)載獲得的脈動直流電壓的平均值，用u0表示。單相半波整流電路工作過程單相橋式整流電路

a）電路圖b）波形圖c）簡化畫法單相橋式整流電路負(fù)載上得到的直流電壓和電流的平均值比單相半波整流提高了一倍，即設(shè)變壓器的二次側(cè)電壓為

，其波形如圖所示。在u2的正半周，二極管V1和V3承受正向電壓導(dǎo)通，而V2和V4承受反向電壓截止，在u2的負(fù)半周，

V1和V3承受反向電壓而截止，而V2和V4在正向電壓的作用下導(dǎo)通。三相橋式整流電路一般直流電源采用單相整流電路，較大容量的直流電源采用三相整流電路。

與單相整流電路相比，三相橋式整流電壓的波形要平滑得多，輸出直流電壓平均值

電磁吸盤

機(jī)床中各種電磁離合器及電磁吸盤等所需直流電都是由橋式整流電路所提供的。

實(shí)物圖工作原理圖電磁吸盤的直流供電電路整流橋

將幾個整流元件按某種整流方式通過一定工藝做成一體，稱為整流橋。

單相整流橋原理圖單相整流橋?qū)嵨锶嗾鳂驅(qū)嵨?．二極管保護(hù)電路

在具有感性負(fù)載(如繼電器線圈)的開關(guān)電路中,常常在感性負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管,(如右圖中V2)。當(dāng)V1導(dǎo)通時,V2處于反向截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)V1截止、線圈KA失電時,在線圈兩端感應(yīng)電壓(方向如圖中+、-所示)的作用下,V2正向?qū)?使線圈中存儲的磁場能得以迅速釋放,對電路起到保護(hù)作用?！?－2直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源主要由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負(fù)載交流電源直流穩(wěn)壓電路原理框圖

整流電路輸出的直流電仍含有較多脈動（交流）成分，把脈動直流電變成平穩(wěn)的直流電的過程稱為濾波。通常的濾波電路由電容、電感等元件組成。

a）原理圖b）波形圖一、濾波電路

1．電容濾波

2．電感濾波

原理圖波形圖濾波電感與負(fù)載串聯(lián),當(dāng)負(fù)載中電流變化時,由于電感元件對電流的變化起阻礙作用,從而使電流波形變得較為平滑。3．復(fù)式濾波

a）LC濾波電路b）LCπ型濾波電路

c）RCπ型濾波電路

根據(jù)需要可以用L、C或R、C組成復(fù)式濾波電路，以增強(qiáng)濾波效果。

二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的基本元件是穩(wěn)壓二極管。它的外形與普通二極管相似。它的特性與普通二極管不同之處在于：反向擊穿電壓可根據(jù)需要制成不同規(guī)格,當(dāng)管子反向擊穿時,只要控制反向電流不要太大,穩(wěn)壓管就可以長時間工作在反向擊穿區(qū)。由穩(wěn)壓管和限流電阻組成的穩(wěn)壓電路如圖所示。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路若Uo略有升高,因穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū),所以其電流IZ顯著增加,流經(jīng)電阻R的電流IR也隨之增大,R上的電壓降也要增大,Uo又將減小,基本恢復(fù)到原來的穩(wěn)定值。若Uo有所降低,將出現(xiàn)與上述相反的過程使其升高,重新恢復(fù)穩(wěn)定。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但輸出電流較小,穩(wěn)定性也較差,只使用于功率較小且要求不高的負(fù)載。

電路分析三、集成穩(wěn)壓器

目前普遍應(yīng)用的是集成穩(wěn)壓器,根據(jù)其工作方式可分為線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)集成穩(wěn)壓器兩類。線性集成穩(wěn)壓器根據(jù)引腳數(shù)可分為：三端式穩(wěn)壓器、四端式穩(wěn)壓器、多端式穩(wěn)壓器,其中三端式集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最廣。

1.三端集成穩(wěn)壓器常用三端集成穩(wěn)壓器有CW78××固定正電壓輸出（CW7800型如圖a所示），CW79××固定負(fù)電壓輸出系列等。如果要求輸出電壓可以調(diào)節(jié),可選用CW117(如圖b所示)、CW317等三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。

CW7800型CW117型

如果要求輸出電壓可以調(diào)節(jié)，可選用CW117、CW317等三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。調(diào)節(jié)取樣電阻RP即可在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓值。其值可用下式估算：

2.三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路

CW117型集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路接法如圖所示,圖中R、RP通常稱為取樣電阻,調(diào)節(jié)RP即可在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓值?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器基本接法§6－3晶閘管及其應(yīng)用

晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，是一種可控制的硅整流器件，也稱為可控硅（SCR）。晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極（A），陰極（K）和門極（G）。

一、晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和符號

外形結(jié)構(gòu)符號

二、晶閘管的工作特性晶閘管特性實(shí)驗(yàn)正向阻斷觸發(fā)導(dǎo)通反向阻斷晶閘管的工作特性可通過如圖實(shí)驗(yàn)加以說明。圖中晶閘管陽極A、陰極K、燈泡HL和電源GB1構(gòu)成主回路,控制極G、陰極K、開關(guān)和電源GB2構(gòu)成控制回路。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,可以發(fā)現(xiàn)晶閘管工作有以下特點(diǎn):1.正向阻斷

晶閘管加正向電壓,而控制極不加正向電壓,燈不亮。這種狀態(tài)稱為正向阻斷。2.觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管加正向電壓,使控制極和陰極之間也加上正向電壓(稱為觸發(fā)電壓),閉合開關(guān)SA,這時燈亮,說明晶閘管已導(dǎo)通。這種狀態(tài)稱為觸發(fā)導(dǎo)通。4.反向阻斷

晶閘管加反向電壓,這時不論是否加控制電壓,也不論控制極所加是正向電壓還是反向電壓,燈都不亮,晶閘管都不導(dǎo)通。這種狀態(tài)稱為反向阻斷。3.維持導(dǎo)通晶閘管一旦導(dǎo)通后,維持陽極電壓不變,斷開觸發(fā)電壓(即斷開開關(guān)SA),燈仍亮,說明晶閘管仍然導(dǎo)通。這種狀態(tài)稱為維持導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通和阻斷的條件

三、晶閘管應(yīng)用

1．單相半控橋式整流電路

a）電路圖b）波形圖

(1)u2為正半周時,晶閘管V1和二極管V4承受正向電壓,如果這時未加觸發(fā)電壓,則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài),輸出電壓uo=0。

(2)在t1時刻(ωt=α)加入觸發(fā)脈沖uG,晶閘管V1觸發(fā)導(dǎo)通。

(3)在ωt=α~π期間,盡管觸發(fā)脈沖uG已消失,但晶閘管仍保持導(dǎo)通,直至u2過零(ωt=π)時,晶閘管才自行關(guān)斷,在此期間uo=u2,極性為上正下負(fù)。

(4)u2為負(fù)半周時,晶閘管V2和二極管V3承受正向電壓,只要觸發(fā)脈沖uG到來,晶閘管就導(dǎo)通,負(fù)載上所得到的仍為上正下負(fù)的電壓。

在控制極加上觸發(fā)脈沖使晶閘管開始導(dǎo)通的角度α稱控制角。在0～α期間，晶閘管正向阻斷。Π-α

被稱為晶閘管的導(dǎo)通角（θ）。顯然控制角越大，輸出電壓越高，當(dāng)α=0時，導(dǎo)通角θ=π，稱全導(dǎo)通。

可見,改變觸發(fā)脈沖輸入的時刻,即可改變控制角α的大小和導(dǎo)通角θ的大小,負(fù)載RL上的電壓平均值也隨之改變,從而達(dá)到可控整流的目的。

兩只晶閘管反向并聯(lián),在電源電壓的正、負(fù)半周內(nèi)輪流觸發(fā)導(dǎo)通,交流調(diào)壓器可用于交流電