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1、课题一 电子基础知识第1页/共106页 2本征半导体本征半导体：不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。本征锗。根据掺杂的物质不同，可分两种：根据掺杂的物质不同，可分两种： 3杂质半导体：杂质半导体：为了提高半导体的导电性能，在本征半导为了提高半导体的导电性能，在本征半导体（体（4价）中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。价）中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。 （1）P型半导体：型半导体：本征硅本征硅(或锗或锗)中掺入少量硼元素（中掺入少量硼元素（3价）所形价）所形成的半导体，如成的半导体，如P型硅。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。型硅。多数载流子为空穴
2、，少数载流子为电子。一、一、PNPN结结 1半导体半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。如硅（质。如硅（Si）或锗（）或锗（Ge）半导体。）半导体。自由电子 多数载流子（简称多子）空 穴少数载流子（简称少子）第2页/共106页 （2）N型半导体：型半导体：在本征硅在本征硅(或锗或锗)中掺入少量磷元素（中掺入少量磷元素（5价）价）所形成的半导体，如所形成的半导体，如N型硅。其中，多数载流子为电子，少数载型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。流子为空穴。自由电子 多数载流子（简称多子）空 穴少数载流子（简称少子）P 型半导体N 型半导体第3页
3、/共106页图图1 结结4PN结：结：N型和型和P型半导体之间的特殊薄层叫做型半导体之间的特殊薄层叫做PN结结。PN结是各种半导体器件的核心。结是各种半导体器件的核心。如图如图1所示。所示。 P区接电源正极，区接电源正极，N区接电源负极，区接电源负极，PN结导通；结导通；反之，反之，PN结截止。结截止。PN结具有单向导电特性。即：结具有单向导电特性。即： 将将P型半导体和型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起，型半导体使用特殊工艺连在一起，形成形成PN结。结。u外加正向电压（也叫正向偏置）外加正向电压（也叫正向偏置）u外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大外加电场与内电场方向相反
4、，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，超过漂移运动，N N区电子不断扩散到区电子不断扩散到P P区，区，P P区空穴不断扩散区空穴不断扩散到到N N区，形成较大的正向电流，这时称区，形成较大的正向电流，这时称PNPN结处于结处于状态状态。第4页/共106页空间电荷区变窄E R内电场外电场PNIu外加反向电压（也叫反向偏置）外加反向电压（也叫反向偏置）u外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称子漂移运动产生的
5、，反向电流很小，这时称PNPN结处于结处于状态。状态。第5页/共106页E R内电场外电场空间电荷区变宽PNI二二 晶体二极管晶体二极管 一个一个PNPN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。就构成了半导体二极管，简称二极管。第6页/共106页阳极 阴极 1 外形：外形：由密封的管体和两条正、由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。如图通常表示正极。如图2（a）所示；）所示；图图2 晶体二极管的外形和符号晶体二极管的外形和符号 2 2 符号：符号：如图。其中：如图
6、。其中： 三角形三角形正极，正极， 竖杠竖杠负极，负极， V V二极管的二极管的文字符号。文字符号。第7页/共106页3 3晶体二极管的单向导电性：晶体二极管的单向导电性：（1 1）正极电位负极电位，二极管导通；）正极电位负极电位，二极管导通；（2 2）正极电位负极电位，二极管截止。）正极电位负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二二极管的单向导电性。极管的单向导电性。 晶体二极管的单向导电性晶体二极管的单向导电性第8页/共106页 例例1 图图3所示电路中，当开关所示电路中，当开关S闭合后，闭合后，H1、H2两个指两个
7、指示灯，哪一个可能发光？示灯，哪一个可能发光？图图3 例例1电路图电路图 解解 由电路图可知，开关由电路图可知，开关S闭合后，只有二极管闭合后，只有二极管V1正极电位高正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。指示灯发光。 第9页/共106页4 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1定义：定义：二极管两端的二极管两端的电压和流过的电流之间的关电压和流过的电流之间的关系曲线叫作系曲线叫作二极管的伏安特二极管的伏安特性性。 二极管的伏安特性二极管的伏安特性第10页/共106页5 5特点：特点：(Ge) 0.2V(Si) V5 .0TV(Ge)
8、0.3V(Si) V7 . 0onV导通电压结论：正偏时电阻小，具有非线性。结论：正偏时电阻小，具有非线性。导通后导通后V两端电压基本恒定：两端电压基本恒定：VFVT时，时，V导通，导通，IF急剧增大。急剧增大。 正向电压正向电压VF小于门坎电压小于门坎电压VT时，二极管时，二极管V截止，截止，正向电流正向电流IF = 0；其中，门槛电压其中，门槛电压（1 1）正向特性）正向特性第11页/共106页（2 2）反向特性）反向特性结论：结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。反偏电阻大，存在电击穿现象。 VRVRM时，时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电对应的电压压V
9、RM称为反向击穿电压。称为反向击穿电压。 反向电压反向电压VRVRM（反向击穿电压）时，反向电流（反向击穿电压）时，反向电流IR很小，很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。且近似为常数，称为反向饱和电流。第12页/共106页（1）最大整流电流IFM：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压URM：二极管运行时允许承受的最大反向电压。（3）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。（4）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。6 6、二极管的主要参数、二极管的主要参数7 7、二极管的型号与规格、二极管的型号与规格如：2AP
10、3A第13页/共106页8 二极管的简单测试二极管的简单测试图图4 万用表检测二极管万用表检测二极管 将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。（1）. 判别正负极性判别正负极性用万用表检测二极管如图用万用表检测二极管如图4所示。所示。万用表测试条件：万用表测试条件：R100或或R1k；第14页/共106页图图5 万用表检测二极管万用表检测二极管万用表测试条件：万用表测试条件：R1k1k。（2 2）. .判别好坏判别好坏(3)(3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，
11、二极管正常。若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。(2)(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。若正反向电阻非常大，二极管开路。(1)(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；若正反向电阻均为零，二极管短路；第15页/共106页9 二极管的分类二极管的分类（3）按用途：）按用途：如图如图6所示。所示。 （2）按）按PN结面积：结面积：点接触型（电流小，高频应用）、面点接触型（电流小，高频应用）、面接触型（电流大，用于整流）接触型（电流大，用于整流）（1 1）按材料分：）按材料分：硅管、锗管硅管、锗管图图6 二极管图形符号二极管图形符号第16页/共106页三、三、 晶体三极管晶体三极管晶体
12、三极管：晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。电流控制型器件。 特点：特点：管内有两种载流子参与导电。管内有两种载流子参与导电。特点：特点：有三个电极，有三个电极，故称故称三极管。三极管。 图图7三极管外形三极管外形1 三极管的结构三极管的结构 （1 1）. . 三极管的外形三极管的外形第17页/共106页（2 2）. . 三极管的结构三极管的结构图图8 三极管的结构图三极管的结构图 工艺要求：工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。集电区比发射区体积大且掺杂少
13、。特点：特点：有三个区有三个区发射区、基区、集电区；发射区、基区、集电区；两个两个PN结结发射结（发射结（BE结）、集电结（结）、集电结（BC结）；结）；三个电极三个电极发射极发射极e(E)、基极、基极b(B)和集电极和集电极c；两种类型两种类型 P N P型管和型管和NPN型管。型管。 第18页/共106页箭头：箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：文字符号：V 图图9 三极管符号三极管符号2、晶体三极管的符号、晶体三极管的符号第19页/共106页 三极管工作在放大状态的外部条件是：三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向发射结加正向电压，
14、集电结加反向电压。电压，集电结加反向电压。3 三极管的放大作用三极管的放大作用（1）、晶体三极管的工作电压）、晶体三极管的工作电压 三极管的基本作用三极管的基本作用是放大电信号。是放大电信号。电流放大作用：电流放大作用： 电流分配关系：电流分配关系： I IE E = I = IC C + I + IB B 电流放大系数：电流放大系数：=I=IC C/I/IB B第20页/共106页4、晶体三极管的输出特性曲线、晶体三极管的输出特性曲线 基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线。的关系曲线。 三极管的输出特性三极管的输出特性第21页
15、/共106页 在放大状态，当在放大状态，当IB一定时，一定时，IC不随不随VCE变化，即放大变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。状态的三极管具有恒流特性。 输出特性曲线可分为三个工作区输出特性曲线可分为三个工作区:（1） 截止区截止区条件：条件：发射结、集电结反偏或两端电压为零。发射结、集电结反偏或两端电压为零。（2）饱和区）饱和区条件：条件：发射结和集电结均为正偏。发射结和集电结均为正偏。（3）放大区）放大区条件：条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏特点：特点： IC受受IB控制控制 第22页/共106页（1）电流放大系数）电流放大系数： I IC C= I= IB B（2）
16、集、基极反向饱和电流）集、基极反向饱和电流 ICBO 穿透电流穿透电流 I ICEOCEO（3）极限参数）极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM： 下降到额定值下降到额定值的的2/3时所允许的最大集电极电流。时所允许的最大集电极电流。 （2）集、射极反向击穿电压）集、射极反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。时，集电极、发射极间的最大允许电压。（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM 。 6 6、型号、型号如：如：3AX52B3AX52B第23页/共106页 判别硅管和锗管的测试电路判别硅管和锗管的测试电路 7 三
17、极管的简单测试三极管的简单测试（1）、硅管或锗管的判别）、硅管或锗管的判别当当V=0.10.3V时时为锗管。为锗管。当当V=0. .60. .7V时，时，为硅管为硅管第24页/共106页100R k1R 将万用表设置在将万用表设置在 或或 挡，用黑表挡，用黑表笔和任一管脚相接（假设它是基极笔和任一管脚相接（假设它是基极b b），红表笔分别和），红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。如图型的管子。如图11（a a）所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，）所
18、示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是则黑表笔所连接的是PNP管的基极。如图管的基极。如图11（b b）所示。）所示。（2）、）、NPN管型和管型和PNP管型的判断管型的判断图图11 基极基极b b的判断的判断第25页/共106页 首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测值的值的方法判断方法判断c 、e极。方法是先假定一个待定电极为集电极极。方法是先假定一个待定电极为集电极（另一个假定为发射极）接入电路，记下欧姆表的摆动幅（另一个假定为发射极）接入电路，记下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下欧度，然后再把两
19、个待定电极对调一下接入电路，并记下欧姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极，红表笔所连接的管脚为发射极e，如图，如图12所所示。测示。测PNP管时，只要把图管时，只要把图12电路中红、黑表笔对调位置，电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。仍照上述方法测试。（3）、）、e、b、c三个管脚的判断三个管脚的判断图图12 估测估测的电路的电路第26页/共106页四、单管基本放大电路四、单管基本放大电路 由三极管组成的放大电路。其功能是利用三极管的电流控制作用，把微弱的电信号（简称信号，
20、指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。1、放大电路的组成及作用 共发射极基本放大电路（1）晶体管V。放大元件， 用基极电流iB控制集电极电流iC。第27页/共106页 共发射极基本放大电路（2）直流电源UCC 放大电路的能源； 使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，提供电流IB和IC，UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）基极偏置电阻RB。 为基极提供一个合适的偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧
21、。（4）集电极电阻RC。 将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）耦合电容或隔直电容Cl、C2。 用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。第28页/共106页 (1) ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化 。 (2)通过V的电流放大作用，V的集电极电流iC也将变 (3)iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化。 (4)uCE中的交流分量uce经过C2畅通地传送给负载RL
22、，成为输出交流电压uo,，实现了电压放大作用。 2.2.工作原理工作原理第29页/共106页是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。3 3、静态工作情况、静态工作情况：耦合电容可视为开路。RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQCCQCCCEQ_RIUUBBEQCCBQ_RUUII ICQCQ=I=IBQBQ第30页/共106页共发射极基本放大电路是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大
23、电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量（直流分量和交流分量）。3 3、动态工作情况、动态工作情况第31页/共106页：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。0 (a) 输入回路 (b) 输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线00第32页/共106页第33页/共106页从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流
24、分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（放大器具有倒相作用）（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周
25、出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。第34页/共106页(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0第35页/共106页(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE第36页/共106页整流：整流：把交流电变成直流电的过程。把交流电变成直流电的过程。五五 晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路整流原理：整流原理：二极管的单向导电特性二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。把单相交流电变成直流电的电路。第37页/共106页 V：整流二极管，把交流整流二极管，把交流电变成脉动直流电
26、；电变成脉动直流电； T：电源变压器，把电源变压器，把v1变成变成整流电路所需的电压值整流电路所需的电压值v2。 1 单相半波整流电路单相半波整流电路（1）电路）电路 如图（如图（a） 单相半波整流电路单相半波整流电路 缺点：整流效率低，脉动较大缺点：整流效率低，脉动较大第38页/共106页（2）负载和整流二极管上的电压和电流）负载和整流二极管上的电压和电流（4）二极管反向峰值电压）二极管反向峰值电压VRM （1）负载电压）负载电压VL （2）二极管正向电流）二极管正向电流IV和负载电流和负载电流IOUTI IV V=I=IOUTOUT=U=UOUTOUT/R/RL LU UDRMDRM= U
27、= U2 22U UOUTOUT = 0.45 = 0.45 U2U2第39页/共106页 V1、V2为性能相同的整流二为性能相同的整流二极管；极管；T为电源变压器，作用是为电源变压器，作用是产生大小相等而相位相反的产生大小相等而相位相反的v2a和和v2b。 2 单相全波整流电路单相全波整流电路变压器中心抽头式单相全波整流电路变压器中心抽头式单相全波整流电路（1 1）. . 电路电路如图如图 ：图图 变压器中心抽头式全波整变压器中心抽头式全波整流电路流电路第40页/共106页（2）. 工作原理：工作原理： （A）v1正半周时，正半周时，T次级次级A点电位高于点电位高于B点电位，在点电位，在v2
28、a作作用下，用下，V1导通（导通（V2截止），截止），iV1自上而下流过自上而下流过RL； （B）v1负半周时，负半周时，T次级次级A点电位低于点电位低于B点电位，在点电位，在v2b的的作用下，作用下，V2导通（导通（V1截止），截止），iV2自上而下流过自上而下流过RL； 可见，在可见，在v1一周期内，流过二极管的电流一周期内，流过二极管的电流iV1 、iV2叠加形叠加形成全波脉动直流电流成全波脉动直流电流iL，于是，于是RL两端产生全波脉动直流电压两端产生全波脉动直流电压vL。故电路称为。故电路称为全波整流电路全波整流电路。第41页/共106页 缺点：缺点：单管承受的单管承受的反峰压反峰压
29、比比半波整流半波整流高高一倍，变压器一倍，变压器T需中心抽头。需中心抽头。（3）负载和整流二极管上的电压和电流）负载和整流二极管上的电压和电流（1）负载电压）负载电压UOUT（2）负载电流）负载电流IL（3）二极管的平均电流）二极管的平均电流IV （4）二极管承受反向峰值电压）二极管承受反向峰值电压 RMUU UOUT OUT = 0.9= 0.9 U2U2I IOUTOUT=U=UOUTOUT/R/RL L=0.9U2/R=0.9U2/RL LI IV V=1/2I=1/2IOUTOUTU UDRMDRM= U= U2 222第42页/共106页3 3 单相桥式全波整流电路单相桥式全波整流电
30、路（1）电路如图）电路如图V1V4为整流二为整流二极管，电路为桥极管，电路为桥式结构。式结构。 桥式全波整流电路桥式全波整流电路第43页/共106页 （B）v2负半周时，如图（负半周时，如图（b）所示，）所示，A点电位低于点电位低于B点电位，点电位，则则V2、V4导通（导通（V1、V3截止），截止），i2自上而下流过负载自上而下流过负载RL；图图1.2.4 桥式整流电路工作过程桥式整流电路工作过程（2）. 工作原理工作原理 （A）v2正半周时，如图（正半周时，如图（a）所示，）所示，A点电位高于点电位高于B点电位，点电位，则则V1、V3导通（导通（V2、V4截止），截止），i1自上而下流过负载
31、自上而下流过负载RL；第44页/共106页 由波形图可见，由波形图可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流生的单方向电流i1 和和i2叠加形成了叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动。于是负载得到全波脉动直流电压直流电压vL。第45页/共106页优点：优点：输出电压高，纹波小，输出电压高，纹波小， 较低。应用广泛。较低。应用广泛。RMV（3）负载和整流二极管上的电压和电流）负载和整流二极管上的电压和电流（1 1）负载电压）负载电压U UOUTOUT （2 2）负载电流）负载电流IOUT（3 3）二极管的平均电流）二极管的平均电流IV（4 4）二
32、极管承受反向峰值电压）二极管承受反向峰值电压 RMUU UOUT OUT = 0.9= 0.9 U2U2I IOUTOUT=U=UOUTOUT/R/RL L=0.9U2/R=0.9U2/RL LI IV V=1/2I=1/2IOUTOUTU UDRMDRM= U= U2 22第46页/共106页五、五、 滤波器滤波器特点：特点：电容器与负载并联。电容器与负载并联。 作用：作用：滤除脉动直流电滤除脉动直流电中脉动成分。中脉动成分。 种类：种类：电容滤波器、电电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器感滤波器、复式滤波器（1 1）电路）电路1 1、电容滤波器、电容滤波器电容滤波电路电容滤波电路第47页/共
33、106页（2）工作原理：）工作原理： 在在t2 t3期间，期间，因因vC v2，V正偏导通，电容再次充电，正偏导通，电容再次充电，波形如图波形如图 (b)中中BC。 在在t1 t2期间，期间，因因v2vC，V反反偏截止，电容偏截止，电容C通过负载放电，通过负载放电，波形如图波形如图 (b)中中AB所示；所示； 在在0t1期间，期间，因因v2的作用，的作用，V正偏导通，电容正偏导通，电容C充电，波形如充电，波形如图图 (b)中中OA所示；所示； 利用电容器两端电压不能突利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压。变原理平滑输出电压。第48页/共106页 重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通
34、过电重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。应用：应用：小功率电源。小功率电源。 工作原理与半波整流电路相同，不同点是：工作原理与半波整流电路相同，不同点是：v2正、负正、负半周内，半周内，V1、V2轮流导通，对电容轮流导通，对电容C充电两次，缩短了电充电两次，缩短了电容容C向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。全波整流电容滤波输出波形如图所示。全波整流电容滤波输出波形如图所示。2L2 .1_UU输出电压估算公式为输出电压估算公式为第49页/共106页
35、缺点：缺点：体积大、重量大。体积大、重量大。图图 带电感滤波器带电感滤波器 2 2、电感滤波器、电感滤波器（1）. 电路电路特点：特点：电感与负载串联电感与负载串联（2）. 工作原理：工作原理： 利用流过电感电流不能利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。突变原理平滑输出电流。 当电路电流增加时，电感当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电存储能量；当电流减小时，电感释放能量。使负载电流比较感释放能量。使负载电流比较平滑，从而得到比较平滑的直平滑，从而得到比较平滑的直流电压。流电压。应用：应用：较大功率电源。较大功率电源。第50页/共106页 （C C）应用：）应用：较大功较大功率电
36、源中。率电源中。3、复式滤波器、复式滤波器结构特点：结构特点：电容与负载并联，电感与负载串联。电容与负载并联，电感与负载串联。性能特点：性能特点：滤波效果好。滤波效果好。（1）. L型滤波器型滤波器（A A）电路：）电路： （B）原理：）原理：整流输出的脉动直流经过电感整流输出的脉动直流经过电感L，交流成分被，交流成分被削弱，再经过电容削弱，再经过电容C滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。电压。图图 L型滤波器桥式整流电路型滤波器桥式整流电路第51页/共106页（2）. 型滤波器型滤波器图图 型滤波器桥式整流电路型滤波器桥式整流电路（C）应用：）应用：
37、小功率电源中。小功率电源中。 （B B）原理：）原理： 整流输出的脉动直流经过电容整流输出的脉动直流经过电容C1滤波后，再经电感滤波后，再经电感L和电容和电容C2滤波，使脉动成分大大降低，在负载上可获得滤波，使脉动成分大大降低，在负载上可获得平滑的直流电压。平滑的直流电压。（A A）电路：）电路：第52页/共106页 (B) 当工作电流当工作电流 满足满足条件条件 时，稳压时，稳压管两端电压管两端电压 几乎不变。几乎不变。ZIZVBZAIII六、六、 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 稳压电路：稳压电路：抑制电网抑制电网电压和整流电路负载的变电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，
38、化引起的输出电压变化，将平滑的直流电变成稳定将平滑的直流电变成稳定的直流电。的直流电。（1）. 硅稳压二极管的特性硅稳压二极管的特性 (A) 稳压管工作在反向稳压管工作在反向击穿状态。击穿状态。图图 硅稳压管的伏安特性及符号硅稳压管的伏安特性及符号第53页/共106页（2）稳压管稳压电路的工作原理）稳压管稳压电路的工作原理（C C）应用：小功率场合。）应用：小功率场合。（B B）电路的稳压过程：）电路的稳压过程： UOIZIRURUO （A）电路：）电路：V为稳压管，起电流调整作用；为稳压管，起电流调整作用；R为限流电阻，起电压调整作用。为限流电阻，起电压调整作用。图图 硅稳压管整流稳压电路硅
39、稳压管整流稳压电路第54页/共106页（3 3）、典型应用电路）、典型应用电路1、基本电路。第55页/共106页第九节：晶闸管及其整流电路 晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件。有普通型、双向型、可关断型和快速型等。其具有体积小、质量轻、效率高、动作迅速等优点。但其过载能力和抗干扰能力差，控制电路也比较复杂。一、晶闸管的结构与符号一、晶闸管的结构与符号 图10.1晶闸管结构、外型及符号 它有四层半导体（PNPN）和三个电极（阳极A、阴极K和门极G）第56页/共106页二、晶闸管的工作原理二、晶闸管的工作原理(1) 晶闸管加阳极负电压-UA时，晶闸管处于反向阻断状态 。(2) 晶
40、闸管加阳极正电压UA，控制极不加电压时，晶闸管处于正向阻断状态。(3) 晶闸管加阳极正电压+UA，同时也加控制极正电压+UG，晶闸管导通。(4) 要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降至零或为负，使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。第57页/共106页1、晶闸管的导通条件： 晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压。 2、晶闸管的关断条件： 晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或
41、使之反向。第58页/共106页三、晶闸管的主要参数三、晶闸管的主要参数 1 1、电压参数、电压参数 (1) 正向重复峰值电压UDRM 正向阻断峰值电压UDRM ，指控制极断开时，允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压， (2) 反向重复峰值电压URRM 反向阻断峰值电压URRM ，指允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。 (3) 额定电压UD 通常把UDRM 和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。 第59页/共106页 (4) 通态平均电压UT 习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为0.4V1.2V。 2. 2. 电流参数电流参数 (1) 通态平均电流IT 通态平均电流IT
42、简称正向电流，指在标准散热条件和规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频(50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。 (2) 维持电流IH 维持电流IH，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。第60页/共106页四、晶闸管的型号与规格四、晶闸管的型号与规格如：KP57五、晶闸管的应用五、晶闸管的应用1、 晶闸管交流开关晶闸管交流开关图10.5(a)所示是用两只普通晶闸管V1和V2反向并联而组成的交流调压电路，其调压原理如下。 (a) 电路图 (b) 波形图 图1 晶闸管交流调压 第61页/共106页 (1) 电源电压u的正半周，在t1时刻(
43、t1= ，又称控制角)将触发脉冲加到V2管的控制极，V2管被触发导通，此时V1管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V2管自然关断。 (2) 电源电压u的负半周，在t2时刻(t2=180o+)将触发脉冲加到V1管的控制极，V1管被触发导通，此时V2管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V1管自然关断，负载上获得的电压波形如图1（b）所示，调节控制角便可实现交流调压。 当控制角=0o时，即为交流开关。 分分 析：析：第62页/共106页六、晶闸管整流电路六、晶闸管整流电路七、单结晶体管七、单结晶体管 1.1. 单结管结构与特性单结管结构与特性 单结管结构示意图如图2（a）所示。 图2 单
44、结管结构、符号和等效电路 E为发射极、B1为第一基极、B2为第二基极。第63页/共106页 在基极电源电压UBB一定时，单结管的电压电流特性可用发射极电流IE和发射极与第一基极B1之间的电压UBE1的关系曲线来表示，该曲线又称单结管伏安特性，如图3所示。 图3 单结管的电压电流特性 第64页/共106页单结管具有以下特点： 当发射极电压等于峰点电压UP时，单结管导通。导通之后，当发射电压减小到uEUV时，管子由导通变为截止。一般单结管的谷点电压在25V。 单结管的发射极与第一基极之间的RB1是一个阻值随发射极电流增大而变小的电阻，RB2则是一个与发射极电流无关的电阻。 不同的单结管有不同的UP
45、和UV。同一个单结管，若电源电压UBB不同，它的UP和UV也有所不同。在触发电路中常选用UV低一些或IV大一些的单结管。 第65页/共106页 2. 2. 单结管振荡电路单结管振荡电路 单结管振荡电路如图3（a）所示，它能产生一系列脉冲，用来触发晶闸管。 （a）电路图 (b)波形图 图3 单结管振荡电路及波形第66页/共106页 当合上开关S后，电源通过R1、R2加到单结管的两个基极上，同时又通过R、RP向电容器C充电，uC按指数规律上升。在uC（uC=uE ）UP时，单结管截止，R1两端输出电压近似为0。当uC达到峰点电压UP时，单结管的E、B1极之间突然导通，电阻RB1急剧减小，电容上的电
46、压通过RB1、R1放电，由于RB1、R1都很小，放电很快，放电电流在R1上形成一个脉冲电压uo。当uC下降到谷点电压UV时，E、B1极之间恢复阻断状态，单结管从导通跳变到截止，输出电压uo下降到零，完成一次振荡。 第67页/共106页 当E、B1极之间截止后，电源又对C充电，并重复上述过程，结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电压，如图3(b)所示。 上述电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和RC充放电特性，如果改变RP，便可改变电容充放电的快慢，使输出的脉冲前移或后移，从而改变控制角，控制了晶闸管触发导通的时刻。显然，充放电时间常数=RC大时，触发脉冲后移，大，晶闸管推迟导通；小时，触发脉冲
47、前移，小，晶闸管提前导通。 第68页/共106页 需要特别说明的是：实用中必须解决触发电路与主电路同步的问题，否则会产生失控现象。用单结管振荡电路提供触发电压时，解决同步问题的具体办法可用稳压管对全波整流输出限幅后作为基极电源，如图10.10所示。图中TS称同步变压器，初级接主电源。 图4 单结管触发电路。 第69页/共106页课题二 电力拖动基础知识第70页/共106页低压低压电器电器配电配电电器电器控制控制电器电器开关开关熔断器熔断器接触器接触器继电器继电器起动器起动器时间继电器时间继电器热继电器热继电器低压电器简介第一节：常用低压电器第71页/共106页一、刀开关 考虑到电机较大的起动电
48、流，刀考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：闸的额定电流值应如下选择：（35)*异步电机额定电流异步电机额定电流控制对象：控制对象：380V， 5.5kW 以下小电机以下小电机电路符号电路符号第72页/共106页二、组合开关三、低压断路器电路符号电路符号电路符号电路符号第73页/共106页作用：作用：可实现短路、过载、失压保护。可实现短路、过载、失压保护。自动空气断路器（自动开关）自动空气断路器（自动开关）结构：结构：过流过流脱扣器脱扣器欠压欠压脱扣器脱扣器工作原理：工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电 源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩
49、顶开，断开电源。源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。第74页/共106页四、熔断器作用：用于短路保护。作用：用于短路保护。电路符号电路符号FU异步电机的起动电流异步电机的起动电流 Ist=(57) 额定电流。额定电流。RC1ARC1A型瓷插式熔断器型瓷插式熔断器RL1RL1型螺旋式熔断器型螺旋式熔断器安秒特性安秒特性tIF第75页/共106页五、按钮电路符号：电路符号：第76页/共106页电路符号：电路符号：六、接触器六、接触器接触器主触头用于主电路接触器主触头用于主电路 （流过的电流大，（流过的电流大，需加灭弧装置需加灭弧装置）接触器辅助触头用于控制电路接触器辅助触头用于控制电路 （
50、流过的电流小，无（流过的电流小，无需加灭弧装置需加灭弧装置）接触器线圈接触器线圈第77页/共106页线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机接触器380第78页/共106页M3 接触器 220380动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁被吸合衔铁被吸合触头闭合触头闭合电机接通电机接通电源电源第79页/共106页电路符号：电路符号：七、热继电器七、热继电器功能功能：过载保护：过载保护工作原理工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大