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1、4.1 二极管整流电路二极管整流电路4.2 晶闸管可控整流电路晶闸管可控整流电路4.3 技能训练技能训练本章小结本章小结主要内容主要内容主要内容主要内容第1页/共60页能正确描述二极管、晶闸管的结构及工作特性。能正确描述二极管、晶闸管的结构及工作特性。能描述整流电路的原理及应用。能描述整流电路的原理及应用。能描述滤波、稳压电路的原理及应用。能描述滤波、稳压电路的原理及应用。会用万用表对二极管、晶闸管进行简易测试。会用万用表对二极管、晶闸管进行简易测试。能完成整流、滤波、稳压实验，弄清交流电压经整流、滤波、稳压后的波形能完成整流、滤波、稳压实验，弄清交流电压经整流、滤波、稳压后的波形变化情况。变
2、化情况。学习目标学习目标学习目标学习目标熟悉二极管、晶闸管在汽车上的应用。熟悉二极管、晶闸管在汽车上的应用。第2页/共60页4.1 4.1 二极管整流电路二极管整流电路功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。第3页/共60页4.1.1 半导体基础知识半导体基础知识半导体的导电特性半导体的导电特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管
3、等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第4页/共60页 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子。Si Si Si Si价电子1本征半导体本征
4、半导体第5页/共60页 Si Si Si Si 价电子 价电子在获得一定能量（温价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为脱原子核的束缚，成为自由电自由电子子（带负电），同时共价键中（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为留下一个空位，称为空穴空穴（带（带正电）正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体温度愈高，晶体中中产生的产生的自由电子便愈多。自由电子便愈多。自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补
5、，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。第6页/共60页本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流电流 ：自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流；电子电流；价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流。空穴电流。注意：注意：本征半导体中载流子数目极本征半导体中载流子数目极少少,其导电性能很差；其导电性能很差；温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈半导体
6、的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。第7页/共60页2杂质半导体杂质半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量大量增加增加，自由电子导电，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或N N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在在N N 型半导体中自由电子是多型
7、半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。数载流子，空穴是少数载流子。第8页/共60页 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或称为空穴半导体或 P P型半型半导体。导体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在 P P 型半导体中空型半导体中空穴是多数载穴是多数载流子，自由电子是少数载流流子，自由电子是少数载流子子。B硼原子硼原子接受一个电接受一个电接受一个电接受一个电子变为负离子变为负离子变为负离子变为负离子子子子空穴空穴无论无论N N型或型或P
8、P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第9页/共60页3PN结结（1）半导体内部载流子的运动载流子的两种运动扩散运动和漂移运动扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓度高的区域向浓度较低区域的运动。漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的定向运动。第10页/共60页（2）PN结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体 内电场越强，漂移运动越强，内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称 PN 结 扩散
9、和漂移这一对扩散和漂移这一对相反的运动最终达相反的运动最终达到动态平衡，空间到动态平衡，空间电荷区的厚度固定电荷区的厚度固定不变。不变。+形成空间电荷区第11页/共60页（3）PN结特性 PN PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄 P接正、N接负 外电场I 内电场被内电场被削弱，多子的削弱，多子的扩散加强，形扩散加强，形成较大的扩散成较大的扩散电流。电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，正向结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场PN+第12页/共60页PN PN 结变宽
10、结变宽PN PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。I P P接负、接负、N N接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场P PN N+第13页/共60页 PN结正向导通，反向截止，只允许一个结正向导通，反向截止，只允许一个方向的电流通过，这就是方向的电流通过，这就
11、是PN结的单向导电性。结的单向导电性。（3）PN结特性第14页/共60页4.1.2 二极管二极管1二极管的基本结构二极管的基本结构第15页/共60页2二极管的伏安特性二极管的伏安特性硅管硅管0.5V0.5V锗管锗管0.2V0.2V反向击穿电压UBR导通压降导通压降外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单压二极管被击穿，失去单向导电性。向导电性。正向特性正向特性反向特性硅管硅管0 0 0 0.60.7V.60.7V锗管锗管0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流在反向电
12、流在一定电压范一定电压范围内保持常围内保持常数。数。第16页/共60页3二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流：最大整流电流：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。平均电流。最高反向工作电压：最高反向工作电压：指允许加在二极管两端的最高反向电压。指允许加在二极管两端的最高反向电压。反向电流：反向电流：在室温下，二极管加反向电压未击穿时的反向电在室温下，二极管加反向电压未击穿时的反向电流值。流值。最高工作频率：最高工作频率：指保证二极管具有单向导电作用的最高工作指保证二极管具有单向导电作用的最高工作频率。频率。第17页/共60页第18页/共6
13、0页第19页/共60页4特殊半导体二极管特殊半导体二极管（1）稳压管稳压管正常工作时加反向电压稳压管正常工作时加反向电压稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中特性，稳压管在电路中可起稳压作用。可起稳压作用。使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻第20页/共60页稳压管的主要参数 稳定电压UZ 动态电阻 稳定电流稳定电流 IZ、最大稳定电流、最大稳定电流 IZmaxrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。第21页/共60页（2）发光二极管 半导体发光二极管是半导体发光二极管是一种由磷砷化镓等半导体一种由
14、磷砷化镓等半导体材料制成的将电能直接转材料制成的将电能直接转 换成光能的固体器件，简换成光能的固体器件，简称称LEDLED。发光二极管的工作电发光二极管的工作电压在压在2V2V以下，其工作电流以下，其工作电流在几毫安至十几毫安。在几毫安至十几毫安。第22页/共60页4.1.3 整流电路整流电路（1）电路工作原理u2正半周，VaVb，二极管D导通；u2负半周，Va Vb，二极管D截止。1单相半波整流电路单相半波整流电路图图4.11(a)4.11(a)单相半波整流电路单相半波整流电路第23页/共60页第24页/共60页（2）单相半波整流电路的性能指标 输出电压平均值输出电压平均值 整流管平均整流电
15、流整流管平均整流电流 整流管承受的最大反向电压整流管承受的最大反向电压第25页/共60页第26页/共60页（1）电路工作原理2单相桥式整流电路单相桥式整流电路u2 正半周，二极管 D1、D3 导通，D2、D4 截止。u2 负半周，二极管 D2、D4导通，D1、D3 截止。第27页/共60页 单相单相桥式桥式整流整流电路电路的工的工作波作波形图形图第28页/共60页（2）单相桥式整流电路的性能指标 输出电压平均值输出电压平均值 整流管平均整流电流整流管平均整流电流 整流管承受的最大反向电压整流管承受的最大反向电压第29页/共60页第30页/共60页3三相桥式整流电路三相桥式整流电路图图4.15
16、4.15 三相桥式整流电路及电压波形三相桥式整流电路及电压波形 在同一瞬间，只有在同一瞬间，只有与电位最低的一相绕组与电位最低的一相绕组相连的负极管导通，同相连的负极管导通，同样，只有与电位最高的样，只有与电位最高的一相绕组相连的正极管一相绕组相连的正极管导通，同时导通的两个导通，同时导通的两个管子将发电机的电压加管子将发电机的电压加在负载两端。在负载两端。第31页/共60页4.1.4 滤波电路滤波电路交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压（或通过电感中的电流）不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其
17、直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。方法：将电容与负载RL并联（或将电感与负载RL串联）。第32页/共60页1电容滤波电路电容滤波电路第33页/共60页 输出电压的脉动程度与放电时间常数有关。近似估算取：Uo=1.2 U （桥式）Uo=1.0 U （半波）电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。第34页/共60页2电感滤波电路电感滤波电路 Uo=0.9U （桥式）Uo=0.45U （半波）电感滤波适用于负载较小、输出电流较大的场合。第35页/共60页3LC滤波电器滤波电器第36页/共60页4型滤波电器型滤波电器第37页/共60页4.1.5 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳
18、压电路RL(IO)IR UO 基本不变 IR(IRR)基本不变 UO(UZ)IZ 设UI一定，负载RL变化第38页/共60页4.1.5 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路设负载设负载R RL L一定，一定，U UI I 变化变化UI UZ UO 基本不变 IRR IZ IR 第39页/共60页4.2 4.2 晶闸管可控整流电路晶闸管可控整流电路4.2.1 晶闸管基础知识晶闸管基础知识晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个PNPN结的四层结构。结的四层结构。1晶闸管的结构晶闸管的结构第40页/共60页2晶闸管的工作特性晶闸管的工作特性第41页/共60页2晶闸管的工作特性晶闸管的工作特性第42页/共60页
19、晶闸管的导通条件晶闸管的导通条件 晶闸管主电路（阳极与阴极之间）施加正向电压。晶闸管主电路（阳极与阴极之间）施加正向电压。晶闸管触发电路（控制极与阴极之间）加正向脉冲晶闸管触发电路（控制极与阴极之间）加正向脉冲(正向触发正向触发电压电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管的关断条件晶闸管的关断条件 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电阳极和阴极间加反向电压。压。第43页/共60页3晶闸管主要参数晶闸管主要参数（1）额定电压（2）正向平均电流（3）通态平均电压（4）维持电流（5）控制极触发电压 和触发电流第44页/共60页4.2.2 单相可控整流
20、电路单相可控整流电路1单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路第45页/共60页u u 0 0时时:加触发信号，加触发信号，晶闸管承受正向电压晶闸管承受正向电压导通。导通。第46页/共60页图图4.22 4.22 单相半波可控整流电路的电压与电流的波形单相半波可控整流电路的电压与电流的波形第47页/共60页控制角控制角 晶闸管在一个周期内承受正向阳极电压时不导通的电晶闸管在一个周期内承受正向阳极电压时不导通的电角范围。角范围。导通角导通角 晶闸管在一个周期内承受正向阳极电压时导通的电角晶闸管在一个周期内承受正向阳极电压时导通的电角范围。范围。可控整流原理可控整流原理 通过控制触发脉冲输入的时刻
21、（即控制角），通过控制触发脉冲输入的时刻（即控制角），就可以就可以控制输出直流电压平均值的大小。控制输出直流电压平均值的大小。第48页/共60页整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值改变控制角改变控制角 ，可改变输出电压，可改变输出电压U Uo o。第49页/共60页2单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路电压电压u u2 2 为正半周为正半周时时aRLD4T1b电流的通路为电流的通路为电压电压u u2 2 为负半周为负半周时时电流的通路为电流的通路为bRLD3T2a第50页/共60页单相半控桥式整流电路波形图第51页/共60页第52页/共60页第53页/共60页4.2.3 晶
22、闸管在汽车电路中的应用晶闸管在汽车电路中的应用第54页/共60页4.3 4.3 技能训练技能训练4.3.1 二极管特性测试二极管特性测试4.3.2 直流稳压电源实验直流稳压电源实验4.3.3 晶闸管特性测试晶闸管特性测试第55页/共60页本章小结本章小结本章小结本章小结半导体的导电特性：导电能力可以人为地加以调整；导电半导体的导电特性：导电能力可以人为地加以调整；导电能力对环境的变化很敏感，特别是对温度和光照的变化最能力对环境的变化很敏感，特别是对温度和光照的变化最敏感；半导体的电流是电子电流和空穴电流之和。敏感；半导体的电流是电子电流和空穴电流之和。3 1杂质半导体分两类：杂质半导体分两类：
23、N型半导体和型半导体和 P型半导体。在型半导体。在 N型半型半导体中自由电子是多子，而空穴是少子。在导体中自由电子是多子，而空穴是少子。在 P型半导体中，型半导体中，空穴是多子，而自由电子是少子。空穴是多子，而自由电子是少子。3 2PN结是在结是在P型半导体和型半导体和N型半导体交界面形成了一个空间型半导体交界面形成了一个空间电荷区，电荷区，PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。3 3第56页/共60页5晶体二极管是由晶体二极管是由PN结加两个引出电极和管壳组成。晶体结加两个引出电极和管壳组成。晶体二极管的主要特点是具有单向导电性，在电路中可以起二极管的主要特点是具有单向导电性，在电路中可以
24、起整流和检波等作用。整流和检波等作用。3 4小功率直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路小功率直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压和稳压4个环节组成。个环节组成。6单相半波整流在纯电阻负载下，输出电压的平均值单相半波整流在纯电阻负载下，输出电压的平均值 ，单相桥式整流在纯电阻负载下，输出电压，单相桥式整流在纯电阻负载下，输出电压的平均值的平均值 。7整流电路加上电容滤波后，如果电容容量选择合适，则整流电路加上电容滤波后，如果电容容量选择合适，则有有 （半波整流），（半波整流），（桥式整流）。单相（桥式整流）。单相桥式整流电容滤波电路在实际应用中非常普遍。桥式整流电容滤波电路在实际应
25、用中非常普遍。第57页/共60页利用硅稳压管可以组成简单的稳压电路。通过稳压电利用硅稳压管可以组成简单的稳压电路。通过稳压电路，可以保证输出在负载上的直流电压不会随负载电路，可以保证输出在负载上的直流电压不会随负载电阻的变化而变化，不会随电网电压的波动而波动。阻的变化而变化，不会随电网电压的波动而波动。3 8晶闸管原称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。晶闸管晶闸管原称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。晶闸管有三个电极，阳极有三个电极，阳极A、阴极、阴极K和控制极和控制极G，是一个四层，是一个四层三端半导体器件，具有可控单向导电性，可以用作可三端半导体器件，具有可控单向导电性，可以用作可控整流和无触点功率静态开关。控整流和无触点功率静态开关。3 9第58页/共60页第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页