電工電子基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

1、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),

2、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、鍺、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

3、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：天然的硅和鍺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)

4、：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砷或磷（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191

5、1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)水銀在的低溫時(shí)，電阻突然消失，即R=0 ； 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。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1. 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）、KQ、MQ1 Q的含義：當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓為1V,通過(guò)的電流為1A,這段導(dǎo)體

6、的電阻為1Q。換算：1 M Q = 103 K Q= 106 Q阻值標(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)耗能元件，即消耗電能變?yōu)闊崮?。電阻是線性元件，它符合歐姆定律：I =UR。電阻在電路中主要用于限流、分流、降壓、分壓。主要參數(shù)：阻值及誤差、額定電壓、額定功率等。電 阻的串并聯(lián) 及計(jì)算：串聯(lián)：RR1+ R2+ R3+分壓作用并聯(lián)：分流作用常用計(jì)算公式： 串聯(lián)各電阻的電壓與電阻成正比。也就是說(shuō)，大電阻分到高電壓，小電阻分到小電壓。 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，R1V R2V R3,則哪個(gè)電阻消耗功率大。 （）

7、A R1 ; B、R2 ; C、R3 ; D 樣大。例：計(jì)算白幟燈燈泡電阻： 220V， 100W4. 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)：°黑±表筆為正極，°紅±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

8、、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)（阻值隨溫 度升高而增大）和負(fù)溫度系數(shù)（阻值隨溫度升高而降低）電阻器。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 用的固態(tài)電壓敏感元件。當(dāng)電阻器上的電壓在標(biāo)稱值 內(nèi)時(shí)

9、,電阻器上的阻值呈無(wú)窮大狀態(tài),當(dāng)電壓略高于標(biāo)稱電壓時(shí),其阻值很 快下降,使電阻器處于導(dǎo)通狀態(tài),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，熔斷器是一種阻值很小， 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

10、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，電容器是必不可少的電子器件；在電力生產(chǎn)中，電力 電容器也是廣泛應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說(shuō)，電容器就是一種儲(chǔ)存電荷的容器，他不消耗能量。電容器通常簡(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屬片，中間隔以絕緣物質(zhì)而組成，兩金屬片為電容得極板， 中間的絕緣物質(zhì)為介質(zhì)，電容器的電容等于電容器的帶電荷 量，平板電容器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1 V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（廳）、納法（nF）、皮 法

11、（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（訴）1微法（廳）= 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：整流電路平滑濾波、電源電路的退耦濾波、交 流信號(hào)旁路、交流信號(hào)耦合（隔直）、與電阻電感構(gòu)成振蕩、諧振回路、延 時(shí)電路等等。電子電路中需要用到各種各樣的電容器，它們?cè)陔娐分蟹謩e起 著不同的作用。電力電容器的主要應(yīng)用有：無(wú)功補(bǔ)償、電容式電壓互感器、

12、 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。電解電容為有極性電容，分正、負(fù)極，一般電源電路的低頻濾波均采用電解電容，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 把電源斷開(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， 電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個(gè)過(guò)程稱為電容器的充電。而電 容器儲(chǔ)存的電荷向電路釋放的過(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

13、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稱為電路充放電時(shí)間常數(shù)，它是反映充放電快慢正比： 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 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)：總電容的倒數(shù)為各電容倒數(shù)之和電容

14、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)稱容量、額定電壓、絕緣電阻（漏電阻）、溫度范 圍等4.電容器的測(cè)量、極性判別：對(duì)于通常的電容器，一般用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量。 每次測(cè)試前，需將電容器放電（兩極短接一下放電），然后將紅、黑表筆分別接電容 器的兩極，由表針的偏擺來(lái)判斷電容器質(zhì)量。好的電容器，表針迅速向右擺起（擺的 角度與容量大小有關(guān)），然后慢慢向左退回原位（靠近X,所指示的阻值就是漏電阻）。如果表針擺起后不再回轉(zhuǎn)，說(shuō)明電容器已擊穿。如果表針擺起后逐漸退回到某一位置 停住，則說(shuō)明電容器已漏電。如果表針擺不起來(lái)

15、，說(shuō)明電容器電解質(zhì)已干涸失去容量。對(duì)于極性電容（電解電容） ， 一般反向漏電比正向大，其測(cè)出的正向漏電阻大于反向 漏電組。（可依此判別極性）其實(shí)， 萬(wàn)用表測(cè)量的過(guò)程就是反映電容充放電的過(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(nH)、微亨(卩H)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

16、：電感器就是°通直流，阻交流±。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)不同頻率的交流電呈現(xiàn)不同的阻抗，即感抗：XL= 3 L= 2n f L。 電感L越大，電源頻率f越高，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)能元件，它以磁的形式儲(chǔ)存電能，儲(chǔ)存的電能大小可用 下式表示：可見(jiàn)， 線圈電感量越大， 流過(guò)電流越大， 儲(chǔ)存的電能也就越多。其儲(chǔ)能和釋放過(guò)程：當(dāng)電流的絕對(duì)值增加時(shí)，電

17、感元件吸收能量并全 部轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量；當(dāng)電 流的 絕對(duì)值減小時(shí)，電感元件釋放磁場(chǎng)能量。可見(jiàn)， 電感元件與電容元件一樣，并不是把吸收的能量消耗掉，而是 以磁場(chǎng)或電場(chǎng)的形式儲(chǔ)存，用以交換， 釋放與吸收的能量一樣。 對(duì)于正弦交流電路，其電壓、電流波形圖和相量圖如下：由以上波形圖和相量圖可以看出，電感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)載電 流滯后電壓90°就是這個(gè)道理。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,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。

18、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。消弧線圈補(bǔ)償方式有三種：全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償?shù)谌糠蛛娐贩治龇椒ㄒ?、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

19、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。 或 者說(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

20、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K/V（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）。電 能的 單 位是焦（ 耳）（ J） ，它等于功率1W勺用電設(shè)備在1s內(nèi)消耗的電能，量值較小。在實(shí)用上采用kVh（千瓦小時(shí)） 作為電能的單位，它等于功率1kW勺用電設(shè)備在1h （3600s）內(nèi)消耗的電能，簡(jiǎn)稱為1 度電。換

21、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。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。

22、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 定的電壓降（I r）。 因此，外電路端電壓 U=£ -Ir。當(dāng)外電路開(kāi) 路時(shí)，I = 0, U=£ ; 當(dāng)外電路有負(fù)載時(shí)， 端電壓隨 著負(fù)載（ I ） 的增大而降低。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?；鶢柣舴螂娏鞫桑簩?duì)電路中任一結(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流出結(jié)點(diǎn)的電流之和一定等于 流入結(jié)點(diǎn)電流之和， 即流出或流入該結(jié)

23、點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。K3L也可以推廣到電路中任一假設(shè)的封閉面， 即在任一時(shí)刻， 通過(guò)該封閉面的所有支路電流的 代數(shù)和等于零?；鶢柣舴螂妷憾桑簩?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KCL0KCL確定了連接在同一回 路中 各支路 電壓之間的關(guān)系0體 現(xiàn)的是電荷在電場(chǎng)中 從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí)， 它所具有 能量的 改變 量只與這 兩點(diǎn)的 位置 有關(guān)，而 與移動(dòng)路徑 無(wú)關(guān)的性 質(zhì)0在分析電路列回路KCL方程時(shí)，應(yīng)先規(guī)定回路繞行方向，各 支路電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)（從°+±極性向°- ±極性） 取

24、正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)0第四部分 二極管、可控硅整流原理 電力電子器件是電力電子變流技術(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。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)PIN吉加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就 構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型。點(diǎn)接觸型二極管PN 結(jié)面積很小，因而結(jié)電容小，通流能力小，主要應(yīng)用

25、于小電流的整流和高 頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件等；面接觸型二極管PN 結(jié)面積大，因而能通過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容也小，只適用于較低頻率 下的整流電路中，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管由PN結(jié)組成，因此，具有PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?，它屬于非線性電阻元件。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。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??；如果所加反向電壓繼 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

26、作的，控制反向電流數(shù)值，使其不致過(guò)熱而燒壞）。 普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造成°熱擊穿±，使二極管永 久性損壞，不再具有單向?qū)щ娦?。二極管的測(cè)量一般用萬(wàn)用表的電阻檔（RX 1K）測(cè)量，其正向電阻（黑表筆接陽(yáng)極， 紅表筆接陰極）較?。◣装?KQ左右），反向電阻很大（一般為接近），而根據(jù)正 反向測(cè)量結(jié)果，也可以判斷出其極性。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

27、 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)際就是利用其單向?qū)щ娞匦?，有半波整流、全波整流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= 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

28、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，= V （忽略管壓降）;當(dāng)輸入電壓 處于負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，Vo= V。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

29、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= V （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= V?？梢?jiàn)，橋式整流電路的輸出波形脈動(dòng)情況、脈動(dòng)頻率。交流利用率與全 波整流一樣。不同的是橋式整流電路無(wú)需采用具有中心抽頭的變壓器，整流 二極管承受的反向電壓也不高。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

30、電壓也是固定的，不能任意控制和改變。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)(J1、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吉 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, J1、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

31、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，而且其壓降很小(1V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)晶閘管的吉構(gòu)，可以把它看成由一 個(gè)hPN型三極管和一個(gè)PNP型三極管組合而成。晶閘管導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用。那么，如何使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)?阻斷狀態(tài)呢只能通過(guò)降低 電源電壓，或增大

32、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，到某一特定數(shù)值以下(即 小于維持電流) ，才能使晶閘管重新阻斷。若不加控制極正向電壓，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，也會(huì)導(dǎo)致晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)A、K加反向電壓時(shí)，兩個(gè)三極管集電極電壓極性接反，都不能放大，只 有較小的反向漏電流，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。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) 額定吉溫 ：器件在正常工作時(shí)所允許

33、的最高吉溫，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B , 0 = n - a,輸出平均電壓：它是a的函數(shù)，也就是說(shuō)改變a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 = n時(shí)， =0。電感性負(fù)載的情況：當(dāng)在電源電壓正半

34、周的t1時(shí)刻觸發(fā)晶閘管，在負(fù)載側(cè)就立即出現(xiàn)直流電 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)零變負(fù)時(shí), 電流處于逐步減小的過(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,使晶閘管仍然承受正向電壓,繼續(xù)維持導(dǎo)通（此時(shí)可以理解 為L(zhǎng)釋放出先前儲(chǔ)藏的能量，使晶閘管保持導(dǎo)通維持負(fù)載電流）。這個(gè)過(guò)程 一直維持到L中的電流降為零，即L中的磁場(chǎng)能量釋放完畢，晶閘管關(guān)斷（即 t2時(shí)刻），并且立即承受電源負(fù)半周的反向電壓?？梢?jiàn)，由于電感的存在， 延遲了晶閘管的關(guān)斷時(shí)刻,使輸出波形上出現(xiàn)負(fù)值,導(dǎo)致輸出直流電壓的平 均值下降。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)3 L»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VDo當(dāng)電源電壓過(guò)零變負(fù)后，電感L的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可經(jīng)續(xù)流二極管使負(fù)載電流繼續(xù)流通， 也就是說(shuō)電感儲(chǔ)藏的能量通過(guò)續(xù)流二極管與負(fù)載形成回路釋放。此時(shí)， 輸出不再出現(xiàn) 負(fù)電壓，在續(xù)流期間，晶閘管承受電源反向電壓而關(guān)斷。從波形可以看出，加了續(xù)流二極管后，輸出電壓的波形與電阻性