單相半波可控整流

1、單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2.1.1 2.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路1. 電阻負(fù)載變壓器變壓器T變換電壓變換電壓隔離隔離交流輸入為單相，直流輸交流輸入為單相，直流輸出電壓波形只在交流輸入出電壓波形只在交流輸入的正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱(chēng)為的正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱(chēng)為單相半波可控整流電路。單相半波可控整流電路。特點(diǎn)：特點(diǎn)：電壓與電流波形相同電壓與電流波形相同 一、直流電和交流電單單單 相相相 橋橋橋 式式式 整整整 流流流 電電電 路路路1、交流電大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)。it交流正弦波2、直流電方向不隨時(shí)間變化的電壓、電流和電動(dòng)

2、勢(shì)。it脈動(dòng)直流電It穩(wěn)恒直流電單相橋式整流電路單相橋式整流電路二、整流和整流電路1、整流it交流正弦波it脈動(dòng)直流電將交流電變換成脈動(dòng)直流電的過(guò)程。2、整流電路能夠?qū)崿F(xiàn)將交流電變換成脈動(dòng)直流電（即可完成整流過(guò)程）的電路。3、整流元件整流電路中起整流作用的元件稱(chēng)為整流元件。常見(jiàn)的整流元件有具有單向?qū)щ娞匦缘亩O管或晶閘管。二極管的單向?qū)щ娦裕╝）加正向電壓時(shí)導(dǎo)通+-VD正向?qū)ǖ亩O管，如若忽略很小的正向壓降，可近似看成一閉合的開(kāi)關(guān)。（b）加反向電壓時(shí)截止VD-+反向截止的二極管，如若忽略很小的反向電流，可近似看成一斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。單單單 相相相 橋橋橋 式式式 整整整 流流流 電電電 路路路單單

3、單 相相相 橋橋橋 式式式 整整整 流流流 電電電 路路路三、橋式整流電路1、電路形式VD1VD3VD2VD4RLTr1、電源變壓器Tr的作用是將220V交流電u1變換成整流所需的較低的交流電u2。+-u1+-u2二極管VD1VD4起整流作用，稱(chēng)為整流元件，它們組成橋式電路結(jié)構(gòu)。負(fù)載+-u02、變壓器起到隔離市電電源的作用。若變壓器初級(jí)繞組的匝數(shù)為N1，次級(jí)繞組的匝數(shù)為N2，則U1/U2=N1/N2=k（變壓比）；單單單 相相相 橋橋橋 式式式 整整整 流流流 電電電 路路路2、整流過(guò)程（假設(shè)輸入為正弦交流電）u2t當(dāng)為u2正半周時(shí)，A點(diǎn)電位最高，B點(diǎn)的電位最低。二極管VD1和VD2導(dǎo)通（相當(dāng)

4、于閉合的開(kāi)關(guān)）；二極管VD2和VD4截止（相當(dāng)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)）。u0tVD1VD3在u2正半周作用下，電路中有電流流動(dòng)，其通路為：AVD1RLVD3B負(fù)載電阻RL上電流的方向由上至下，產(chǎn)生上正下負(fù)的電壓u0 。RLTr+-u1VD3VD1VD2VD4+-u2AB+-u0ABRLTr+-u1+-u2+-u0單單單 相相相 橋橋橋 式式式 整整整 流流流 電電電 路路路當(dāng)為u2負(fù)半周時(shí)，A端電位最低，B點(diǎn)的電位最高。u2t二極管VD2和VD4導(dǎo)通（相當(dāng)于閉合的開(kāi)關(guān)）；二極管VD1和VD3截止（相當(dāng)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)）。u0tRLTr -+u1VD3VD1VD2VD4 -+u2u0+-ABVD2VD4在u2

5、負(fù)半周作用下，電路中有電流流動(dòng)，其通路為：BVD2RLVD4A負(fù)載電阻RL上電流的方向由上至下，產(chǎn)生上正下負(fù)的電壓u0 。RLTr -+u1AB -+u2+-u0單單單 相相相 橋橋橋 式式式 整整整 流流流 電電電 路路路結(jié)論：無(wú)論輸入電壓是正半周還是負(fù)半周，負(fù)載RL的電流方向始終是從上向下，所以產(chǎn)生的電壓降也是同一方向（電壓都為上正下負(fù)）。u2t02u0t02正弦交流電脈動(dòng)直流電3、橋式整流電路中的物理量（1）輸出電壓U0U0=0.9U2（2）輸出電壓I0I0= U0/RL整流= 0.9U2 / RL定義：穩(wěn)壓二極管是一種能穩(wěn)定電壓的二極管。定義：穩(wěn)壓二極管是一種能穩(wěn)定電壓的二極管。 電路

6、符號(hào)和伏安特性如圖所示。電路符號(hào)和伏安特性如圖所示。 2.2.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1穩(wěn)壓二極管的特性穩(wěn)壓二極管的特性穩(wěn)壓二極管通常工作在反向擊穿區(qū)穩(wěn)壓二極管通常工作在反向擊穿區(qū)，通過(guò)穩(wěn)壓二極管的，通過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓基本不變。電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓基本不變。穩(wěn)壓的兩個(gè)基本條件：穩(wěn)壓的兩個(gè)基本條件：（1）管子兩端需加上一個(gè)大于其擊穿電壓的反向電壓。）管子兩端需加上一個(gè)大于其擊穿電壓的反向電壓。 （2）采取適當(dāng)措施限制擊穿后工作的反向電流值。）采取適當(dāng)措施限制擊穿后工作的反向電流值。 2.2其他二極管及其應(yīng)用電路其他二極管及其應(yīng)用電路2穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管

7、的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 VZ：穩(wěn)壓二極管在正常工作狀態(tài)下管子：穩(wěn)壓二極管在正常工作狀態(tài)下管子兩端的電壓值。兩端的電壓值。 （2）穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ：穩(wěn)壓二極管在正常工作狀態(tài)下的工：穩(wěn)壓二極管在正常工作狀態(tài)下的工作電流。作電流。 （3）耗散功率耗散功率 PCM：穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓：穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 VZ 與最大穩(wěn)定與最大穩(wěn)定電流電流 IZM的乘積的乘積，若使用中超過(guò)這個(gè)數(shù)值，穩(wěn)壓管將被燒毀。，若使用中超過(guò)這個(gè)數(shù)值，穩(wěn)壓管將被燒毀。2.2其他二極管及其應(yīng)用電路其他二極管及其應(yīng)用電路1.1.1 功率二極管的工作原理 功率二極管是以PN結(jié)為基礎(chǔ)的，實(shí)際上就是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線

8、封裝組成的。功率二極管的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖1-1所示。 圖 1-1 功率二極管的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào) AKAKPN1.1 1.1 功功 率率 二二 極極 管管功率二極管主要有螺栓型和平板型兩種外形， 如圖1-2 所示。 圖 1-2 功率二極管的外形 (a) 螺栓型； (b) 平板型 AKAK(a)(b) 功率二極管和電子電路中的二極管工作原理一樣，即若二極管處于正向電壓作用下，則PN結(jié)導(dǎo)通， 正向管壓降很??； 反之， 若二極管處于反向電壓作用下，則PN結(jié)截止， 僅有極小的可忽略的漏電流流過(guò)二極管。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量可得功率二極管的伏安特性曲線，如圖1-3所示。 圖1-3 功率二極管的伏安特性曲線 (a) 螺

9、栓型； (b) 平板型 IUF01.2.1 1.2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu) 晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體變流器件， 它具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)，其外形、 結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖1-4所示。由最外的P1層和N2層引出兩個(gè)電極，分別為陽(yáng)極A和陰極K，由中間P2層引出的電極是門(mén)極G（也稱(chēng)控制極）。 1.2 1.2 晶晶 閘閘 管管圖 1-4 晶閘管的外形、 結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)(a) 外形； (b) 結(jié)構(gòu)； (c) 圖形符號(hào) P1N1P2N2GKAJ1J2J3(b)(c)AKG(a)AGKAGK 常用的晶閘管有螺栓式和平板式兩種外形，如圖1-4(a)所示。晶閘管在工作過(guò)程中會(huì)因損耗而發(fā)熱，因此必須安裝散熱器

10、。螺栓式晶閘管是靠陽(yáng)極（螺栓）擰緊在鋁制散熱器上， 可自然冷卻；平板式晶閘管由兩個(gè)相互絕緣的散熱器夾緊晶閘管，靠冷風(fēng)冷卻。額定電流大于200 A的晶閘管都采用平板式外形結(jié)構(gòu)。此外，晶閘管的冷卻方式還有水冷、油冷等。 我們通過(guò)圖1-5所示的電路來(lái)說(shuō)明晶閘管的工作原理。在該電路中，由電源Ea、白熾燈、晶閘管的陽(yáng)極和陰極組成晶閘管主電路；由電源Eg、開(kāi)關(guān)S、晶閘管的門(mén)極和陰極組成控制電路,也稱(chēng)觸發(fā)電路。 1.2.2 1.2.2 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理圖 1-5 晶閘管導(dǎo)通試驗(yàn)電路圖 EaEgSEaEgSEaEgS 當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極A接電源Ea的正端，陰極K經(jīng)白熾燈接電源的負(fù)端時(shí)，晶閘管承受正

11、向電壓。當(dāng)控制電路中的開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，白熾燈不亮，說(shuō)明晶閘管不導(dǎo)通。 當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極承受正向電壓，控制電路中開(kāi)關(guān)S閉合，使控制極也加正向電壓（控制極相對(duì)陰極）時(shí)，白熾燈亮，說(shuō)明晶閘管導(dǎo)通。 當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，將控制極上的電壓去掉（即將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)），白熾燈依然亮，說(shuō)明一旦晶閘管導(dǎo)通，控制極就失去了控制作用。 當(dāng)晶閘管陽(yáng)極和陰極間加反向電壓時(shí)，不管控制極加不加電壓，燈都不亮，晶閘管截止。控制極加反向電壓，無(wú)論晶閘管主電路加正向電壓還是反向電壓，晶閘管都不導(dǎo)通。 通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可知，晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件： （1）晶閘管AK加正向電壓。 （2）晶閘管GK加合適的正向電壓。 為了進(jìn)一步說(shuō)明晶閘

12、管的工作原理，可把晶閘管看成是由一個(gè)PNP型和一個(gè)NPN型晶體管連接而成的，連接形式如圖1-6所示。陽(yáng)極A相當(dāng)于PNP型晶體管V1的發(fā)射極，陰極K相當(dāng)于NPN型晶體管V2的發(fā)射極。 圖 1-6 晶閘管工作原理等效電路KIKV2IC2PNPV1IC1NPNIAIGGSECAEAR(b)(a)N2N1P2GP1P2N1KA 當(dāng)晶閘管陽(yáng)極承受正向電壓，控制極也加正向電壓時(shí)， 晶體管V2處于正向偏置，EC產(chǎn)生的控制極電流IG就是2的基極電流IB2，V2的集電極電流IC2 =2 IG 。而IC2 又是晶體管1的基極電流，1的集電極電流IC1=1IC2 =12 IG （ 1和2分別是1和V2的電流放大系數(shù)

13、）。電流IC1又流入V2的基極， 再一次放大。這樣循環(huán)下去，形成了強(qiáng)烈的正反饋，使兩個(gè)晶體管很快達(dá)到飽和導(dǎo)通，這就是晶閘管的導(dǎo)通過(guò)程。導(dǎo)通后， 晶閘管上的壓降很小，電源電壓幾乎全部加在負(fù)載上，晶閘管中流過(guò)的電流即負(fù)載電流。 在晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋?zhàn)饔脕?lái)維持， 即使控制極電流消失，晶閘管仍將處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此， 控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去了控制作用。 要想關(guān)斷晶閘管， 最根本的方法就是必須將陽(yáng)極電流減小到使之不能維持正反饋的程度，也就是將晶閘管的陽(yáng)極電流減小到小于維持電流。 可采用的方法有： 將陽(yáng)極電源斷開(kāi)； 改變晶閘管的陽(yáng)極電壓的

14、方向， 即在陽(yáng)極和陰極間加反向電壓。 1 1 晶閘管的型號(hào)晶閘管的型號(hào) 圖 1-8 晶閘管型號(hào)的含義 表示閘流特性普通反向阻斷型(K-快速型 S-雙向型 N-逆導(dǎo)型 G-可關(guān)斷型)額定正向平均電流正、反向重復(fù)峰值電壓等級(jí)(額定電壓)通態(tài)平均電壓組別，共九級(jí)，用字母AI表示0.41.2 V(小于100 A不標(biāo))PK1.2.5 1.2.5 晶閘管的型號(hào)及簡(jiǎn)單測(cè)試方法晶閘管的型號(hào)及簡(jiǎn)單測(cè)試方法 2 2晶閘管的簡(jiǎn)單測(cè)試方法晶閘管的簡(jiǎn)單測(cè)試方法 對(duì)于晶閘管的三個(gè)電極，可以用萬(wàn)用表粗測(cè)其好壞。依據(jù)PN結(jié)單向?qū)щ娫?，用萬(wàn)用表歐姆擋測(cè)試元件的三個(gè)電極之間的阻值，可初步判斷管子是否完好。如用萬(wàn)用表R1 k 擋

15、測(cè)量陽(yáng)極A和陰極K之間的正、反向電阻都很大，在幾百千歐以上，且正、反向電阻相差很??；用R10或R100擋測(cè)量控制極G和陰極K之間的阻值，其正向電阻應(yīng)小于或接近于反向電阻，這樣的晶閘管是好的。如果陽(yáng)極與陰極或陽(yáng)極與控制極間有短路，陰極與控制極間為短路或斷路，則晶閘管是壞的。 單結(jié)晶體管也稱(chēng)為雙基極二極管，它有一個(gè)發(fā)射極和兩個(gè)基極, 外形和普通三極管相似。 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)是在一塊高電阻率的N型半導(dǎo)體基片上引出兩個(gè)歐姆接觸的電極：第一基極B1和第二基極B2；在兩個(gè)基極間靠近B2處，用合金法或擴(kuò)散法滲入P型雜質(zhì)，引出發(fā)射極E。單結(jié)晶體管共有上述三個(gè)電極， 其結(jié)構(gòu)示意圖和電氣符號(hào)如圖1-15所示。B2

16、 、B1間加入正向電壓后， 發(fā)射極E、 基極B1間呈高阻特性。 但是當(dāng)E的電位達(dá)到B2 、B1間電壓的某一比值（例如59%）時(shí)，E、 B1間立刻變成低電阻，這是單結(jié)晶體管最基本的特點(diǎn)。 1.4.2 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性圖 1-15 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和電氣符號(hào)發(fā)射極E歐姆接觸電阻B2第二基極B1第一基極EB2B1 圖2 為單結(jié)晶體管BT33管腳排列、結(jié)構(gòu)圖及電路符號(hào)。好的單結(jié)晶體管PN結(jié)正向電阻REB1、REB2均較小，且REB1稍大于REB2，PN結(jié)的反向電阻RB1E、RB2E均應(yīng)很大，根據(jù)所測(cè)阻值，即可判斷出各管腳及管子的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。 圖1-16所示為單結(jié)晶體管特

17、性實(shí)驗(yàn)電路及其等效電路。將單結(jié)晶體管等效成一個(gè)二極管和兩個(gè)電阻RB1、RB2組成的等效電路，那么當(dāng)基極上加電壓UBB時(shí)，RB1上分得的電壓為BBBBBBBBBBBBAUURRURRRU1211 式中， 為分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，一般為0.50.9。 圖 1-16 單結(jié)晶體管特性試驗(yàn)電路及其等效電路(a) 特性實(shí)驗(yàn)電路； (b) 等效電路UBBB1B2ARB2RB1EREIERPUBBB1B2ERERP 下面分析單結(jié)晶體管的工作情況。 調(diào)節(jié)RP，使UE從零逐漸增加。當(dāng)UE UBB時(shí)，單結(jié)晶體管PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，只有很小的反向漏電流。當(dāng)發(fā)射極電位UE比UBB高出一個(gè)二極管的管壓降UV

18、D時(shí)，單結(jié)晶體管開(kāi)始導(dǎo)通，這個(gè)電壓稱(chēng)為峰點(diǎn)電壓Up，故Up =UBB+ UVD, 此時(shí)的發(fā)射極電流稱(chēng)為峰點(diǎn)電流Ip, Ip是單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流。 圖 1-17 單結(jié)晶體管發(fā)射極伏安特性曲線PVUpIpUvIvIE0UE 當(dāng)IE增大至一定程度時(shí)，載流子的濃度使注入空穴遇到阻力， 即電壓下降到最低點(diǎn)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為飽和。欲使IE繼續(xù)增大，必須增大電壓UE。由負(fù)阻區(qū)轉(zhuǎn)化到飽和區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)V稱(chēng)為谷點(diǎn)。與谷點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓和電流分別稱(chēng)為谷點(diǎn)電壓Uv和谷點(diǎn)電流Iv。谷點(diǎn)電壓是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小電壓，一旦UE小于Uv ，則單結(jié)晶體管將由導(dǎo)通轉(zhuǎn)化為截止。 綜上所述， 單結(jié)晶體管具有以下特點(diǎn)： （1）

19、當(dāng)發(fā)射極電壓等于峰點(diǎn)電壓Up時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通。 導(dǎo)通之后，當(dāng)發(fā)射極電壓小于谷點(diǎn)電壓Uv時(shí)，單結(jié)晶體管就恢復(fù)截止。 （2） 單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Up與外加固定電壓及其分壓比有關(guān)。 （3） 不同單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓Uv和谷點(diǎn)電流Iv都不一樣。 谷點(diǎn)電壓大約在25 V之間。在觸發(fā)電路中，常選用稍大一些，Uv低一些和Iv大一些的單結(jié)晶體管，以增大輸出脈沖幅度和移相范圍。圖 1-18 單結(jié)晶體管自激振蕩電路及其波形(a) 電路； (b) 波形R2R1RECEuR100uCUpUvttuR1(a)(b)uC1.4.3 1.4.3 單結(jié)晶體管的自激振蕩電路單結(jié)晶體管的自激振蕩電路 設(shè)電源未接通時(shí)，電容C上

20、的電壓為零。電源接通后，C經(jīng)電阻RE充電，電容兩端的電壓uC逐漸升高，當(dāng)uC達(dá)到單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Up時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電容經(jīng)單結(jié)晶體管的發(fā)射極、電阻RB1向電阻R1放電, 在R1上輸出一個(gè)脈沖電壓。 當(dāng)電容放電至uC=Uv并趨向更低時(shí)，單結(jié)晶體管截止， R1上的脈沖電壓結(jié)束。之后電容從Uv值又開(kāi)始充電，充電到Up時(shí)，單結(jié)晶體管又導(dǎo)通，此過(guò)程一直重復(fù)下去，在R1上就得到一系列的脈沖電壓。由于C的放電時(shí)間常數(shù)1=（ R1 +RB1）C, 遠(yuǎn)小于充電時(shí)間常數(shù)2=REC，故脈沖電壓為鋸齒波。uC和u R1的波形如圖1-18所示。改變RE的大小，可改變C的充電速度，從而改變電路的自振蕩頻率。 應(yīng)該

21、注意，當(dāng)RE的值太大或太小時(shí)，不能使電路振蕩。當(dāng)RE太大時(shí)，較小的發(fā)射極電流IE能在RE上產(chǎn)生大的壓降，使電容兩端的電壓uC升不到峰點(diǎn)電壓Up，單結(jié)晶體管就不能工作到負(fù)阻區(qū)。當(dāng) RE太小時(shí)， 單結(jié)晶體管導(dǎo)通后的IE將一直大于Iv，單結(jié)晶體管不能關(guān)斷。 欲使電路振蕩，RE的值應(yīng)滿足下列條件VVEPPIUERIUE 如忽略電容的放電時(shí)間， 上述電路的自振蕩頻率近似為11111nCRTfE 電阻R2的作用是溫度補(bǔ)償。無(wú)電阻R2時(shí)，若溫度升高，則二極管的正向電壓降UD降低，單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Up也就隨之下降，導(dǎo)致振蕩頻率f不穩(wěn)定。有電阻R2時(shí)，若溫度升高， 則電阻RBB增加，導(dǎo)致基極電流IBB下降，R2 R2下降， 進(jìn)而使UBB增加。這樣，雖然二