（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能模塊1教學(xué)課件第二版（）

YCF（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能模塊1教學(xué)課件第二版章節(jié)目錄模塊1晶體二極管及其應(yīng)用模塊2晶體三極管及放大電路基礎(chǔ)模塊3集成運算放大電路模塊4直流穩(wěn)壓電源模塊5數(shù)字電路基礎(chǔ)模塊6組合邏輯電路模塊7觸發(fā)器模塊8時序邏輯電路模塊9數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換

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電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用課題2

整流電路的應(yīng)用課題3濾波電路的類型和應(yīng)用課題4

晶閘管及應(yīng)用電路

目錄上一頁下一頁返回任務(wù)導(dǎo)入

隨著科學(xué)水平的提高，新穎的電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如大家熟悉的隨身聽、隨身CD機(jī)、快譯通和數(shù)字調(diào)頻收音機(jī)等。它們的出現(xiàn)極大地豐富了我們的文化娛樂生活，這些電子產(chǎn)品都要求電源提供穩(wěn)定且符合規(guī)定數(shù)值要求的直流電壓。常用的供電方式有兩種：一種是使用市電的直流低壓電源，另一種是使用干電池。干電池又有一次性干電池和可充式干電池之分。

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可充式干電池具有可以重復(fù)使用的特點，學(xué)習(xí)本模塊內(nèi)容后，我們可以制作充電器，既能對兩節(jié)5號或7號可充干電池充電，又能在輸出插口中輸出一穩(wěn)定的直流電壓，電壓的范圍為1.5～6V，可自由選擇，最大輸出電流約為200mA。導(dǎo)入圖1-1所示為充電器的實物圖。上一頁下一頁返回

半導(dǎo)體器件是20世紀(jì)中期開始發(fā)展起來的，具有體積小、重量輕、使用壽命長、可靠性高、輸入功率小和功率轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，因而在現(xiàn)代電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電子電路的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體器件和電阻、電容、電感等電子元器件連接起來，可以組成各種電子電路。顧名思義，半導(dǎo)體器件都是由半導(dǎo)體材料制成的，因此必須先對半導(dǎo)體材料的特點有一定的了解。課題1晶體二極管的使用一、半導(dǎo)體及PN結(jié)

上一頁下一頁返回1.半導(dǎo)體的基本特性

在自然界中存在著許多不同的物質(zhì)，根據(jù)其導(dǎo)電性能的不同大體可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。通常將很容易導(dǎo)電、電阻率小于10-4Ω?cm的物質(zhì)，稱為導(dǎo)體；將很難導(dǎo)電、電阻率大于1010Ω?cm的物質(zhì)，稱為絕緣體；將導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間、電阻率在10-4Ω?cm～1010Ω?cm范圍內(nèi)的物質(zhì)，稱為半導(dǎo)體。

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（1）熱敏性

所謂熱敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加。半導(dǎo)體的電阻率對溫度的變化十分敏感。例如純凈的鍺從20℃升高到30℃時，它的電阻率幾乎減小為原來的1／2。而一般的金屬導(dǎo)體的電阻率則變化較小，比如銅，當(dāng)溫度同樣升高10℃時，它的電阻率幾乎不變。上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用課題1晶體二極管的使用（2）光敏性

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特性叫做光敏性。一種硫化銅薄膜在暗處其電阻為幾十兆歐姆，受光照后，電阻可以下降到幾十千歐姆，只有原來的1%。自動控制中用的光電二極管和光敏電阻，就是利用光敏特性制成的。而金屬導(dǎo)體在陽光下或在暗處其電阻率一般沒有什么變化。下一頁上一頁返回

（3）雜敏性

所謂雜敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力因摻入適量雜質(zhì)而發(fā)生很大的變化。在半導(dǎo)體硅中，只要摻入億分之一的硼，電阻率就會下降到原來的幾萬分之—。所以，利用這一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半導(dǎo)體器件。而金屬導(dǎo)體即使摻入千分之一的雜質(zhì)，對其電阻率也幾乎沒有什么影響。

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2.本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體是指完全純凈的，具有晶體結(jié)構(gòu)（既原子排列按一定規(guī)律排得非常整齊）的半導(dǎo)體。如常用半導(dǎo)體材料硅（Si）和鍺（Ge）。在常溫下，其導(dǎo)電能力很弱；在環(huán)境溫度升高或有光照時，其導(dǎo)電能力隨之增強(qiáng)。

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下一頁上一頁返回3.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，人為地?fù)饺肷倭科渌?稱雜質(zhì))，可以使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化。利用這一特性，可以制成各種性能不同的半導(dǎo)體器件，這樣使得它的用途大大增加。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體叫雜質(zhì)半導(dǎo)體。根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，可分為兩種：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。

（1）N型半導(dǎo)體（圖1-1-1a）課題1晶體二極管的使用返回多余電子SiPSiSiN型半導(dǎo)體++++++++++++上一頁下一頁課題1晶體二極管的使用

（2）P型半導(dǎo)體（圖1-1-1b）

在本征半導(dǎo)體中摻入正三價雜質(zhì)元素（如硼、鎵）時，就形成P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)量多，自由電子數(shù)量少，參與導(dǎo)電的主要是帶正電的空穴，如圖1-2所示。下一頁上一頁返回課題1晶體二極管的使用返回P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－SiSiSiB硅原子上一頁下一頁課題1晶體二極管的使用

4.PN結(jié)

當(dāng)把一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體用特殊工藝緊密結(jié)合時，在二者的交界面上會形成一個具有特殊現(xiàn)象的薄層，這個薄層被稱為PN結(jié)。而PN結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦浴６O管的核心正是PN結(jié)。在實際應(yīng)用中的二極管種類很多，用途也十分廣泛，掌握二極管的特性和應(yīng)用常識是本章的重點。

下一頁上一頁返回課題1晶體二極管的使用PN結(jié)的形成課題1晶體二極管的使用1．二極管的結(jié)構(gòu)

圖1-1-2所示是用于家用電器、穩(wěn)壓電源等電子產(chǎn)品的各種不同外形的晶體二極管（簡稱二極管）。二、晶體二極管的結(jié)構(gòu)、類型及符號上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

在一個PN結(jié)的兩端加上電極引線并用外殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。由P型半導(dǎo)體引出的電極，稱做正極（或陽極），由N型半導(dǎo)體引出的電極，稱做負(fù)極（或陰極）。二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖及電路圖形符號如圖1-1-3所示。

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按照結(jié)構(gòu)工藝的不同，二極管有點接觸型和面接觸型兩類。點接觸型二極管的結(jié)構(gòu)如圖1-1-4（a）所示。這類二極管的PN結(jié)面積和極間電容均很小，不能承受高的反向電壓和大電流，因而適用于制作高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件，以及作為小電流的整流管。

面接觸型二極管又稱面結(jié)型二極管，其結(jié)構(gòu)如圖1-1-4（b）所示。這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大的電流，其極間電容大，因而適用于整流，而不宜用于高頻電路中。如圖1-1-4（c）所示是硅工藝平面型二極管的結(jié)構(gòu)圖。它們的管芯結(jié)構(gòu)如圖1-1-4所示。上一頁下一頁返回返回(a)點接觸型(b)面接觸型

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于高頻電路和開關(guān)電路。

PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路等低頻電路中。上一頁下一頁課題1晶體二極管的使用

2.二極管的類型

半導(dǎo)體二極管的種類和型號很多，我們用不同的符號來代表它們，例如2AP9，其中“2”表示二極管，“A”表示采用N型鍺材料為基片，“P”表示普通用途管(P為漢語拼音字頭)，“9”為產(chǎn)品性能序號；又如2CZ8，其中“c”表示由N型硅材料作為基片，“z”表示整流管。國產(chǎn)二極管的型號命名方法如表1-1-1所示。下一頁上一頁返回課題1晶體二極管的使用課題1晶體二極管的使用表1-1-1國產(chǎn)二極管的型號命名方法上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

電路符號中表示了二極管兩根引腳極性，指示了流過二極管的電流方向，這些識圖信息對分析二極管電路有著重要的作用。例如，電流方向表明了只有當(dāng)電路中二極管正極電壓高于負(fù)極電壓足夠大時，才有電流流過二極管，否則二極管無電流流過。如圖1-1-5所示。3．圖解普通二極管電路符號上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用圖1-1-5二極管電路符號上一頁下一頁返回

把二極管接成如圖1-4a所示電路，當(dāng)開關(guān)S閉合時，二極管陽極接電源正極，陰極接電源負(fù)極，這種情況稱為二極管(PN結(jié))正向偏置。當(dāng)開關(guān)S閉合時，燈泡亮，電流表顯示出較大電流，這時稱二極管(PN結(jié))導(dǎo)通，流過二極管電流ID稱作正向電流。

(a)二極管正向偏置(b)二極管反向偏置

課題1晶體二極管的使用三、二極管的單向?qū)щ娦远O管的單向?qū)щ娦陨弦豁撓乱豁摲祷?/p>

1．加正向電壓導(dǎo)通

把二極管接成如圖1-1-6（a）所示的電路，當(dāng)開關(guān)閉合時，二極管陽極接電源正極，陰極接電源負(fù)極，這種情況稱為二極管（PN結(jié)）正向偏置；當(dāng)開關(guān)閉合時，燈泡亮，這時稱二極管（PN結(jié)）導(dǎo)通，流過二極管的電流稱為正向電流。課題1晶體二極管的使用上一頁下一頁返回2．加反向電壓截止

將二極管接成如圖1-1-6（b）所示的電路，二極管陽極（P區(qū)）接電源負(fù)極，陰極（N區(qū)）接電源正極，這時二極管（PN結(jié)）稱為反向偏置。開關(guān)閉合，燈泡不亮，電流幾乎為零，這時稱為二極管（PN結(jié)）截止，此時二極管中仍有微小電流流過，這個微小電流基本不隨外加反向電壓變化而變化，故稱為反向飽和電流（亦稱反向漏電流），用Is表示，Is很小，但它會隨溫度上升而顯著增加。因此，半導(dǎo)體二極管等半導(dǎo)體器件，熱穩(wěn)定性較差，在使用半導(dǎo)體器件時，要考慮環(huán)境溫度對器件和由它構(gòu)成電路的影響。

我們把二極管(PN結(jié))正向偏置導(dǎo)通、反向偏置截止的這種特性稱為單向?qū)щ娦浴?/p>

課題1晶體二極管的使用上一頁下一頁返回四、二極管的伏安特性

二極管既然是一個PN結(jié)，它必然具有單向?qū)щ娦?。其伏安特性曲線如圖所示。所謂伏安特性，就是指加到二極管兩端的電壓與流過二極管的電流的關(guān)系曲線。二極管的伏安特性曲線可分為正向特性和反向特性兩部分。下一頁上一頁返回UI導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.2V。反向漏電流（很小，A級）課題1晶體二極管的使用

1.正向特性

當(dāng)二極管加上很低的正向電壓時，外電場還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運動所形成的阻力，故正向電流很小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻。當(dāng)正向電壓超過一定數(shù)值即死區(qū)電壓后，內(nèi)電場被大大削弱，電流增長很快，二極管電阻變得很小。死區(qū)電壓又稱閥值電壓，硅管約為0.6～0.7V。鍺管約為0.2～0.3V。二極管正向?qū)〞r，硅管的壓降一般為0.6～0.7V，鍺管則為0.2～0.3V。下一頁上一頁返回課題1晶體二極管的使用

2.反向特性

二極管加上反向電壓時，由于少數(shù)載流子的漂移運動，因而形成很小的反向電流。反向電流有兩個特性，一是它隨溫度的上升增長很快；二是在反向電壓不超過某一數(shù)值時，反向電流不隨反向電壓改變而改變，故這個電流稱為反向飽和電流。下一頁上一頁返回課題1晶體二極管的使用

五二極管的主要參數(shù)

1.最大整流電流

IF

最大整流電流是指二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。當(dāng)電流超過這個允許值時，二極管會因過熱而燒壞，使用時務(wù)必注意。

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2.反向峰值電壓URM

它是保證二極管不被擊穿而得出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。

3.反向峰值電流IRM

它是指在二極管上加反向峰值電壓時的反向電流值。反向電流大，說明單向?qū)щ娦阅懿?，并且受溫度的影響大?/p>

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1．二極管的種類劃分課題1晶體二極管的使用六、認(rèn)識二極管家族上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用2．普通二極管二極管的兩根引腳有正、負(fù)極性之分，使用中如果接錯，不僅不能起到正確的作用，甚至還會損壞二極管本身及電路中其他元器件。二極管最基本的特征是單向?qū)ㄌ匦裕戳鬟^二極管的實際電流只能從正極流向負(fù)極。利用這一特性，二極管可以構(gòu)成整流電路等許多實用電路。普通二極管（見圖1-1-8）可以用于整流、限幅、檢波等許多電路中。圖1-1-8普通二極管上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

穩(wěn)壓二極管（見圖1-1-9）用于直流穩(wěn)壓電路中，它也具有兩根正、負(fù)引腳，也有一個PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，它應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電路中時，PN結(jié)處于擊穿狀態(tài)下，但不會燒壞PN結(jié)。穩(wěn)壓二極管常用VD表示。

注意：穩(wěn)壓二極管的電路符號與普通二極管電路符號有一點區(qū)別，可以由此來識別穩(wěn)壓二極管。圖1-1-9

穩(wěn)壓二極管3．穩(wěn)壓二極管上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

發(fā)光二極管（見圖1-1-10）是一種在導(dǎo)通后能夠發(fā)光的二極管，也具有PN結(jié)，有單向?qū)щ娞匦?。發(fā)光二極管具有體積小、功耗低、壽命長、外形美觀、適應(yīng)性能強(qiáng)等特點，廣泛用于儀器、儀表、電器設(shè)備中做電源信號指示、音響設(shè)備調(diào)諧和電平指示、廣告顯示屏的文字、圖形、符號顯示等。

圖1-1-10發(fā)光二極管4．發(fā)光二極管上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

紅外線發(fā)光二極管（見圖1-1-11）也是發(fā)光二極管中的一種，但是它發(fā)出的是紅外線，主要用于各種紅外遙控器中作為遙控發(fā)射器。紅外線發(fā)光二極管也有PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，有兩根引腳，且有正、負(fù)極性之分。發(fā)光二極管種類繁多，普通發(fā)光二極管用于各種指示器電路中，紅外線發(fā)光二極管用于各類遙控器電路中。圖1-1-11紅外線發(fā)光二極管上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

光敏二極管在反向偏置下并有光線照射時，光敏二極管導(dǎo)通；沒有光線照射時，光敏二極管不導(dǎo)通。光敏二極管在煙霧探測器、光電編碼器及光電自動控制中作為光電信號接收轉(zhuǎn)換用。如圖1-1-13所示為光敏二極管。5．光敏二極管圖1-1-13光敏二極管上一頁下一頁返回課題1晶體二極管的使用

變?nèi)荻O管（見圖1-1-14）又稱“可變電抗二極管”。PN結(jié)具有電容的特征和功能，叫做極閘電容或結(jié)電容。變?nèi)荻O管是一種利用PN結(jié)電容（勢壘電容）與其反向偏置電壓VR的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。變?nèi)荻O管具有與襯底材料電阻率有關(guān)的串聯(lián)電阻。6．變?nèi)荻O管

圖1-1-14變?nèi)荻O管

上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用一、認(rèn)識整流電路

1．圖解單相半波整流電路電

路

名

稱電路原理圖波

形

圖單相半波整流電路

半波整流電路是電源電路中一種最簡單的整流電路，它的電路結(jié)構(gòu)最為簡單，只用一只整流二極管。由于這一整流電路的輸出電壓只是利用了交流輸入電壓的半周，因此被稱為半波整流電路。半波整流電路是各種整流電路的基礎(chǔ)，掌握了這種整流電路工作原理的分析思路，便能分析其他的整流電路。上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用2．圖解單相全波整流電路電路名稱電路原理圖波形圖單相全波整流電路

全波整流電路使用兩只整流二極管構(gòu)成一組全波整流電路，且要求電源變壓器有中心抽頭。全波整流電路的效率高于半波整流電路，因為交流輸入電壓的正、負(fù)半周都被作為輸出電壓輸出了。本電路二極管極性不能接反，否則會燒毀二極管。上一頁下一頁返回3．圖解單相橋式整流電路電路名稱電路原理圖波形圖單相橋式整流電路

單相橋式整流電路的變壓器次級繞組不用設(shè)中心抽頭，但要用四只整流二極管。從整流電路的輸出電壓波形中可以看出，通過橋式整流電路，可以將交流電壓轉(zhuǎn)換成單向脈動性的直流電壓，這一電路作用同全波整流電路一樣，也是將交流電壓的負(fù)半周轉(zhuǎn)到正半周來。課題2整流電路的應(yīng)用上一頁下一頁返回二、整流電路的工作原理

課題2整流電路的應(yīng)用1．單相半波整流電路

圖1-2-4單相半波整流電路上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用

設(shè)在交流電壓正半周（0～t1），u2＞0，A端電位比B端電位高，二極管VD因加正向電壓而導(dǎo)通，電流IL的路徑是A→VD→RL→B→A。注意到，忽略二極管正向壓降時，A點電位與C點電位相等，則u2幾乎全部加到負(fù)載RL上，RL上電流方向與電壓極性如圖1-2-4所示。在交流電壓負(fù)半周（t1～t2），u2＜0，A端電位比B端電位低，二極管VD承受反向電壓而截止，u2幾乎全部降落在二極管上，負(fù)載RL上的電壓基本為零。由此可見，在交流電一個周期內(nèi)，二極管半個周期導(dǎo)通半個周期截止，以后周期性地重復(fù)上述過程，負(fù)載RL上電壓和電流波形如圖1-2-5（b）、（c）所示。(1）工作原理上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用圖1-2-5單相半波整流電路波形圖

利用整流二極管的單向?qū)щ娦詫㈦p向的交流電路變成單方向的脈動直流電，這一過程稱為整流。由于輸出的脈動直流電的波形是輸入的交流電波形一半，故稱為半波整流電路。歸納：上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用(2）負(fù)載RL上的直流電壓和電流的計算單相半波整流電路中，負(fù)載RL上的半波脈動直流電壓平均值可按下式計算：UL≈0.45U2流過負(fù)載RL的直流電流平均值IL可根據(jù)歐姆定律求出，即上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用二極管導(dǎo)通后，流過二極管的平均電流IF與RL上流過的平均電流相等，即(3）整流二極管上的電流和最大反向電壓

由于二極管在u2負(fù)半周時截止，承受全部u2反向電壓，所以二極管所承受的最大反向電壓URM就是u2的峰值，即上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用

電路簡單，使用的器件少，但是輸出電壓脈動大。由于只利用了正弦半波，理論計算表明其整流效率僅40%左右，因此只能用于小功率以及對輸出電壓波形和整流效率要求不高的設(shè)備。(4)單相半波整流的特點上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用2．單相橋式整流電路圖1-2-6單相橋式整流電路上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用(1）工作原理

變壓器二次繞組電壓u2波形如圖1-2-7（a）所示。設(shè)在交流電壓正半周（0～t1），u2＞0，A點電位高于B點電位。二極管VD1、VD3正偏導(dǎo)通，VD2、VD4反偏截止，電流IL1通路是A→VD1→RL→VD3→B→A，如圖1-2-8（a）所示。這時，負(fù)載RL上得到一個半波電壓，如圖1-2-7（b）中（0～t1）段。

在交流電壓負(fù)半周（t1～t2），u2＜0，B點電位高于A點電位，二極管VD2、VD4正偏導(dǎo)通，二極管VD1、VD3反偏截止，電流IL2通路是B→VD2→RL→VD4→A→B，如圖1-2-8（b）所示。同樣，在負(fù)載RL上得到一個半波電壓，如圖1-2-7（b）中（t1～t2）段。上一頁下一頁返回工作原理課題2整流電路的應(yīng)用圖1-2-7單相橋式整流電路波形圖上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用圖1-2-8單相橋式整流電路的電流通路上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用(2）負(fù)載RL上直流電壓和電流的計算

在單相橋式整流電路中，交流電在一個周期內(nèi)的兩個半波都有同方向的電流流過負(fù)載，因此在同樣的U2時，該電路輸出的電流和電壓均比半波整流大一倍。輸出電壓為：UL≈0.9U2依據(jù)負(fù)載RL上的電壓UL求得整流變壓器副邊電壓：流過負(fù)載RL的直流電流平均值：上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用

在橋式整流電路中，由于每只二極管只有半周是導(dǎo)通的，所以流過每只二極管的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即(3）整流二極管上的電流和最大反向電壓

在單相橋式整流電路中，每只二極管承受的最大反向電壓也是u2的峰值，即上一頁下一頁返回課題2整流電路的應(yīng)用

整流電路是電源電路中的核心部分，它的作用是將交流電壓通過整流二極管轉(zhuǎn)換成單向脈動性的直流電壓，整流是將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓過程中的關(guān)鍵一步。無論什么類型的電源電路，都需要整流電路來完成交流電至直流電的轉(zhuǎn)換。整流電路的類型比較少，但具體電路的變化比較多，電子電路中基本的整流電路有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。3．整流電路的作用上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

理論上講電容器不消耗電能，電容器中所充的電荷會儲存在電容器中，只要外電路中不存在讓電容器放電的條件（放電電路），電荷就一直儲存在電容器中，電容器的這一特性稱為儲能特性。1．電容器儲能特性上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

許多電容電路分析中需要用到電容兩端電壓不能突變的特性，這是分析電容電路工作原理時的一個重要特性，也是一個難點。電容兩端電壓不能突變的特性理解非常困難，在電容電路的分析中這一特性的運用也很困難。電容是個儲能元件。電容兩端的電壓變化是由電容極板上電荷的積累和釋放決定的，電荷的轉(zhuǎn)移是需要時間的，所以電壓的變化也是需要時間的，不能突變。根據(jù)公式可知，電容器內(nèi)部沒有電荷時，電容兩端的電壓為0V；電容中電荷越多，電容兩端的電壓越大。當(dāng)電容開始充放電的瞬間，電容兩端的電壓也不能發(fā)生突變。因為電容上的電荷量在充、放電時只能逐漸積累或釋放，它是一個漸變的過程，因此其上的電壓也只能是漸變而非突變。2．電容兩端電壓不能突變的特性上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

當(dāng)流過電感的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動勢將阻止電流的變化，所以，流過電感的電流不能突變。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中；當(dāng)通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補(bǔ)償電流的減小。3．電感線圈的儲能特性上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

單相半波和單相橋式整流電路，雖然都可以把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但是所輸出的都是脈動直流電壓，其中含有較大的交流成分，因此這種不平滑的直流電僅能在電鍍、電焊、蓄電池充電等要求不高的設(shè)備中使用，而對于有些儀器儀表及電氣控制裝置等，往往要求直流電壓和電流比較平滑，因此必須把脈動的直流電變?yōu)槠交闹绷麟?。保留脈動電壓的直流成分，盡可能濾除它的交流成分，這就是濾波。這樣的電路叫做濾波電路（也叫濾波器）。濾波電路直接接在整流電路后面，它通常由電容器、電感器和電阻器按照一定的方式組合而成。一、認(rèn)識濾波電路上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用1．圖解電容濾波電路電路名稱電路圖應(yīng)用范圍電容濾波電路用于要求輸出電壓較高，負(fù)載電流較小并且變化也較小的場合上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用電路名稱電路圖應(yīng)用范圍電感濾波電路用于低電壓、大電流的的場合2．圖解電感濾波電路上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用3．圖解復(fù)式濾波電路電路名稱電路圖應(yīng)用場合復(fù)式濾波電路不同的濾波器，特性不一，應(yīng)用場合也不一樣上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

在橋式整流電路輸出端并聯(lián)一個電容量很大的電解電容器，就構(gòu)成了它的濾波電路，如圖1-3-4所示。1．電容濾波電路(1）電路結(jié)構(gòu)上一頁下一頁返回二、濾波電路的工作原理及應(yīng)用課題3濾波電路的類型和應(yīng)用(2）電容濾波工作原理

單相橋式整流電路，在不接電容器C時，其輸出電壓波形如圖1-3-5（a）所示。在接上電容器C后，當(dāng)輸入次級電壓為正半周上升段期間，電容充電；當(dāng)輸入次級電壓u2由正峰值開始下降后，電容開始放電，直到電容上的電壓uC＜u2，電容又重新充電；當(dāng)u2＜uC時，電容又開始放電，電容器C如此周而復(fù)始進(jìn)行充放電，負(fù)載上便得到近似如圖1-3-5（b）所示的鋸齒波的輸出電壓。上一頁下一頁返回工作原理課題3濾波電路的類型和應(yīng)用圖1-3-5單相橋式整流電容濾波波形圖上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

電容器在電路中有儲存和釋放能量的作用，電源供給的電壓升高時，它把部分能量儲存起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來，從而減少脈動成分，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容器具有濾波作用。

歸納

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在電容濾波電路中，RLC越大，電容C放電越慢，輸出的直流電壓就越大，濾波效果也越好，但是在采用大容量的濾波電容時，接能電源的瞬間充電電流特別大。電容濾波器只用于負(fù)載電流較小的場合。(3）基本參數(shù)橋式整流電容濾波的負(fù)載上得到的輸出電壓為UL=1.2U2橋式整流電容濾波輸出端空載時的輸出電壓為UL=1.4U2(4）電路特點上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

當(dāng)一些電氣設(shè)備需要脈動小、輸出電流大的直流電時，往往采用電感濾波電路，即在整流輸出電路中串聯(lián)帶鐵心的大電感線圈。這種線圈稱為阻流圈，如圖1-3-6（a）所示。2．電感濾波電路

由于電感線圈的直流電阻很小，脈動電壓中直流分量很容易通過電感線圈，幾乎全部加到負(fù)載上；而電感線圈對交流的阻抗很大，因此脈動電壓中交流分量很難通過電感線圈，大部分降落在電感線圈上。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈通過變化的電流時，它的兩端要產(chǎn)生自感電動勢來阻礙電流變化，當(dāng)整流輸出電流增大時，它的抑制作用使電流只能緩慢上升；而整流輸出電流減小時，它又使電流只能緩慢下降，這樣就使得整流輸出電流變化平緩，其輸出電壓的平滑性比電容濾波好，如圖1-3-6（b）中所示。上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用圖1-3-6單相橋式整流電感濾波上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

復(fù)式濾波電路是用電容器、電感器和電阻器組成的濾波器，通常有LC型、LC型、RC型幾種。它的濾波效果比單一使用電容或電感濾波要好得多，其應(yīng)用較為廣泛。

圖1-3-7所示是LC型濾波電路，它由電感濾波和電容濾波組成。脈動電壓經(jīng)過雙重濾波，交流分量大部分被電感器阻止，即使有小部分通過電感器，再經(jīng)過電容濾波，這樣負(fù)載上的交流分量也很小，便可達(dá)到濾除交流成分的目的。3．復(fù)式濾波電路上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用圖1-3-7LC型濾波電路上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

圖1-3-8所示是LC型濾波電路，可看成是電容濾波和LC型濾波電路的組合，因此濾波效果更好，在負(fù)載上的電壓更平滑。由于LC型濾波電路輸入端接有電容，在通電瞬間因電容器充電會產(chǎn)生較大的充電電流，所以一般取C1＜C2，以減小浪涌電流。圖1-3-8LC型濾波電路上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

圖1-3-9所示是RC型濾波電路。在負(fù)載電流不大的情況下，為降低成本，縮小體積，減輕重量，選用電阻器R來代替電感器L。一般R取幾十歐到幾百歐。圖1-3-9RC型濾波電路上一頁下一頁返回課題3濾波電路的類型和應(yīng)用

以上討論了常見的幾種濾波器，它們的特性不一，電容濾波、RC型濾波流過整流器件的電流是間斷的脈沖形式，峰值較大，外特性較差，適用于小功率而且負(fù)載變化較小的設(shè)備；電感濾波、LC型濾波流經(jīng)整流器件的電流平穩(wěn)連續(xù)，無沖擊現(xiàn)象，外特性較好，適用于大功率而且負(fù)載變化較大的設(shè)備；電子濾波只能在小電流情況中應(yīng)用。歸納上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

晶閘管又稱可控硅，從外形上區(qū)別有螺栓式和平板式等。晶閘管的外形及符號如圖1-4-1所示。晶閘管有三個電極：陽極A、陰極K、門極G。在圖1-4-1（a）中帶有螺栓的一端是陽極A，利用它和散熱器固定，另一端是陰極K，細(xì)引線為門極G。在圖1-4-1（b）中所示出大功率的平板式晶閘管，其中間金屬環(huán)連接出來的引線為門極，離門極較遠(yuǎn)的端面是陽極A，較近的端面是陰極K，安裝時用兩個散熱器把平板式晶閘管夾在中間，以保證它具有較好的散熱效果。塑封普通晶閘管的中間引腳為陽極，且多與自帶散熱片相連，如圖1-4-1（c）所示。晶閘管的電路圖形符號如圖1-4-1（d）所示，文字符號為VT。一、普通晶閘管及其應(yīng)用1．晶閘管的外形與符號上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

圖1-4-1晶閘管的外形與電路圖形符號上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

不論哪種結(jié)構(gòu)形式的晶閘管，管芯都是由四層三端器件（P1N1P2N2）和三端（A、G、K）引線構(gòu)成。因此它有三個PN結(jié)J1，J2，J3，由最外層的P層和N層分別引出陽極和陰極，中間的P層引出門極，如圖1-4-2所示。普通晶閘管不僅具有與硅整流二極管正向?qū)?、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向?qū)ㄊ强梢钥刂频?，起這種控制作用的就是門極的輸入信號。2．晶閘管的結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電特性(1）結(jié)構(gòu)圖1-4-2晶閘管的結(jié)構(gòu)

示意圖上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

單向晶閘管可以理解為一個受控制的二極管，由其符號可見，它也具有單向?qū)щ娦?，不同之處是除了?yīng)具有陽極與陰極之間的正向偏置電壓外，還必須給控制極加一個足夠大的控制電壓，在這個控制電壓作用下，晶閘管就會像二極管一樣導(dǎo)通了，一旦晶閘管導(dǎo)通，控制電壓即使取消，也不會影響其正向?qū)ǖ墓ぷ鳡顟B(tài)。(2）導(dǎo)電特性上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

按圖1-4-3連接電路，當(dāng)兩個開關(guān)分別處于何種狀態(tài)時指示燈亮；當(dāng)兩個開關(guān)分別處于何種狀態(tài)時指示燈不亮。（建議采用仿真演示）圖1-4-3晶閘管導(dǎo)電性實驗圖看一看上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

（1）開關(guān)S1閉合、S2斷開時，VCC1正接、反接，指示燈均不亮；（2）開關(guān)S1、S2閉合，VCC1、VCC2正接，指示燈亮；VCC1、VCC2有一個反接，指示燈不亮；（3）指示燈亮后，斷開S2，指示燈仍亮。實驗說明無控制信號時，指示燈均不亮，即晶閘管不導(dǎo)通（阻斷）；當(dāng)陽極、控制極均正偏時，指示燈亮，即晶閘管導(dǎo)通；若二者有一個反偏時指示燈不亮，即晶閘管不導(dǎo)通；指示燈亮后，如果撤掉控制電壓，指示燈仍亮，即晶閘管仍然導(dǎo)通。實驗現(xiàn)象上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

①晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管的正向?qū)ū仨氂幸欢ǖ臈l件——陽極加正向電壓，同時門極還必須加正向觸發(fā)電壓。②晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，這就是晶閘管的半控特性。要使晶閘管關(guān)斷，必須做到兩點：一是將陽極電流減小到小于其維持電流IH，二是將陽極電壓減小到零或使之反向。綜上所述，可以得到如下結(jié)論：上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

可控整流電路的作用就是把交流電能變換成電壓大小可調(diào)的直流電能，而且其輸出電壓可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。可控整流有多種電路形式，如單相半波、單相全波和單相橋式可控整流電路等。當(dāng)功率比較大時，常常采用三相交流電源組成三相半波或三相橋式可控整流電路。本節(jié)主要以單相電路為例來討論其工作原理。3．晶閘管的應(yīng)用上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

單向半波可控整流電路如圖1-4-4所示。其中u2為交流電源變壓器的次級電壓，變壓器TR起變換電壓和電氣隔離作用；Rd為電阻負(fù)載，其特點是：電壓與電流成正比，兩者波形相同。圖1-4-4單相半波可控整流4．單相半波可控整流電路(1）電路結(jié)構(gòu)上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

(2）工作原理1）兩個重要概念①觸發(fā)延遲角：在晶閘管開始承受正向陽極電壓的半周內(nèi)，加上觸發(fā)脈沖電壓，使晶閘管開始導(dǎo)通的電角度，用

表示，稱為觸發(fā)角或控制角。②導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期內(nèi)處于通態(tài)的電角度，用

表示。上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

晶閘管VT視為理想元件，當(dāng)控制極未加控制電壓時，晶閘管VT沒有整流輸出；當(dāng)交流電壓輸入為正半周時，晶閘管VT承受正向電壓，如果此時給控制極加上一個足夠大的觸發(fā)信號時，晶閘管VT就會導(dǎo)通，在負(fù)載上獲得單向脈動整流輸出電壓；當(dāng)交流電壓經(jīng)過零值時，流過晶閘管VT的電流小于維持電流，晶閘管VT便自行關(guān)斷；當(dāng)交流電壓輸入為負(fù)半周時，晶閘管VT因承受反向電壓而保持關(guān)斷狀態(tài)，其工作波形如圖1-4-5所示。具體情況如下：

0≤

t≤

VT加正向陽極電壓，但無觸發(fā)脈沖，所以VT斷開，回路無電流，負(fù)載兩端電壓ud=0，VT兩端電壓uT

=

u2?！?/p>

t＜

門極加觸發(fā)脈沖，VT導(dǎo)通，ud

=

u2，uT=0?！?/p>

t＜

2

VT加反向陽極電壓，因此，VT斷開，ud=0，uT1=u2。對單相半波電路而言，+

=移相范圍：。2）工作原理分析上一頁下一頁返回課題4晶閘管及應(yīng)用電路

圖1-4-5單相半波可控