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1、模拟电子技术基础,图 2.2.1单管共射放大电路的原理电路,放大电路,二、 RC 串并联网络振荡电路,R1、C1 和 R2 、C2 及 RF 和 R 组成一四臂电桥, 因此电路又称为： 文氏电桥振荡电路。,下页,上页,1. 电路组成,首页,采样电阻,放大电路,基准电压,调整管,一、串联型直流稳压电路（开关管工作在放大状态）,下页,上页,1. 电路组成,首页,1. 三 端 集 成 稳 压 器 的 封装形式和引脚,三、三端集成稳压器的应用,下页,上页,首页,应至少比UO高2V,2. 三端集成稳压器应用电路,保护内部调整管,下页,上页,(1) 基本应用电路,首页,晶阐管 及单相相控整流电路,晶闸管,
2、晶闸管就是硅晶体闸流管，简称SCR。目前晶闸管的容量水平已达到8KV/6KA. 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管的外形与符号：,晶闸管的结构和等效电路： 晶闸管的管芯由四层半导体（P1N1P2N2）组成，形成三个PN结（J1J2J3）。 普通晶闸管边上P层引出极-阳极 普通晶闸管中间P层引出极-门极 特性：单向导电特性 正向阻断特性 可控特性 关断条件：IaIH,晶闸管的工作原理： 当管子阳极加上正向电压 后，要使管子正向导通的关键 是使J2结反向失去阻挡作用， 当Q打开时，V1管的集电极电 流Ic1即为V2管的基极电流Ib2； V2管集电极电流Ic2又是V1的基 极电流Ib1，当Q合上时有足够
3、 的门极电流IG流入，通过两管 的电流放大作用，立即形成强 烈的正反馈，瞬时使两管饱和 导通。也就是晶闸管导通。,（1）晶闸管导通需具备两个条件： 1.应在晶闸管的阳极与阴极 之间加上正向电压。 2.应在晶闸管的门极 与阴极之间也加上 正向电压和电流。 （2）晶闸管一旦导通， 门极即失去控制作用。 （3）为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值 以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。,单相相控整流电路,掌握整流电路的类型、性能指标 掌握常用的单相、三相相控整流电路的工作原理 不控整流是基础（使用二极管） 相控整流是主要内容（使用晶闸管） 单相桥式和三相桥式相控整流电路是重点
4、 三相半波整流电路是其他三相整流电路的基本单元 相控有源逆变是相控整流的自然延伸 了解相控整流及相控有源逆变的谐波问题 高频PWM整流能够改善整流电路技术性能(全控器件),重要概念 （1）整流：利用半导体电力开关器件的通、断控制，将交流电能变为直流电能称为整流。 （2）整流器（rectifier）：实现整流的电力半导体开关电路连同其辅助元器件和系统称为整流器。 （3）逆变（invert）是指把直流电能转换成交流电能的变换，它相对于整流是一种逆向过程，其平均功率（能量）是从直流侧 流向交流侧的。 （4）有源逆变与无源逆变,整流器的类型及性能指标,整流器的类型很多，可归纳分类如下： 1.按交流电源
5、电流的波形可分为： （1） 半波整流。（2）全波整流。 2.按交流电源的相数的不同可分为： （1） 单相整流。（2）三相整流。 3.按整流电路中所使用的开关器件及控制能力的不同可分为： (1） 不控整流。（2）半控整流。（3）全控整流。 4.按控制原理的不同可分为： （1） 相控整流。（2）高频PWM整流。,不控整流电路（缺点：输出电压平均值不能调节）,定义：在交流电源与直流负载间插入二极管电路，利用二极管的单向导电性实现交流-直流电能变换的电路。 分析法：二极管的单向导电性是分析二极管电路的基本原则。 内容安排： 单相半波不控整流 两相半波不控整流（或双半波不控整流） 单相桥式不控整流 三相
6、半波不控整流,单相半波不控整流,若为感性负载接续流二极管，a=90，则输出电压为0.225U2,整流电压直流平均值 VD只与VS有关，不能被调控； 仅正半周有输出：在一个电源周期中仅一个电压脉波（脉波数），称为“半波”；输出电压脉动大，脉动频率低，难于滤波。 电源电流中的直流分量很大。 故很少实用。,单相桥式不控整流电路,相控整流电路,单相桥式晶闸管相控整流电路 单相桥式半控整流电路 三相半波相控整流电路 三相桥式相控整流电路,单相桥式全控整流电路,T1、T4一组， T2、T3一组：两组间、上下桥臂间触发脉冲相差180电角度。,几个名词术语,（1）控制角: 从SCR承受正向电压时刻起到触发脉冲
7、 前沿时刻之间的时间所对应的电角度。 把不控器件（二极管）的导通时刻后移的电角度。 （2）元件导通角（导电角）： 元件在一周期内导通的时间所对应的电角度。本例=- （3）移相：改变触发脉冲出现时刻，即改变控制角大小。 改变角的大小就可以控制输出电压的大小实现“移相控制”，被简称“相控”。 （4）移相范围：控制角能够变化的范围，本例0180 （5）换相（换流）：电流从一个元件转移到另一个元件的过程。,基本量的计算,（2）输出直流电流平均值ID ：,（3）晶闸管电流的有效值IT :,负载电流iD脉动很小，近似平行于横标；大小： 晶闸管的电流iT为180单向矩形波 电源电流is为180正、负矩形波。
8、 基波电流有效值 电源基波功率因数角1 ； 越大，cos1越小。（结论适于所有相控整流电路）,电路,1.单相桥式整流电路电感性负载，当a=60时，续流二极管中的电流与晶闸管中电流相等。 2.晶闸管电路中串入快速熔断器实现过流保护。 3.晶闸管两端并联压敏电阻实现过压保护。 4。单相桥式整流电路电感性负载时，输出电压波形中可能会出现负压。,三相半波相控整流电路,三相半波相控整流的特点： （1）两种接法：共阴接法、共阳接法 （2）它是组成其他各种三相整流电路的基础，是分析理解后续各种三相整流电路的基础。 （3）交流侧电流中直流分量很大，因而应用不多,三相桥式相控整流电路,常用的三种三相桥式整流电路
9、： 不控整流（a） 全控整流（b）：不控整流电路中的二极管换成晶闸管 半控整流（c）：不控整流电路中共阴接法的二极管换成晶闸管,三相桥式全控整流电路,一、基本工作原理 1、全控桥中晶闸管的触发脉冲安排： （1）晶闸管触发次序: 按1234561的顺序循环，各脉冲依次互差60 （2）欲使电源接通到负载上，任何时刻都必须有两个晶闸管同时导通，因此每个触发脉冲的宽度要超过1/6Ts； 或是采用双脉冲触发方式:给一个晶闸管发一个窄触发脉冲后，间隔60再补发另一窄脉冲。 （3）T1T3T5 的触发脉冲间相位相差120 （T2T4T6亦如此） 所以晶闸管最大导电角为120,阻性负载时不控整流及0的全控整流
10、： 6个自然换相点把一个周期分成6个相等的时段：三相电压瞬时值最正的一相上管自然导通，换相点为1、3、5；瞬时值最负的一相下管自然导通，换相点为2、4、6。 任何时刻上下各有一个二极管导通，把线电压最大的瞬时值接至负载。图(c)粗线,三相半控桥式整流电路的特点,其性能比三相半波相控整流电路优越之处是： （1） 交流电源电流中无直流分量，交流电源或供电变压器不存在直流磁化问题。 （2）输出电压不可能为负值，且大小高1倍。 （3） 由于三个共阳极的二极管构成三相半波不控整流处于自然换相状态，电源基波电流与电源电压同相位，因此交流侧功率因数比三相半波相控整流要高些。,相控有源逆变电路工作原理,把直流
11、变换成交流的变换称之为逆变 实现逆変的电路及装置称逆変电路、逆変器 有源逆变是把直流电能所转换的交流电能输送给交流电网,逆变：对应于整流的逆过程，将直流电转变为交流电。 逆变电路：能够实现直流电逆变为交流电的电路。 变流电路（变流器）：整流和逆变两种工作状态可依照不同的工作条件相互转化的同一晶闸管电路。 逆变电路的分类 有源逆变：将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。 无源逆变：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到负载，即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载,以三相全控桥式电路为例，这时电流Id仍保持与整流运 行状态相同的流动方向，但Ud改
12、变了极性，功率由直流侧流 向可控整流电路的交流侧电网。三相可控整流电路的这种逆 变模式的工作状态，只有如图所示在直流侧存在一个稳定的 能源时才是有可能的。这个稳定的能源可以是一个光电或风 电发电系统所转换出来的电能，经过逆变电路变换成三相交 流电再连接到统一的电网中去。逆变可以节能、提高系统性 能的作用。如： 有轨电车的制动、 吊车的下放货物、 电气可逆调速系 统等。注意，两 个电源的不能形 成顺向串联,有源逆变的条件：,（1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于 。 （2）内部条件：变流电路必须工作在 区域，使直流端电压 的极性与整流状态
13、时相反，才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。 为了保证电流连续，逆变电路中一定要串接大电感。 变频器主电路的中间直流环节所使用的大电容或大电感也是滤波和保证电流连续,晶闸管相控有源逆变也有广泛的应用领域,1、直流电机四象限传动系统 直流电机的转矩 正比于电枢电流 ，转速N正比于电枢电压 ，改变 、 的大小和方向即可使电机四象限运行（分别对应正、反方向旋转时的电动机、发电机工作情况）。 控制一个三相全控桥型晶闸管相控整流电路，改变控制角可以输出单方向电流和可正、可负的直流电压。 再用另一个同样的三相全控桥型晶闸管相控整流电路，改变其控制角又可输出一个反方向的电流和输出电压为可正、可负的直流电压
14、。 将两个三相桥电路反并联对直流电机提供四象限电源，实现直流电机的四象限运行（或可逆传动）。 电压型逆变器采用电容滤波，电压稳定，输出电压为矩形波或阶梯波，适用于多电机传动及不可逆系统。,全控型电力电子器件,电力电子器件概述 （1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 （2）电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来控制。 （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。,电力电子器件的分类,（一）按器件的开关控制特性分 1.不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状
15、态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管（Power Diode）； 2.半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件； 3.全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、 功率场效应管（Power MOSFET） 绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。,（二）按控制信号的性质不同分, 电流控制型器件： 此类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。
16、 如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等；, 电压控制半导体器件： 这类器件采用电压（场控原理）控制它的通、断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。 如：代表性器件为 MOSFET和IGBT。,（三）根据内部载流子参与导电的种类分,1.单极型：器件内只有一种载流子参与导电。 如：功率MOSFET（功率场效应晶体管） SIT（静电感应晶体管） 2.双极型：器件内电子与空穴都参与导电。 如：GTR（电力晶体管） GTO（可关断晶闸管） SITH（静电感应晶闸管） 3.复合型：由双极型器件与单极型器件复合而成 如：IGBT（绝缘栅双极晶体管） MCT（MOS控制晶闸管）,附表: 主要电力半导体器件的特性及其应用领域,变频器的主要类别,风机、水泵用变频器,对于风机类的负载宜采用 半S型 的转速上升方式补偿方式。,高性能,具有电源再生功能的变频器,变频器的分类及其特点,变频器最基本的最常用的一些功能,一、实现软起动
