模块教学二二极管课件

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1、晶体二极管和二极管整流电路晶体二极管和二极管整流电路本章学习目标本章学习目标1.1晶体二极管晶体二极管1.2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路1.3滤波器和硅稳压管稳压电路滤波器和硅稳压管稳压电路本章小结本章小结模块教学二二极管课件本章学习目标本章学习目标1.理解半导体的基本常识，掌握理解半导体的基本常识，掌握 PN 结的单向导电性。结的单向导电性。2.熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。3.掌掌握握晶晶体体二二极极管管的的伏伏安安特特性性和和参参数数，会会用用万万用用表表检检测测二极管。二极管。模块教学二二极管课件4. 理理解解整整流流的的含

2、含义义，清清楚楚典典型型的的整整流流电电路路类类型型，能能分分析析其其工作原理，能进行相应的计算。工作原理，能进行相应的计算。5.理理解解滤滤波波的的概概念念，能能清清楚楚整整流流滤滤波波器器件件和和常常用用的的滤滤波波方方式式，掌掌握握滤滤波波的的电电路路形形式式，理理解解电电容容滤滤波波及及电电感感滤滤波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。6.熟熟悉悉稳稳压压二二极极管管的的工工作作特特性性和和参参数数，理理解解硅硅稳稳压压二二极极管稳压电路的工作原理。管稳压电路的工作原理。 模块教学二二极管课件晶体二极管晶体二极管1晶体二极管的单向导电特性晶

3、体二极管的单向导电特性2PN 结结3二极管的伏安特性二极管的伏安特性4二极管的简单测试二极管的简单测试5二极管的分类、型号和参数二极管的分类、型号和参数工程应用工程应用模块教学二二极管课件1晶体二极管的单向导电特性晶体二极管的单向导电特性( (1) )外外形形：由由密密封封的的管管体体和和两两条条正正、负负电电极极引引线线所所组组成成。管管体体外外壳壳的的标标记记通通常常表表示正极。如图所示；示正极。如图所示；( (2) )符号：符号：三角形三角形正极，正极，竖杠竖杠负极，负极， V二极管的二极管的文字符号。文字符号。1晶体二极管晶体二极管模块教学二二极管课件2晶体二极管的单向导电性：晶体二极

4、管的单向导电性：动画动画PN 结结的单向导电性的单向导电性( (1) )正极电位正极电位 负极电位，二极管导通；负极电位，二极管导通；( (2) )正极电位正极电位 负极电位，二极管截止。负极电位，二极管截止。 即即二二极极管管正正偏偏导导通通，反反偏偏截截止止。这这一一导导电电特特性性称称为为二二极管的单向导电性。极管的单向导电性。模块教学二二极管课件 例例 1 如如图图所所示示电电路路中中，当当开开关关 S 闭闭合合后后，H1、H2 两两个指示灯，哪一个可能发光？个指示灯，哪一个可能发光？解解由由电电路路图图可可知知，开开关关 S 闭闭合合后后，只只有有二二极极管管 V1正正极极电电位位高

5、高于于负负极极电电位位，即即处处于于正正向向导导通通状状态态，所所以以 H1 指指示示灯灯发发光。光。 模块教学二二极管课件2PN 结结PN 结的形成结的形成二极管由半导体材料制成。二极管由半导体材料制成。1半导体半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。 如硅如硅( (Si) )或锗或锗( (Ge) )半导体。半导体。半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种：半导体中，能够运载电荷的的粒子有两种： 自由电子：带负电自由电子：带负电空穴：带与自由电子等量的正电空穴：带与自由电子等量的正电均可运载电荷均可运载电荷载流子载流子模块教学二二极管课件载载流流子

6、子：在在电电场场的的作作用用下下定定向向移移动动的的自自由由电电子子和和空空穴穴，统称载流子，如图统称载流子，如图 所示。所示。半导体的两种载流子半导体的两种载流子动画两种载流子动画两种载流子模块教学二二极管课件2本本征征半半导导体体：不不加加杂杂质质的的纯纯净净半半导导体体晶晶体体。如如本本征征硅硅或或本征锗。本征锗。本本征征半半导导体体电电导导率率低低，为为提提高高导导电电性性能能，需需掺掺杂杂，形形成成杂杂质半导体。质半导体。3杂杂质质半半导导体体：为为了了提提高高半半导导体体的的导导电电性性能能，在在本本征征半半导导体体( (4 价价) )中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。中掺入硼或磷

7、等杂质所形成的半导体。根据掺杂的物质不同，可分根据掺杂的物质不同，可分两两种：种：( (1) )P 型型半半导导体体：本本征征硅硅( (或或锗锗) )中中掺掺入入少少量量硼硼元元素素( (3 价价) )所所形形成成的的半半导导体体，如如P型型硅硅。多多数数载载流流子子为为空空穴穴，少少数数载载流流子子为为电电子。子。( (2) )N 型型半半导导体体：在在本本征征硅硅( (或或锗锗) )中中掺掺入入少少量量磷磷元元素素( (5 价价) )所所形形成成的的半半导导体体，如如 N 型型硅硅。其其中中，多多数数载载流流子子为为电电子子，少少数数载流子为空穴。载流子为空穴。模块教学二二极管课件将将 P

8、 型型半半导导体体和和 N 型型半半导导体体使使用用特特殊殊工工艺艺连连在在一一起起，形形成成PN 结。结。4PN 结结：N 型型和和 P 型型半半导导体体之之间间的的特特殊殊薄薄层层称称为为 PN 结结。PN 结是各种半导体器件的核心。结是各种半导体器件的核心。如图所示。如图所示。PN 结结晶晶体体二二极极管管之之所所以以具具有有单单向向导导电电性性，其其原原因因是是内内部部具具有有一一个个PN 结结。其其正正、负负极极对对应应于于 PN 结结的的 P 型型和和 N 型型半导体。半导体。P 区区接接电电源源正正极极，N 区区接接电电源源负负极极，PN 结导通；反之，结导通；反之，PN 结截止

9、。结截止。 PN 结具有单向导电特性。即：结具有单向导电特性。即：动画动画PN 结的形成结的形成模块教学二二极管课件3二极管的伏安特性二极管的伏安特性测试二极管伏安特性电路测试二极管伏安特性电路 1定定义义：二二极极管管两两端端的的电电压压和和流流过过的的电电流流之之间间的的关关系系曲曲线线叫叫作作二二极极管管的的伏伏安安特特性性。2测试电路：测试电路：如图所示。如图所示。模块教学二二极管课件伏安特性曲线：伏安特性曲线：如图所示。如图所示。模块教学二二极管课件特点：特点：结论：正偏时电阻小，具有非线性。结论：正偏时电阻小，具有非线性。导通后导通后 V 两端电压基本恒定：两端电压基本恒定： VF

10、VT时，时，V 导通，导通，IF 急剧增大。急剧增大。 正正向向电电压压 VF 小小于于门门坎坎电电压压 VT 时时，二二极极管管 V 截截止，正向电流止，正向电流 IF = 0；其中，门坎电压其中，门坎电压( (1) )正向特性正向特性模块教学二二极管课件( (2) )反向特性反向特性VR VRM 时时，IR 剧剧增增，此此现现象象称称为为反反向向电电击击穿穿。对对应应的电压的电压 VRM 称为反向击穿电压。称为反向击穿电压。 反反向向电电压压 VR VRM( (反反向向击击穿穿电电压压) )时时，反反向向电电流流 IR很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。很小，且近似为常数，称为反向饱和电

11、流。结论：结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。反偏电阻大，存在电击穿现象。模块教学二二极管课件4二极管的简单测试二极管的简单测试万用表检测二极管万用表检测二极管将将红红、黑黑表表笔笔分分别别接接二二极极管管两两端端。所所测测电电阻阻小小时时，黑黑表表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。1判别正负极性判别正负极性用万用表检测二极管如图所示。用万用表检测二极管如图所示。万用表测试条件：万用表测试条件：R 100 或或 R1 k 挡；挡；模块教学二二极管课件2判别好坏判别好坏万用表检测二极管万用表检测二极管万用表测试条件：万用表测试条件：R 1k1k。( (3) )

12、若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。( (2) )若正反向电阻非常大，二极管开路。若正反向电阻非常大，二极管开路。( (1) )若正反向电阻均为零，二极管短路；若正反向电阻均为零，二极管短路；模块教学二二极管课件5二极管的分类、型号和参数二极管的分类、型号和参数1分类分类( (1) )按材料分：按材料分：硅管、锗硅管、锗管管( (2) )按按 PN 结结面面积积：点点接接触触型型( (电电流流小小，高高频频应应用用) )、面面接接触型触型( (电流大，用于整流电流大，用于整流) )( (3) )按用途：按用途：如图所示。如图所示。二极

13、管图形符号二极管图形符号模块教学二二极管课件 整整流流二二极极管管：利利用用单单向向导导电电性性把把交交流流电电变变成成直直流流电电的的二二极管。极管。 稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。 发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。 光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。 变容二极管：利用反向偏压变容二极管：利用反向偏压改变改变 PN 结结电容量的二极管电容量的二极管2型号举例如下：型号举例如下：整流二极管整流二极管2CZ82B稳压二极管

14、稳压二极管2CW50变容二极管变容二极管2AC1 等等。等等。模块教学二二极管课件3主要参数主要参数主主要要参参数数：稳稳定定电电压压 VZ、稳稳定定电电流流 IZ、最最大大工工作作电电流流 IZM、最大耗散功率、最大耗散功率 PZM、动态电阻、动态电阻 rZ Z 等。等。( (2) )稳压二极管稳压二极管 反反向向漏漏电电流流 IR ：规规定定的的反反向向电电压压和和环环境境温温度度下下，二二极极管反向电流值。管反向电流值。 最最高高反反向向工工作作电电压压 VRM ：二二极极管管允允许许承承受受的的反反向向工工作作电电压峰值。压峰值。 最最大大整整流流电电流流 IFM ：二二极极管管允允许

15、许通通过过的的最最大大正正向向工工作作电电流平均值。流平均值。( (1) )普通整流二极管普通整流二极管模块教学二二极管课件工程应用工程应用发光二极管和光电二极管的检测发光二极管和光电二极管的检测1.发发光光二二极极管管的的检检测测与与普普通通二二极极管管的的检检测测方方法法基基本本相相似似，但但由由于于发发光光二二极极管管的的正正向向导导通通电电压压一一般般在在 1.5 V 以以上上，故故检检测测时时必必须须用用万万用用表表的的 R 10k 挡挡，正正向向电电阻阻小小于于 50 k ，反反相相电电阻大于阻大于 200 k 时发光二极管为正常。时发光二极管为正常。2.由由于于光光电电二二极极管

16、管工工作作时时应应加加反反向向电电压压，故故检检测测时时着着重重观观察察反反向向电电阻阻在在有有无无光光照照时时的的变变化化，用用万万用用表表的的 R 1k 挡挡，当当有有光光照照时时，反反向向电电阻阻小小，无无光光照照时时，反反向向电电阻阻大大为为正正常常，当当无无光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。 模块教学二二极管课件 晶闸管及其应用 晶闸管晶闸管 可控整流电路可控整流电路 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 晶闸管的保护晶闸管的保护 模块教学二二极管课件 晶晶 闸闸 管管 晶闸管的结构晶闸管的结构 晶闸管又称为可控硅（SCR）, 普

17、通型晶闸管的外壳结构主要有两种形式，一种是螺栓式，另一种是平板式，它们的外形如图7.1所示。 模块教学二二极管课件晶闸管的外形 (a) 螺栓式； (b) 平板式 模块教学二二极管课件晶闸管有3个电极：阳极A、阴极K和门极(控制极)G。在图（a）中， 下端的螺栓是阳极A，使用时把螺栓固定在散热器上，上端有两根引出线，粗的一根是阴极K，细的一根是控制极G。在图（b）平板式晶闸管中，与晶闸管中间金属环连接的引线是控制极；离控制极较近的端面是阴极，较远的端面是阳极。晶闸管的内部有一个由硅半导体材料做成的管心。管心是一个圆形薄片，它是四层（P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G）器件。它有三个PN结

18、，可以把中间的N1和P2分为两部分，可看成是一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管，如图所示。 模块教学二二极管课件 晶闸管的结构示意图和图形符号 模块教学二二极管课件 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理1 1 反向阻断实验反向阻断实验如图（a）所示，晶闸管有两个回路： EA(-)RLVT（A极-K极）EA(+) EG(+)RG开关SVT（G极-K极）EG(-) 模块教学二二极管课件前一回路称为晶闸管的主电路，后一回路称为晶闸管的控制电路。由主电路可知，此时晶闸管的阳极电位低于阴极， 加在晶闸管上的电压为反向电压。在此状态下，不论控制电路是否接通，电灯HL均不亮，晶闸管不导通。此时称晶闸

19、管处于反向阻断状态。从晶闸管的结构图可见，当晶闸管承受反向电压时，对J2结来说虽为正向偏置，但对J1和J3结则为反向偏置，它们的电阻很大，晶闸管只有极小的反向漏电流通过，所以晶闸管处于阻断状态。 模块教学二二极管课件2. 2. 正向阻断实验正向阻断实验如图 (b)所示，此时晶闸管虽承受正向偏压，但控制极未接通，电灯也不亮， 说明晶闸管未导通，晶闸管处于正向阻断状态。在正向电压作用下，虽然J1和J3结为正向偏置， 但J2结为反向偏置， 故晶闸管仍不能导通。 模块教学二二极管课件3 触发导通实验触发导通实验如图（c）所示，把开关S合上，在控制极与阴极之间加上适当大小的正向触发电压UG。此时，电灯亮

20、，晶闸管由阻断状态变为导通状态。 晶闸管导通后，即使断开控制极电路开关S，电灯仍保持原亮度，这说明晶闸管一经触发导通， 控制极便失去了控制作用。一旦触发导通以后，即使切除触发信号， 晶闸管仍然导通(见下图（d）)。 模块教学二二极管课件图 晶闸管的简单实验（a） 反向阻断； （b） 方向阻断； （c） 触发导通； （d） 切除触发信号仍导通 模块教学二二极管课件由以上实验可知， 要使晶闸管导通必须同时具备下列两个条件：(1) 阳极A和阴极K之间施加正向电压。(2) 控制极G与阴极K之间施加正向触发电压。 为了说明晶闸管的工作原理，我们把四层结构的晶闸管看成由PNP和NPN型两个晶体管连接而成，

21、每一个晶体管的基极与另一个晶体管的集电极相连，如上图所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极， 阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。 模块教学二二极管课件图 把晶闸管看成由PNP和NPN型两个晶体管的组合 模块教学二二极管课件图 晶闸管的工作原理 模块教学二二极管课件如果晶闸管阳极加正向电压EA，控制极加正向电压EG(见图)，那么晶体管V2处于正向偏置，电压EG产生的控制极电流就是V2的基极电流，由于V2的放大作用，iC2=2iB2。而iC2又是晶体管V1的基极电流，V1的集电极电流iC1=1iC2=12iB2。 此电流又流入V2基极， 再一次放大。 这样循环下去，形成了强烈的正反馈，

22、使两个晶体管很快达到饱和导通。这就是晶闸管的导通过程，导通后的管压降很小，即UAK1 V, 电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中就流过负载电流, 即IAEA/RL。 模块教学二二极管课件在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子自身的反馈作用来维持，即使控制极电流iG消失，晶闸管仍然处于导通状态。所以，控制极的作用仅仅是触发一下晶闸管使其导通，导通之后控制极就失去控制作用了。 所以触发电压常常是一个具有一定幅度而存在时间很短的脉冲电压。要想关断晶闸管， 必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈过程，当然也可以将阳极电源切断或者在晶闸管的阳极和阴极加上一个反向电压。 模块教学二二极管课件晶闸管的主

23、要参数和型号晶闸管的主要参数和型号1） 正向阻断峰值电压UFRM在控制极断开和晶闸管正向阻断的情况下，允许重复加到晶闸管阳极与阴极之间的正向峰值电压。 模块教学二二极管课件2） 反向阻断峰值电压URRM在控制极断开的情况下，允许重复加到晶闸管阳极与阴极之间的反向峰值电压。如果晶闸管的UFRM和URRM不相等，则取较小的那个电压值， 作为该元件的额定电压。在实际应用中，由于晶闸管的过载能力较差，所以在选择晶闸管的额定值时，需要留有一定的余量。 通常选额定电压和额定电流是实际工作电压和工作电流的2倍左右。例如工作在交流有效值为220 V（峰值为311 V）的电路中， 应选用额定电压为600 V的晶

24、闸管。 模块教学二二极管课件3） 额定正向平均电流IF在环境温度不超过40和规定的散热条件下，晶闸管的阳极与阴极之间允许连续通过的工频（50 Hz）正弦半波电流的平均值。需要指出，晶闸管的额定正向平均电流并不是一成不变的， 它与环境温度、散热条件、元件的导通角等因素有关。例如100 A的元件，如不加风冷，则只能用到其容量的30左右。 此外，若晶闸管中流过的平均电流相同，则导通角越小， 电流的波形越尖，峰值越大，元件发热越重。这时晶闸管所允许通过的电流平均值必须适当降低。 模块教学二二极管课件4） 维持电流IH在规定的环境温度和控制极断开的情况下，维持晶闸管继续导通所需要的最小阳极电流，称为维持

25、电流IH。当晶闸管的阳极电流小于此值时，晶闸管将自行关断。IH一般为几十至二三百毫安。 目前我国生产的普通型晶闸管的型号组成如下： 模块教学二二极管课件导通时正向平均电压的组别，（小于100A不标），共分九级，用AI表示，A级为0.4V,I级为1.2V模块教学二二极管课件晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路1单相半波整流电路单相半波整流电路2单相桥式整流电路单相桥式整流电路模块教学二二极管课件2晶体二极管整流电路晶体二极管整流电路整流：整流：把交流电变成直流电的过程。把交流电变成直流电的过程。整流原理：整流原理：二极管的单向导电特性二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：二极管单相整流电路：把

26、单相交流电变成直流电的电路。把单相交流电变成直流电的电路。半波整流半波整流桥式整流桥式整流倍压整流倍压整流单相整流电路种类单相整流电路种类模块教学二二极管课件单相半波整流电路单相半波整流电路1电路电路 如图如图( (a) )所示所示V：整整流流二二极极管管，把把交交流流电电变变成脉动直流电；成脉动直流电；T：电电源源变变压压器器，把把 v1 变变成成整整流电路所需的电压值流电路所需的电压值 v2。 模块教学二二极管课件2.工作原理工作原理设设 v2 为正弦波，波形如前页图为正弦波，波形如前页图 ( (b) ) 所示。所示。( (1) )v2 正正半半周周时时，A 点点电电位位高高于于 B 点点

27、电电位位，二二极极管管 V 正正偏偏导通，则导通，则 vL v2；( (2) )v2 负负半半周周时时，A 点点电电位位低低于于 B 点点电电位位，二二极极管管 V 反反偏偏截止，则截止，则 vL 0。由由波波形形可可见见，v2 一一周周期期内内，负负载载只只用用单单方方向向的的半半个个波波形形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上上述述过过程程说说明明，利利用用二二极极管管单单向向导导电电性性可可把把交交流流电电 v2 变变成成脉脉动动直直流流电电 vL。由由于于电电路路仅仅利利用用 v2 的的半半个个波波形形，故故称称为为半

28、半波整流电路。波整流电路。模块教学二二极管课件3负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流( (1) )负载电压负载电压 VL VL = 0.45 V2 ( (1) )( (2) )负载电流负载电流 IL ( (2) )( (3) )二极管正向电流二极管正向电流 IV 和负载电流和负载电流 IZ ( (3) )( (4) )二极管反向峰值电压二极管反向峰值电压 VRM ( (4) )模块教学二二极管课件选管条件选管条件( (1) )二二极极管管允允许许的的最最大大反反向向电电压压应应大大于于承承受受的的反反向向峰峰值值电电压；压；( (2) )二二极极管管允允许许的的最最大大

29、整整流流电电流流应应大大于于流流过过二二极极管管的的实实际际工作电流。工作电流。电路缺点：电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。电源利用率低，纹波成分大。解决办法：解决办法：全波整流。全波整流。模块教学二二极管课件单相桥式整流电路单相桥式整流电路1电路如图电路如图V1 V4 为整流二极管，为整流二极管，电路为桥式结构电路为桥式结构模块教学二二极管课件( (2) )v2 负负半半周周时时，如如图图( (b) )所所示示，A 点点电电位位低低于于 B 点点电电位位，则则 V2、V4 导通导通( (V1、V3 截止截止) )，i2 自上而下流过负载自上而下流过负载 RL。桥式整流电路工作过程桥式整流电

30、路工作过程2工作原理工作原理( (1) )v2 正正半半周周时时，如如图图( (a) )所所示示，A 点点电电位位高高于于 B 点点电电位位，则则 V1、V3导通导通( (V2、V4截止截止) )，i1 自上而下流过负载自上而下流过负载 RL；模块教学二二极管课件由由波波形形图图可可见见，v2 一一周周期期内内，两两组组整整流流二二极极管管轮轮流流导导通通产产生生的的单单方方向向电电流流 i1 和和 i2 叠叠加加形形成成了了 iL。于于是是负负载载得得到到全全波波脉脉动动直直流电压流电压 vL。桥式整流电路工作波形图桥式整流电路工作波形图模块教学二二极管课件3负载和整流二极管上的电压和电流负

31、载和整流二极管上的电压和电流( (1) )负载电压负载电压 VL ( (2) )负载电流负载电流 IL ( (3) )二极管的平均电流二极管的平均电流 IV ( (4) )二极管承受反向峰值电压二极管承受反向峰值电压 VRM 优点：优点：输出电压高，纹波小，输出电压高，纹波小，VRM 较低，应用广泛。较低，应用广泛。模块教学二二极管课件4桥式稳流电路的简化画法桥式稳流电路的简化画法模块教学二二极管课件 例例 有有一一直直流流负负载载，需需要要直直流流电电压压 VL= 60 V ，直直流流电电流流 IL= 4 A。若若采采用用桥桥式式整整流流电电路路，求求电电源源变变压压器器二二次次电电压压 V

32、2 选选择择整流二极管。整流二极管。 解解 因为因为VL = 0.9V2 所以所以流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流二极管承受的反向峰值电压二极管承受的反向峰值电压查查晶晶体体管管手手册册，可可选选用用整整流流电电流流为为 3 安安培培，额额定定反反向向工工作作电电压为压为 100 V 的整流二极管的整流二极管 2CZ12A( (3 A/100 V) )4 只。只。 模块教学二二极管课件半桥和全桥整流堆半桥和全桥整流堆 整流元件组合件称为整流元件组合件称为整流堆整流堆，常见的有：，常见的有：( (1) )半桥：半桥：2CQ 型，如图型，如图( (a) )所示；所示；( (2) )全桥：全

33、桥：QL 型，如图型，如图( (b) )所示。所示。优点：优点：电路组成简单、可靠。电路组成简单、可靠。模块教学二二极管课件 可控整流电路可控整流电路 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1. 电阻性负载单相半波可控整流电路电阻性负载单相半波可控整流电路1） 工作原理(1) u2为正半波时，uaub，晶闸管承受正向阳极电压。 此时若在门极加上正向触发电压，则晶闸管导通，电流io流向： aVTRLb。忽略管压降uT，则uo=u2，io= u2/RL。当u2的正半波电压逐渐减少时，io也逐渐减少，当u2 0时，io0，晶闸管关断。 模块教学二二极管课件(2）u2为负半波时，uaub, 晶闸管承

34、受反向电压，处于反向阻断状况，uo0，u2的下一个周期情况与前述相同，重复出现。 电路中各电压、 电流波形图如下图 (b)所示。 模块教学二二极管课件图 电阻性负载单相半波可控整流电路图及波形图(a) 电路图； (b) 波形图 模块教学二二极管课件2） 控制角与导通角从晶闸管承受正向电压起到晶闸管触发导通时的空间电角度称为控制角，一个周期内导通的范围称为导通角， 显然，-。改变晶闸管的触发时刻就可以改变控制角，亦即可以改变晶闸管的导通范围，从而改变uo。的变化范围称为移相范围，值的改变称为移相。 模块教学二二极管课件3）负载直流平均电压Uo与平均电流Io设 则负载上的直流平均电压Uo为 式中，

35、Uo为uo波形的平均值；U2为电源有效电压；为控制角。 Uo和及u2有关，若电源电压给定后，Uo只与有关。当0时，Uo=0.45U2,为最大输出直流平均电压；当=时，Uo0。 所以的移相范围为0，而Uo在00.45U2范围连续可调。 模块教学二二极管课件负载电流的平均值为 式中，Io为负载电流的平均值；U2为电源电压有效值；RL为负载电阻。 模块教学二二极管课件4） 晶闸管的电压和电流(1） 晶闸管所承受的最大正反向电压URM。 (2） 流过晶闸管的电流平均值IT。 模块教学二二极管课件 2. 2. 电感性负载单相半波可控整流电路电感性负载单相半波可控整流电路实际电路中有许多负载是电感性负载，

36、它们既含有电阻又含有电感。 电感性负载单相半波可控整流电路如下图所示。 模块教学二二极管课件图 电感性负载单相半波可控整流电路图及波形图（a） 电路图; (b) 波形图 模块教学二二极管课件1） 工作原理当u2为正半波时，晶闸管VT承受正向电压u2，控制极未加触发脉冲时，晶闸管不导通，uo0。在t1时刻，晶闸管被触发导通，u2加在负载上，uou2 。io只能逐渐增加， 因为电感L的自感电动势阻碍io增加。当uo达到最大值后又开始减少时，io增大速度变慢，直至最大，再开始减少。当io减少时，电感L的自感电动势阻碍io减少。自感电动势的方向对晶闸管来说是正方向，所以，在t2t3期间，虽然u2已变为

37、负， 但只要自感电动势大于u2，晶闸管就承受正向电压而继续导通，io继续减少，但只要io不小于IH, 晶闸管就不关断，uou2。直至ioIH, 晶闸管才关断，开始承受反向电压， uo0。波形图如上图 (b)所示。 模块教学二二极管课件2） 续流二极管的作用由于电感L的存在，使负载电压出现负值，平均电压Uo减少。所以必须采取一定措施，避免uo出现负值。为解决此问题， 可以在负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，其电路图及波形图如下图所示。 模块教学二二极管课件图 续流二极管的感性负载电路图及波形图（a） 电路图; (b) 波形图 模块教学二二极管课件 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路1

38、. 1. 单相半控桥式整流电路的组成单相半控桥式整流电路的组成单相半波可控整流电路虽然有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出电流小的缺点。 所以，经常用的是单相桥式可控整流电路。单相桥式可控整流电路分为半控桥式整流电路和全控桥式整流电路。如图下图所示为两种常用的单相半控桥式整流电路。在下图（a）中， 采用两个晶闸管和两个二极管组成桥式电路；在下图（b）中，采用四个二极管和一个晶闸管组成开关管式电路。如果在下图（a）中的四个晶体管都采用晶闸管，则称为单相全控桥式整流电路。但由于这种电路晶闸管较多，触发电路较复杂， 成本较高， 故不常采用。 模块教学二二极管课件图 单相

39、半控桥式整流电路（a） 半控式； (b) 开关管式 模块教学二二极管课件在上图（a）中，变压器副边电压u2在正半周时，VT1和VD2承受正向电压。当t时，如对晶闸管VT1引入触发信号， 则VT1和VD2导通，电流的通路为 aVT1RLVD2b 这时，VT2和VD1承受反向电压而截止。同样在电压u2的负半周时， VT2和VD1承受正向电压。这时，如对晶闸管VT2引入触发信号， 则VT2和VD1导通，电流的通路为 bVT2RLVD1a 这时，VT1和VD2处于截止状态。 模块教学二二极管课件当整流电路为电阻性负载时，单相半控桥式整流电压uo的波形如下图所示。显然，与单相半波可控整流相比，其输出电压

40、的平均值应增大一倍，即 输出电流的平均值 模块教学二二极管课件图 单相桥式可控整流的电压波形图 模块教学二二极管课件由上述可知，当0，即180时，负载上的电压最大，即Uo=0.9U2。改变触发脉冲uG的加入时刻，即改变控制角大小，使晶闸管在不同的时刻导通， 便可调节负载电压的平均值Uo， 从而实现可控整流。 模块教学二二极管课件滤波器和稳压器滤波器和稳压器1 滤波器滤波器2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路模块教学二二极管课件 滤波器滤波器特点：特点：电容器与负载并联。电容器与负载并联。 作作用用：滤滤除除脉脉动动直直流流电电中中脉动成分。脉动成分。 种种类类：电电容容滤滤波波器器、电

41、电感感滤波器、复式滤波器滤波器、复式滤波器1电路电路一、电容滤波器一、电容滤波器模块教学二二极管课件2工作原理：工作原理： 利利用用电电容容器器两两端端电电压压不不能能突突变变原理平滑输出电压。原理平滑输出电压。 在在 0 t1 期期间间，因因 v2 的的作作用用，V 正正偏偏导导通通，电电容容 C 充充电电，波波形形如图如图( (b) )中中 OA 所示；所示； 在在 t1 t2 期期间间，因因 v2 v2，V 正正偏偏导导通通，电电容容再再次次充充电电，波波形形如图如图( (b) )中中 BC。具有电容滤波器的具有电容滤波器的半波整流电路半波整流电路模块教学二二极管课件重重复复上上述述过过

42、程程，可可得得近近于于平平滑滑波波形形。这这说说明明，通通过过电电容容的的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。全波整流电容滤波输出波形如图所示。全波整流电容滤波输出波形如图所示。 工工作作原原理理与与半半波波整整流流电电路路相相同同，不不同同点点是是：v2 正正、负负半半周周内内，V1、V2 轮轮流流导导通通，对对电电容容 C 充充电电两两次次，缩缩短短了了电电容容 C 向向负负载载的的放电时间，从而使输出电压更加平滑。放电时间，从而使输出电压更加平滑。输出电压估算公式为输出电压估算公式为VL 1.2V2应用：应用：小功率电源。小功率电源。全波整

43、流电路电容滤全波整流电路电容滤波输出波形波输出波形模块教学二二极管课件工程应用工程应用一、电容滤波的直流电压输出及整流管与滤波电容的选择一、电容滤波的直流电压输出及整流管与滤波电容的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择 IL1.2V2V2桥式整流桥式整流电路电路ILV2V2半波整流半波整流电路电路通过的通过的电流电流最大反最大反向电压向电压带负载时带负载时的电压的电压( (估算值估算值) )负载开路负载开路时的电压时的电压二极管的电压与电流二极管的电压与电流整流电路的输出电压整流电路的输出电压输入交流输入交流电压电压( (有效值有效值) )整流电

44、路整流电路的类型的类型1电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择模块教学二二极管课件2. 滤波电容的选择滤波电容的选择电容的选择从电容耐压和容量两个方面考虑：电容的选择从电容耐压和容量两个方面考虑：( (1) )耐耐压压：在在电电路路中中电电容容耐耐压压值值要要大大于于负负载载开开路路时时整整流流电路的输出电压。电路的输出电压。( (2) )电电容容容容量量：滤滤波波电电容容器器 C 的的容容量量选选择择与与电电路路中中的的负负载载电电流流 IL 有有关关，当当负负载载电电流流加加大大后后，要要相相应应的的增增加加电电容容量量。表表 列出的数据供选用时参

45、考列出的数据供选用时参考滤波电容容量表滤波电容容量表输出电流输出电流IL/ A210.5 10.1 0.50.05 0.140.05 以以下下电容器容量电容器容量 C/ F400020001000500200 500100注：此为全波整流电容滤波在注：此为全波整流电容滤波在 VL = 12 36 V 时的参考值。时的参考值。模块教学二二极管课件缺点：缺点：体积大、重量大。体积大、重量大。带电感滤波器带电感滤波器 二、电感滤波器二、电感滤波器1电路电路特点：特点：电感与负载串联电感与负载串联2工作原理工作原理 利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。

46、当当电电路路电电流流增增加加时时，电电感感存存储储能能量量；当当电电流流减减小小时时，电电感感释释放放能能量量。使使负负载载电电流流比比较较平平滑滑，从从而而得得到到比比较较平平滑滑的的直直流流电电压。压。应用：应用：较大功率电源。较大功率电源。模块教学二二极管课件三、复式滤波器三、复式滤波器( (3) )应用：应用：较大功率电源中。较大功率电源中。结构特点：结构特点：电容与负载并联，电感与负载串联。电容与负载并联，电感与负载串联。性能特点：性能特点：滤波效果好。滤波效果好。1L 型滤波器型滤波器( (1) )电路：电路：( (2) )原原理理：整整流流输输出出的的脉脉动动直直流流经经过过电电

47、感感 L，交交流流成成分分被被削削弱弱，再再经经过过电电容容 C 滤滤波波，就就可可在在负负载载上上获获得得更更加加平平滑滑的直流电压。的直流电压。L 型滤波器桥式整流电路型滤波器桥式整流电路模块教学二二极管课件2 型滤波器型滤波器 型滤波器桥式整流电路型滤波器桥式整流电路( (3) )应用：应用：小功率电源中。小功率电源中。( (2) )原原理理： 整整流流输输出出的的脉脉动动直直流流经经过过电电容容 C1 滤滤波波后后，再再经经电电感感 L 和和电电容容 C2 滤滤波波，使使脉脉动动成成分分大大大大降降低低，在在负负载载上上可可获得平滑的直流电压。获得平滑的直流电压。( (1) )电路：电

48、路：模块教学二二极管课件硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 滤波电路：滤波电路：将脉动的直流电变成平滑的直流电。将脉动的直流电变成平滑的直流电。 稳稳压压电电路路：抑抑制制电电网网电电压压和和整整流流电电路路负负载载的的变变化化引引起起的的输输出出电电压压变变化化，将将平平滑滑的的直直流流电变成稳定的直流电。电变成稳定的直流电。硅稳压管的伏安特性及符号硅稳压管的伏安特性及符号1硅稳压二极管的特性硅稳压二极管的特性( (1) )稳稳压压管管工工作作在在反反向向击击穿状态。穿状态。( (2) )当当工工作作电电流流 IZ 满满足足条条件件 IA IZ IB 时时，稳稳压压管管两两端电压端电压

49、 VZ 几乎不变。几乎不变。模块教学二二极管课件2稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数( (1) )稳定电压稳定电压 VZ 稳压管在规定电流下的反向击穿电压。稳压管在规定电流下的反向击穿电压。( (2) )稳定电流稳定电流 IZ - - 稳压管在稳定电压下的工作电流。稳压管在稳定电压下的工作电流。( (3) )最最大大稳稳定定电电流流 IZmax 稳稳压压管管允允许许长长期期通通过过的的最最大大反反向电流。向电流。( (4) )动动态态电电阻阻 rZ 稳稳压压管管两两端端电电压压变变化化量量与与电电流流变变化化量量的比值，即的比值，即 rZ = VZ / IZ 。此值越小，管子稳压性能越好。此值越小，管子稳压性能越好。模块教学二二极管课件3稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理硅稳压管整流稳压电路硅稳压管整流稳压电路( (1) )电电路路： V 为为稳稳压压管管，起起电电流流调调整整作作用用；R 为为限限流流电电阻阻，起电压调整作用。起电压调整作用。( (2) )电路的稳压过程：电路的稳压过程：VOIZIRVRVO( (3) )应用：应用：小功率场合。小功率场合。模块教学二二极管课件