《电工电子技术与应用》主题10课题 1 整流电路

电工电子技术与应用主题10课题 1 整流电路 主题10整流及滤波电路本课件的文字及图片版权均为南京凤凰康轩所有全国中等职业技术学校机电类通用教材课题1整流电路了解单相半波整流电路、桥式（全波）整流电路的工作原理，掌握它们的优缺点。 了解晶闸管的结构、符号和导通特性参数及晶闸管触发电路。 目标1单相半波整流电路如图10-1所示为单相半波整流电路，它由变压器T、整流二极管V及负载电阻R L组成。 当u2在正半周时，a点电位高于b点，二极管V加正向电压而导通，产生的电流由aVR Lb形成回路。 若忽略二极管的正向电压降，则有u L=u2。 当u2在负半周时，a点电位低于b点，二极管加反向电压而截止，则u L=0。 变压器的二次侧电压是正弦交流电压，由于二极管的单向导电性，在负载R L上只通过了交流电的正半周，因此称为半波整流电路。 如图10-2所示为变压器二次侧电压与负载电阻上的电流、电压波形图。 负载R L上得到的单向脉动直流电压一般用一个周期的平均值来表示其大小。 若变压器的二次侧压，那么电路输出电压的平均值为:通过负载和二极管上的电流平均值为:最大整流电流I FM和最高反向工作电压U RM是选择整流二极管的依据，具体要求如下目标2单相桥式整流电路如图10-3（a）所示为单相桥式整流电路，它是由四个二极管按桥式结构连接而成的。 其中，两个二极管（V 1、V2）接成共阴极，两个二极管（V 3、V4）接成共阳极。 单相桥式整流电路的简化画法如图10-3（b）所示。 当u2在正半周时，a点电位高于b点，二极管V 1、V3加正向电压导通，V 2、V4加反向电压截止，产生电流由aV1R LV3b形成回路。 在负载R L上得到上正下负的电压（大小与u2正半周相同）。 当u2在负半周时，a点电位低于b点，二极管V 2、V4加正向电压导通，V 1、V3加反向电压截止，产生电流由bV2R LV4a形成回路。 在负载R L上同样得到上正下负的电压（大小与u2负半周相同）。 如图10-4所示为变压器二次侧电压与负载电阻上的电流、电压波形图。 可见，单相桥式整流电路中，四个二极管两两轮流导通，在交流电的整个周期中负载电阻上都有同向电流流过，即为脉动直流电。 若变压器二次侧电压为?，则桥式整流电路输出电压的平均值为负载电流的平均值为在单相桥式整流电路中，每个二极管实际只导通半个周期，其正向电流应为负载电流的一半，即两个二极管截止时所承受的最高反向电压为u2的最大值，即单相桥式整流电路与单相半波整流电路相比，其主要优点是可得到高一倍的直流输出电压，且电压脉动程度减小，提高了变压器的利用率。 在相同电流输出的情况下，单相桥式整流电路降低了整流管的平均电流值，而每一个二极管承受的最高反向电压与单相半波整流电路相同。 目标33晶闸管晶闸管（又称可控硅）是在硅二极管基础上发展起来的大功率变流器件，它不仅具有硅二极管的特性，而且它的工作过程是可以控制的。 因此，以晶闸管为主体的交流技术得到了广泛应用。 晶闸管主要用于可控整流、交流调压、逆变与变频、直流斩波调压和无触点开关等方面。 一、普通晶闸管1.普通晶闸管的外形、结构及符号如图10-5所示为普通晶闸管的外形，其内部结构及图形符号如图10-6所示。 从图中可以看出，晶闸管具有四层半导体P 1、N 1、P 2、N2，三个PN结J 1、J 2、J3。 从P1层引出的电极为阳极（A），从N2层引出的电极为阴极（K），从P2层引出的电极为控制极（G）。 2.晶闸管的导通特性如图10-7所示，当晶闸管阳极接直流电源的正极，阴极接灯泡然后再接电源的负极，此时晶闸管承受正向电压，控制极电路中开关S断开，如图10-7（a）所示，此时灯不亮，说明晶闸管没有导通。 合上开关S，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，控制极相对于阴极也加正向电压，如图10-7（b）所示，此时灯亮，说明晶闸管导通。 晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图10-7（b）中的开关S断开，灯仍然亮，这表明晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。 在图10-7（b）中，如果控制极加反向电压，晶闸管阳极回路无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压，如图10-7（c）所示，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。 从上述实验可以看出，晶闸管具有以下特点 （1）晶闸管导通的条件是阳极电路和控制极电路均加正向电压； （2）晶闸管导通后控制极就失去了控制作用； （3）要关断导通的晶闸管，可以撤去阳极阴极间的正向电压，或者将阳极电流I A减小至维持电流I H以下。 3.晶闸管的主要参数 （1）断态重复峰值电压U DRM断态重复峰值电压U DRM是指当控制极电路断路，晶闸管的结温为额定值（100A以上为115，50A以下为100）时，允许重复加在晶闸管阳极和阴极间的正向峰值电压。 （2）反向重复峰值电压U RRM反向重复峰值电压URRM是指当控制极断路时，结温为额定值，允许重复加在晶闸管阳极和阴极间的反向峰值电压。 （3）额定电压U D通常把UDRM和URRM中较小的一个作为晶闸管的的额定电压。 由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到破坏，因而选用时，额定电压应为正常峰值电压的23倍。 （4）通态平均电压U F通态平均电压U F是指在规定条件下，通正弦半波的额定电流时，晶闸管的阳极和阴极间电压在一个周期内的平均值（0.61.2V），一般称为管压降。 （5）额定通态平均电流I F额定通态平均电流I F是指在环境温度为40，并在规定散热条件下，允许通过工频半波电流的平均值。 它受散热条件、环境温度、导通角等诸多因素的影响，因此不是一个定值。 由于晶闸管的过载能力小，在选用时，晶闸管的额定通态平均电流I F应为其正常工作平均电流的1.52倍，留有一定余量。 (6)维持电流I H维持电流I H是指在室温下，控制极电路断路，晶闸管被触发导通，维持导通状态所必须的最小电流。 它是由通态到断态的临界电流，一般为零点几到几毫安。 (7)控制极触发电压U G和控制极触发电流I G触发电压和触发电流是指在规定的环境温度和阳极、阴极间加正向电压的条件下，使晶闸管从阻断状态转变为导通状态所需的最小控制极直流电压、最小控制极直流电流。 一般U G为15V，I G为几十到几百毫安，为保证可靠触发，实际值应大于额定值。 4.晶闸管的型号和简易检测 (1)晶闸管的型号晶闸管的型号意义如下例如，KP200-10D表示额定正向平均电流为200A，额定电压为1000V，正向平均电压为0.7V的普通晶闸管。 (2)晶闸管的检测管脚的识别由于管脚间的静态电阻R AK、R KA、R GA、R AG、R KG均很大，只有R GK较小（为数十欧姆），因此用指针式万用表“R1”挡或“R10”挡（防止电压过高导致控制极反向击穿）测量，便可做出判断。 先假设晶闸管的某一端为控制极，将其与黑表笔相接，然后用红表笔分别接其他两脚。 当所测两管脚间电阻较小时，假设正确，即黑表笔所接的是控制极，红表笔所接的是阴极，剩下的一个是阳极。 质量的检测在正常情况下，晶闸管的G、K之间是一个PN结，具有PN结特性，而G、A和A、K之间存在反向串联PN结，故其间电阻均无穷大。 如果G、K之间的正反向电阻都很小，说明晶闸管内部击穿；如果G、K之间的正反向电阻均无穷大，说明控制极与阴极之间断路。 二、晶闸管触发电路单结晶体管又称双基极二极管，其结构如图10-8所示。 它有三个电极，即发射极E，第一基极B 1、第二基极B2，但只有一个PN结，它的等效电路（虚线框内）和符号如图10-9所示。 在单结晶体管两个基极B1和B2之间加一个固定的直流电压U BB，在发射极E和第一基极B1之间加电压U E，如图10-9（a）所示，调节R P会发现以下现象当电压U E较小时，单结晶体管的PN结处于反偏，E与B1之间不导通，呈现很大的电阻；当电压U E增大到一定值时（此值称为峰点电压U P，U P与U BB关），单结晶体管的PN结导通，发射极电流I E突然增大，E和B1间的电阻R B1迅速减小，U E也随之下降，当I E增大到某一值时，U E降到谷点电压U V，调节R P使U E小于谷点电压时，单结晶体管恢复截止。 由此可知，单结晶体管的导通和截止条件是当发射极电压U E等于峰点电压U P时，单结晶体管导通；导通后，当发射极电压U E低于谷点电压U V时，单结晶体管截止。 如图10-10所示为单结晶体管组成的多谐振荡电路，它是组成触发电路的最基本单元。 单结晶体管发射极电压u E（u E=u C）和输出电压u g的波形如图10-11所示。 多谐振荡电路的工作原理分析如下当电路接通电源后，电源电压U通过R E给电容器C充电，u E逐渐增大。 当u E低于峰点电压U P时，单结晶体管截止，