电工培训电子与电力拖动基础知识

电工培训电子与电力拖动基础知识课题一电子基础知识2．本征半导体：不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。根据掺杂的物质不同，可分两种：3．杂质半导体：为了提高半导体的导电性能，在本征半导体（4价）中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。

（1）P型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素（3价）所形成的半导体，如P型硅。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。一、PN结1．半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质。如硅（Si）或锗（Ge）半导体。自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）

（2）N型半导体：在本征硅(或锗)中掺入少量磷元素（5价）所形成的半导体，如N型硅。其中，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）图1ＰＮ结4．PN结：N型和P型半导体之间的特殊薄层叫做PN结。PN结是各种半导体器件的核心。如图1所示。P区接电源正极，N区接电源负极，PN结导通；反之，PN结截止。PN结具有单向导电特性。即：将P型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起，形成PN结。①外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于导通状态。②外加反向电压（也叫反向偏置）外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于截止状态。二晶体二极管一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。1外形：由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。如图2（a）所示；图2晶体二极管的外形和符号

2符号：如图。其中：三角形——正极，竖杠——负极，V——二极管的文字符号。3．晶体二极管的单向导电性：（1）正极电位＞负极电位，二极管导通；（2）正极电位＜负极电位，二极管截止。即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。晶体二极管的单向导电性[例1]图3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2两个指示灯，哪一个可能发光？图3[例1]电路图解由电路图可知，开关S闭合后，只有二极管V1正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。4二极管的伏安特性1．定义：二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性。二极管的伏安特性5．特点：结论：正偏时电阻小，具有非线性。导通后V两端电压基本恒定：②VF＞VT时，V导通，IF急剧增大。①正向电压VF小于门坎电压VT时，二极管V截止，正向电流IF=0；其中，门槛电压（1）正向特性（2）反向特性结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。VR＞VRM时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压VRM称为反向击穿电压。反向电压VR＜VRM（反向击穿电压）时，反向电流IR很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。（1）最大整流电流IFM：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压URM：二极管运行时允许承受的最大反向电压。（3）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。（4）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。6、二极管的主要参数7、二极管的型号与规格如：2AP3A8二极管的简单测试图4万用表检测二极管将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。（1）.判别正负极性用万用表检测二极管如图4所示。万用表测试条件：R×100Ω或R×1kΩ；图5万用表检测二极管万用表测试条件：R×1kΩ。（2）.判别好坏(3)若正向电阻约几千欧姆，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。(1)若正反向电阻均为零，二极管短路；9二极管的分类（3）按用途：如图6所示。

（2）按PN结面积：点接触型（电流小，高频应用）、面接触型（电流大，用于整流）（1）按材料分：硅管、锗管图6二极管图形符号三、晶体三极管晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。特点：管内有两种载流子参与导电。特点：有三个电极，故称三极管。

图7三极管外形1三极管的结构

（1）.

三极管的外形（2）.三极管的结构图8三极管的结构图工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。特点：有三个区——发射区、基区、集电区；两个PN结——发射结（BE结）、集电结（BC结）；三个电极——发射极e(E)、基极b(B)和集电极c©；两种类型——PNP型管和NPN型管。箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：V图9三极管符号2、晶体三极管的符号三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。3三极管的放大作用（1）、晶体三极管的工作电压三极管的基本作用是放大电信号。电流放大作用：电流分配关系：IE=IC+IB

电流放大系数：β=IC/IB4、晶体三极管的输出特性曲线基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线。三极管的输出特性在放大状态，当IB一定时，IC不随VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。

输出特性曲线可分为三个工作区:（1）截止区条件：发射结、集电结反偏或两端电压为零。（2）饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。（3）放大区条件：发射结正偏，集电结反偏特点：

IC受IB控制5、三极管的主要参数（1）电流放大系数β：IC=βIB（2）集、基极反向饱和电流ICBO穿透电流ICEO（3）极限参数

（1）集电极最大允许电流ICM：下降到额定值的2/3时所允许的最大集电极电流。（2）集、射极反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。（3）集电极最大允许功耗PCM。

6、型号如：3AX52B

判别硅管和锗管的测试电路

7三极管的简单测试（1）、硅管或锗管的判别当V=0.1~0.3V时为锗管。当V=0.6~0.7V时，为硅管将万用表设置在或挡，用黑表笔和任一管脚相接（假设它是基极b），红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。如图11（a）所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是PNP管的基极。如图11（b）所示。（2）、NPN管型和PNP管型的判断图11基极b的判断首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测β值的方法判断c、e极。方法是先假定一个待定电极为集电极（另一个假定为发射极）接入电路，记下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下欧姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极e，如图12所示。测PNP管时，只要把图12电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。（3）、e、b、c三个管脚的判断图12估测β的电路四、单管基本放大电路由三极管组成的放大电路。其功能是利用三极管的电流控制作用，把微弱的电信号（简称信号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。1、放大电路的组成及作用共发射极基本放大电路（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。共发射极基本放大电路（2）直流电源UCC放大电路的能源；

使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，提供电流IB和IC，UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）基极偏置电阻RB。为基极提供一个合适的偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集电极电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）耦合电容或隔直电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。(1)ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化。(2)通过V的电流放大作用，V的集电极电流iC也将变(3)iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化。(4)uCE中的交流分量uce经过C2畅通地传送给负载RL，成为输出交流电压uo,，实现了电压放大作用。

2.工作原理静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。3、静态工作情况直流通路：耦合电容可视为开路。ICQ=βIBQ共发射极基本放大电路动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量（直流分量和交流分量）。3、动态工作情况交流通路：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（放大器具有倒相作用）（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL'也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q"进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。整流：把交流电变成直流电的过程。五晶体二极管整流电路整流原理：二极管的单向导电特性二极管单相整流电路：把单相交流电变成直流电的电路。V：整流二极管，把交流电变成脉动直流电；T：电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压值v2。1单相半波整流电路（1）．电路如图（a）单相半波整流电路

缺点：整流效率低，脉动较大（2）．负载和整流二极管上的电压和电流（4）二极管反向峰值电压VRM

（1）负载电压VL

（2）二极管正向电流IV和负载电流IOUTIV=IOUT=UOUT/RLUDRM=U2UOUT=0.45

U2V1、V2为性能相同的整流二极管；T为电源变压器，作用是产生大小相等而相位相反的v2a和v2b。

2单相全波整流电路变压器中心抽头式单相全波整流电路（1）.电路如图：图变压器中心抽头式全波整流电路（2）.工作原理：（A）v1正半周时，T次级A点电位高于B点电位，在v2a作用下，V1导通（V2截止），iV1自上而下流过RL；（B）v1负半周时，T次级A点电位低于B点电位，在v2b的作用下，V2导通（V1截止），iV2自上而下流过RL；可见，在v1一周期内，流过二极管的电流iV1、iV2叠加形成全波脉动直流电流iL，于是RL两端产生全波脉动直流电压vL。故电路称为全波整流电路。缺点：单管承受的反峰压比半波整流高一倍，变压器T需中心抽头。（3）．负载和整流二极管上的电压和电流（1）负载电压UOUT（2）负载电流IL（3）二极管的平均电流IV

（4）二极管承受反向峰值电压

UOUT=0.9

U2IOUT=UOUT/RL=0.9U2/RLIV=1/2IOUTUDRM=U23单相桥式全波整流电路（1）．电路如图V1～V4为整流二极管，电路为桥式结构。桥式全波整流电路（B）v2负半周时，如图1.2.4（b）所示，A点电位低于B点电位，则V2、V4导通（V1、V3截止），i2自上而下流过负载RL；图1.2.4桥式整流电路工作过程（2）.工作原理（A）v2正半周时，如图1.2.4（a）所示，A点电位高于B点电位，则V1、V3导通（V2、V4截止），i1自上而下流过负载RL；由波形图1.2.5可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i2叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。优点：输出电压高，纹波小，较低。应用广泛。（3）．负载和整流二极管上的电压和电流（1）负载电压UOUT

（2）负载电流IOUT（3）二极管的平均电流IV（4）二极管承受反向峰值电压

UOUT=0.9

U2IOUT=UOUT/RL=0.9U2/RLIV=1/2IOUTUDRM=U2五、滤波器特点：电容器与负载并联。作用：滤除脉动直流电中脉动成分。种类：电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器（1）．电路1、电容滤波器电容滤波电路（2）．工作原理：在t2～t3期间，因vC>v2，V正偏导通，电容再次充电，波形如图(b)中BC。在t1～t2期间，因v2<vC，V反偏截止，电容C通过负载放电，波形如图(b)中AB所示；在0～t1期间，因v2的作用，V正偏导通，电容C充电，波形如图(b)中OA所示；利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压。重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。应用：小功率电源。工作原理与半波整流电路相同，不同点是：v2正、负半周内，V1、V2轮流导通，对电容C充电两次，缩短了电容C向负载的放电时间，从而使输出电压更加平滑。全波整流电容滤波输出波形如图所示。输出电压估算公式为缺点：体积大、重量大。图带电感滤波器2、电感滤波器（1）.电路特点：电感与负载串联（2）.工作原理：利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流。当电路电流增加时，电感存储能量；当电流减小时，电感释放能量。使负载电流比较平滑，从而得到比较平滑的直流电压。应用：较大功率电源。（C）应用：较大功率电源中。3、复式滤波器结构特点：电容与负载并联，电感与负载串联。性能特点：滤波效果好。（1）.L型滤波器（A）电路：

（B）原理：整流输出的脉动直流经过电感L，交流成分被削弱，再经过电容C滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。图L型滤波器桥式整流电路（2）.Π型滤波器图Π型滤波器桥式整流电路（C）应用：小功率电源中。

（B）原理：整流输出的脉动直流经过电容C1滤波后，再经电感L和电容C2滤波，使脉动成分大大降低，在负载上可获得平滑的直流电压。（A）电路：(B)当工作电流满足条件时，稳压管两端电压几乎不变。六、硅稳压二极管稳压电路稳压电路：抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，将平滑的直流电变成稳定的直流电。（1）.硅稳压二极管的特性(A)稳压管工作在反向击穿状态。图硅稳压管的伏安特性及符号（2）．稳压管稳压电路的工作原理（C）应用：小功率场合。（B）电路的稳压过程：

UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑（A）电路：V为稳压管，起电流调整作用；R为限流电阻，起电压调整作用。图

硅稳压管整流稳压电路（3）、典型应用电路1、基本电路。2、外形和管脚排列第九节：晶闸管及其整流电路晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件。有普通型、双向型、可关断型和快速型等。其具有体积小、质量轻、效率高、动作迅速等优点。但其过载能力和抗干扰能力差，控制电路也比较复杂。一、晶闸管的结构与符号

图10.1晶闸管结构、外型及符号它有四层半导体（PNPN）和三个电极（阳极A、阴极K和门极G）二、晶闸管的工作原理(1)晶闸管加阳极负电压-UA时，晶闸管处于反向阻断状态。(2)晶闸管加阳极正电压UA，控制极不加电压时，晶闸管处于正向阻断状态。(3)晶闸管加阳极正电压+UA，同时也加控制极正电压+UG，晶闸管导通。(4)要使导通的晶闸管截止，必须将阳极电压降至零或为负，使晶闸管阳极电流降至维持电流IH以下。

1、晶闸管的导通条件：

晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压。

2、晶闸管的关断条件：

晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或使之反向。三、晶闸管的主要参数

1、电压参数(1)正向重复峰值电压UDRM正向阻断峰值电压UDRM，指控制极断开时，允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，(2)反向重复峰值电压URRM反向阻断峰值电压URRM，指允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。(3)额定电压UD通常把UDRM和URRM中较小的一个值称作晶闸管的额定电压。

(4)通态平均电压UT习惯上称为导通时的管压降。这个电压当然越小越好，一般为0.4V~1.2V。

2.电流参数(1)通态平均电流IT通态平均电流IT简称正向电流，指在标准散热条件和规定环境温度下(不超过40oC)，允许通过工频(50Hz)正弦半波电流在一个周期内的最大平均值。(2)维持电流IH维持电流IH，指在规定的环境温度和控制极断路的情况下，维持晶闸管继续导通时需要的最小阳极电流。四、晶闸管的型号与规格如：KP5—7五、晶闸管的应用1、晶闸管交流开关图10.5(a)所示是用两只普通晶闸管V1和V2反向并联而组成的交流调压电路，其调压原理如下。

(a)电路图(b)波形图图1晶闸管交流调压

(1)电源电压u的正半周，在t1时刻(ωt1=α，α又称控制角)将触发脉冲加到V2管的控制极，V2管被触发导通，此时V1管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V2管自然关断。(2)电源电压u的负半周，在t2时刻(ωt2=180o+α)将触发脉冲加到V1管的控制极，V1管被触发导通，此时V2管承受反向电压而截止。当电源电压u过零时，V1管自然关断，负载上获得的电压波形如图1（b）所示，调节控制角α便可实现交流调压。当控制角α=0o时，即为交流开关。分析：六、晶闸管整流电路七、单结晶体管

1.

单结管结构与特性单结管结构示意图如图2（a）所示。图2单结管结构、符号和等效电路E为发射极、B1为第一基极、B2为第二基极。

在基极电源电压UBB一定时，单结管的电压电流特性可用发射极电流IE和发射极与第一基极B1之间的电压UBE1的关系曲线来表示，该曲线又称单结管伏安特性，如图3所示。

图3单结管的电压电流特性单结管具有以下特点：①当发射极电压等于峰点电压UP时，单结管导通。导通之后，当发射电压减小到uE<UV时，管子由导通变为截止。一般单结管的谷点电压在2~5V。②单结管的发射极与第一基极之间的RB1是一个阻值随发射极电流增大而变小的电阻，RB2则是一个与发射极电流无关的电阻。③不同的单结管有不同的UP和UV。同一个单结管，若电源电压UBB不同，它的UP和UV也有所不同。在触发电路中常选用UV低一些或IV大一些的单结管。2.单结管振荡电路单结管振荡电路如图3（a）所示，它能产生一系列脉冲，用来触发晶闸管。

（a）电路图(b)波形图

图3单结管振荡电路及波形

当合上开关S后，电源通过R1、R2加到单结管的两个基极上，同时又通过R、RP向电容器C充电，uC按指数规律上升。在uC（uC=uE）<UP时，单结管截止，R1两端输出电压近似为0。当uC达到峰点电压UP时，单结管的E、B1极之间突然导通，电阻RB1急剧减小，电容上的电压通过RB1、R1放电，由于RB1、R1都很小，放电很快，放电电流在R1上形成一个脉冲电压uo。当uC下降到谷点电压UV时，E、B1极之间恢复阻断状态，单结管从导通跳变到截止，输出电压uo下降到零，完成一次振荡。

当E、B1极之间截止后，电源又对C充电，并重复上述过程，结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电压，如图3(b)所示。上述电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和RC充放电特性，如果改变RP，便可改变电容充放电的快慢，使输出的脉冲前移或后移，从而改变控制角α，控制了晶闸管触发导通的时刻。显然，充放电时间常数τ=RC大时，触发脉冲后移，α大，晶闸管推迟导通；τ小时，触发脉冲前移，α小，晶闸管提前导通。

需要特别说明的是：实用中必须解决触发电路与主电路同步的问题，否则会产生失控现象。用单结管振荡电路提供触发电压时，解决同步问题的具体办法可用稳压管对全波整流输出限幅后作为基极电源，如图10.10所示。图中TS称同步变压器，初级接主电源。

图4单结管触发电路。课题二电力拖动基础知识低压电器配电电器控制电器开关熔断器……接触器继电器起动器……时间继电器热继电器……低压电器简介第一节：常用低压电器一、刀开关考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：（3~5)*异步电机额定电流控