第四章二极管与晶闸管

第四章二极管与晶闸管第一页，共72页。§4-1二极管§4-2二极管整流电路§4-3晶闸管第二页，共72页。§4-1二极管1．了解半导体的导电特性，掌握二极管的单向导电性。2．理解普通二极管的伏安特性和主要参数。3．会用万用表大致判断二极管的极性和好坏。4．了解整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光敏二极管、开关二极管和变容二极管的特点及应用。学习目标第三页，共72页。一、半导体的导电特性半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质。常见的半导体材料有硅、锗和硒等，但用于制造半导体器件的一般只有单晶结构的硅（Si）和锗（Ge）两种材料，由于硅具有较稳定的特性更被广泛应用。

二极管的应用第四页，共72页。P型半导体和N型半导体类型掺杂方法特点P型半导体在纯净半导体中掺入3价元素（如硼）空穴是多数载流子自由电子是少数载流子空穴起主要导电作用N型半导体在纯净半导体中掺入5价元素（如磷）自由电子是多数载流子空穴是少数载流子电子起主要导电作用第五页，共72页。二、二极管的结构及符号由一个PN结加上相应的电极引线和管壳即可组成一个二极管。二极管的两个引出极，一个称正极，另一个称负极。二极管的文字符号为VD或V。二极管的结构图二极管的图形符号第六页，共72页。三、二极管的单向导电性当二极管外加正向电压（二极管正极电位高于负极电位）时二极管导通，反之则二极管截止，这一性质称为二极管的单向导电性。二极管单向导电性实验电路第七页，共72页。四、二极管的伏安特性曲线二极管伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线第八页，共72页。1．正向特性（1）OA段这一段曲线平坦，外加电压很小，正向电流几乎为零，故称“死区”。与A点对应的电压为二极管开始导通的临界电压，称开启电压（或称门限电压）。一般硅二极管的开启电压约为0.5V，锗二极管的开启电压约为0.1V。第九页，共72页。（2）AB段这一段随着外加正向电压增大，正向电流缓慢增大。（3）BC段这一段曲线陡直上升。正向电压增加不多，正向电流急剧增大，电压与电流的关系近似为线性，这一段称为“正向导通区”（也称线性区）。一般硅二极管的正向管压降约为0.7V，锗二极管的正向管压降约为0.3V。第十页，共72页。2．反向特性（1）OD段外加反向电压在较大范围内变化而反向电流很小且基本恒定，称二极管反向饱和电流（或称反向漏电流）。

（2）D点以后当反向电压增大到D点所对应数值时，反向电流突然猛增，这一现象称为反向击穿，所对应的电压称为反向击穿电压。第十一页，共72页。五、二极管的主要参数1．最大整流电流是指二极管允许通过的最大正向工作电流的平均值，用字符表示。2．最高反向工作电压是指二极管允许承受的反向工作电压峰值，用字符表示，它通常为其反向击穿电压的1/3～1/2。3．反向饱和电流是指二极管在规定的反向电压和环境温度下的反向电流值，用字符表示。第十二页，共72页。六、二极管的简易判别

第十三页，共72页。如果不能从二极管外观直接判别出正、负极，可利用二极管的单向导电性，即二极管正向电阻小、反向电阻大的特性，用万用表的电阻挡大致判断二极管的极性和好坏。将万用表置于R×100或R×1k电阻挡，这时指针式万用表表内电池为1.5V，红表笔连接表内电池负极，黑表笔连接表内电池正极。第十四页，共72页。万用表电阻档等效电路第十五页，共72页。红表笔黑表笔黑表笔接二极管的正极红表笔接二极管的负极万用表测得的实际阻值红表笔接二极管的正极黑表笔接二极管的负极红表笔万用表测得的实际阻值黑表笔a)测二极管正向电阻b)测二极管反向电阻用万用表检测二极管二极管的测量第十六页，共72页。七、常用二极管类型1．整流二极管

整流二极管实物图整流电路波形图第十七页，共72页。2．稳压二极管稳压二极管是利用二极管反向击穿特性工作的半导体器件。a）常见外形

b）电路图形符号稳压二极管第十八页，共72页。稳压二极管的正向特性与普通硅二极管相似，但它的反向击穿特性很陡。稳压二极管的伏安特性曲线最简单的串联稳压电路第十九页，共72页。3．发光二极管

a)内部结构图b)普通发光二极管c)贴片式发光二极管d)图形符号发光二极管第二十页，共72页。发光二极管常用作照明或显示器件，除单个使用外，也可制成七段式或点阵显示器，显示数字或图形文字，甚至用成千上万个发光二极管点阵制成超大面积的户外电视屏幕。a）汽车尾灯b）交通信号灯c）点阵显示屏LED灯应用示例第二十一页，共72页。4．光敏二极管

光敏二极管也称光电二极管，是一种将光信号变成电信号的半导体器件。a）外形b）内部结构c）图形符号光敏二极管第二十二页，共72页。远红外遥控电路a)发射电路b)接收电路第二十三页，共72页。光电二极管不仅能构成光电传感器件，如果制成受光面积大的光电二极管，则可化为一种能源，称为光电池。太阳能LED路灯第二十四页，共72页。5．开关二极管开关二极管一般用于接通或切断电路，它是利用PN结的正向偏置导电、反向偏置截止的特性完成工作的。开关二极管第二十五页，共72页。6．变容二极管变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管。a)外形b)图形符号c)C-u关系曲线变容二极管第二十六页，共72页。当调节电位器RP时，加在变容二极管上的电压发生变化，其电容量相应改变，从而使振荡回路的谐振频率也随之改变。变容二极管应用电路第二十七页，共72页。汽车光电式点火信号发生器汽车光电式点火信号发生器示意图第二十八页，共72页。§4-2二极管整流电路1．掌握单相半波整流电路和桥式整流电路的组成及工作原理。2．掌握三相整流电路的组成及工作原理。3．了解硅整流堆器件的应用。4．了解电容滤波和电感滤波的基本形式和工作原理。学习目标第二十九页，共72页。一、单相半波整流电路1．电路组成单相半波整流电路通常由一只降压变压器、一只整流二极管和一个负载等组成。a)实验电路b)半波整流波形单相半波整流电路单相半波整流电路第三十页，共72页。2．工作原理电路中，变压器T的作用是将电网电压变换为所需的交流电压。当为正半周时，设A端为正，B端为负，二极管VD正偏导通，电流由A端流出，经VD、回到B端。忽略二极管正向压降，负载两端电压uL≈u2。当为负半周时，B端为正，A端为负，二极管反偏截止，负载上无电流通过，uL=0。第三十一页，共72页。3．负载上的直流电压ULUL即负载上脉动电压在一周内的平均值。式中，U2为变压器二次侧电压有效值。UL=0.45U2第三十二页，共72页。4．整流二极管的选用（1）二极管最大正向电流的选择半波整流电路中流过二极管的平均电流就是流过负载的平均电流，因此整流二极管的最大正向电流应大于负载电流，即IF>IL。（2）二极管最大反向电压的选择当交流电压U2在1.5π、3.5π等时刻，二极管承受最大反向电压，因此第三十三页，共72页。二、单相桥式整流电路

1．电路组成单相桥式整流电路通常由降压变压器、四只整流二极管和一个负载等组成。a)实验电路b)整流波形单相桥式整流电路单相桥式整流电路第三十四页，共72页。桥式整流电路的三种常见画法第三十五页，共72页。2．工作原理

单相桥式整流电流通路第三十六页，共72页。3．负载上的直流电压UL即负载上脉动电压在一周内的平均值，相当于两个半波整流合成作用在负载上，故UL=0.45U2+0.45U2，即UL=0.9U2。第三十七页，共72页。4．整流二极管的选用（1）二极管最大正向电流桥式整流电路中流过二极管的平均电流是流过负载电流的一半，因此整流二极管的最大正向电流应大于负载电流的一半，即。（2）二极管最大反向电压第三十八页，共72页。三、三相桥式整流电路三相桥式整流电路第三十九页，共72页。三相桥式整流电路工作波形a)二次侧电压波形b)输出波形c)实测输出波形第四十页，共72页。四、硅整流堆

将硅整流器件按某种整流方式连接后封装成一体就制成硅整流堆，俗称硅堆。硅整流堆器件品种较多，在内部结构上，低压小电流硅堆的整流二极管按半桥或全桥方式组合，俗称桥堆。第四十一页，共72页。a）单相整流桥b）贴片式单相整流桥c）三相整流桥d）高压硅整流堆部分硅堆外形第四十二页，共72页。二极管在汽车电路中的应用1．汽车发电机专用整流二极管汽车上的发电机其实是一个三相交流发电机、整流二极管和调压器的总成。汽车发电机总成第四十三页，共72页。常见的几种汽车发电机专用整流二极管整流、调压器总成第四十四页，共72页。2．光电式曲轴位置传感器汽车上的曲轴位置传感器有一般有三种，霍尔式、电磁式和光电式。a）实物外形b）工作原理图光电式曲轴位置传感器第四十五页，共72页。3．汽车阳光传感器阳光传感器在汽车上的安装位置第四十六页，共72页。五、滤波电路1.电容滤波电路桥式整流电容滤波电路a)电路图b)波形图第四十七页，共72页。电容滤波的特点是：（1）RLC越大，电容放电越慢，输出直流电压平均值越大，滤波效果也越好；反之输出电压低且滤波效果差。（2）当滤波电容较大时，在接通电源的瞬间会有很大的充电电流，称之为浪涌电流。（3）电容滤波适用于负载电流较小且变化不大的场合。第四十八页，共72页。RLC变化对电容滤波的影响第四十九页，共72页。2.电感滤波电路桥式整流电感滤波电路a)原理图b)波形图电感滤波对整流二极管没有电流冲击。

第五十页，共72页。3．复式滤波电路（1）LC型滤波电路在电感滤波电路的基础上，再在上并联一个电容，便构成LC型滤波电路。

LC型滤波电路第五十一页，共72页。（2）LC-II型滤波电路在LC型滤波电路的输入端再并联一个电容，便构成LC-II型滤波电路。LC-II型滤波电路第五十二页，共72页。（3）RC-II型滤波电路当负载电流较小时，常选用电阻R代替LC-II滤波电路中的电感L，构成RC-型滤波电路。RC-II型滤波电路第五十三页，共72页。§4-3晶闸管1．了解普通晶闸管的结构和图形符号。2．掌握普通晶闸管的导电特性。3．理解晶闸管可控整流电路的组成和工作原理。4．了解双向晶闸管的导电特性及其在调光电路中的应用。学习目标第五十四页，共72页。晶闸管是硅晶体闸流管的简称，是一种可控制的硅整流器件，也称为可控硅（SCR）。一、普通晶闸管的外形、结构和电路符号晶闸管的外形有塑封式（小功率）、平板式（中功率）和（螺栓式（中、大功率）几种。平板式和螺栓式晶闸管使用时固定在散热器上。第五十五页，共72页。晶闸管外形晶闸管图形符号第五十六页，共72页。二、普通晶闸管的导电特性a）正向阻断b）触发导通c）反向阻断晶闸管特性实验第五十七页，共72页。1．正向阻断给晶闸管加正向电压，而控制极不加正向电压，灯不亮，这种状态为正向阻断。2．触发导通晶闸管加正向电压，再闭合开关S，使控制极和阴极之间也加上正向电压（触发电压）这时灯亮，说明晶闸管已导通。第五十八页，共72页。3．反向阻断晶闸管加反向电压，这时不论是否加控制电压，也不论控制极所加是正向电压还是反向电压，灯都不亮，晶闸管都不导通。这种状态为反向阻断。第五十九页，共72页。三、晶闸管的主要参数1．反向阻断电压（）反向阻断电压也称反向重复峰值电压，它是指在门极开路时，允许重复加在晶闸管阳极A与阴极K之间的最大反向峰值电压。2．正向阻断峰值电压（）正向阻断峰值电压也称正向重复峰值电压，它是指在门极开路时，允许重复加在晶闸管阳极A与阴极K之间的最大正向峰值电压。第六十页，共72页。3．正向平均电流（）正向平均电流是指在规定的环境温度和散热条件下，允许通过的工频半波电流在一个周期内的最大平均值。4．通态平均电压（）通态平均电压是指晶闸管导通时管压降的平均值，一般在0.4～1.2V。5．维持电流（）维持电流是指在规定的环境温度和散热条件下，维持晶闸管继续导通的最小