《传感器技术及应用》-学习情境3

信息单3.1声音传感器的类型声音传感器通常又叫传声器，有时也被称为“麦克风”“话筒”“微音器”“拾音器”等。它的功能是把声音信号转化成电信号，俗称为“拾音器”。声音传感器的种类很多，可根据换能原理、声场作用力、指向性和工作时能量的来源等来进行分类。1.按换能原理分类按换能原理可分为:电动式(动圈式、铝带式)声音传感器，电容式(直流极化式)声音传感器、压电式(晶体式、陶瓷式)声音传感器以及碳粒式声音传感器和半导体式声音传感器等。下一页返回信息单声音传感器本身就是一种换能器件，通常是将声能转换为电能。但是，这种换能器件内部结构不同，它们的换能方式也不同。大部分声音传感器是按电磁感应定律工作的，其输出电压正比于振膜的振动速度。而电容传声器和压电传声器是通过改变传声器内部电路的参数来进行工作的，输出电压正比于振膜的位移。碳粒传声器的工作原理是碳粒的接触电阻正比于振膜的位置。

2.按声场作用力分类按声场作用力分为:压强式声音传感器、压差式声音传感器、组合式声音传感器、线列式声音传感器等。声场作用力是指某点的声压和振膜面积的乘积。这里的声压是标量，无方向性，与频率没有关系。上一页下一页返回信息单根据这种分类方法进行分类的声音传感器主要有两种形式:压强式和压差式。压强式传声器是对空间声场某点的声压起响应;而压差式传声器是对空间两点或多点之间的声压差起响应。声压差是声压梯度的函数，声压梯度是有方向性的，是矢量且与频率有关，所以压差式传声器是具有方向性的。

3.按指向性分类指向性分类方法比较直观并且容易理解。当声波波长接近声音传感器的结构尺寸时，就会发生衍射，产生相位损失、障板效应等现象，因而不可避免地要在高频区产生方向性。具体方向性有单向、双向、全向、8字形、无指向和可变指向等6种。上一页下一页返回信息单

4.按能量的来源分类按能量的来源可分为:有源类传声器和无源类传声器两类。有源类传声器用外加直流电源作为其能量来源，传声器的振膜在声场作用下，其电学参量发生变化，从而将声能转化为电能，如碳粒式传声器、半导体式传声器及射频式传声器均属于有源类传声器;无源类传声器可直接把振膜的振动能量转变为电能，而不消耗其他能量，无须外加电源。目前常用的传声器有动圈式、电容式、压电式和驻极体式等。3.2压电传感器的基本知识压电传感器是基于某些电介质材料的压电效应而工作的。上一页下一页返回信息单压电效应就是当电介质材料在力的作用下或因振动而变形时，电介质表面会产生电荷，由此实现非电量到电量的转换。压电传感器体积小，重量轻，工作频带宽，属于力敏传感器件，它可以测量各种动态力，如压力，也可测量最终能变换为力的非电物理量，如加速度、机械冲击与振动等。近年来，随着电子技术的发展和应用，压电传感器在力学、生物医学、电声学、交通等多个领域得到了广泛的应用。图3-2所示是常见的一些压电传感器。一、压电效应压电效应有正压电效应和逆压电效应之分。1880年，法国人居里兄弟发现了这两种效应。上一页下一页返回信息单1.正压电效应正压电效应又称顺压电效应，某些电介质，当沿着一定方向对其施加力的作用而使它产生形变时，内部就产生极化现象，同时它的两个相对表面上出现正负相反的电荷;当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。2.逆压电效应当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械应力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。图3-3所示为压电效应的可逆性示意图。上一页下一页返回信息单压电传感器是利用压电材料的正压电效应而制作的。二、压电材料1.石英晶体石英晶体是最典型而常用的压电晶体。天然结构石英晶体的外形如图3-4所示，它是一个正六面体，在晶体学中它可用3根互相垂直的轴来表示，其中Z轴称为光轴;X轴称为电轴;与X轴和Z轴同时垂直的Y轴(垂直于正六面体的棱面)称为机械轴。从晶体上沿轴线方向切下的薄片称为晶体切片，简称晶片，如图3-5所示。当沿着电轴X方向对压电晶片施加力的作用时，将在垂直于X轴的表面上产生电荷，这种现象称为纵向压电效应。上一页下一页返回信息单沿着机械轴Y方向施加力的作用时，电荷仍出现在与X轴垂直的表面上，这种现象称为横向压电效应。当沿着光轴Z方向施加力的作用时不产生压电效应。那么晶片在机械力的作用下，为什么会在其表面产生电荷呢?这和其内部的分子结构有关，石英晶体的每一个晶体单元中，有3个硅离子和6个氧离子，图3-6(a)是一个晶体单元的硅离子和氧离子在垂直于Z轴的XY平面上的投影，等效为一个正六边形。当晶片未受外力作用时，正负离子刚好分布在正六边形的顶角上，形成3个大小相等、互成120°夹角的电偶极矩P1,P2和P3。上一页下一页返回信息单电偶极矩的方向为负电荷指向正电荷。此时，正、负电荷中心重合，电偶极矩的矢量和等于零，即:电偶极矩的方向为负电荷指向正电荷。此时，正、负电荷中心重合，电偶极矩的矢量和等于零，即:这时晶体表面不产生电荷，整体上呈电中性。当晶片受到沿X方向的压力FX作用时，晶片将沿X方向产生压缩变形，正、负离子的相对位置随之变动，正、负电荷中心不再重合，如图3-6(b)所示。上一页下一页返回信息单当晶片受到沿Y轴方向的压力FY作用时，晶体变形如图3-6(c)所示。如果沿着Z轴施加力的作用，无论是压力还是拉力，晶体在X轴方向和Y轴方向的变形相同，正、负电荷中心始终保持重合，电偶极矩在X,Y方向的分量等于零，石英晶体不会产生压电效应。需要指出的是，上述讨论均假设晶体沿X轴和Y轴方向受到了压力，当晶体沿X轴和Y轴方向受到拉力作用时，同样有压电效应，只是电荷的极性将随之改变，如图3-7所示。石英晶体的突出优点是性能非常稳定，机械强度高，绝缘性能也相当好。但石英材料价格昂贵，且压电系数比压电陶瓷低得多。因此一般仅用于标准仪器或要求较高的传感器中。上一页下一页返回信息单

2.压电陶瓷与石英晶体不同，压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，主要有钦酸钡压电陶瓷、错钦酸铅压电陶瓷、妮酸盐系压电陶瓷等。1942年，第一个压电陶瓷材料—钦酸钡先后在美国、苏联和日本制成。1947年，第一个压电陶瓷器件钦酸钡拾音器诞生了。压电陶瓷内部的晶粒有许多自发极化的电畴，有一定的极化方向，从而存在一定电场。在没有外电场时，电畴杂乱分布，它们各自的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质，如图3-8(a)所示。在陶瓷上施加外电场时，材料得到极化。上一页下一页返回信息单外电场越强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。当外电场去掉时，剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性，如图3-8(b)所示。极化处理后陶瓷材料内部存有很强的剩余极化，当陶瓷材料受到外力作用时，电畴的界限发生移动，电畴发生偏转，从而引起剩余极化强度的变化，因而在垂直于极化方向的平面上将出现极化电荷的变化，即极化面上将出现极化电荷的变化。这种因受力而产生的机械效应转变为电效应，将机械能转变为电能的现象，就是压电陶瓷的正压电效应。声控电路中的声音传感器就可以利用压电陶瓷片来实现。上一页下一页返回信息单压电陶瓷具有压电常数大、灵敏度高的优点;制造工艺成熟，可以通过合理配方和掺杂等人工控制方法来达到所要求的性能;成型工艺性好，成本低廉，得到了广泛的应用。图3-9所示是常见的压电陶瓷片。

3.新型压电材料1)压电半导体有些晶体材料既有半导体性质，又有压电效用，如硫化锌(ZnS),碲化镉(CdTe),氧化锌(ZnO)、硫化镉(add),碲化锌(ZnTe)和砷化镓(GaAs)等。因此既可用其压电性研制传感器，又可用其半导体特性制作电子器件;也可以两者结合，集元件与线路于一体，研制成新型集成压电传感器测试系统。上一页下一页返回信息单某些合成高分子聚合物经延展拉伸和电场极化后，形成具有一定压电性能的薄膜，我们称之为高分子压电薄膜。目前常见的压电薄膜有聚氟乙烯(PVF),聚偏氟乙烯(PVF2),聚氯乙烯(PVa)，与传统的压电材料相比，这些材料的优点是质轻柔软，抗拉强度较高、耐冲击，声阻抗近于水和生物体含水组织，热释电性和热稳定性好，易制成任意形状及面积不等的片或管等，且便于大批生产和大面积使用，可制成大面积阵列传感器乃至人工皮肤。3.3电容式传感器的基本知识声控电路中常用的驻极体电容传声器是基于电容式传感器的原理而工作的。上一页下一页返回信息单电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器，实际上，它的敏感部分就是一个可变电容器。它具有结构简单、灵敏度高、适应性强、抗过载能力强及价格低等特点，可以用来测量压力、位移及振动等参数。一、电容式传感器的工作原理用两块金属平行板作电极，就可以构成最简单的平板电容器，如图3-10所示。如图3-10所示，两极板相互覆盖的有效面积为S，两极板间的距离为d，两极板间的介质介电常数为ε，在忽略边缘效应的条件下，平板电容器的电容C为:上一页下一页返回信息单如果保持其中两个参数不变，而使另外一个参数改变，则电容就会发生变化。这实际上就是电容式传感器的基本原理。根据发生变化的参数不同，电容式传感器可以分为3种:改变极板面积的变面积型、改变极板距离的变间隙型和改变介电常数的变介电常数型。二、电容式传感器的类型及特性1.变面积型电容式传感器通常变面积型电容式传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板;另一个是可移动的，称为动极板。根据动极板相对于定极板的移动情况，变面积型电容式传感器又分为直线位移型和角位移型两种。上一页下一页返回信息单1)直线位移型电容式传感器图3-11所示是直线位移型电容式传感器的示意图。当动极板移动△x后，覆盖面积就发生了变化，电容也随之改变，其值为:电容因位移而产生的变化量为:其灵敏度为:上一页下一页返回信息单2)角位移型电容式传感器角位移型电容式传感器的工作原理如图3-12所示。当被测量的变化引起动极板有一角位移θ时，两极板间相互覆盖的面积发生变化，从而引起电容的变化。当θ=0时，初始电容为:当θ≠0时，电容就变为:上一页下一页返回信息单电容产生的变化量为:其灵敏度为:变面积型电容式传感器的电容变化是线性的，灵敏度是一个常数。变面积型电容式传感器还可以做成其他许多形式(如图3-13所示)，常用来检测位移、振动等参量。为了提高传感器灵敏度，减小非线性误差，实际应用中多采用差动式结构，图3-13(c)所示即圆筒变面积型差动电容式传感器，灵敏度可提高一倍。2.变间隙型电容式传感器变间隙型电容式传感器的原理如图3-14所示。上一页下一页返回信息单当只改变电容两极板间的距离时，电容量发生变化。如图3-14所示，电容器由于受到外力作用，两极板间距减小了△d，则电容大小变为：如果，则式(3一7)可简化为:于是:上一页下一页返回信息单电容值的相对变化量为:只有当才近似为线性关系，此时，传感器的灵敏度为:由式((3-9)可以得出，增大S和减小d0都可提高传感器的灵敏度，但要受到传感器体积和击穿电压的限制，并且也会引起较大的非线性误差，差动结构的变间隙型电容式传感器就可以解决这些问题，差动结构的变间隙型电容式传感器原理见图3-15。上一页下一页返回信息单3.变介电常数型电容式传感器变介电常数型电容式传感器的结构很多，有介质本身的介电常数并没有发生变化，但是极板之间的介质成分发生了变化，这类传感器就可以测量电介质的厚度变化(见图3-16(a))、测量位移变化(见图3-16(b)、测量液位(见图3-16(c))等。也有介质本身的介电常数由于受到环境影响而发生变化的，如图3-16(d)所示，这类传感器可以测量环境的温度、湿度等。三、电容式传感器测量电路电容式传感器的输出电容通常都很小(几皮法到几十皮法)，不便于直接显示和记录，因此，需要借助一些测量电路来检测出这一微小的电容变化量，并转换为与其相适应的电量(电压、电流和频率等)。上一页下一页返回信息单测量电路的种类很多，目前较常采用的有调频电路、运算放大器电路、差动脉宽调制电路、二极管双T形电桥电路等。1.调频电路图3-17所示是调频测量电路的原理框图。该电路的基本原理是将电容式传感器接入高频振荡器的LC谐振回路中，作为回路的一部分。当被测量使电容发生变化时，谐振回路的振荡频率也随之发生变化。因为振荡器的振荡频率受电容式传感器输出电容的调制，所以我们称之为调频电路。图3-18所示为调频电路原理图.其表达式为:上一页下一页返回信息单当被测信号不为0时，△C≠0，振荡器频率有相应变化，此时频率为:虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加人鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示器或记录仪记录下来。调频电容传感器测量电路具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，可以测量高至0.01μm级位移变化量。信号的输出频率易于用数字仪器测量，并与计算机通信，可以发送、接收，以达到遥测遥控的目的;其缺点是寄生电容对测量精度的影响较大。上一页下一页返回信息单2.运算放大器电路运算放大器的放大倍数很大，输入阻抗很高，输出电阻很小，所以运算放大器作为电容式传感器的测量电路是比较理想的。图3-19所示是运算放大器式测量电路的原理图，图中Cx为电容式传感器电容，C为固定电容，是交流电源电压，是输出信号电压，∑是虚地点。由运算放大器工作原理可得:所以:上一页下一页返回信息单如果传感器采用平板电容，则,代入上式，可得:式(3一12)说明运算放大器的输出电压与极板间距离d呈线性关系。运算放大器测量电路解决了单个变间隙型电容式传感器的非线性问题。但是实际的运算放大器当然不能完全满足理想运放的条件，仍具有一定的非线性误差，不过只要其输入阻抗及放大器增益足够大，这种误差也可以忽略。为了保证仪器精度，还要求电源电压的幅值和固定电容C的值必须稳定。3.差动脉宽调制电路上一页下一页返回信息单图3-20所示为差动脉宽调制电路的原理图，该测量电路通常用于测量差动结构的电容式传感器的电容变化，它利用传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容的电容量变化而变化，然后通过低通滤波就可以得到对应被测量变化的直流信号。电路各点波形如图3-21所示。差动脉宽调制电路适用于任何差动式电容式传感器，并具有理论上的线性特性。另外，差动脉冲调宽电路采用直流电源，其电压稳定性高，不需要稳频和波形纯度，也不需要相敏检波与解调，对元件无线性要求，经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出矩形波的纯度要求也不高。上一页下一页返回信息单

4.二极管双T形电桥电路图3-22(a)所示是二极管双T形交流电桥电路原理图。e是高频电源，它提供了幅值为U的对称方波，VD1,VD2为特性完全相同的两只二极管，假设固定电阻R1=R2=R,C1、C2为差动电容式传感器。当传感器没有输入时，C1=C2。其电路工作原理如下:当e为正半周时，二极管VD1导通、VD2截止，于是电容C1充电，其等效电路如图3-22(b)所示;在随后负半周出现时，电容C1上的电荷通过电阻R1和负载电阻RL放电，流过RL的电流为I1。当e为负半周时，VD2导通、VD1截止，则电容C2充电，其等效电路如图3-22(c)所示;在随后出现正半周时，C2通过电阻R2、负载电阻RL放电，流过RL的电流为I2。上一页下一页返回信息单根据上面所给的条件，则电流，且方向相反，在一个周期内流过RL的平均电流为零。若传感器输入不为0，则，此时在一个周期内通过R,上的平均电流不为零，因此产生输出电压。输出电压在一个周期内的平均值为:由式(3一17)可见，输出电压不仅与电源电压1l的幅值大小有关，而且还与电源频率有关。上一页下一页返回信息单因此，为保证输出电压正比于电容量的变化，除了要稳压外，还须稳频。这种电路的最大优点是线路简单，不需附加其他相敏整流电路，可直接得到直流输出电压。四、电容式传感器的特点1.结构简单，适应性强2.分辨率高3.动态响应好4.温度稳定性好5.可实现非接触测量、具有平均效应上一页下一页返回信息单3.4磁电式传感器的基本知识磁电式传感器是通过磁电效应将被测量(如振动、位移、转速等)转换为电信号的一种传感器。磁电感应式传感器和霍尔传感器都是磁电式传感器，它们的工作原理并不相同，各有各的特点和应用范围，传声器中比较常用的动圈式传声器就是应用磁电感应式传感器的原理来工作的，所以这里主要讨论磁电感应式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的原理而制作的，是一种机械能到电能的转换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率范围(一般为10~1000Hz)，适用于振动、转速、扭矩等的测量。上一页下一页返回信息单另外，它还可以针对使用对象做成不同的结构形式。这种传感器在工程中获得了较普遍的应用。但这种传感器的尺寸和重量都较大。一、磁电感应式传感器的工作原理根据电磁感应定律，线圈两端的感应电势e正比于线圈的磁通的变化率，即:若线圈在恒定磁场中做直线运动并切割磁力线，则线圈两端产生的感应电势。为:上一页下一页返回信息单当θ=90°(线圈垂直切割磁力线)时，式(3-19)可写成:若线圈相对磁场做旋转运动切割磁力线，则线圈的感应电势为:当θ=90°，式(3一21)可写成:由式(3-20)和式(3-22)可知，当传感器的结构确定后，B、S、W均为定值，因此，感应电势e与相对速度v(或ω)成正比。上一页下一页返回信息单二、磁电感应式传感器的结构和应用磁电感应式传感器可以分为变磁通式和恒磁通式两种类型。1.变磁通式磁电传感器这一类磁电传感器中，产生磁场的永久磁铁与线圈都不动，感应电动势是由变化的磁通产生的。图3-23所示是两种较为常见的变磁通式磁电传感器。2.恒磁通式磁电传感器这一类磁电传感器中，工作气隙中的磁通保持不变，而线圈中的感应电动势是由于工作气隙中的线圈相对永久磁铁运动，并切割磁力线产生的，输出感应电动势与相对速度成正比。上一页下一页返回信息单恒定磁通式磁电传感器一般应用于振动测量。此类磁电传感器按照活动部件是磁铁还是线圈，又分为动钢式和动圈式两种，如图3-24所示。3.5常见声音传感器的结构及工作原理一、动圈式声音传感器动圈式声音传感器是一种常用的声音传感器，其结构如图3-25所示，主要由振动膜片、线圈和永久磁铁等组成。它的工作原理是当人对着话筒讲话时，振动膜片就随着声音前后颤动，从而带动线圈在磁场中做切割磁力线的运动。根据电磁感应原理，在线圈两端就会产生感应音频电动势，从而完成了声电转换。上一页下一页返回信息单动圈式声音传感器结构简单、稳定可靠、使用方便、固有噪声小。早期的动圈式声音传感器灵敏度较低、频率范围窄。随着制造工艺的成熟，近几年出现了许多专业动圈式声音传感器，其特性和技术指标都很好，被广泛用于语言广播和扩声系统中。二、电容式声音传感器电容式声音传感器的原理结构如图3-26所示。从此原理结构图可以看出，它由一个薄极板(振膜，从几微米到十几微米)和一个厚极板(底极)等组成。两极板之间的距离很近，一般为20~60μm，因此两极板间形成一个以空气为介质的电容，其静电容量可达50~200pF。上一页下一页返回信息单当声波激励薄金属片(振膜)时，该薄片产生振动，从而改变了两极板之间的距离，使其电容量发生相应的变化。如果在电容器的两端有一个负载电阻R及直流极化电压E，则电容量随声波变化时，在R的两端就会产生交变的音频电压。电容式传声器的输出阻抗呈容性，因电容量小，但低频时容抗会很大。为保证低频的灵敏度，应有一个输入阻抗大于或等于传声器输出阻抗的阻抗变换器与其相连，经阻抗变换后，再用传输线与放大器相连。这个阻抗变换器一般采用场效应管。电容式传声器灵敏度高，输出功率大，结构简单，音质较好，但要使用电源，并不太方便，因此多用于剧场及要求较高的语言及音乐播送场合。上一页下一页返回信息单三、驻极体式声音传感器驻极体式声音传感器俗称驻极体话筒，外形如图3-27所示。它具有体积小、频率范围宽、高保真和成本低的特点，目前，已在通信设备、家用电器等电子产品中广泛应用。声控电路中用得最多的也是这种结构的声音传感器。驻极体式声音传感器就是利用能够永远保持电荷的物质来制成电容器的两极，如荧光碳、聚四氟乙烯等物质，在紫外线的处理后，就会像永磁体一样永久带上电荷。这样的材料制成的电容，就无须外加电源。1.驻极体式声音传感器的原理上一页下一页返回信息单驻极体话筒的内部结构如图3-28所示，电容器的两个极板分别称为驻极体和背电极，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷，当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时，改变了电容两极板之间的距离，从而引起电容的容量发生变化;由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式Q=CU，所以当C变化时，必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声-电的变换。由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上，因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。上一页下一页返回信息单通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。内部电气原理如图3-29所示。2.驻极体式声音传感器的正确使用驻极体话筒内部有4种连接方式，如图3-30所示。对应的话筒引出端分为两端式和三端式两种，图中R是场效应管的负载电阻，它的取值直接关系到话筒的直流偏置，对话筒的灵敏度等工作参数有较大的影响。两端输出方式是将场效应管接成漏极输出电路，类似晶体三极管的共发射极放大电路。只需两根引出线，漏极D与电源正极之间接一漏极电阻R，信号由漏极输出有一定的电压增益，因而话筒的灵敏度比较高，但动态范围比较小。目前市售的驻极体话筒大多是这种方式连接。上一页下一页返回信息单三端输出方式是将场效应管接成源极输出方式，类似晶体三极管的射极输出电路，需要用3根引线。漏极D接电源正极，源极S与地之间接一电阻R来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。源极输出的输出阻抗小，电路比较稳定，动态范围大，但输出信号比漏极输出小。三端输出式话筒目前在市场上比较少见。无论何种接法，驻极体话筒必须满足一定的偏置条件才能正常工作，实际上就是保证内置场效应管始终处于放大状态。3.驻极体话筒的检测极性的判断可以将万用表拨至Rx1kΩ挡，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。上一页下一页返回信息单再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。灵敏度的判断可以将万用表拨至Rx100Ω挡，两表笔分别接话筒两电极(注意不能错接到话筒的接地极)，待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气(吹气速度慢而均匀)，边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。若摆动幅度不大(微动)或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。3.6晶闸管及其应用晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件，也称为可控硅整流元件(SCR)。上一页下一页返回信息单它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。晶闸管的特点是可以用弱信号控制强信号。从控制的观点看，它的功率放大倍数很大，用几十到一二百毫安电流，两到三伏的电压可以控制几十安、千余伏的工作电流和电压，换句话说，它的功率放大倍数可以达到数十万倍以上。由于元件的功率增益可以做得很大，所以在许多晶体管放大器功率达不到的场合，它可以发挥作用。从电能的变化与调节方面看，它可以实现交流-直流、直流-交流、交流-交流、直流-直流以及变频等各种电能的变换和大小的控制。上一页下一页返回信息单根据结构及用途的不同，晶闸管有很多类型，比较常用的有普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、无控制晶闸管、光控晶闸管和热敏晶闸管等。一、晶闸管的结构及工作原理1.晶闸管的结构晶闸管常见的外形有螺栓形、平板形、塑封形等，图3-31是常见的两种外形。晶闸管的内部结构示意图和图形符号如图3-32所示。它由PNPN四层半导体构成，其间形成3个PN结，引出3个电极，分别为阳极a(a)、阴极k(K)和控制极g(G)。2.晶闸管工作原理上一页下一页返回信息单每个三极管基极与另一个三极管的集电极相连，如图3-33所示，阳极a相当于PNP型三极管VT2的发射极，阴极k相当于NPN型VT1三极管的发射极。为了说明晶闸管的导电原理，可按图3-34所示的电路做一个简单的实验。(1)晶闸管阳极经灯泡接直流电源的正端，阴极接电源的负端，此时晶闸管承受正向电压。控制极电路中开关S断开(不加电压)，如图3-35(a)所示，这时灯不亮，说明晶闸管不导通。(2)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3-35(b)所示。这时灯亮，说明晶闸管导通。上一页下一页返回信息单(3}晶闸管导通后，如果去掉控制极上的电压，即将图3-35(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。(4)晶闸管的阳极和阴极间加反向电压，如图3-35(c)所示，无论控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。

(5)如果控制极加反向电压，晶闸管的阳极和阴极间无论加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。从上述实验可以看出，晶闸管导通必须同时具备以下两个条件。

(1)晶闸管阳极电路加正向电压。(2)控制极电路加适当的正向电压(实际工作中，控制极加正触发脉冲信号)。上一页下一页返回信息单二、单向晶闸管的简易检测1.判别电极万用表置于Rx1kΩ挡或Rx100Ω挡，用万用表黑表笔接其中一个电极，红表笔分别接另外两个电极。假如有一次阻值小，而另一次阻值大，就说明黑表笔