电工电子技术（中篇共上中下3篇）

异步电动机的基本知识

5.1第5章异步电动机及其控制异步电动机的电磁转矩与机械转矩

5.2三相异步电动机的控制5.3常用低压控制电器5.4基本电气控制线路

5.5可编程控制器与传感器简介5.6学习要点

了解异步电动机的结构组成及铭牌数据；理解其工作原理；掌握其电磁特性和机械特性。第5章异步电动机及其控制了解常用低压电器在电路中的作用；熟悉电动机基本控制线路；掌握电动机的起动、制动、调速等概念。

三相异步电动机的基本结构1.三相异步电动机的基本结构三相异步电动机5.1异步电动机的基本知识定子转子

三相异步电动机具有结构简单、制造成本低廉、使用和维修方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生产中的各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机及家用电器、实验设备中。

异步电动机的定子指其固定不动部分，主要包括有：机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。定子铁芯铁芯硅钢片

异步电动机的定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯构成异步电动机磁路的一部分。定子绕组定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。构成电机电路的一部分。一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。

异步电动机的转子指其旋转部分，主要部件包括：转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成。在其内圆冲有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁芯构成电动机磁路的又一部分。转子铁芯铁芯硅钢片转子绕组转轴转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。

绕线式异步电动机的转子结构中，转子铁芯与鼠笼式相类似，但转子绕组与定子绕组相同，也是采用漆包线绕制成对称三相绕组，嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕组必须连接成星形，三个向外的引出端子与固定在转轴上的三个相互绝缘的铜环相接，如下图所示：

由于绕线式异步电动机的能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。转轴转子铁芯固定在转轴上的三个铜滑环。Y接三相转子绕组分别与三个铜滑环相联。变阻器电刷电刷与滑环紧压，并通过输电线与变阻器相联。显然，三相绕线式异步机的转子绕组是闭合的。2.三相异步电动机的工作原理

设三相异步电动机模型的定子磁极是顺时针转动的。固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。

转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生感应电流。感应电流的方向与感应电动势的方向相同。

载流的转子绕组处在磁场中，必定受到电磁力的作用。

两个电磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了电磁转矩。于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。NS模型电机的定子磁极模型电机的转子绕组eei2FFn0电机转动的关键是：旋转的定子磁场！n用右手定则判断用左手定则判断三相异步电动机是如何转动起来的？实际三相电动机的旋转磁场是如何产生的呢？

在电动机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电；AXBYCZωt0iωt=0时电流和磁场情况×A、C两相电流t=0时为正，因此首端流入、尾端流出。××B相电流t=0时为负，尾端流入、首端流出。

电流入

电流出NSn0相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向为：ωt0iωt=120°AXBYCZωt=120°时电流和磁场情况×××NSn0

显然，电流随时间变化120°电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120°。

观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取决于三相电流的顺序，A→B→C正序时气隙磁场顺时针旋转。ωt0iωt=240°AXBYCZωt=240°时电流和磁场情况×××NSn0

电流随时间继续变化，经历了120°电角的同时，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了120°。ωt0iωt=360°AXBYCZωt=360°时电流和磁场情况×××NSn0

电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360°。

可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。归纳：只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。AXBYCZ×××n0三相异步电动机工作原理概括

在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场NS转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流载流导体受电磁力的作用形成力偶力偶对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF

若要改变电动机的旋转方向，只需任意改变通入定子绕组中两相电流的相序即可。三相电动机旋转磁场的转速与哪些因素有关？AXBYCZ

设电动机各相定子绕组有四个线圈，各相首尾相接顺串后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数：AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

当电动机各相定子绕组的四个线圈首接首、尾接尾连接后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数：SN

显然，频率不变时，电动机旋转磁场的转速取决于电动机的极对数p。四极旋转磁场转速的分析AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

相邻线圈电流的流向一致，其合成磁场的分布情况为：ωt0iωt=0°时××××ωt=120°时AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ××××

电流变化120°，旋转磁场在空间的位置仅转过了60°；当电流变化360°时，四极电动机的旋转磁场才能旋转180°。显然，四极旋转磁场的转速是二极电机的1/2。

依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的关系为：

电动机通常工作在50Hz的工频情况下，因此：

即：异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电机的极对数(出厂时就已经确定)成反比。当电源频率不变时，改变电机的极对数，即可得到不同的转速。有关转差率的讨论

电动机的转差速度与磁场转速之比称为转差率，用s表示：

显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。(1)电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s=1；(2)电动机转速最高时，转速n≈n0，转差率s≈0；(3)电动机运行过程中，转速0<n<n0，转差率0<s<1；问题与讨论

电动机的转速n能等于旋转磁场的转速n0吗？分析如果二者相等，则转子与旋转磁场之间产生感应电流成为载流导体→不是载流导体就无法在磁场中n≠n0，异步！就没有了相对切割→转子不切割磁场就不能受力→不受力电动机就永远转运不起来。例解有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min。试求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定转差率。由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速，所以即该电动机的极对数p=3，同步转速n0=1000r/min。额定转差率为：3.三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5kW频率50Hz电压380V

电流15.4A

接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续标准编号工作制S1

B级绝缘年月编号××电机厂Y表示异步机，132(mm)表示机座中心高；M代表中机座(L长机座、S短机座)，-4代表4极电机。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的转速n。

三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和Δ形

。

三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，如图示：Y形接线Δ形接线4.单相异步电动机简介

实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75kW以下。电容运转单相机洗衣机电动机电风扇电动机单相异步电动机产品图

三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？制冷压缩机单相异步电动机的定子磁场单相机定子单相机转子ωt0i在定子绕组中通入单相交流电×××电流正半周，线圈导体中通过的电流始终为正值，如图示：

相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。

合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。NS电流的负半周，线圈导体中通过的电流方向始终为负，如图：×××SN

相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。

合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的脉动磁场。单相异步电动机脉动磁场的分析

脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场B1和B2。

顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以单向异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。如何使单相异步电动机旋转起来呢？电容分相法可让单相异步机转动

电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕组在空间对称嵌放。起动绕组与电容C串联，使起动绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差，即：

加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。这时两绕组中的电流磁场为：

可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。ABYAXBYABYXX单相异步电动机如果没有起动绕组能否转动起来？为什么？你会做吗？能否说出三相鼠笼式异步电动机名称的由来？为什么异步电动机常常称之为感应电动机

？

何谓异步电动机的转差速度？转差率？异步电动机处在何种状态时转差率最大

？三相异步电动机起动前有一根电源线断开，接通电源后该三相异步电动机能否转动起来？检验学习结果你能否从异步电动机结构上识别出鼠笼式和绕线式？二者的工作原理相同吗

？1.异步电动机的电磁转矩5.2异步电动机的电磁转矩和机械转矩电动机的结构常数每极下工作主磁通转子电流转子电路功率因数

异步电动机的电磁转矩等于转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和。上式中各参数：每极下工作主磁通遵循主磁通原理。转子电路的功率因数和转子电流均随转差率的变化而变化。

将公式中各量的计算式代入电磁转矩公式，即可得到电磁转矩的另一种表达形式：

电磁转矩T正比电源电压U12的平方，反映了电动机的电磁转矩在负载不变的情况下，其大小取决于电源电压的高低。上式说明，只要电机参数不发生变化，电磁转矩是否电动机的工作电压越高，电动机实际输出的电磁转矩就越大？

电动机拖动机械负载运行时，输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小。分析

当负载阻转矩为TL不变时，设电动机在某一速度下稳定运行，则电动机产生的电磁转矩T必等于负载阻转矩TL。因为，若T>TL，电动机由于拖动转矩大于阻转矩就会加速运行；若T<TL，电动机就会因拖动转矩小于阻转矩而减速运行直至停转。异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别为：Tmsm1T0sn=0n=n0根据公式可得异步机的电磁转矩特性曲线：最大电磁转矩对应最大电磁转矩的临界转差率。(1)额定转矩TN

电动机额定电压下以额定转速nN运功率单位若为W时，9550改为9.55行，输出额定机械功率PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。

最大电磁转矩反映了电动机的带负载能力，它与额定电磁转矩的比值定义为电动机的过载能力，即TMT0s最大电磁转矩(2)最大转矩TM

电动机都具有一定的短时过载能力，其λm值通常在1.6~2.0之间。从电磁转矩曲线上可看出，如果负载转矩超过了最大转矩，电动机将会拖动不了而停转。

起动电磁转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力，即：(3)起动转矩Tst

λst的数值越大，说明电动机在一定负载下起动时间越短，通常λst在1.4~1.8之间。当电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。T0s起动电磁转矩Tst2.异步电动机的机械特性n0T机械特性曲线额定工作点NnNTNTstTM额定转矩

电动机运行在AB段，其电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。ABC

机械特性曲线可分为稳定运行区AB段和非稳定运行区BC段两部分。

电机稳定运行时TL=TN。当负载增加时，TL'>TN动力小于阻力

电机稳定运行状态被破坏

转速n下降

转差率s上升

转子电路感应电动势增加

电流I2增大

定子电流I1随之增大

电磁转矩T增大至T′

当T′=TL′时

电动机转速重新稳定在n'上，此时n′<n。特性曲线的N点向右移。

显然，把转矩特性曲线旋转90°后即可得到机械特性曲线。额定转速最大电磁转矩起动电磁转矩分析

电机稳定运行在TL=TN。当负载减少时，TL″<TN动力大于阻力

电机的稳定运行状态被破坏

转速n上升

转差率s下降

转子电路感应电动势减小

电流I2减小

定子电流I1随之减小

电磁转矩T减小至T″

当T″=TL″时

电动机转速重新稳定在n″上，此时n″>n。沿特性曲线左移。N′N″

三相异步电动机运行在额定状态下，当（1)负载增大；(2)电压升高；(3)频率升高时，试分别分析电动机的转速和电流的变化情况。为什么增加三相异步电动机的负载时，定子电流会随之增加

？你会做吗？

将三相绕线式异步电动机的转子三相绕组开路，问这台电动机能否转动

？三相异步电动机中的气隙大小对电动机运行有何影响

？检验学习结果

电动机的转矩与电源电压之间的关系如何？若在运行过程中电源电压降为额定值的60%，假如负载不变，电动机的转矩、电流及转速有何变化？1.三相异步电动机的起动或电机容量在10kW以下，并且小于供电变压器容量的20％

异步电动机通电后，从静止状态到稳定运行状态的过渡过程称为起动。全压起动也叫做直接起动。其优点：操作简单；缺点：起动电流较大，通常是额定电流的4~7倍，这么大的起动电流将使线路电压下降，严重时影响同一电网上的其它负载正常工作。当电动机满足条件5.3三相异步电动机的控制时，电动机可以直接加全压起动，称为全压起动。(1)Y—Δ降压起动

如果三相异步电动机不满足直接起动条件，就要采取降压起动的措施，以减小起动电流给电网和设备带来的不利因素。

即：电动机起动时定子绕组连成星形，起动后转速升高，当转速基本达到额定值时再切换成三角形连接的起动方法。手柄上打，定子绕组Δ形运行手柄下打，定子绕组成Y形起动优点：起动电流降为全压起动时的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺点：起动转矩也降为全压起动时的1/3。适用范围正常运行时定子绕组为三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子的电机。三相异步电动机Y-Δ起动器闭合电源开关，为电机通电做好准备例解某三相异步电动机，接于线电压=380V的三相电源，已知电机三相定子绕组正常运行为

形接法，额定电流IN=20A，刚起动瞬间电流与额定电流之比是7。

求：（1）接法时的起动电流Ist

（2）若起动时电机改为Y接法，求

IstY。(1)已知Ist/IN=7，可得直接起动时的起动电流为：(2)若改为Y形起动，根据前面所讲知识可得：采用Y-Δ起动，显然大大减小了起动电流对电网的影响。(2)自耦降压起动

利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，以达到减小起动电流的目的。自耦变压器备有40％、60％、80％等多种抽头，使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择。运行时上打与电机直通起动时下打通过自耦变压器降压QS1L3V1L2L1QS2FUU1W1V1U1W1L2L1L3优点：缺点：具有不同的抽头，可以根据起动转矩的要求，比较方便的得到不同的电压。设备体积大、成本高。适用范围

适用于容量较大的电动机或不能用Y-Δ降压起动的鼠笼式三相异步电动机。三相自耦变压器闭合电源开关，为电机通电做好准备(3)绕线式异步电动机的起动

绕线式异步电动机起动时，只要在转子电路中串入适当的起动电阻Rst，就可以达到减小起动电流增大起动转矩的目的。

绕线式异步电动机目前用得更多的是在转子回路中接频敏变阻器起动，此变阻器在起动过程中能自动减小阻值，以代替人工切除起动电阻。绕线式异步机虽然价高维护难。但它在起动电流减小时起动转矩仍较大的特点，使它广泛应用于要求起动转矩较大的卷扬机、起重机等场合。2.三相异步电动机的调速(1)改变极对数p，

实现有级调速；由式可知，异步电动机的调速通过三种形式可实现：三相异步电动机的转速公式：(2)改变转差率s，

实现无级调速；(3)改变电源频率f1，

实现无级调速。

目前，第三种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源，通常由整流器、逆变器等组成。

用人为的方法使电动机的转速从某一数值改变到另一数值的过程称为调速。3.三相异步电动机的制动

电机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全，采用一定的方法让高速运转的电动机迅速停转，就是所谓的制动。三相异步电动机常用的制动方法有以下几种：(1)能耗制动n0=0当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。

电动机由于惯性仍在运转，转子导体切割固定磁场产生感应电流。

载流导体在磁场中又会受到与转子惯性方向相反的电磁力作用，由此使电动机迅速停转。

能耗制动常用于机械生产中的各种机床制动。M~3R＋－NS×·FFn(2)反接制动把与电源相接的三根火线中的任意两根对调，使旋转磁场改变方向，从而产生制动转矩的方法。

在电动机的定子绕组中通入对称三相交流电，电动机顺时针转动。

改变通入定子绕组中电流的相序，旋转磁场反向，转子受到与惯性旋转方向相反的电磁力，使电机迅速停转。反接制动适用于中型车床和铣床的主轴制动。M~3ABCn0NS×·FF(3)再生发电制动起重机快速下放重物，使重物拖动转子出现n>n0情况时，电动机处于发电状态，此时在转子导体中感应电流，感应电流的方向与原电流方向相反，因此产生的电磁转矩方向也相反，这种制动称为再生发电制动。这种制动实际上起阻碍起重机等的下放速度。n>n04.三相异步电动机的选择

异步电动机应用很广，选用时应从技术和经济两个方面考虑。以实用、合理、经济和安全为原则，确保电动机安全可靠地运行。(1)种类选择：鼠笼式异步机一般用于无特殊调速要求的生产机械，如泵类、通风机、压缩机、金属切削机床等；绕线式异步机适用于需要有较大的起动转矩，且要求在一定范围内进行调速的起重机、卷扬机、电梯等。(3)结构选择：电动机根据使用场合可分为开启式、防护式、封闭式及防爆式等。使用时要根据电动机的工作环境选择，以确保电动机能够安全、可靠地运行。(2)功率选择：原则上要求电动机的额定功率等于或稍大于生产机械的功率。(4)转速选择：综合考虑电动机和机械传动等诸方面因素，原则上应根据生产机械的要求进行选择。何谓起动？如何判断三相异步电动机能否直接起动

？你会做吗？三相异步电动机在满载和空载两种情况下起动，起动电流和起动转矩是否一样

？

一台380V、Y接的鼠笼式异步机，能否采用Y-Δ起动？为什么

？检验学习结果鼠笼式三相异步电动机的降压起动方法有哪几种？调速和制动方法又有哪几种？5.4常用低压控制电器

低压控制电器的品种繁多，用途极为广泛。通过本节内容的介绍，要求学习者能够了解一些常用低压控制电器的结构组成及工作原理；熟悉它们的功能及使用场合；实用中能够初步正确选用常用低压控制电器

。1.开关电器(1)刀开关

主要作用是隔离电源，也可作为不频繁通、断电路的开关控制。(2)组合开关

主要用于机床设备的电源引入开关，也可用来通断5kW以下电机电路或小电流电路。（3）低压断路器（自动空气开关）

低压断路器分有TYB系列和塑壳式TYM1系列两大类，主要在电路正常条件下作为线路的不频繁通、断用，并能在电路发生过载、短路及失压时自动分断电路，对电路起到保护作用。低压断路器产品实物图低压断路器的结构原理图弹簧主触头搭钩电磁脱扣器

低压断路器的三副主触头串联在被保护的三相主电路中，由于搭钩钩住弹簧，使主触头保持闭合状态。

线路正常工作时，电磁脱扣器线圈中产生的吸力不能将它的衔铁吸合。当线路发生短路时，线圈磁场增强，将支架右端衔铁吸合，使左端撞击杠杆把搭钩顶上去，在弹簧作用下三对主触头打开，实现了短路保护。当线路电压下降或突然失压时，欠电压脱扣器的吸力减小或失去，支架左端衔铁就会释放而把搭钩顶开，在弹簧拉力下打开三对主触头，实现了欠压和失压保护。弹簧主触头搭钩电磁脱扣器欠电压脱扣器热脱扣器

当电路中出现过载时，热脱扣器上的线圈由于超过正常电流值而使其双金属片受热弯曲，从而顶开搭钩，在弹簧作用下打开三对主触头，对电路实现了过载保护。2.低压熔断器

熔断器简称保险，是最简便有效的短路保护装置。

低压熔断器一般串联在被保护的线路中。当线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路时熔断器的易熔丝（或易熔片）熔断，使电路断开，从而起到短路保护作用。熔断器产品外形图FU熔断器图符号熔断器文字符号低压熔断器熔体选用原则①一般照明线路：熔体额定电流应略大于负载工作电流；②单台电动机：熔体额定电流通常选择为电动机额定电流的1.5~2.5倍；但对不经常起动而且起动时间不长的电动机系数应选得小一些，主要以起动时熔体不熔断为准。③多台电动机：熔体额定电流一般选择为等于或大于最大电动机额定电流的1.5～2.5倍再加上其余电动机的额定电流之和.3.接触器

接触器是用来频繁接通和断开电路的自动切换电器，它具有手动切换电器所不能实现的遥控功能，同时还具有欠压、失压保护的功能，接触器的主要控制对象是电动机。交流接触器产品外形图(1)电磁系统交流接触器的结构组成铁芯、衔铁通电线圈KM(2)触头系统三对主触头两对辅助常开触点KM辅助常开KM两对辅助常闭触点辅助常闭KM体积较大，由三对常开触头组成，用于通断电动机主电路的大电流。辅助触头体积较小，主要用于通断控制电路的小电流，辅助常开触头一般起自锁或连锁作用；线圈图符号文字符号

辅助常闭触头在控制电路中一般起互锁作用。交流接触器工作原理铁芯通电线圈衔铁及其固定在衔铁上的动触头支撑弹簧静触点辅助常闭触点辅助常开触点三对常开主触头

当交流接触器线圈通入交流电后，铁芯和衔铁均被磁化，衔铁克服弹簧张力向下吸合。固定在衔铁上的所有动触点随之向下移动，辅助常闭触点打开、三对主触头和辅助的常开触点闭合。当电磁线圈失电后，铁芯和衔铁也随即失磁，衔铁在弹簧张力下复位，使常开打开、常闭闭合。断电后铁芯和衔铁即刻失磁，衔铁在弹簧张力下复位，各动触点随之复位。工作原理4.热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理切断电路以起过载保护的电器设备。(1)串接在电动机主电路中的三个发热元件；热继电器产品外形图热继电器的结构组成FR发热元件图符号热继电器文字符号(2)串接在电动机控制电路中的常闭触点。FR常闭触点图符号工作原理

热继电器的发热元件绕在双金属片上，当电动机过载时，过大的电流产生热量，使双金属片弯曲推动连锁机构动作，使常闭触点打开，导致控制电路断电，电动机主电路随之断电，达到过载保护的目的。正常工作常闭触点闭合过载时常闭触点打开5.时间继电器

时间继电器是在感受外界信号后，其执行部分需要延迟一定时间才动作的一种继电器，分有通电延时型和断电延时型。JS7-4A时间继电器的产品外形图JS7-A空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁系统、气室及触点系统组成。工作原理：线圈通电时，电磁力克服弹簧的反作用拉力而迅速将衔铁向下吸合，衔铁带动杠杆延时使常闭触点分断，常开触点闭合。铁芯线圈衔铁挡板重锤气室活塞连杆机构空气调整镙钉杠杆及支点通电延时闭合的常开触点通电瞬时打开的常闭触点时间继电器各部分图符号和文字符号常闭触点通电延时闭合断电瞬时打开的常开触点常开触点通电延时断开断电瞬时闭合的常闭触点断电延时闭合通电瞬时断开的常闭触点断电延时断开通电瞬时闭合的常开触点常闭触点常开触点6.主令电器

主令电器主要用来控制接触器、继电器等设备的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的起动与停止，改变系统的工作状态。(1)控制按钮

控制按钮不能直接控制主电路，而是在控制电路中发出手动“指令”控制接触器、继电器等，再用这些电器去控制主电路的通断。按钮的产品外形图起动按钮SBSB停止按钮按钮结构原理图及图符号复位弹簧按钮盒常闭触点常开触点连接导片按钮帽

位置开关是一种用来控制机械运动或实现安全保护的主令电器。其作用是将机械位移转换成电信号，从而使电动机运行状态发生改变，并按一定的行程自动停车、反转、变速或循环。(2)位置开关(行程开关)位置开关的产品外形图STST动断触头动合触头行程开关的结构原理图及图符号

当运动机构的挡铁压到位置开关的滚轮上时，转动杠杆连同转轴一起转动，凸轮撞动撞块使得常闭的动断触头断开，常开的动合触头闭合；挡铁移开后，复位弹簧使其复位。按钮式行程开关的动作原理图压轮式行程开关的动作原理图试述低压断路器有哪些保护功能

？你会做吗？热继电器主要由哪几部分构成？各部分应连接在电路的什么地方？其作用呢？

熔断器用于电动机控制时，熔体的额定电流应如何选择？接触器和按钮都是控制电路通断的电器，它们的控制对象有何不同？检验学习结果

试述接触器的主要组成及各部分功能，画出各部分的图形符号，标出相应文字符号。

5.5基本电气控制电路

通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断开来实现电动机各种运转形式的控制称做继电-接触器控制。继电-接触器控制方式构成的自动控制系统称为继电-接触器控制系统。继电-接触器控制方式中，典型的控制环节有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。电动机在使用过程中由于各种原因可能会出现一些异常情况，如电源电压过低、由于短路或过载而引起的电动机电流过大、电动机定子绕组相间短路或电动机绕组与外壳短路等等，如不及时切断电源则可能会对设备或人身带来危险，因此必须采取保护措施。

电动机的继电—接触器控制电路中，常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压保护和欠压保护等。1.带过载保护的点动控制电路

由开关、熔断器、接触器的主触头、热继电器的热元件组成的部分称为主电路。主电路中的各部分与被控制电动机相串联。

由按钮、接触器线圈、热继电器常闭触点组成的部分称为控制电路，接在两相之间，控制电路中的电流较小。起动控制过程：按下按钮SB

接触器线圈KM得电

KM主触头闭合

电动机运转；在生产实践过程中，某些生产机械常要求能实现调整位置的点动工作。主电路FRKMSB控制电路FRM3~QSFUL1L2L3KM闭合电源开关，为电动机通电作准备停止控制过程：松开按钮SB

接触器线圈失电

KM主触头打开

电动机停转。起动过程演示停止过程演示L1L2L3M3~停止按钮接常闭起动按钮接常开接触器停止按钮和起动按钮辅助常开起自锁作用电动机主电路闭合电源开关，为电动机通电作准备2.电动机单向连续运转控制电路

松开按钮后，电动机也能够继续运转的控制方式称为连续运转控制。带过载保护的单向连续运转控制电路主电路FRM3~QSFUL1L2L3KM控制电路FRSB1KMSB2KM热继电器的三个热元件串接在电动机的主电路中热继电器的常闭触点串接在电动机的控制电路中SB1带过载保护的单向连续运转控制电路3.电动机的正、反转控制电路

实际生产中的进退刀、升降架等，都是靠电动机正、反转两个方向的运动实现的。FRM3~QSFUL1L2L3KM1KM2电动机正转控制主电路

改变通入电动机三相定子绕组中电流的相序，即可使电动机改变旋转方向而反转。电动机反转控制主电路FRSB2SB1KM1KM2KM1正转控制辅助电路KM2KM1SB3KM2反转控制辅助电路电动机的正转控制过程演示FRM3~QSFUL1L2L3KM1KM2FRSB2SB1KM1KM2KM1KM2KM1SB3KM2KM1辅助常闭打开互锁，使正转时反转电路不能接通。KM1辅助常开闭合自锁。电源开关接通为电动机起动做准备。按下正转起动按钮，电动机正转辅助电路接通。KM1主触头闭合，正转主电路接通，电动机正向运转。打开停止按钮，电动机正转停止电动机的反转控制过程演示FRM3~QSFUL1L2L3KM1KM2FRSB2SB1KM1KM2KM1KM2KM1SB3KM2KM2辅助常闭打开互锁，使反转时正转电路不能接通。KM2辅助常开闭合自锁。按下反转起动按钮，电动机反转辅助电路接通。KM2主触头闭合，反转主电路接通，电动机反向运转。打开停止按钮，电动机反转停止FRM3~QSFUL1L2L3KM1既能点动又能连续运转的电动机控制电路

生产过程中，有时即要求生产机械运动部件连续运动，还要求能点动。下图所示电路就是既可实现点动控制，又可实现连续运转的控制电路。点动控制原理：按下SB3的常开起动按钮，其串接在自锁环节中的SB3常闭即刻断开，致使自锁环节不能起作用，从而实现了点动控制。连续运转控制过程自己尝试叙述。FRKMSB2SB1KMSB3SB3复合按钮SB3连续运转起动按钮

下面控制电路能否实现既能点动、又能连续运行

思考不能点动！KMSB1KMSB2FRSB34.工作台自动往返控制电路

自动往返控制——实质上就是电动机的正、反转控制，只是这种正、反转控制是利用生产机械的行程终端加位置开关实现的。生产机械STBSTAFRKM2STBKM1KM2SB3KM1KM2STAKM1SB1SB2L1L2生产机械往复运动工作台。往复运动控制线路

如此不断地重复前面的往复运动，直至按动停止按钮后，生产机械才能停止运动。生产机械FRKM2STBKM1KM2SB3KM1KM2STAKM1SB1SB2L1L2实现往复运动的关键？

关键在于限位开关采用复合式位置开关。正向运行停车的同时，自动起动反向运动；反向运动停车的同时，自动起动正向运动。5.单台电动机的多地控制电路FRKMSB2KMSB3SB1SB3

有些生产设备为了操作方便，需要在两地或多地控制同一台电机。甲地停止按钮甲地起动按钮控制原理：只要将两地或多地的起动按钮并联，停止按钮串联，就可实现两地或多地同时对一台电动机的控制。乙地停止按钮乙地起动按钮FRM3~QSFUL1L2L3KM1主电路中的电流与控制电路中的电流有何区别？你会做吗？简述电动机点动控制、单向运转控制和正反转控制线路的工作过程。

试述什么是自锁、互锁？它们在控制电路中各起什么作用？

电动机多地控制的原则是什么？自动往复运动控制的关键又是什么？检验学习结果试设计一个电动机控制线路。要求：既能点动，又能单向起动、停止及连续运转的控制线路

5.6可编程控制器与传感器简介1.可编程控制器简介

继电—接触器控制系统由于其元器件数量太多使得硬接线相当繁杂，尤其当线路中出现故障或对机器的工作程序有新的调整和功能扩展要求时，线路的检测、改造显得非常不易和相当麻烦。可编程控制器PLC就是为抑制上述缺点而研制出的、比继电—接触器控制系统更可靠、功能更齐全、响应速度更快的一种新型工业控制器。可编程控制器产品及其编程器输入部分：作用是输入各种指令和生产过程控制要求。继电—接触器控制系统和PLC控制系统的比较包括各种主令电器。也包括各种主令电器。逻辑控制部分：作用是实现各种生产过程的控制功能。靠继电—接触器硬件动作实现生产过程的逻辑控制。靠编程器输入相应指令实现生产过程的逻辑控制。输出部分：作用是驱动生产过程中的被控制对象。包括电磁阀、指示灯等。包括电磁阀、指示灯等。

显然，两者不同之处是在逻辑控制部分。PLC通过键盘输入相应程序实现生产过程中的逻辑控制，从而避免了继电—接触器系统中的复杂硬接线，可靠性更高且抗干扰能力强。2.传感器简介

传感器的主要作用就是将非电量转换为电量的一种功能装置，也是优良控制系统中的必备元件。传感器一般由敏感元件和转换元件两个基本环节构成。各种传感器产品实物图

传感器按用途可分有超声波传感器、数显传感器、温度传感器、压力传感器、速度传感器、液位传感器、光敏传感器和电磁传感器等。

作为检测用时，被测的非电量通过传感器可转换成易于变换成电量的另一种非电量，再将这种非电量以电参量的变化加以描述，最后经过系统的检测和分析得出检测结论。

本章的学习，不仅要把书本上的知识掌握好，更重要的是重视实践教学环节，锻炼自己的动手能力。通过本章的学习，你对哪些电器有一定的了解？能说出它们的主要结构与功能吗？你能说出电动机控制电路中都有哪些保护吗？分别用哪些电器设备实现的？你能设计成两台电动机的顺序控制电路吗？可编程控制器控制系统与继电—接触器控制系统主要区别是什么？你能默画出带有互锁环节的正、反转控制的电路吗？本章学习结束。Goodbye!第二篇电子技术基础第二篇电子技术基础125-130半导体的基本知识130-134半导体二极管134-138特殊二极管138-145晶闸管145-150双极型三极管150-158单极型三极管学习要点

了解本征半导体、P型和N型半导体的特征；理解PN结的形成；掌握二极管的伏安特性；了解特殊二极管。第6章半导体及其常用器件深刻理解晶体管的电流放大原理，掌握晶体管的输入和输出特性；理解场效应管的结构组成及工作原理，6.1半导体的基本知识

物质按导电能力的不同可分为导体、半导体和绝缘体三大类。金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。

半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：1.半导体的独特性能光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。2.本征半导体和杂质半导体(1)本征半导体

最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。++Si(硅原子)Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图Si+4Ge+4因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。

天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。

本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4实际上半导体的晶格结构是三维的。晶格结构共价键结构＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好。在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。

受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱共价键的束缚游离到空间成为自由电子。

由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。

本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子。

由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。＋＋本征激发动画演示＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或温度上升影响，共价键中其它一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性。

价电子填补空穴的现象称为复合。此时整个晶体带电吗？为什么？

参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动。复合运动的动画演示（点击画面）＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4

自由电子载流子运动如果看作是没有座位的人定向移动；则空穴载流子运动就可形容为有座位的人依次向前挪动而造成空位子依次向后的移动。在半导体内部，这两种运动总是同时共存的，且在一定温度下达到动态平衡。归纳本征半导体的特点：电子浓度＝空穴浓度；缺点：载流子少，导电性差，温度稳定性差！

金属导体中存在大量的自由电子，这些自由电子在电场作用下可以定向移动形成电流，这就是金属导体的导电机理。即金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电。2.半导体的导电机理半导体的导电机理与金属导体导电机理有着本质的区别

半导体导电方式的独特之处在于：在电场作用下半导体内部同时有两种载流子参与导电：一种是带负电的自由电子载流子，另一种是带正电的空穴载流子。这一点正是半导体区别于金属导体导电机理的本质差别。

实际上，半导体在外因影响下而激发产生的电子空穴对浓度和金属异体内部的自由电子浓度相比还是不高的。因此，在温度影响下半导体的导电性能虽然大大提高，但与金属导体相比，本征半导体的导电能力还是很差的。

本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。+五价元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。

室温下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。3.杂质半导体＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。因此空穴是这种半导体的导电主流。

一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体的导电能力可增强几十万倍。

掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动的离子带负电。－

不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的数量，因此起主要导电作用的是多数载流子。注意：掺入杂质后虽然形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。一般可近似认为多数载流子的数量与杂质浓度相等。P型半导体中的空穴多于自由电子，是否意味着带正电？自由电子导电和空穴导电的区别在哪里？空穴载流子的形成是否由自由电子填补空穴的运动形成的？

何谓杂质半导体中的多子和少子

？N型半导体中的多子是什么？少子是什么？想想练练1.1.3PN结PN结的形成

杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P区N区空间电荷区内电场PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子的扩散运动占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：P区的少子电子向N区漂移，补充了交界面上N区失去的电子，同时，N区的少子空穴向P区漂移，补充了原交界面上P区失去的空穴，显然漂移运动减少了空间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PN结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即PN结形成。PN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。但PN结两侧的P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相似，所以说PN结具有电容效应。PN结正向偏置时的情况PN结反向偏置的情况2.半导体受温度和光照影响，产生本征激发现象而出现电子、空穴对；同时，其它价电子又不断地“转移跳进”本征激发出现的空穴中，产生价电子与空穴的复合。在一定温度下，电子、空穴对的激发和复合最终达到动态平衡状态。平衡状态下，半导体中的载流子浓度一定，即反向电流的数值基本不发生变化。1.半导体中少子的浓度虽然很低，但少子对温度非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓度，所以说多子的数量基本上不受温度的影响。4.PN结的单向导电性是指：PN结正向偏置时，呈现的电阻很小几乎为零，因此多子构成的扩散电流极易通过PN结；PN结反向偏置时，呈现的电阻趋近于无穷大，因此电流无法通过被阻断。3.空间电荷区的电阻率很高，是指其内电场阻碍多数载流子扩散运动的作用，由于这种阻碍作用，使得扩散电流难以通过空间电荷区，即空间电荷区对扩散电流呈现高阻作用。学习与归纳

PN结的上述“正向导通，反向阻断”作用，说明它具有单向导电性，PN结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。

由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。反向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PN结对反向电流呈高阻状态，也就是所谓的反向阻断作用。PN结中反向电流的讨论

值得注意的是，由于本征激发随温度的升高而加剧，导致电子-空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。5.PN结的反向击穿问题PN结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿。反向击穿发生在空间电荷区。击穿的原因主要有两种：

当PN结上加的反向电压大大超过反向击穿电压时，处在强电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格，将价电子碰撞出来，产生电子空穴对，新产生的载流子又会在电场中获得足够能量，再去碰撞其它价电子产生新的电子空穴对，如此连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿。产生雪崩击穿的电场比较大，外加反向电压相对较高。通常出现雪崩击穿的电压大约在7V以上。

(1)雪崩击穿

当PN结两边的掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层内载流子与中性原子碰撞的机会大为减少，因而不会发生雪崩击穿。(2)齐纳击穿

当PN结非常薄时，即使在阻挡层两端加的反向电压不太大，也会产生一个比较强的内电场。这个内电场足以把PN结内中性原子的价电子从共价键中拉出来，产生出大量的电子—空穴对，使PN结反向电流剧增，这种反向击穿现象称为齐纳击穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿电压较低，一般小于5V。

雪崩击穿是一种碰撞的击穿，齐纳击穿是一种场效应击穿，二者均属于电击穿。电击穿过程通常可逆，即PN结两端的反向电压降低后，PN结仍可恢复到原来状态。利用电击穿时PN结两端电压变化很小电流变化很大的特点，人们制造出工作在反向击穿区的稳压管。

当PN结两端加的反向电压过高时，反向电流会继续急剧增长，PN结上热量不断积累，引起结温升高，载流子增多，反向电流一直增大下去，结温一再持续升高循环，超过其容许值时，PN结就会发生热击穿而永久损坏。热击穿的过程是不可逆的，所以应尽量避免发生。(3)热击穿能否说出PN结有何特性？半导体的导电机理与金属导体有何不同？什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的

？

试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏

？想想练练

空间电荷区的电阻率为什么很高？6.2半导体二极管

把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管

电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。1.二极管的基本结构和类型点接触型：结面积小，适用于高频检波、脉冲电路及计算机中的开关元件。外壳触丝N型锗片正极引线负极引线N型锗面接触型：结面积大，适用于低频整流器件。负极引线底座金锑合金PN结铝合金小球正极引线普通二极管图符号稳压二极管图符号发光二极管图符号DDZD

使用二极管时，必须注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。2.二极管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020

二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。

二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区：

外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。死区正向导通区反向截止区

当外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。

外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。反向击穿区反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。正向导通区和反向截止区的讨论U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

(

A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区

当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。

硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。

在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。

反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。所以通常称它为反向饱和电流。3.二极管的主要参数

（1）最大整流电流IDM：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和外界散热条件决定。

（2）最高反向工作电压URM：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反射工作电压值。

（3）反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流。IR值越小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化较大，这一点要特别加以注意。

（4）最大工作频率fM：此值由PN结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性将变差。4.二极管的应用举例注意：分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为“短路”，截止时视其为“开路”。UD=0UD=∞正向导通时相当一个闭合的开关+－+－+－VD+－VD+－+－VDPN+－反向阻断时相当一个打开的开关+－VDPN(1)二极管的开关作用(2)二极管的整流作用

将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。利用二极管的单向导电性能就可获得各种形式的整流电路。二极管半波整流电路二极管全波整流电路桥式整流电路简化图B220V~RLVDIN4001B220V~RLVD1VD2二极管桥式整流电路VD4B220V~RLVD1VD2VD3B220V~RL(3)二极管的限幅作用+－VDuS10kΩIN4148+－uoiD

图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路的输出电压为多少。分析uS+5V-5Vt0当输入电压ui=－5V时，二极管反偏截止，此时电路可视为开路，输出电压u0=0V；

当输入电压ui=+5V时，二极管正偏导通，导通时二极管管压降近似为零，故输出电压uo≈+5V。

显然输出电压uo限幅在0~+5V之间。uo半导体二极管工作在击穿区，是否一定被损坏？为什么？

你会做吗？何谓死区电压？硅管和锗管死区电压的典型值各为多少？为何会出现死区电压？

把一个1.5V的干电池直接正向联接到二极管的两端，会出现什么问题？二极管的伏安特性曲线上分为几个区？能否说明二极管工作在各个区时的电压、电流情况？

检验学习结果为什么二极管的反向电流很小且具有饱和性？当环境温度升高时又会明显增大

？I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性。VD

稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。正向特性与普通二极管相似反向ΔIZΔUZ6.3特殊二极管1.稳压二极管实物图图符号及文字符号

显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。+US－VDZ使用稳压二极管时应该注意的事项(1)稳压二极管正负极的判别VDZ+－(2)稳压二极管使用时，应反向接入电路UZ－(3)稳压管应接入限流电阻(4)电源电压应高于稳压二极管的稳压值(5)稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高的可达

300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。思索与回顾

二极管的反向击穿特性：当外加反向电压超过击穿电压时，通过二极管的电流会急剧增加。击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过热而烧坏。在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围内变化，这时管子两端电压变化很小，利用这一点可以达到“稳压”效果。稳压二极管就是工作在反向击穿区。稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmix的范围内。应用中稳压管要采取适当措施限制通过管子的电流值，以保证管子不会造成热击穿。

发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。实物图图符号和

文字符号D

单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件等。发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。

发光管正常工作时应正向偏置，因死区电压较普通二极管高，因此其正偏工作电压一般在1.3V以上。

发光管属功率控制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。2.发光二极管

光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管PN结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。VD

光电二极管和稳压管类似，也是工作在反向电压下。无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照射时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，产生电子—空穴对，称为光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。3.光电二极管

光电二极管也称光敏二极管，同样具有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线的“窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。实物图图符号和

文字符号1.利用稳压管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？你会做吗？检验学习结果2.现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，可得到几种稳压值？各为多少？(2)若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？3.在右图所示电路中，发光二极管导通电压UD＝1.5V，正向电流在5~15mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？R的取值范围又是多少？

6.4晶闸管1.晶闸管的结构组成晶体闸流管简称晶闸管，是一种能控制大电流通断的功率半导体器件。晶闸管的问世使半导体器件从弱电领域进入强电领域，在电力电子行业中得到了广泛的应用。由于晶闸管的通断可以控制，因之又被称为可控硅。晶闸管主要用途有整流、逆变、调压和开关等方面。阳极

阴极

结构组成

控制极

为更好地说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看做是由一个PNP管和一个NPN管的组合，即：

图符号

小功率螺旋式晶闸管小功率螺旋式晶闸管带螺栓的一端是阳极，螺栓主要用于安装散热片，另一端较粗的一根是阴极引出线，另一根较细的是控制极引出线；

平板式晶闸管平板式晶闸管的中间金属环是控制极，用一根导线引出，靠近控制极的平面是阴极，另一面则为阳极。

2.晶闸管的工作原理由此晶闸管导通和关断实验电路可知：要使晶闸管导通，一是需在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。

灯不亮灯不亮由此晶闸管导通和关断实验电路可知：如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不会导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。

晶闸管的导通和关断条件

实验结论

1）晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极两端加正向电压，同时在它的门极和阴极两端也加正向电压，两者缺一不可。2）晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流一般只有几十毫安到几百毫安，而晶闸管导通后，可以通过几百、几千安的电流。3）晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流IH。晶闸管只有导通和关断两种状态，这种开关特性需要在一定条件转化，如下表所示：状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件都可3.晶闸管的伏安特性加正向电压的同时，在控制极加触发电压，晶闸管导通，晶闸管通态时管压降只有1V左右。显然，导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。如果控制极未加