《电工学（第七版）》课件 第六章二极管与晶闸管

半导体二极管简称二极管，是电子电路中最基本的半导体器件。二极管都有两个引出极，一个称为正极，另一个称为负极。如图可以观察几种不同类型的二极管的外形。§6－1二极管及整流电路一、二极管的结构、符号与分类

1.二极管的结构和符号a)玻璃封装b)塑料封装c)金属封装d)塑料贴片封装二极管的结构图二极管的图形符号

几种常见二极管的正、负极

2.二极管的分类按材料不同分，可分为硅二极管和锗二极管。按用途不同分，可分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管。二极管最主要的特点是具有单向导电性。可以通过如下实验加以说明。取一只二极管分别接成如图a和b所示电路。图a电路中灯泡发光，说明二极管加正向电压（正偏）时导通；图b电路中灯泡不亮，说明二极管加反向电压（反偏）时截止，这就是二极管的单向导电性。二极管加正向电压

二极管加反向电压二、二极管的导电特性和主要参数1.二极管的导电性

当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，这时的电压称为反向击穿电压。

二极管导通后的正向压降几乎不随流过的电流的大小而变化，硅管的正向压降约为0.7V，锗管约为0.3V。

二极管反向截止时，仍有很小的反向电流。在一定范围内，即使反向电压增大，反向电流基本保持不变，所以又称为反向饱和电流。2.二极管的主要参数

最大整流电流IFM

是指二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。

最高反向工作电压URM

是指二极管允许承受的最高反向电压。一般规定最高反向工作电压为反向击穿电压的一半或三分之一。二极管的简单检测

根据二极管正向电阻小、反向电阻大的特性，可用万用表的电阻挡大致判断出二极管的极性和好坏。将万用表置于R×100或R×1k电阻挡，并将两表笔短接调零。

测正向电阻测反向电阻三、二极管应用举例

1.桥式整流电路利用二极管的单向导电性，可以将交流电变换为直流电，称为整流。实现整流的电路称为整流电路。常用的整流电路有半波整流电路和桥式整流电路。

半波整流电路结构简单，但电源利用率低。在实际中应用较多的是桥式整流电路，常见的桥式整流电路有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。单相桥式整流电路

a）电路图b）波形图c）简化画法设变压器的二次侧电压为

，其波形如图所示。在u2的正半周，二极管V1和V3承受正向电压导通，而V2和V4承受反向电压截止，在u2的负半周，V1和V3承受反向电压而截止，而V2和V4在正向电压的作用下导通。单相桥式整流电路负载上得到的直流电压的平均值为：三相桥式整流电路

一般直流电源采用单相整流电路，较大容量的直流电源采用三相整流电路。

与单相整流电路相比，三相桥式整流电压的波形要平滑得多，输出直流电压平均值

电磁吸盘

机床中各种电磁离合器及电磁吸盘等所需直流电都是由桥式整流电路所提供的。

实物图

工作原理图电磁吸盘的直流供电电路整流桥

将几个整流元件按某种整流方式通过一定工艺做成一体，称为整流桥。

单相整流桥原理图单相整流桥实物三相整流桥实物2．二极管保护电路

在具有感性负载(如继电器线圈)的开关电路中,常常在感性负载两端并联续流二极管,(如右图中V2)。当V1导通时,V2处于反向截止状态;当V1截止、线圈KA失电时,在线圈两端感应电压(方向如图中+、-所示)的作用下,V2正向导通,使线圈中存储的磁场能得以迅速释放,对电路起到保护作用。§6－2直流稳压电源

直流稳压电源主要由整流电路、滤波电路和稳压电路组成。直流稳压电路原理框图

整流电路输出的直流电仍含有较多脉动（交流）成分，把脉动直流电变成平稳的直流电的过程称为滤波。通常的滤波电路由电容器、电感器等元件组成。

原理图

波形图一、滤波电路

1．电容滤波

2．电感滤波

原理图

波形图

滤波电感器与负载串联,当负载中电流变化时,由于电感器对电流的变化起阻碍作用,从而使电流波形变得较为平滑。

3．复式滤波

a）LC滤波电路b）LCπ型滤波电路c）RCπ型滤波电路

根据需要可以用L、C或R、C组成复式滤波电路，以增强滤波效果。

二、稳压电路

1.稳压管稳压电路稳压管稳压电路的基本元件是稳压二极管。它的外形与普通二极管相似。它的特性与普通二极管不同之处在于：反向击穿电压可根据需要制成不同规格,当管子反向击穿时,只要控制反向电流不要太大,稳压管就可以长时间工作在反向击穿区。由稳压管和限流电阻组成的稳压电路如图所示。稳压管稳压电路若Uo略有升高,因稳压管工作在反向击穿区,所以其电流IZ显著增加,流经电阻R的电流IR也随之增大,R上的电压降也要增大,Uo又将减小,基本恢复到原来的稳定值。若Uo有所降低,将出现与上述相反的过程使其升高,重新恢复稳定。稳压管稳压电路结构简单,成本低,但输出电流较小,稳定性也较差,只使用于功率较小且要求不高的负载。

电路分析

2.集成稳压器目前普遍应用的是集成稳压器,根据其工作方式可分为线性集成稳压器和开关集成稳压器两类。线性集成稳压器根据引脚数可分为：三端式稳压器、四端式稳压器、多端式稳压器,其中三端式集成稳压器应用最广。(1)三端集成稳压器常用三端集成稳压器有CW78××固定正电压输出（CW7800型如图a所示），CW79××固定负电压输出系列等。如果要求输出电压可以调节,可选用CW117(如图b所示)、CW317等三端可调式集成稳压器。

CW7800型CW117型CW7805型三端集成稳压器的应用电路如图所示。其输出电压为+5V。(2)三端集成稳压器的应用电路如果要求输出电压可以调节，可选用CW117、CW317等三端可调式集成稳压器。CW117型集成稳压器的应用电路接法如图所示,图中R、RP通常称为取样电阻,调节RP即可在允许范围内调节输出电压值。

§6－3晶闸管及其应用晶闸管是一种可控制的硅整流器件。它是一种大功率半导体器件，广泛应用于可控整流、交流调压、电动机速度控制等。一、晶闸管的外形、结构和符号

外形

结构符号晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极(A)、阴极(K)和门极(G)。

二、晶闸管的工作特性晶闸管特性实验正向阻断

触发导通反向阻断晶闸管的工作特性可通过如图实验加以说明。图中晶闸管阳极A、阴极K、灯泡HL和电源GB1构成主回路，门极G、阴极K、开关SA和电源GB2构成控制回路。观察实验现象，可以发现晶闸管工作有以下特点：1.正向阻断晶闸管加正向电压，而门极不加正向电压，灯不亮。这种状态称为正向阻断。2.触发导通晶闸管加正向电压，使门极和阴极之间也加上正向电压（称为触发电压），闭合开关SA，这时灯亮，说明晶闸管已导通。这种状态称为触发导通。3.维持导通晶闸管一旦导通后，维持阳极电压不变，断开触发电压（即断开开关SA），灯仍亮，说明晶闸管仍然导通。这种状态称为维持导通。4.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。这种状态称为反向阻断。晶闸管导通和阻断的条件

三、晶闸管应用

1．单相半控桥式整流电路

电路图波形图(1)u2为正半周时,晶闸管V1和二极管V4承受正向电压,如果这时未加触发电压,则晶闸管处于正向阻断状态,输出电压uo=0。(2)在t1时刻(ωt=α)加入触发脉冲uG,晶闸管V1触发导通。(3)在ωt=α~π期间,尽管触发脉冲uG已消失,但晶闸管仍保持导通,直至u2过零(ωt=π)时,晶闸管才自行关断,在此期间uo=u2,极性为上正下负。(4)u2为负半周时,晶闸管V2和二极管V3承受正向电压,只要触发脉冲uG到来,晶闸管就导通,负载上所得到的仍为上正下负的电压。

在门极加上触发脉冲使晶闸管开始导通的角度α称控制角。在0～α期间，晶闸管正向阻断。π-α被称为晶闸管的导通角用θ表示。显然控制角越大，输出电压越高，当α=0时，导通角θ=π，称全导通。

可见,改变触发脉冲输入的时刻,即可改变控制角α的大小和导通角θ的大小,负载RL上的电压平均值也随之改变,从而达到可控整流的目的。

两只晶闸管反向并联,在电源电压的正、负半周内轮流触发导通,交流调压器可用于交流电机无级调速、调光及电热炉的恒温控制。原理电路

波形图2.交流调压器逆变是整流的逆过程，即把直流电变为交流电，逆变过程可以用晶闸管来实现，如果令两组晶闸管V1、V4和V2、V3轮流切换导通,负载上便可得到交流输出电压uo,uo的频率取决于两组晶闸管的切换频率。基本电路如图所示。

电路图

波形图3.逆变与变频四、晶闸管的简易检测方法方法一

将万用表置R×1k挡，测量阳极和阴极间的正向电阻