单相半波可控整流.

单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)002.1.1单相半波可控整流电路1.电阻负载TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00变压器T变换电压隔离交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。特点：电压与电流波形相同一、直流电和交流电单相桥式整流电路1、交流电大小和方向随时间作周期性变化的电压、电流和电动势。it交流正弦波2、直流电方向不随时间变化的电压、电流和电动势。it脉动直流电It稳恒直流电单相桥式整流电路二、整流和整流电路1、整流it交流正弦波it脉动直流电将交流电变换成脉动直流电的过程。2、整流电路能够实现将交流电变换成脉动直流电（即可完成整流过程）的电路。3、整流元件整流电路中起整流作用的元件称为整流元件。常见的整流元件有具有单向导电特性的二极管或晶闸管。二极管的单向导电性（a）加正向电压时导通+-VD正向导通的二极管，如若忽略很小的正向压降，可近似看成一闭合的开关。（b）加反向电压时截止VD-+反向截止的二极管，如若忽略很小的反向电流，可近似看成一断开的开关。单相桥式整流电路单相桥式整流电路三、桥式整流电路1、电路形式VD1VD3VD2VD4RLTr1、电源变压器Tr的作用是将220V交流电u1变换成整流所需的较低的交流电u2。+-u1+-u2二极管VD1~VD4起整流作用，称为整流元件，它们组成桥式电路结构。负载+-u02、变压器起到隔离市电电源的作用。若变压器初级绕组的匝数为N1，次级绕组的匝数为N2，则U1/U2=N1/N2=k（变压比）；单相桥式整流电路2、整流过程（假设输入为正弦交流电）u2t当为u2正半周时，A点电位最高，B点的电位最低。二极管VD1和VD2导通（相当于闭合的开关）；二极管VD2和VD4截止（相当于断开的开关）。u0tVD1VD3在u2正半周作用下，电路中有电流流动，其通路为：AVD1RLVD3B负载电阻RL上电流的方向由上至下，产生上正下负的电压u0。RLTr+-u1VD3VD1VD2VD4+-u2AB+-u0ABRLTr+-u1+-u2+-u0单相桥式整流电路当为u2负半周时，A端电位最低，B点的电位最高。u2t二极管VD2和VD4导通（相当于闭合的开关）；二极管VD1和VD3截止（相当于断开的开关）。u0tRLTr-+u1VD3VD1VD2VD4-+u2u0+-ABVD2VD4在u2负半周作用下，电路中有电流流动，其通路为：BVD2RLVD4A负载电阻RL上电流的方向由上至下，产生上正下负的电压u0。RLTr-+u1AB-+u2+-u0单相桥式整流电路结论：无论输入电压是正半周还是负半周，负载RL的电流方向始终是从上向下，所以产生的电压降也是同一方向（电压都为上正下负）。u2t02u0t02正弦交流电脉动直流电3、桥式整流电路中的物理量（1）输出电压U0U0=0.9U2（2）输出电压I0I0=U0/RL整流=0.9U2/RL定义：稳压二极管是一种能稳定电压的二极管。电路符号和伏安特性如图所示。2.2.2稳压二极管1．稳压二极管的特性稳压二极管通常工作在反向击穿区，通过稳压二极管的电流在很大范围内变化时，电压基本不变。稳压的两个基本条件：（1）管子两端需加上一个大于其击穿电压的反向电压。（2）采取适当措施限制击穿后工作的反向电流值。2.2其他二极管及其应用电路2．稳压二极管的主要参数（1）稳定电压VZ：稳压二极管在正常工作状态下管子两端的电压值。（2）稳定电流IZ：稳压二极管在正常工作状态下的工作电流。（3）耗散功率PCM：稳压管的稳定电压VZ与最大稳定电流IZM的乘积，若使用中超过这个数值，稳压管将被烧毁。2.2其他二极管及其应用电路1.1.1功率二极管是以PN结为基础的，实际上就是由一个面积较大的PN结和两端引线封装组成的。功率二极管的结构和图形符号如图1-1所示。图1-1功率二极管的结构和图形符号AKAKPN1.1功率二极管功率二极管主要有螺栓型和平板型两种外形，如图1-2所示。图1-2功率二极管的外形(a)螺栓型；(b)平板型AKAK(a)(b)功率二极管和电子电路中的二极管工作原理一样，即若二极管处于正向电压作用下，则PN结导通，正向管压降很小；反之，若二极管处于反向电压作用下，则PN结截止，仅有极小的可忽略的漏电流流过二极管。经实验测量可得功率二极管的伏安特性曲线，如图1-3所示。图1-3功率二极管的伏安特性曲线(a)螺栓型；(b)平板型IUF01.2.1晶闸管是一种大功率半导体变流器件，它具有三个PN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图1-4所示。由最外的P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层引出的电极是门极G（也称控制极）。1.2晶闸管图1-4晶闸管的外形、(a)外形；(b)结构；(c)图形符号P1N1P2N2GKAJ1J2J3(b)(c)AKG(a)AGKAGK常用的晶闸管有螺栓式和平板式两种外形，如图1-4(a)所示。晶闸管在工作过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。螺栓式晶闸管是靠阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上，可自然冷却；平板式晶闸管由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管，靠冷风冷却。额定电流大于200A的晶闸管都采用平板式外形结构。此外，晶闸管的冷却方式还有水冷、油冷等。我们通过图1-5所示的电路来说明晶闸管的工作原理。在该电路中，由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路；由电源Eg、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路,也称触发电路。1.2.2晶闸管的工作原理图1-5晶闸管导通试验电路图＋－Ea＋－EgS＋－Ea＋－EgS＋－Ea＋－EgS当晶闸管的阳极A接电源Ea的正端，阴极K经白炽灯接电源的负端时，晶闸管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时，白炽灯不亮，说明晶闸管不导通。当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，白炽灯亮，说明晶闸管导通。当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），白炽灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。当晶闸管阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件：（1）晶闸管AK加正向电压。（2）晶闸管GK加合适的正向电压。为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，连接形式如图1-6所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。图1-6晶闸管工作原理等效电路KIKV2IC2PNPV1IC1NPNIAIGGSECAEAR(b)(a)N2N1P2GP1P2N1KA当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，晶体管V2处于正向偏置，EC产生的控制极电流IG就是Ｖ2的基极电流IB2，V2的集电极电流IC2=β2IG。而IC2又是晶体管Ｖ1的基极电流，Ｖ1的集电极电流IC1=β1IC2=β1β2IG（β1和β2分别是Ｖ1和V2的电流放大系数）。电流IC1又流入V2的基极，再一次放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后，晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关断晶闸管，最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。可采用的方法有：将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。1．晶闸管的型号图1-8晶闸管型号的含义表示闸流特性普通反向阻断型(K-快速型S-双向型N-逆导型G-可关断型)额定正向平均电流正、反向重复峰值电压等级(额定电压)通态平均电压组别，共九级，用字母A～I表示0.4～1.2V(小于100A不标)PK1.2.5晶闸管的型号及简单测试方法2．晶闸管的简单测试方法对于晶闸管的三个电极，可以用万用表粗测其好坏。依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表R×1kΩ挡测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用R×10或R×100挡测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。单结晶体管也称为双基极二极管，它有一个发射极和两个基极,外形和普通三极管相似。单结晶体管的结构是在一块高电阻率的N型半导体基片上引出两个欧姆接触的电极：第一基极B1和第二基极B2；在两个基极间靠近B2处，用合金法或扩散法渗入P型杂质，引出发射极E。单结晶体管共有上述三个电极，其结构示意图和电气符号如图1-15所示。B2、B1间加入正向电压后，发射极E、基极B1间呈高阻特性。但是当E的电位达到B2、B1间电压的某一比值（例如59%）时，E、B1间立刻变成低电阻，这是单结晶体管最基本的特点。1.4.2单结晶体管的结构和特性单结晶体管的结构和特性图1-15单结晶体管的结构示意图和电气符号发射极E欧姆接触电阻B2第二基极B1第一基极EB2B1图2为单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号。好的单结晶体管PN结正向电阻REB1、REB2均较小，且REB1稍大于REB2，PN结的反向电阻RB1E、RB2E均应很大，根据所测阻值，即可判断出各管脚及管子的质量优劣。图1-16所示为单结晶体管特性实验电路及其等效电路。将单结晶体管等效成一个二极管和两个电阻RB1、RB2组成的等效电路，那么当基极上加电压UBB时，RB1BBBBBBBBBBBBAUURRURRRU1211式中，η为分压比，是单结晶体管的主要参数，η一般为0.5～0.9。图1-16(a)特性实验电路；(b)等效电路＋－UBBB1B2ARB2RB1EREIERP＋－＋－UBBB1B2ERERP＋－调节RP，使UE从零逐渐增加。当UE＜ηUBB时，单结晶体管PN结处于反向偏置状态，只有很小的反向漏电流。当发射极电位UE比ηUBB高出一个二极管的管压降UVD时，单结晶体管开始导通，这个电压称为峰点电压Up，故Up=ηUBB+UVD,此时的发射极电流称为峰点电流Ip,Ip是单结晶体管导通所需的最小电流。图1-17单结晶体管发射极伏安特性曲线PVUpIpUvIvIE0UE当IE增大至一定程度时，载流子的浓度使注入空穴遇到阻力，即电压下降到最低点，这一现象称为饱和。欲使IE继续增大，必须增大电压UE。由负阻区转化到饱和区的转折点V称为谷点。与谷点对应的电压和电流分别称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。谷点电压是维持单结晶体管导通的最小电压，一旦UE小于Uv，则单结晶体管将由导通转化为截止。综上所述，单结晶体管具有以下特点：（1）当发射极电压等于峰点电压Up时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压Uv时，单结晶体管就恢复截止。（2）单结晶体管的峰点电压Up与外加固定电压及其分压比η有关。（3）不同单结晶体管的谷点电压Uv和谷点电流Iv都不一样。谷点电压大约在2～5V之间。在触发电路中，常选用η稍大一些，Uv低一些和Iv大一些的单结晶体管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。图1-18(a)电路；(b)波形R2R1RECEuR100uCUpUvttuR1(a)(b)＋－uC1.4.3设电源未接通时，电容C上的电压为零。电