电容滤波电路课件.ppt

中等职业教育课程改革国家规划新教材,电子技术基础与技能,任如贵,章节目录,模块1 晶体二极管及其应用模块2 晶体三极管及放大电路基础模块3 集成运算放大电路模块4 直流稳压电源模块5 数字电路基础模块6 组合逻辑电路模块7 触发器模块8 时序逻辑电路模块9 数模转换和模数转换,上一页,下一页,返回,模块1 晶体二极管及其应用,电子技术基础与技能,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用课题2 整流电路的应用课题3 滤波电路的类型和应用 课题4 晶闸管及应用电路,目录,上一页,下一页,返回,任务导入,随着科学水平的提高，新颖的电子产品不断涌现，如大家熟悉的随身听、随身CD机、快译通和数字调频收音机等。它们的出现极大地丰富了我们的文化娱乐生活，这些电子产品都要求电源提供稳定且符合规定数值要求的直流电压。常用的供电方式有两种：一种是使用市电的直流低压电源，另一种是使用干电池。干电池又有一次性干电池和可充式干电池之分。,上一页,下一页,返回,任务导入,可充式干电池具有可以重复使用的特点，学习本模块内容后，我们可以制作充电器，既能对两节5号或7号可充干电池充电，又能在输出插口中输出一稳定的直流电压，电压的范围为1.56V，可自由选择，最大输出电流约为200mA。导入图1-1所示为充电器的实物图。,上一页,下一页,返回,半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。半导体器件是构成电子电路的基础。半导体器件和电阻、电容、电感等电子元器件连接起来，可以组成各种电子电路。顾名思义，半导体器件都是由半导体材料制成的，因此必须先对半导体材料的特点有一定的了解。,课题1 晶体二极管的使用,一、半导体及PN结,上一页,下一页,返回,1.半导体的基本特性 在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。通常将很容易导电、电阻率小于10-4cm的物质，称为导体；将很难导电、电阻率大于10 10cm的物质，称为绝缘体；将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在10-4 cm 10 10 cm范围内的物质，称为半导体。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,（1）热敏性 所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。例如纯净的锗从20升高到30时，它的电阻率几乎减小为原来的12。而一般的金属导体的电阻率则变化较小，比如铜，当温度同样升高10时，它的电阻率几乎不变。,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,课题1 晶体二极管的使用,（2）光敏性 半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏性。一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%。自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。而金属导体在阳光下或在暗处其电阻率一般没有什么变化。,下一页,上一页,返回,（3）杂敏性 所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之。所以，利用这一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半导体器件。而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率也几乎没有什么影响。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,2.本征半导体 本征半导体是指完全纯净的，具有晶体结构（既原子排列按一定规律排得非常整齐）的半导体。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,请看动画,下一页,上一页,返回,3.杂质半导体 在本征半导体中，人为地掺入少量其他元素(称杂质)，可以使半导体的导电性能发生显著的变化。利用这一特性，可以制成各种性能不同的半导体器件，这样使得它的用途大大增加。掺入杂质的本征半导体叫杂质半导体。根据掺入杂质性质的不同，可分为两种：N型半导体和P型半导体。（1）N型半导体（图1-1-1a）,课题1 晶体二极管的使用,返回,多余电子,N型半导体,上一页,下一页,课题1 晶体二极管的使用,（2）P型半导体（图1-1-1b）在本征半导体中掺入正三价杂质元素（如硼、镓）时，就形成P型半导体。P型半导体中，空穴数量多，自由电子数量少，参与导电的主要是带正电的空穴，如图1-2所示。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,返回,P型半导体,硅原子,上一页,下一页,课题1 晶体二极管的使用,4.PN结 当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结。而PN结具有单向导电的特性。二极管的核心正是PN结。在实际应用中的二极管种类很多，用途也十分广泛，掌握二极管的特性和应用常识是本章的重点。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,PN结的形成,课题1 晶体二极管的使用,1二极管的结构,图1-1-2所示是用于家用电器、稳压电源等电子产品的各种不同外形的晶体二极管（简称二极管）。,二、晶体二极管的结构、类型及符号,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,在一个PN结的两端加上电极引线并用外壳封装起来，就构成了半导体二极管。由P型半导体引出的电极，称做正极（或阳极），由N型半导体引出的电极，称做负极（或阴极）。二极管的内部结构示意图及电路图形符号如图1-1-3所示。,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,按照结构工艺的不同，二极管有点接触型和面接触型两类。点接触型二极管的结构如图1-1-4（a）所示。这类二极管的PN结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和大电流，因而适用于制作高频检波和脉冲数字电路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。面接触型二极管又称面结型二极管，其结构如图1-1-4（b）所示。这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，其极间电容大，因而适用于整流，而不宜用于高频电路中。如图1-1-4（c）所示是硅工艺平面型二极管的结构图。它们的管芯结构如图1-1-4所示。,上一页,下一页,返回,返回,(a)点接触型(b)面接触型,PN结面积小，结电容小，用于高频电路和开关电路。,PN结面积大，用于工频大电流整流电路等低频电路中。,上一页,下一页,课题1 晶体二极管的使用,2.二极管的类型 半导体二极管的种类和型号很多，我们用不同的符号来代表它们，例如2AP9，其中“2”表示二极管，“A”表示采用N型锗材料为基片，“P”表示普通用途管(P为汉语拼音字头)，“9”为产品性能序号；又如2CZ8，其中“c”表示由N型硅材料作为基片，“z”表示整流管。国产二极管的型号命名方法如表1-1-1所示。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,课题1 晶体二极管的使用,表1-1-1 国产二极管的型号命名方法,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,电路符号中表示了二极管两根引脚极性，指示了流过二极管的电流方向，这些识图信息对分析二极管电路有着重要的作用。例如，电流方向表明了只有当电路中二极管正极电压高于负极电压足够大时，才有电流流过二极管，否则二极管无电流流过。如图1-1-5所示。,3图解普通二极管电路符号,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,图1-1-5二极管电路符号,上一页,下一页,返回,把二极管接成如图1-4a所示电路，当开关S闭合时，二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极，这种情况称为二极管(PN结)正向偏置。当开关S闭合时，灯泡亮，电流表显示出较大电流，这时称二极管(PN结)导通，流过二极管电流ID称作正向电流。,(a)二极管正向偏置(b)二极管反向偏置,课题1 晶体二极管的使用,三、二极管的单向导电性,二极管的单向导电性,上一页,下一页,返回,1加正向电压导通 把二极管接成如图1-1-6（a）所示的电路，当开关闭合时，二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极，这种情况称为二极管（PN结）正向偏置；当开关闭合时，灯泡亮，这时称二极管（PN结）导通，流过二极管的电流称为正向电流。,课题1 晶体二极管的使用,上一页,下一页,返回,2加反向电压截止 将二极管接成如图1-1-6（b）所示的电路，二极管阳极（P区）接电源负极，阴极（N区）接电源正极，这时二极管（PN结）称为反向偏置。开关闭合，灯泡不亮，电流几乎为零，这时称为二极管（PN结）截止，此时二极管中仍有微小电流流过，这个微小电流基本不随外加反向电压变化而变化，故称为反向饱和电流（亦称反向漏电流），用Is表示，Is很小，但它会随温度上升而显著增加。因此，半导体二极管等半导体器件，热稳定性较差，在使用半导体器件时，要考虑环境温度对器件和由它构成电路的影响。我们把二极管(PN结)正向偏置导通、反向偏置截止的这种特性称为单向导电性。,课题1 晶体二极管的使用,上一页,下一页,返回,四、二极管的伏安特性 二极管既然是一个PN结，它必然具有单向导电性。其伏安特性曲线如图所示。所谓伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线。二极管的伏安特性曲线可分为正向特性和反向特性两部分。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,1.正向特性 当二极管加上很低的正向电压时，外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，故正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。当正向电压超过一定数值即死区电压后，内电场被大大削弱，电流增长很快，二极管电阻变得很小。死区电压又称阀值电压，硅管约为0.60.7V。锗管约为0.20.3V。二极管正向导通时，硅管的压降一般为0.60.7V，锗管则为0.20.3V。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,2.反向特性 二极管加上反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，因而形成很小的反向电流。反向电流有两个特性，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数值时，反向电流不随反向电压改变而改变，故这个电流称为反向饱和电流。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,五 二极管的主要参数 1.最大整流电流 IF 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。当电流超过这个允许值时，二极管会因过热而烧坏，使用时务必注意。,下一页,上一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,2.反向峰值电压URM 它是保证二极管不被击穿而得出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。3.反向峰值电流IRM 它是指在二极管上加反向峰值电压时的反向电流值。反向电流大，说明单向导电性能差，并且受温度的影响大。,课题1 晶体二极管的使用,上一页,下一页,返回,1二极管的种类划分,课题1 晶体二极管的使用,六、认识二极管家族,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,2普通二极管 二极管的两根引脚有正、负极性之分，使用中如果接错，不仅不能起到正确的作用，甚至还会损坏二极管本身及电路中其他元器件。二极管最基本的特征是单向导通特性，即流过二极管的实际电流只能从正极流向负极。利用这一特性，二极管可以构成整流电路等许多实用电路。普通二极管（见图1-1-8）可以用于整流、限幅、检波等许多电路中。,图1-1-8 普通二极管,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,稳压二极管（见图1-1-9）用于直流稳压电路中，它也具有两根正、负引脚，也有一个PN结的结构，它应用于直流稳压电路中时，PN结处于击穿状态下，但不会烧坏PN结。稳压二极管常用VD表示。注意：稳压二极管的电路符号与普通二极管电路符号有一点区别，可以由此来识别稳压二极管。,图1-1-9 稳压二极管,3稳压二极管,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,发光二极管（见图1-1-10）是一种在导通后能够发光的二极管，也具有PN结，有单向导电特性。发光二极管具有体积小、功耗低、寿命长、外形美观、适应性能强等特点，广泛用于仪器、仪表、电器设备中做电源信号指示、音响设备调谐和电平指示、广告显示屏的文字、图形、符号显示等。,图1-1-10 发光二极管,4发光二极管,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,红外线发光二极管（见图1-1-11）也是发光二极管中的一种，但是它发出的是红外线，主要用于各种红外遥控器中作为遥控发射器。红外线发光二极管也有PN结的结构，有两根引脚，且有正、负极性之分。发光二极管种类繁多，普通发光二极管用于各种指示器电路中，红外线发光二极管用于各类遥控器电路中。,图1-1-11 红外线发光二极管,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,光敏二极管在反向偏置下并有光线照射时，光敏二极管导通；没有光线照射时，光敏二极管不导通。光敏二极管在烟雾探测器、光电编码器及光电自动控制中作为光电信号接收转换用。如图1-1-13所示为光敏二极管。,5光敏二极管,图1-1-13 光敏二极管,上一页,下一页,返回,课题1 晶体二极管的使用,变容二极管（见图1-1-14）又称“可变电抗二极管”。PN结具有电容的特征和功能，叫做极闸电容或结电容。变容二极管是一种利用PN结电容（势垒电容）与其反向偏置电压VR的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联电阻。,6变容二极管,图1-1-14 变容二极管,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,一、认识整流电路,1图解单相半波整流电路,半波整流电路是电源电路中一种最简单的整流电路，它的电路结构最为简单，只用一只整流二极管。由于这一整流电路的输出电压只是利用了交流输入电压的半周，因此被称为半波整流电路。半波整流电路是各种整流电路的基础，掌握了这种整流电路工作原理的分析思路，便能分析其他的整流电路。,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,2图解单相全波整流电路,全波整流电路使用两只整流二极管构成一组全波整流电路，且要求电源变压器有中心抽头。全波整流电路的效率高于半波整流电路，因为交流输入电压的正、负半周都被作为输出电压输出了。本电路二极管极性不能接反，否则会烧毁二极管。,上一页,下一页,返回,3图解单相桥式整流电路,单相桥式整流电路的变压器次级绕组不用设中心抽头，但要用四只整流二极管。从整流电路的输出电压波形中可以看出，通过桥式整流电路，可以将交流电压转换成单向脉动性的直流电压，这一电路作用同全波整流电路一样，也是将交流电压的负半周转到正半周来。,课题2 整流电路的应用,上一页,下一页,返回,二、整流电路的工作原理,课题2 整流电路的应用,1单相半波整流电路,图1-2-4 单相半波整流电路,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,设在交流电压正半周（0t1），u20，A端电位比B端电位高，二极管VD因加正向电压而导通，电流IL的路径是AVDRLBA。注意到，忽略二极管正向压降时，A点电位与C点电位相等，则u2几乎全部加到负载RL上，RL上电流方向与电压极性如图1-2-4所示。在交流电压负半周（t1t2），u20，A端电位比B端电位低，二极管VD承受反向电压而截止，u2几乎全部降落在二极管上，负载RL上的电压基本为零。由此可见，在交流电一个周期内，二极管半个周期导通半个周期截止，以后周期性地重复上述过程，负载RL上电压和电流波形如图1-2-5（b）、（c）所示。,(1）工作原理,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,图1-2-5 单相半波整流电路波形图,利用整流二极管的单向导电性将双向的交流电路变成单方向的脉动直流电，这一过程称为整流。由于输出的脉动直流电的波形是输入的交流电波形一半，故称为半波整流电路。,归纳：,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,(2）负载RL上的直流电压和电流的计算,单相半波整流电路中，负载RL上的半波脉动直流电压平均值可按下式计算：UL0.45U2,流过负载RL的直流电流平均值IL可根据欧姆定律求出，即,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,二极管导通后，流过二极管的平均电流IF与RL上流过的平均电流相等，即,(3）整流二极管上的电流和最大反向电压,由于二极管在u2负半周时截止，承受全部u2反向电压，所以二极管所承受的最大反向电压URM就是u2的峰值，即,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,电路简单，使用的器件少，但是输出电压脉动大。由于只利用了正弦半波，理论计算表明其整流效率仅40%左右，因此只能用于小功率以及对输出电压波形和整流效率要求不高的设备。,(4)单相半波整流的特点,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,2单相桥式整流电路,图1-2-6 单相桥式整流电路,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,(1）工作原理,变压器二次绕组电压u2波形如图1-2-7（a）所示。设在交流电压正半周（0t1），u20，A点电位高于B点电位。二极管VD1、VD3正偏导通，VD2、VD4反偏截止，电流IL1通路是 AVD1RLVD3BA，如图1-2-8（a）所示。这时，负载RL上得到一个半波电压，如图1-2-7（b）中（0t1）段。,在交流电压负半周（t1t2），u20，B点电位高于A点电位，二极管VD2、VD4正偏导通，二极管VD1、VD3反偏截止，电流IL2通路是BVD2RLVD4AB，如图1-2-8（b）所示。同样，在负载RL上得到一个半波电压，如图1-2-7（b）中（t1t2）段。,上一页,下一页,返回,工作原理,课题2 整流电路的应用,图1-2-7 单相桥式整流电路波形图,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,图1-2-8 单相桥式整流电路的电流通路,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,(2）负载RL上直流电压和电流的计算,在单相桥式整流电路中，交流电在一个周期内的两个半波都有同方向的电流流过负载，因此在同样的U2时，该电路输出的电流和电压均比半波整流大一倍。输出电压为：UL0.9U2依据负载RL上的电压UL求得整流变压器副边电压：,流过负载RL的直流电流平均值：,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,在桥式整流电路中，由于每只二极管只有半周是导通的，所以流过每只二极管的平均电流只有负载电流的一半，即,(3）整流二极管上的电流和最大反向电压,在单相桥式整流电路中，每只二极管承受的最大反向电压也是u2的峰值，即,上一页,下一页,返回,课题2 整流电路的应用,整流电路是电源电路中的核心部分，它的作用是将交流电压通过整流二极管转换成单向脉动性的直流电压，整流是将交流电压转换成直流电压过程中的关键一步。无论什么类型的电源电路，都需要整流电路来完成交流电至直流电的转换。整流电路的类型比较少，但具体电路的变化比较多，电子电路中基本的整流电路有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。,3整流电路的作用,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,理论上讲电容器不消耗电能，电容器中所充的电荷会储存在电容器中，只要外电路中不存在让电容器放电的条件（放电电路），电荷就一直储存在电容器中，电容器的这一特性称为储能特性。,1电容器储能特性,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,许多电容电路分析中需要用到电容两端电压不能突变的特性，这是分析电容电路工作原理时的一个重要特性，也是一个难点。电容两端电压不能突变的特性理解非常困难，在电容电路的分析中这一特性的运用也很困难。电容是个储能元件。电容两端的电压变化是由电容极板上电荷的积累和释放决定的，电荷的转移是需要时间的，所以电压的变化也是需要时间的，不能突变。根据公式 可知，电容器内部没有电荷时，电容两端的电压为0V；电容中电荷越多，电容两端的电压越大。当电容开始充放电的瞬间，电容两端的电压也不能发生突变。因为电容上的电荷量在充、放电时只能逐渐积累或释放，它是一个渐变的过程，因此其上的电压也只能是渐变而非突变。,2电容两端电压不能突变的特性,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化，所以，流过电感的电流不能突变。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。,3电感线圈的储能特性,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,单相半波和单相桥式整流电路，虽然都可以把交流电转换为直流电，但是所输出的都是脉动直流电压，其中含有较大的交流成分，因此这种不平滑的直流电仅能在电镀、电焊、蓄电池充电等要求不高的设备中使用，而对于有些仪器仪表及电气控制装置等，往往要求直流电压和电流比较平滑，因此必须把脉动的直流电变为平滑的直流电。保留脉动电压的直流成分，尽可能滤除它的交流成分，这就是滤波。这样的电路叫做滤波电路（也叫滤波器）。滤波电路直接接在整流电路后面，它通常由电容器、电感器和电阻器按照一定的方式组合而成。,一、认识滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,1图解电容滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,2图解电感滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,3图解复式滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,在桥式整流电路输出端并联一个电容量很大的电解电容器，就构成了它的滤波电路，如图1-3-4所示。,1电容滤波电路,(1）电路结构,上一页,下一页,返回,二、滤波电路的工作原理及应用,课题3 滤波电路的类型和应用,(2）电容滤波工作原理,单相桥式整流电路，在不接电容器C时，其输出电压波形如图1-3-5（a）所示。在接上电容器C后，当输入次级电压为正半周上升段期间，电容充电；当输入次级电压u2由正峰值开始下降后，电容开始放电，直到电容上的电压uCu2，电容又重新充电；当u2uC时，电容又开始放电，电容器C如此周而复始进行充放电，负载上便得到近似如图1-3-5（b）所示的锯齿波的输出电压。,上一页,下一页,返回,工作原理,课题3 滤波电路的类型和应用,图1-3-5 单相桥式整流电容滤波波形图,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,电容器在电路中有储存和释放能量的作用，电源供给的电压升高时，它把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，从而减少脉动成分，使负载电压比较平滑，即电容器具有滤波作用。,归纳,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,在电容滤波电路中，RLC越大，电容C放电越慢，输出的直流电压就越大，滤波效果也越好，但是在采用大容量的滤波电容时，接能电源的瞬间充电电流特别大。电容滤波器只用于负载电流较小的场合。,(3）基本参数,桥式整流电容滤波的负载上得到的输出电压为UL=1.2U2桥式整流电容滤波输出端空载时的输出电压为UL=1.4U2,(4）电路特点,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,当一些电气设备需要脉动小、输出电流大的直流电时，往往采用电感滤波电路，即在整流输出电路中串联带铁心的大电感线圈。这种线圈称为阻流圈，如图1-3-6（a）所示。,2电感滤波电路,由于电感线圈的直流电阻很小，脉动电压中直流分量很容易通过电感线圈，几乎全部加到负载上；而电感线圈对交流的阻抗很大，因此脉动电压中交流分量很难通过电感线圈，大部分降落在电感线圈上。根据电磁感应原理，线圈通过变化的电流时，它的两端要产生自感电动势来阻碍电流变化，当整流输出电流增大时，它的抑制作用使电流只能缓慢上升；而整流输出电流减小时，它又使电流只能缓慢下降，这样就使得整流输出电流变化平缓，其输出电压的平滑性比电容滤波好，如图1-3-6（b）中所示。,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,图1-3-6 单相桥式整流电感滤波,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,复式滤波电路是用电容器、电感器和电阻器组成的滤波器，通常有LC型、LC型、RC型几种。它的滤波效果比单一使用电容或电感滤波要好得多，其应用较为广泛。图1-3-7所示是LC型滤波电路，它由电感滤波和电容滤波组成。脉动电压经过双重滤波，交流分量大部分被电感器阻止，即使有小部分通过电感器，再经过电容滤波，这样负载上的交流分量也很小，便可达到滤除交流成分的目的。,3复式滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,图1-3-7 LC型滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,图1-3-8所示是LC型滤波电路，可看成是电容滤波和LC型滤波电路的组合，因此滤波效果更好，在负载上的电压更平滑。由于LC型滤波电路输入端接有电容，在通电瞬间因电容器充电会产生较大的充电电流，所以一般取C1C2，以减小浪涌电流。,图1-3-8 LC型滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,图1-3-9所示是RC型滤波电路。在负载电流不大的情况下，为降低成本，缩小体积，减轻重量，选用电阻器R来代替电感器L。一般R取几十欧到几百欧。,图1-3-9 RC型滤波电路,上一页,下一页,返回,课题3 滤波电路的类型和应用,以上讨论了常见的几种滤波器，它们的特性不一，电容滤波、RC型滤波流过整流器件的电流是间断的脉冲形式，峰值较大，外特性较差，适用于小功率而且负载变化较小的设备；电感滤波、LC型滤波流经整流器件的电流平稳连续，无冲击现象，外特性较好，适用于大功率而且负载变化较大的设备；电子滤波只能在小电流情况中应用。,归纳,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,晶闸管又称可控硅，从外形上区别有螺栓式和平板式等。晶闸管的外形及符号如图1-4-1所示。晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K、门极G。在图1-4-1（a）中带有螺栓的一端是阳极A，利用它和散热器固定，另一端是阴极K，细引线为门极G。在图1-4-1（b）中所示出大功率的平板式晶闸管，其中间金属环连接出来的引线为门极，离门极较远的端面是阳极A，较近的端面是阴极K，安装时用两个散热器把平板式晶闸管夹在中间，以保证它具有较好的散热效果。塑封普通晶闸管的中间引脚为阳极，且多与自带散热片相连，如图1-4-1（c）所示。晶闸管的电路图形符号如图1-4-1（d）所示，文字符号为VT。,一、普通晶闸管及其应用,1晶闸管的外形与符号,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,图1-4-1 晶闸管的外形与电路图形符号,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,不论哪种结构形式的晶闸管，管芯都是由四层三端器件（P1 N1 P2 N2）和三端（A、G、K）引线构成。因此它有三个PN结J1，J2，J3，由最外层的P层和N层分别引出阳极和阴极，中间的P层引出门极，如图1-4-2所示。普通晶闸管不仅具有与硅整流二极管正向导通、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向导通是可以控制的，起这种控制作用的就是门极的输入信号。,2晶闸管的结构及导电特性,(1）结构,图1-4-2 晶闸管的结构示意图,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,单向晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，由其符号可见，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。,(2）导电特性,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,按图1-4-3连接电路，当两个开关分别处于何种状态时指示灯亮；当两个开关分别处于何种状态时指示灯不亮。（建议采用仿真演示）,图1-4-3 晶闸管导电性实验图,看一看,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,（1）开关S1闭合、S2断开时，VCC1正接、反接，指示灯均不亮；（2）开关S1、S2闭合，VCC1、VCC2正接，指示灯亮；VCC1、VCC2有一个反接，指示灯不亮；（3）指示灯亮后，断开S2，指示灯仍亮。实验说明无控制信号时，指示灯均不亮，即晶闸管不导通（阻断）；当阳极、控制极均正偏时，指示灯亮，即晶闸管导通；若二者有一个反偏时指示灯不亮，即晶闸管不导通；指示灯亮后，如果撤掉控制电压，指示灯仍亮，即晶闸管仍然导通。,实验现象,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管的正向导通必须有一定的条件阳极加正向电压，同时门极还必须加正向触发电压。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，这就是晶闸管的半控特性。要使晶闸管关断，必须做到两点：一是将阳极电流减小到小于其维持电流IH，二是将阳极电压减小到零或使之反向。,综上所述，可以得到如下结论：,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,可控整流电路的作用就是把交流电能变换成电压大小可调的直流电能，而且其输出电压可以根据需要进行调节。可控整流有多种电路形式，如单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路等。当功率比较大时，常常采用三相交流电源组成三相半波或三相桥式可控整流电路。本节主要以单相电路为例来讨论其工作原理。,3晶闸管的应用,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,单向半波可控整流电路如图1-4-4所示。其中u2为交流电源变压器的次级电压，变压器TR起变换电压和电气隔离作用；Rd为电阻负载，其特点是：电压与电流成正比，两者波形相同。,图1-4-4 单相半波可控整流,4单相半波可控整流电路,(1）电路结构,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,(2）工作原理,1）两个重要概念,触发延迟角：在晶闸管开始承受正向阳极电压的半周内，加上触发脉冲电压，使晶闸管开始导通的电角度，用表示，称为触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期内处于通态的电角度，用表示。,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,晶闸管VT视为理想元件，当控制极未加控制电压时，晶闸管VT没有整流输出；当交流电压输入为正半周时，晶闸管VT承受正向电压，如果此时给控制极加上一个足够大的触发信号时，晶闸管VT就会导通，在负载上获得单向脉动整流输出电压；当交流电压经过零值时，流过晶闸管VT的电流小于维持电流，晶闸管VT便自行关断；当交流电压输入为负半周时，晶闸管VT因承受反向电压而保持关断状态，其工作波形如图1-4-5所示。具体情况如下：0t VT加正向阳极电压，但无触发脉冲，所以VT断开，回路无电流，负载两端电压ud=0，VT两端电压uT=u2。t 门极加触发脉冲，VT导通，ud=u2，uT=0。t2 VT加反向阳极电压，因此，VT断开，ud=0，uT1=u2。对单相半波电路而言，+=移相范围：。,2）工作原理分析,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,图1-4-5 单相半波可控整流电路阻性负载波形,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,在单相桥式整流电路中，把其中两个二极管换成晶闸管就组成单相半控桥式整流电路，晶闸管VT1、VT2的阴极接在一起称共阴极连接。即使Ug1、Ug2同时触发两管时，只能使阳极电位高的管子导通，导通后使另一管子承受反压而阻断。VD1、VD2的阳极接在一起称共阳极连接，总是阴极电位低的导通。,5单相桥式可控整流电路,（1）电路结构（见图1-4-6）（2）工作原理（见图1-4-7）0t1期间：四只管子均截止。t1期间：VT1、VD2导通，电流1VT1RdVD22。t2期间：四只管子均截止。t22期间：VT2、VD1导通，电流2VT2RdVD11。由于单相全控桥整流电路并不比半控桥式整流电路优越，线路较复杂且费用大，所以一般均采用半控桥式整流电路。,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,图1-4-6 单相桥式半控整流电路,图1-4-7 单相桥式半控整流电路阻性负载电压电流波形,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。图1-4-8所示是双向晶闸管的结构和等效电路，图1-4-9所示是其电路图形符号。双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。,二、特殊晶闸管及其应用,晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。,1双向晶闸管,双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家电领域，实现交流调压、交流调速、交流开关、舞台调光、台灯调光等多种功能。,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,图1-4-9 双向晶闸管的电路图形符号,图1-4-8 双向晶闸管的结构和等效电路,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,门极关断晶闸管（GTO）（以P型门极为例）是由PNPN四层半导体材料构成的，其三个电极分别为阳极A、阴极K和门极G，图1-4-10所示是其结构及电路图形符号。,图1-4-10 门极关断晶闸管的结构及电路图形符号,2门极关断晶闸管,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,光控晶闸管（LAT）俗称光控硅，内部由PNPN四层半导体材料构成，可等效为由两只晶体管和一只电容、一只光敏二极管组成的电路。如图1-4-11所示。,图1-4-11 光控晶闸管,3光控晶闸管,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,逆导晶闸管（RCT）俗称逆导可控硅，它在普通晶闸管的阳极A与阴极K间反向并联了一只二极管（制作于同一管芯中）如图1-4-12所示。,图1-4-12 逆导晶闸管的电路图形符号和等效电路,4逆导晶闸管,上一页,下一页,返回,课题4 晶闸管及应用电路,温控晶闸管是一种新型温度敏感开关器件，它将温度传感器与控制电路结合为一体，输出驱动电流大，可直接驱动继电器等执行部件或直接带动小功率负荷。温控晶闸管的结构与普通晶闸管的结构相似（电路图形符号也与普通晶闸管相同），也是由PNPN半导体材料制成的三端器件，但在制作时，温控晶闸管中间的PN结中注入了对温度极为敏感的成分（如氩离子），因此改变环境温度，即可改变其特性曲线。,5温控晶闸管,上一页,下一页,返回,