电子制作工艺基础HA.ppt

第七章 电子制作工艺基础,1、电子制作工艺概述；2、电子元器件的识别；3、表面贴装元件；4、电路板的设计与制作；5、电子元件的焊接技术；6、电子作品的调试与检测；7、电子系统的抗干扰设计；,7.1电子制作工艺概述,电子制作工艺 工艺：工艺是工艺美术的简称。通常指的是在外部形式上经过艺术的处理、带有明显审美因素的日常生活用品、装饰品这一类实用艺术。它以“工艺”和“美术”的存在为前提。工艺是指将材料或半成品经过艺术加工制作为成品的工作、方法、技艺等；美术指用一定的物质材料塑造可视的平面或立体形象，使人通过视觉来观赏的艺术；工艺美术则是指用美术造型设计与色彩装饰的方法和技巧来制作各种物品的艺术。,电子制作工艺内容：,1、印制电路板工艺；2、焊接工艺；3、装配工艺；4、调试工艺；,元器件的测试与筛选,焊接工艺装配工艺,7.2电子元器件的识别、测试与应用,电阻一、定义与作用,电荷在物体里运动所遇到的阻力称为电阻，具有一定电阻值的器件称为电阻器。主要作用是控制电压、电流的大小，还可以与其它元件组合成耦合、滤波、反馈、补偿等不同功能的电路，用处极广。,二、电阻器的分类1、固定电阻器 固定电阻器可由于分流或分压，其阻值固定不变。碳膜电阻器 碳膜电阻器阻值稳定性好、噪音小、价格便宜，用途最广的通用电阻器。它可制成1-10M。,固体电阻器 固体电阻器噪音较大、价格便宜，适宜大量生产。它可制成2.2-22M。固体电阻器的外形与结构如图,金属膜电阻器 金属膜电阻器噪音小、频率特性好、温度稳定性好、价格高，用于精密仪器。它可制成1-3M。金属膜电阻器的外形与结构如图,2、可变电阻器 可变电阻器的阻值是可以调节的，也称为电位器，主要用于调节电压或电流。半固定可变电阻器 主要有阻值随温度而变化的热敏电阻和碳膜电位器，热敏电阻价格高，稳定好。碳膜电位器价格便宜，稳定性欠佳。半固定可变电阻器的外形与结构如图。,碳膜可变电阻 碳膜可变电阻温度稳定性好、价格便宜。主要有双连、双重、带开关等各种类型。碳膜可变电阻的外形与结构如图,线绕式可变电阻 线绕式可变电阻温度稳定性好、噪音小，不适用于频率特性较高的交流电。适用于大功率，它可制成数欧-数千欧。线绕式可变电阻的外形与结构如图。,电位器,3.敏感电阻器热敏电阻器：阻值是随着环境和电路工作温度变化而变化的。它有两种类型，一种是正温度系数型（PTC），另一种是负系数型（NTC）。光敏电阻：是利用半导体的光电效应制成的光电传感元件，其阻值随入射光的强弱而改变，当入射光的增强时，电导率随之增大，因而电阻值随之减小。光敏电阻主要用于遥控、遥测。压敏电阻器：其伏安特性是非线性的，对外加电压非常敏感，当电阻器两端电压增加到某一特定值时，其电阻值即急剧减小。,气敏电阻器：是利用半导体表面吸附某种气体分子之后电阻率发生变化的特性制成的敏感元件。力敏电阻器：某些金属和半导体材料的电阻率会随外加应力而改变，这种现象称为压力电阻效应，利用压力电阻效应制成的电阻器称为力敏电阻器。,三、电阻器的主要参数及标志方法 1、主要参数：额定功率：电流通过电阻消耗的功率将转为热量，只有电阻工作在一定的额定功率下，才能保证不被烧毁。电阻器的单位是欧姆，表示为。更大的单位有K和M，1K=1000,1M=1 000K=1000,000 标称值和允许误差：国家规定的一系列阻值称为电阻器的标称阻值。电阻的实际测量阻值与标称阻值之间的偏差的最大值除以该电阻的标称值所得的百分数就是电阻的误差。误差有一定的国家等级。2、电阻的标称及识别方法：电阻器的标称电阻值和偏差一般都直接标在电阻体上，其表示方法有三种：直标法、文字符号法和色标法。,2、电阻的标称及识别方法：文字符号法：文字符号法是用阿拉伯数字和文字符号符号两者有规律地组合来表示标称阻值，如图所示，其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值。如1R5表示1.5。,色标法：色标法是用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。其中又有4环和5环之分，4环电阻误差比5环电阻要大，一般用于普通电子产品上，而5环电阻一般都是金属氧化膜电阻，主要用于精密设备或仪器上。,电阻色码系统,2 2 100 5%,对应电阻值：22100(15%)=22(15%),4 7 0 103 1%,对应电阻值：470103(11%)=470(11%)k,四环电阻,五环电阻,直标法：直标法是用阿拉伯数字和单位符号在电阻表面直接标出标称阻值，如图所示，其允许偏差直接用百分数表示。,四、电阻器的测量 用万用表的电阻档进行测量,注意,根据被测电阻选择量程，保证指针指在表盘中间一段，便于观察。确定量程后，将两笔短路，调节调零按钮使指针准确指在0刻度上，称为调零。测量时不要用手触摸电阻和表笔的金属部分，避免人为误差。D.不能在线测量电阻。E.根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有5、10或20的误差。,五、电阻的应用举例,电阻的作用,一、定义与作用：电容有两个金属电极,它们中间隔着绝缘体,就构成一个电容器。,介质,作用：电容用于存储电流，它只能允许交流电经过直流电被阻挡。在电路中，通常用于调谐、滤波、极间耦合等方面，是主要元件之一。,电容,二、电容器的分类:1、固定电容器：铝电解电容器钽电解电容器瓷介电容器纸介电容器云母电容器,1、固定电容器：其符号是铝电解电容器钽电解电容器瓷介电容器纸介电容器云母电容器,常见电容器外形图,钽质电解电容,固体钽电容器是1956年由美国贝乐试验室首先研制成功的，它的性能优异，是所有电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品，价格较为昂贵。,贴片电容,单片陶瓷电容器(通称贴片电容)是目前产量最大的电容器。因其体积小、价格低、使用寿命长、利于自动化作业，而被广泛应用于各类电子产品中。,独石电容,独石电容又叫积层电容是由贴片电容用两根引线将电极引出，再用环氧树脂包封而成，它具备贴片电容的各种电性能，同时又增强了机械强度和耐湿性，被广泛应用于电子精密仪器。,陶瓷电容,陶瓷电容又叫圆板型瓷片电容，介质主要为钛酸钡，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。有干式涂装和湿式涂装两种，按其介质可分为CLASS-温度补偿型；CLASS-高诱电率型；CLASS-半导体型。,安规（Y）电容,Y电容属于AC类陶瓷电容，主要应用於EMI滤波抑制高频干扰或连接输入端与地端,防止产品对人体产生电击。,安规（X）电容,X电容常用于输入端EMI的滤波,抑制低频端的电磁干扰.由镀金属聚丙烯薄膜卷绕,装入高绝缘塑胶壳后用环氧树脂封装而成.安规等级分为X1和X2.,涤纶电容,涤纶电容采用聚脂薄膜作介质、以铝箔为电极卷绕而成,外部浸封环氧树脂,单向引出,为有感式。适用于电子设备的直流或脉动电路中.,金属化聚丙烯电容(CBB),该电容器采用聚丙烯作介质，并用真空蒸镀法将铝沉积在薄膜上作电极卷绕而成，环氧树脂包封，为无感式绕制，适应频率高,稳定性好.,金属化聚脂薄膜电容(CL),该电容器采用镀金属聚脂薄膜卷绕而成，也是无感式绕制，与CBB电容相比,其介质稳定性要差,DF值较大(有1%)适应频率稍低,价格要便宜些.,2、可变电容器：其符号是固体介质可变电容器空气介质电容器微调电容器,三电容器的参数,额定直流工作电压：就是耐压，表示电容器可经受最大电压，过大电压会击穿器件。标称容量：在外壳上标明的，由国家规定的电容器电容量的标准值。允许误差范围：实际电容量与标称电容量的允许最大偏差范围，分三级I-5%,II-10%,III-20%。绝缘电阻：指两个电极间绝缘介质的电阻，越大越好。,四、电容器的标称容量和偏差:直标法 将标称容量及偏差值直接标在电容体上，如0.22F10%。不标单位的整数表示单位“pF”,.不标单位的小数表示单位“uF”,文字符号法 将容量的整数部分写在容量单位标识符号的前面，容量的小数部分写在容量单位标识符号的后面，如2.2pF写为2p2，6800pF写为6n8。色标法 电容器色标法原则上与电阻器色标法相同。色标法表示的电容单位为pF,数字法：只标数字，如4700，300，0.22，0.01。此时指电容的容量是4 700pF，300pF，0.22F，0.01F。以n为单位，如10n，100n，4n7。它们的容量是0.01F，0.1F，4700pF。另一种表示方法是用三位数码表示容量大小，单位是pF，前两位是有效数字，后一位是零的个数。例如：104，它的容量为10104pF=100000pF，读 作100000pF；332，它的容量为3300pF，读作3300pF。,5电容器的正确选用,类型选择 电容器类型一般根据它在电路中的作用及工作环境来决定。例如：应用在高频电路中的电容器要求其高频特性好 应用在高压环境下的电容器，要求它具有较高的耐压性能，在电源滤波、去耦、低频级间耦合等电路中，要求容量大的电容器，容量及精度选择 电容器容量的数值必须按规定的标称值来选择，除振荡、延时、选频等网络对电容器精度要求较高外，大多数情况下，对电容的精度要求并不高。如低频耦合、去耦、电源滤波等电路中，其电容选5、10、20、30的误差等级都可以。,耐压值的选择 为保证电容器的正常工作，被选用的电容器的耐压值不仅要大于其实际工作电压，而且还要有足够的余地，一般选耐压值为实际工作电压的两倍以上。根据线路板的安装要求选用一定形状的电容器。将容量的整数部分写在容量单位标识符号的前面，容量的小数部分写在容量单位标识符号的后面，如2.2pF写为2p2，6800pF写为6n8。选用电解电容器时，要考虑其极性要求,六.电容器的质量判别（1）对于容量大于5100pF的电容器，可用万用表10k、1k档测量电容器的两引线。（2）对于容量小于5100pF的电容，由于充电时间很快，充电电流很小，即使用万用表的高阻值档也看不出表针摆动。可以直接用数字表检测。,电感器 电感器（也称电感线圈）的应用范围很广泛，它在调谐、振荡、耦合、匹配、滤波、陷波、延迟、补偿及偏转聚焦等电路中，都是必不可少的。,1.电感器的基本参数 电感量：在没有非线性导磁物质存在的条件下，一个载流线圈的磁通与线圈中的电流I成正比。其比例常数称自感系数，用表示，简称电感。即：L=/I 固有电容：线圈匝与匝之间的导线，通过空气、绝缘层和骨架而存在着分布电容。此外，屏蔽罩之间，多层绕组的层与层之间，绕组与底板间也都存在着分布电容。电容的存在会使线圈的等效总损耗电阻增大，品质因数降低。,品质因数（值）：电感线圈的品质因数定义为：式中工作角频率 线圈的电感量 线圈的等效总损耗电阻（包括直流电阻、高频电阻及介质损耗电阻）。额定电流：线圈中允许通过的最大电流。,2.电感器的基本类型 电感器按工作特征分成固定和可变两种。按磁导体性质分成单层、蜂房式、有骨架式或无骨架式。下图为电感器在电路图中的图形符号 电感线圈 有抽头的电感线圈 铁芯线圈 可调铁芯线圈,几种常用电感器 小型固定电感器：小型固定电感器有卧式和立式两种。这种电感器是将漆包线或丝包线直接饶在棒形、工字形、王字形等磁芯上，外表裹覆环氧树脂或封装在塑料壳中。它具有体积小、重量轻、结构牢固（耐振、耐冲击）、防潮性好、安装方便等优点。平面电感器：平面电感器是在陶瓷或微晶玻璃基片上沉积金属导线而成。主要采用真空蒸发，光刻电镀及塑料包封等工艺。平面电感器在稳定性、精度及可靠性方面较好。平面电感应用的频率范围在几十兆赫兹和几百兆赫兹的电路中。,中频变压器：中频变压器也叫中周线圈，其电感量可通过调节它的磁芯来改变。它广泛地应用与调幅、调频收音机、电视机、通讯接收机等电子设备中。罐形磁芯电感器：它是采用铁氧体罐形磁芯制作的电感器。因具有闭合磁路，有较高的有效磁导率和电感系数，在体积较小的情况下，可制出较大的电感量。如在中心柱上开适当的气隙，不但可改变电感系数，而且可提高Q值和减少电感温度系数。其广泛应用于L、C滤波器、谐振回路和匹配回路等方面。,3电感器的选择和使用 电感器的选用方法类似于电阻器和电容器。同时还注意以下几点：（1）外观检查:电感器选用时要检查其外观，不允许有线匝松动，引线接点活动等现象。（2）线圈通、断检测:检查线圈通、断时，应使用精度较高的万用表或欧姆表，因为电感线圈的阻值均比较小，必需仔细区别正常阻值与匝间短路。（3）带调节芯电感器的检查；带调节芯的电感器，在成品出厂时，其电感量均已调好并在调节芯封上蜡或点油漆加以固定，一般情况不允许随意调整。,二极管,半导体二极管由一个PN结，再加上电极、引线，封装而成。,二极管的封装及常见的外观,常见的几种二极管中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等等。大功率二极管多采用金属封装，并且有个螺帽以便固定在散热器上。,二极管常见的外观有：,发光二极管,发光二极管,常见的发光二极管,普通二极管,整流管,开关管,阻尼二极管,高频二极管,金属封装整流二极管,一、特性 二极管其主要特性是单向导电性。二极管的种类繁多，按用途分为整流、检波、稳压、阻尼、开关、发光和光敏二极管等；,按其结构，通常有点接触型和面结合型两类：,点接触型,面结合型,平面型,点接触型：适用于工作电流小、工作频率高的场合；面结合型：适用于工作电流较大、工作频率较低的场合；平面型：适用于工作电流大、功率大、工作频率低的场合。,二 极 管 的 分 类,按使用的半导体材料分:硅二极管和锗二极管；,按用途分:普通二极管、整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、变容二极管、光电二极管等。,几种常用二极管的特点,1整流二极管整流二极管结构主要是平面接触型，其特点是允许通过的电流比较大，反向击穿电压比较高，但PN结电容比较大，一般广泛应用于处理频率不高的电路中。例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际工作中的值。,2快速二极管 快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约45ms，不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等，其反向恢复时间可达10ns。快速二极管主要包括肖特基二极管和快恢复二极管。,4发光二极管（LED）发光二极管的伏安特性与普通二极管类似，所不同的是当发光二极管正向偏置时，正向电流达到一定值时能发出某种颜色的光。根据在PN结中所掺加的材料不同，发光二极管可发出红、绿、黄、橘及红外光线。在使用发光二极管时应注意两点：一是若用直流电源电压驱动发光二极管时，在电路中一定要串联限流电阻，以防止通过发光二极管的电流过大而烧坏管子，注意发光二极管的正向导通压降为1.22V(可见光LED为1.22V,红外线LED为1.21.6V)。二是发光二极管的反向击穿电压比较低，一般仅有几伏。因此当用交流电压驱动LED时，可在LDE两端反极性并联整流二极管，使其反向偏压不超过0.7V，以便保护发光二极管。,3稳压二极管 稳压二极管是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件。稳压管的主要参数有:稳压值VZ。,二、极管的主要参数（1）最大整流电流IF。是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向平均电流。IF的数值是由二极管允许的温升所限定。（2）最大反向工作电压UR。是指工作时加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿电压UBR的一半定为UR。（3）反向电流IR。指在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。通常希望IR值愈小愈好。反向电流愈小，说明二极管的单向导电性愈好。（4）最高工作频率f M。主要取决于PN结结电容的大小。结电容愈大，则二检管允许的最高工作频率愈低。,(1)半导体二极管的极性判别 一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP12AP7，2AP112AP17等。如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。塑封二极管有圆环标志的是负极，如IN4000系列。无标记的二极管，则可用万用表欧姆档来判别正、负极。,极 性 判 别 及 测 试,根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点，将万用表拨到电阻档（一般用R100或R1K档），用表笔分别与二极管的两极相接，测出两个阻值。在所测得阻值较小的一次，与黑表笔相接得一端为二极管的正极。同理，在所测得较大阻值的一次，与黑表笔相接的一端为二极管的负极。,小 结,（2）判断二极管质量的好坏,二次测得的正、反向电阻值很小或接近于0,如正、反向电阻值很大或接近于,如正、反向电阻值相差不大,反向电阻值比正向电阻值大几百倍以上,管子已击穿,管子内部已断路,性能变坏或已失效,性能良好,判断二极管的正负,二极管导通，阻值较小(几十欧到几千欧的范围),这就告诉我们黑表笔接触的是二极管的正极,红表笔接触的是二极管的负极。,二极管截止,阻值很大(一般为几百千欧),这就告诉我们黑表笔接触的是二极管的负极,红表笔接触的是二极管的正极。,三、二极管使用常识,1）二极管正向电流和反向峰值电压不可超过允许范围，必须留有裕量。2）硅管和鍺管之间不能互相代替。检波管，工作频率不低于原来的管子就可以；整流管，正向电流和反向峰值不低于原来的管子就可以。3）大功率二极管必须按规定安装一定尺寸的铝散热片。4）大功率二极管必须串联快速熔断器作短路保护或严重过载的保护。快速熔断器的额定电流一般可按二极管额定电流的1.57倍选用。,1、半波整流电路,(1)输出电压波形：,四、二极管应用,2、单相桥式整流电路,u2正半周时电流通路,u0,u2负半周时电流通路,u20 时,D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A D1RLD3B,u20 时,D2,D4导通D1,D3截止电流通路:B D2RLD4A,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,3、二倍压整流电路,u2的正半周时：D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压充到：,u2的负半周时：D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压充到：,负载上的电压：,4、普通二极管限幅,R：限流电阻。一般取100。,DZ双向稳压管,5、稳压管限幅,三极管,一、外形及电路符号：,三极管,二、三极管的分类：按半导体材料分：锗三极管和硅三极管；按制作工艺分：扩散管、合金管等；按功率不同：小功率管、中功率管和大功率管；按工作频率不同：低频管、高频管和超高频管；按用途分：放大管，开关管等。,三、三极管的放大作用：晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。,晶体三极管的三种工作状态：截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。,放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。,饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。,四、三极管的技术参数,电流放大系数：表示三极管电流放大能力一般：Ic(集电极电流)=Ib(基极电流),三极管极间反向电流，包括：,1.集电极反向饱和电流Icb0：指发射极开路时，集电极加反向电压时的反向电流，应该很小。2.穿透电流Ice0：指基极开路时，c-e间加反向电压时的反向电流，应该很小。两者之间满足：Ice0=(1+)Icb0,极限参数：1.集电极最大允许电流（ICM)2.集电极、发射极间的最大允许反向电压（BVce0）3.集电极最大允许功耗(PCM),三极管的测试分为测试三极管的类型、管脚排列,首先是如何测试三极管的类型,使用万用表的电阻挡的R100或R1k挡,判断如下：,电阻很小,PNP,NPN,红表笔为基极,黑表笔为基极,b,b,五、三极管的测试。1、类型判别 用数字万用表的二极管档去测基极，对于PNP管，当黑表笔（连表内电池负极）在基极上，红表笔去测另两个极时一般为相差不大的较小读数（一般），如表笔反过来接则为一个较大的读数（一般为1）。对于NPN表来说则是红表笔（连表内电池正极）连在基极上。,2、管脚判别（测三极管共发射极直流放大倍数Hfe）,把万用表打到hFE档上，BC337到NPN的小孔上，B极对上面的B字母。读数，再把它的另二脚反转，再读数。读数较大的那次极性就对上表上所标的字母，这时就对着字母去认BC337的C，E极。学会了，其它的三极管也就一样这样做了，方便快速。,六、三极管的选用,1、选用原则 晶体管的正常工作需要一定条件，超过允许条件范围则可能是晶体管不能正常工作，甚至会遭到永久性损坏。因而，选用时应考虑以下各因素：选用的晶体管，切勿使工作时的电压、电流、功率超过手册中规定的极限值，并根据设计原则选取一定的余量，以免烧坏管子。对于大功率管，特别是外延型高频功率管，在使用中的二次击穿往往使功率管损坏。为了防止第二次击穿，就必须大大降低管子的使用功率和电压。选择晶体管的频率，应符合设计电路中的工作频率范围。根据设计电路的特殊要求，如稳定性、可靠性、穿透电流、放大倍数等，均应进行合理选择。,2、三极管使用注意事项 焊接时应选用电烙铁，每个管脚焊接时间应小于s，并保证焊接部分与管壳间散热良好。管子引出线弯曲处离管壳的距离不得小于毫米。大功率管的散热器和管子低部接触应平整光滑，在散热器上用螺钉固定管子，要保证个螺钉的松紧一致，结合紧密。管子应安装牢固，避免靠近电路中的发热元件。3、场效应管使用的注意事项 结型场效应管和一般晶体三极管的使用注意事项相仿，可把、三极比作、三极，而、极可互换使用。绝缘栅型场效应管特别注意避免栅极悬空。,七、三极管应用,1、三极管用作可控开关(=50),2.基本共射放大电路,3、变压器耦合多级放大电路,输入级,缓冲级,放大级,滤波网络,输出级,退藕电路,4、微音放大器（助听器）,5、路障灯、航标指示灯电路 白天光敏电阻阻值低，BGl截止，BG2也截止，双向可控硅处于断的状态，当天黑时，光敏电阻阻值增加，BGl与BG2 相继导通，双向可控硅有触发电流而处于导通状态，灯亮。,6、路灯自动控制器,当晚上时,光敏电阻的电阻加大,使三极管B极电压上升,当超过0.7V的时候,晶体导通,有电压从C流到E,从而控制SCR导通,因为晚上时光敏电阻的电阻是不变的,所以晶体会一直导通,从而一直有电压给SCR的G极,使灯常 亮,就算电源过零,因为有晶体一直供电,所以不会灭,当白天时,光敏电阻的电阻变小,晶体B极电压下降,达不到导通电压时,晶体不工作,SCR的G没有触发电压,一旦过零,SCR就关断,灯就不亮.在直流的时候,它确实是触发一下,就会一直导通.但交流就不一样了,因为它达不到SCR的导通的二个条件.同时还有它关断的条件.,晶闸管（Silicon Controlled Rectifier）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。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。,体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,晶闸管的其它封装形式：还有塑封和模块式两种封装。,图 晶闸管的其它封装形式,晶闸管的结构和外形封装,基本结构,G,晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。,(c)结构,(a)外形,晶闸管的外形、结构及符号,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,工作原理,A,在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。,形成正反馈过程,K,G,EA 0、EG 0,EG,晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,工作原理,G,EA 0、EG 0,K,UFRM:,正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM=80%UB0。普通晶闸管 UFRM 为100V 3000V,主要参数,如果正弦半波电流的最大值为Im,则,普通晶闸管IF为1A 1000A。,UF:通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。,IH:维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。一般IH为几十 一百多毫安。,UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。,晶闸管型号及其含义,导通时平均电压组别共九级,用字母AI表示0.41.2V,额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者,额定正向平均电流(IF),如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。,2反向阻断,ak 加正向电压，开关 S 处于断开状态，g 无电压，晶闸管不导通。,ak 加反向电压，不论开关 S 关断还是在 g 上是否加控制电压，晶闸管不导通。,1正向阻断,单向晶闸管的工作性能,4导通后控制极失去控制作用,晶闸管一旦导通，降低或去掉控制极电压仍导通。,3触发导通,ak 加正向电压，g，k 加正向电压，晶闸管导通。,结论：,（1）导通条件,可控硅阳极与阴极间必须接正向电压。,控制极与阴极间加正向触发脉冲电压。,（2）关断条件：阳极电流 Ia IH 维持电流。,关断方法：,将正向阳极电压降低到足够小，或者将阳极开路。,加反向阳极电压。,晶闸管的基本特性,总结前面介绍的工作原理，归纳晶闸管正常工作时的特性如下：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。,简易检测,1检测阳、阴极正、反向是否短路。可用万用表 R 1 k 电阻挡，测试阳、阴极间的正、反向电阻，都应很大(指针基本不动)，否则元件内部有短路或性能不好。,2检测控制极是否短路或断开。因控制极与阴极之间是一个 PN 结，判断的原则同测普通晶体二极管方法相同。,可控整流电路,单相半波可控整流 1.电阻性负载,(1)电路,u 0 时：若ug=0，晶闸管不导通，,u 0 时:晶闸管承受反向电压不导通,uo=0,uT=u，故称可控整流。,控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，,(2)工作原理,t1,u 0 时:可控硅承受反向电压不导通,即：晶闸管反向阻断,加触发信号，晶闸管承受正向电压导通,u 0时:,O,接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形,控制角,t1,O,t2,2,导通角,(3)工作波形,(4)整流输出电压及电流的平均值,由公式可知：,改变控制角，可改变输出电压Uo。,2.电感性负载与续流二极管,(1)电路,当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。,在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形)。,O,t1,t2,2,2)工作波形(未加续流二极管),u 0时：D反向截止，不影响整流电路工作。,3.电感性负载(加续流二极管),+,(1)电路,(3)工作波形(加续流二极管),iL,2,单相半控桥式整流电路,1.电路,2.工作原理,T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为,a,(1)电压u 为正半周时,此时，T2和D1均承受反向电压而截止。,T2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为,(2)电压u 为负半周时,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,3.工作波形,2,4.输出电压及电流的平均值,两种常用可控整流电路,电路特点,该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。,2.晶闸管和负载上的电流相同。,(1),电路特点,1.该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起 续流二极管作用。,(2),2.由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。,音乐彩灯控制器,20.2.4 三相桥式半控整流电路,2.工作原理,1.电路,动画,晶闸管的保护,晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏；晶闸管耐受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。,晶闸管的过流保护,1.快速熔断器保护,电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。,与晶闸管串联,接在输入端,接在输出端,快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。,2.过流继电器保护,3.过流截止保护,在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。,在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。,2.硒堆保护,晶闸管的过压保护,1.阻容保护,利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。,硒堆保护(硒整流片),晶闸管元件的阻容保护,双向晶闸管,特点：,相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。,符号：,通过控制电压的控制可实现双向导通。,双向可控硅的引脚多数是按T1、T2、G的顺序从左至右排列（电极引脚向下，面对有字符的一面时）。加在控制极G上的触发脉冲的大小或时间改变时，就能改变其导通电流的大小。,T1,T2,G,TLC336,双向可控硅：属于NPNPN五层器件，三个电极T1、T2、G,双向晶闸管具有四种触发方式，既可在正向时触发导通，也可在反向时触发导通；门极信号既可是正的触发信号，也可是负的触发信号。它可有+,-,+,-四种触发方式：,+触发：器件T2端相对T1端为正时，在门极G上加一相对于T1为正的触发信号使晶闸管在第象限导通。这和普通晶闸管触发导通完全相同。-触发：器件T2端相对T1端为正时，在门极G上加一相对于T1为负的触发信号使晶闸管在第象限导通。+触发：器件T1端相对T2端为正时，在门极G上加一相对于T1为正的触发信号使晶闸管在第象限导通。-触发：器件T1端相对T2端为正时，在门极G上加一相对于T1为负的触发信号使晶闸管在第象限导通。由于四种触发方式作用原理不同，触发灵敏度也不同。一般是+-+。,使用双向可控硅时应尽量使用+和-触发方式，避免采用+触发方式。当采用+和-触发方式时，具有特点为：当G极和T2极相对于T1的电压均为正时，T2是阳极，T1是阴极；当G极和T2极相对于T1的电压均为负时，T1变成阳极，T2为阴极。晶闸管触发导通后呈低阻状态。此时，主电极T1、T2间压降约为1V左右。双向晶闸管一旦导通，即使失去触发电压，也能继续维持导通状态。当主电极T1、T2电流减小至维持电流以下或T1、T2间电压改变极性，且无触发电压时，双向晶闸管阻断，只有重新施加触发电压，才能再次导通。,交流调压电路,双向二极管：只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。,双向二极管,20.4 单结晶体管触发电路,20.4.1 单结晶体管结构及工作原理1.结构,PN结,N型硅片,(a)示意图,单结晶体管结构示意图及其表示符号,2.工作原理,UE UBB+UD=UP 时,PN结反偏，IE很小；,PN结正向导通,IE迅速增加。,分压比(0.5 0.9),测量单结晶体管的实验电路,由图可求得,3.单结晶体管的伏安特性,Ip,IV,负阻区：UEUP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。,1.UE UP时单结管截止；,UE UP时单结管导通，UE UV时恢复截止。,单结晶体管的特点,2.单结晶体管的峰点电压UP与 外加固定电压UBB及分压比 有关，外加电压UBB或分压比不同，则峰点电 压UP不同。,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。常选用 稍大一些，UV稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。,20.4.2 单结晶体管触发电路,1.振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路利用单结管的负阻特性及RC电路的充放电特性组成频率可调的振荡电路。,2.振荡过程分析,设通电前uC=0。,接通电源U,电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。,当uC UP时,单结管导通,电容C放电,R1上得到一脉冲电压。,电容放电至 uC Uv时，单结管重新关断，使ug0。,(a),(b),注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。,(c)电压波形,单结管触发的半控桥式整流电路,1.电路,2.工作原理,(1)整流削波,削 波,整流,(2)触发电路,t,(3)输出电压uL,O,O,问 题 讨 论,1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？,目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。,2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？,稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。,3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角？,根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。,改变充电时间常数即可改变控制角。控制角变化的范围称为移相范围。,4.电压的调节,单结晶体管触发电路,输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如前图)，也可通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲变压器副边串联二极管D1,可将反向电压隔开，而并联D2，可将反向电压短路。,使用脉冲变压器的触发电器,20.5 应用举例,1.电瓶充电机电路,该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。,工作原理,R2、RP、C、T1、R3、R4 构成了单结晶体管触发电路。,当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压开始工作。,当电瓶电压充到一定数值时，使得单结晶体管的峰点电压UP大于稳压管DZ的稳定电压，单结晶体管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。,触发电路和可控整流电路的同步是由二极管D和电阻R1来完成的。,交流电压过零变负后，电容通过D和R1迅速放电。,交流电压过零变正后D截止，电瓶电压通过R2、RP向C充电。改变RP之值，可设定电瓶的初始充电电流。,基本元件的安装与使用,下面将就以上介绍的基本元件在实际电路中的安装进行一些介绍。,元件的安装固定方式,根据外壳大小、数量等可分