二極管與晶閘管教學(xué)課件

二極管與晶閘管教學(xué)課件本課件旨在幫助學(xué)習(xí)者深入理解二極管和晶閘管的基本原理、特性和應(yīng)用。從基本概念到實(shí)際應(yīng)用，涵蓋了二極管和晶閘管的重要知識點(diǎn)。二極管的基本概念和工作原理單向?qū)ǘO管是具有單向?qū)щ娞匦缘陌雽?dǎo)體器件，電流只能從正極流向負(fù)極，反向時則阻斷電流。PN結(jié)二極管的核心是PN結(jié)，由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體材料組成，在兩者之間形成一個稱為“耗盡層”的區(qū)域，該區(qū)域具有阻擋電流的作用。工作原理當(dāng)正向電壓加在PN結(jié)上時，耗盡層變窄，電流可以流動。反向電壓則使耗盡層加寬，阻斷電流。二極管的符號和型號表示符號表示二極管符號通常用箭頭表示其電流方向，箭頭指向正極。型號表示二極管型號通常包含字母和數(shù)字，例如1N4001、1N4148等。二極管的主要參數(shù)及其測量方法參數(shù)描述測量方法正向壓降正向電流通過二極管時的壓降用萬用表直流電壓檔測量正向電流下的壓降反向電流反向電壓加在二極管兩端時的電流用萬用表直流電流檔測量反向電壓下的電流反向擊穿電壓反向電壓達(dá)到一定值后，二極管發(fā)生擊穿的電壓用萬用表直流電壓檔逐步增大反向電壓，測量擊穿時的電壓值二極管的基本應(yīng)用電路1整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電2限幅電路限制電壓信號的幅度3穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓4保護(hù)電路保護(hù)電路免受過壓或過流二極管整流電路的分類及特點(diǎn)單相半波整流簡單，成本低，但效率低，輸出電壓波形較差單相全波整流效率更高，輸出電壓波形較好，但電路復(fù)雜，成本較高三相整流效率最高，輸出電壓波形最平穩(wěn)，但電路更復(fù)雜，成本最高二極管的各種特殊用途穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是專門用于穩(wěn)壓電路的二極管。它們通常用于為電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，并防止電壓波動。變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管的電容值會隨著施加在它上的電壓而變化。它們通常用于電子調(diào)諧器，以調(diào)整無線電頻率。光電二極管光電二極管用于將光能轉(zhuǎn)換為電能。它們通常用于光傳感器，例如相機(jī)和太陽能電池。穩(wěn)壓二極管的工作原理和應(yīng)用工作原理穩(wěn)壓二極管利用PN結(jié)的反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定。當(dāng)反向電壓超過擊穿電壓時，電流急劇增加，電壓維持在一個穩(wěn)定值。應(yīng)用場景在電子電路中，穩(wěn)壓二極管用于提供穩(wěn)定的直流電壓，保護(hù)電路免受電壓波動影響。常見類型穩(wěn)壓二極管的種類多樣，例如1N4733、1N4740、1N5231等，對應(yīng)不同的穩(wěn)壓電壓。二極管的損壞形式及其判斷1開路二極管內(nèi)部斷路，無法導(dǎo)通電流。2短路二極管內(nèi)部導(dǎo)通阻抗極低，相當(dāng)于導(dǎo)線。3漏電流過大二極管反向電流過大，導(dǎo)致性能下降。4PN結(jié)失效PN結(jié)受到損壞，無法正常工作。晶閘管的基本工作原理和特性單向?qū)ňчl管是一種單向?qū)ǖ钠骷?，只有在門極電壓達(dá)到觸發(fā)電壓時才會導(dǎo)通。保持電流一旦導(dǎo)通，即使門極電壓消失，晶閘管仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到電流降至維持電流以下?？刂齐娏魍ㄟ^控制門極電壓，可以控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對電流的調(diào)節(jié)。晶閘管的主要參數(shù)及其測量方法3正向壓降晶閘管導(dǎo)通時的壓降，一般小于2V。100觸發(fā)電流觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通所需的最小電流，一般為幾毫安。10關(guān)斷電流晶閘管關(guān)斷時的電流，一般為幾毫安。10K關(guān)斷電壓晶閘管關(guān)斷時的電壓，一般為幾百伏。晶閘管的基本應(yīng)用電路1整流電路晶閘管可以用于整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并可通過控制觸發(fā)角來調(diào)節(jié)輸出電壓。2調(diào)壓電路晶閘管可用于調(diào)壓電路，通過控制其導(dǎo)通時間來控制輸出電壓，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)壓。3調(diào)速電路晶閘管可用于調(diào)速電路，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域。4開關(guān)電路晶閘管可作為開關(guān)元件，用于高功率開關(guān)電路，例如電力系統(tǒng)中的負(fù)載控制和故障保護(hù)。晶閘管電路中的關(guān)斷和觸發(fā)關(guān)斷晶閘管的關(guān)斷是指停止導(dǎo)通狀態(tài)，使其恢復(fù)到阻斷狀態(tài)。觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)是指使晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。晶閘管的軟開關(guān)和硬開關(guān)硬開關(guān)硬開關(guān)是指在開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷過程中，電流和電壓的切換非?？?，接近于瞬間完成。這種切換方式會產(chǎn)生較大的電壓和電流沖擊，對元件和電路造成損害。硬開關(guān)通常使用傳統(tǒng)的開關(guān)元件，例如繼電器、機(jī)械開關(guān)等。軟開關(guān)軟開關(guān)是指在開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷過程中，通過控制電流和電壓的變化速率，使開關(guān)元件的切換過程更加平滑，從而減少開關(guān)損耗和電磁干擾。軟開關(guān)通常使用專門的開關(guān)元件，例如MOSFET、IGBT等。SCR和TRIAC的工作原理及特性SCRSCR是雙向可控硅，需要正向和反向觸發(fā)才能導(dǎo)通TRIACTRIAC是單向可控硅，只需要一個觸發(fā)信號就能導(dǎo)通SCR和TRIAC的參數(shù)及其測量主要參數(shù)正向壓降反向耐壓門極觸發(fā)電流關(guān)斷電流最大允許電流最大允許功率測量方法使用萬用表測量直流電阻使用示波器觀察波形使用專門的測試儀器SCR和TRIAC的基本應(yīng)用電路1半波整流電路SCR或TRIAC用于控制半波整流電路的輸出電流。2全波整流電路多個SCR或TRIAC可以組成全波整流電路。3可控整流電路使用SCR或TRIAC可控制直流電的輸出電壓和電流。4交流調(diào)壓電路通過改變SCR或TRIAC的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)交流電壓。晶閘管的保護(hù)電路設(shè)計(jì)過電流保護(hù)防止過電流損壞晶閘管。使用熔斷器或過電流繼電器。過電壓保護(hù)防止過電壓損壞晶閘管。使用壓敏電阻或瞬態(tài)抑制二極管。反向電壓保護(hù)防止反向電壓損壞晶閘管。使用反向二極管或反向電壓抑制器。溫度保護(hù)防止過熱損壞晶閘管。使用熱敏電阻或溫度傳感器。晶閘管的損壞形式及其診斷短路當(dāng)晶閘管內(nèi)部的PN結(jié)發(fā)生短路時，會導(dǎo)致晶閘管無法正常導(dǎo)通或關(guān)斷，影響電路的正常工作。開路當(dāng)晶閘管內(nèi)部的PN結(jié)發(fā)生開路時，會導(dǎo)致晶閘管無法導(dǎo)通，電路無法正常工作。擊穿當(dāng)晶閘管承受的電壓超過其耐壓值時，會發(fā)生擊穿，導(dǎo)致晶閘管無法正常工作。半波和全波可控硅整流電路1半波整流電路單向?qū)?，輸出電壓波形為半?全波整流電路雙向?qū)?，輸出電壓波形為全波半控整流電路的特點(diǎn)及應(yīng)用可控性通過改變觸發(fā)角，可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓的大小和方向。低成本相較于全控整流電路，半控整流電路的成本較低。廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、電力電子、電機(jī)驅(qū)動等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。單相和三相可控整流電路1單相可控整流電路主要用于直流電源，例如電池充電器或直流電機(jī)控制系統(tǒng)。它們可以控制直流電壓和電流的大小。2三相可控整流電路主要用于直流電源，例如電焊機(jī)或直流電機(jī)控制系統(tǒng)。它們可以提供更高的直流電壓和電流。脈寬調(diào)制電路及其應(yīng)用1工作原理脈寬調(diào)制(PWM)通過控制開關(guān)信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓或電流。2應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、電源管理、照明控制等領(lǐng)域。3優(yōu)勢效率高、響應(yīng)速度快、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制?？煽毓枵{(diào)壓電路的實(shí)現(xiàn)方法1相控整流調(diào)壓通過改變可控硅導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)輸出電壓2脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)壓通過改變可控硅導(dǎo)通時間來調(diào)節(jié)輸出電壓3斬波調(diào)壓通過改變可控硅開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓可控硅調(diào)速電路的設(shè)計(jì)原理工作原理可控硅調(diào)速電路利用可控硅的導(dǎo)通角控制電機(jī)電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過改變可控硅的觸發(fā)角，改變電流波形的有效值，從而控制電機(jī)的平均電壓和電流。電路構(gòu)成典型的可控硅調(diào)速電路包含可控硅、觸發(fā)電路、整流電路、電機(jī)負(fù)載和控制電路等組成部分?？刂品椒ǔＳ玫目刂品椒òㄏ辔豢刂?、脈寬調(diào)制控制和頻率控制等，不同的控制方法對應(yīng)不同的調(diào)速特性。半導(dǎo)體開關(guān)電源的工作原理工作原理半導(dǎo)體開關(guān)電源利用開關(guān)器件（如MOSFET或IGBT）來控制直流電源的通斷，實(shí)現(xiàn)對直流電壓的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)線性電源相比，半導(dǎo)體開關(guān)電源具有更高的效率、更小的體積、更輕的重量以及更好的性能。典型的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)形式，它是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。常見的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：正激式反激式推挽式橋式正激式LLC諧振開關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換利用半導(dǎo)體器件進(jìn)行開關(guān)操作，將直流電轉(zhuǎn)換為所需的直流電或交流電?？刂齐娐坟?fù)責(zé)控制開關(guān)器件的開閉，實(shí)現(xiàn)電壓、電流和頻率的調(diào)節(jié)。濾波電路用于濾除開關(guān)過程產(chǎn)生的諧波和噪聲，提高輸出電壓的純凈度。保護(hù)電路防止過壓、過流、短路等故障，確保開關(guān)電源的安全可靠運(yùn)行。開關(guān)電源的損壞形式與維修電容老化或損壞電容是開關(guān)電源中重要的儲能元件，老化或損壞會影響電源輸出電壓的穩(wěn)定性。開關(guān)管損壞開關(guān)管是開關(guān)電源的核心器件，損壞會導(dǎo)致電源無法正常工作。電阻燒毀電阻是開關(guān)電源中重要的限流元件，燒毀會導(dǎo)致電路電流過大，甚至引發(fā)火災(zāi)。實(shí)驗(yàn)演示和產(chǎn)品應(yīng)用案例通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生更好地理解二