電工電子基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

1、電工電子根底知識(shí)總結(jié)一、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體超導(dǎo)體知識(shí)二、電阻、電容、電感相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用三、電路分析方法四、二極管、可控硅整流原理第一局部導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體、超導(dǎo)體知識(shí) 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體器件是構(gòu)成各種電氣設(shè)備、電工電子器件的根底，在電力生產(chǎn)上，更是普遍存在，作為一名電力生產(chǎn)人員，應(yīng)熟悉掌握導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的定義和性質(zhì)以及應(yīng)用。 一、導(dǎo)體 定義：具有良好導(dǎo)電性能的材料就稱(chēng)為導(dǎo)體。大家知道，金屬、石墨和電解液具有良好的導(dǎo)電性能，他們都是導(dǎo)體。 集膚效應(yīng)：又叫趨膚效應(yīng)。直流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)電流密度均勻分布于導(dǎo)線截面，不存在集膚效應(yīng)。而當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí),電流將集中在導(dǎo)體外表流過(guò),這種現(xiàn)象叫集膚

2、效應(yīng)。 二、絕緣體 定義：不導(dǎo)電的物質(zhì)，稱(chēng)為絕緣體。如包在電線外面的橡膠、塑料。常用的絕緣體材料還有陶瓷、云母、膠木、硅膠、絕緣紙和絕緣油變壓器油等，空氣也是良好的絕緣物質(zhì)。 n 導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別決定于物體內(nèi)部是否存在大量自由電子，導(dǎo)體和絕緣體的界限也不是絕對(duì)的，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。 三、半導(dǎo)體 有一些物質(zhì)，如硅、鍺、硒等，其原子的最外層電子既不象金屬那樣容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子，也不象絕緣體那樣受到原子核的緊緊束縛，這類(lèi)物質(zhì)的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，并且隨著外界條件及摻入微量雜質(zhì)而顯著改變，這類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體。1.半導(dǎo)體有以下獨(dú)特性能：n 通過(guò)摻入雜質(zhì)可明顯地改變半導(dǎo)

3、體的 電導(dǎo)率。n 溫度可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。即熱敏效應(yīng)n 光照不僅可改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。 與金屬和絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀(jì)30年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改良以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用，使電子技術(shù)取得飛速開(kāi)展， 2.本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)1本征半導(dǎo)體：天然的硅和鍺提純后形成單晶體就是一個(gè)半導(dǎo)體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體中的載流子濃度很小，導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很大，不穩(wěn)定，用途有限。2雜質(zhì)半導(dǎo)體、PN結(jié)：如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)摻雜，其導(dǎo)電性能將發(fā)生顯著變化，如在純硅中摻入

4、少許的砷或磷最外層有五個(gè)電子，就形成N型半導(dǎo)體；摻入少許的硼最外層有三個(gè)電子，就形成P型半導(dǎo)體。 P型和N型半導(dǎo)體并不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。通常是在半導(dǎo)體的局局部別摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型或N型半導(dǎo)體，在P型和N型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成PN結(jié)，而PN結(jié)就是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的根底，最簡(jiǎn)單的一個(gè)PN結(jié)就是二極管。 四、超導(dǎo)體n 定義：某些金屬在攝氏零下273度的絕對(duì)溫度下，電阻會(huì)突然消失，這種金屬電阻完全消失的特殊現(xiàn)象，稱(chēng)超導(dǎo)電性，具有超導(dǎo)電性的金屬稱(chēng)超導(dǎo)體。 超導(dǎo)現(xiàn)象是1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯在研究導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的實(shí)驗(yàn)中，首次發(fā)現(xiàn)水銀在4.2K的低溫時(shí)，電阻突然

5、消失，即R=0；1933年，又發(fā)現(xiàn)處于超導(dǎo)狀態(tài)的物質(zhì)，外部磁場(chǎng)不能深入超導(dǎo)體內(nèi)，有抗磁性，即B=0，以上是超導(dǎo)體的兩大特性。 第二局部電阻、電容、電感相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用 電阻、電容、電感是構(gòu)成各種電路的根本元件。這一局部主要是了解一下它們性質(zhì)、用途，以及實(shí)際應(yīng)用舉例。一、電阻1.定義：衡量物體導(dǎo)電性能的物理量稱(chēng)為電阻。 在一定的溫度下，其電阻與長(zhǎng)度成正比，與截面積成反比。這就是導(dǎo)體的電阻定律。 2.電阻的常用單位：歐姆、K、Mn 1的含義：當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓為1V，通過(guò)的電流為1A，這段導(dǎo)體的電阻為1。n 換算：1 M103 K106n 阻值標(biāo)示：一般用色環(huán)法和數(shù)字法。 3.電阻的性質(zhì)n 電阻是一個(gè)耗

6、能元件，即消耗電能變?yōu)闊崮?。n 電阻是線性元件，它符合歐姆定律：=U/R。 n 電阻在電路中主要用于限流、分流、降壓、分壓。 n 主要參數(shù)：阻值及誤差、額定電壓、額定功率等。n 電阻的串并聯(lián)及計(jì)算： 串聯(lián)：RR1+ R2+ R3+ 分壓作用 并聯(lián)： 分流作用n 常用計(jì)算公式： 串聯(lián)各電阻的電壓與電阻成正比。也就是說(shuō)，大電阻分到高電壓，小電阻分到小電壓。 兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，總電流為兩分支電流之和。電流的分配與電阻大小成反比。 例：05年?運(yùn)規(guī)?試題如圖，R1R2R3，那么哪個(gè)電阻消耗功率大。 A、R1 ； B、R2 ； C、R3 ； D、一樣大。例：計(jì)算白幟燈燈泡電阻：220V，100W4.電阻的

7、測(cè)量：一般用萬(wàn)用表、兆歐表、平衡電橋等 電阻測(cè)量一般不能帶電測(cè)量。在測(cè)量半導(dǎo)體二極管、三極管、電容等有極性的器件時(shí)，因有正向、反向之分，所以萬(wàn)用表在電阻檔時(shí)：¡°黑¡±表筆為正極，¡°紅¡±表筆為負(fù)極。兆歐表一般用于測(cè)量阻值較大的絕緣電阻。阻值較小電阻的精確測(cè)量也有很多種方法，平衡電橋測(cè)量是較常用的一種高試常用，有直流電橋和交流電橋。 5.電阻的分類(lèi)及應(yīng)用：n 按阻值特性：固定電阻、可調(diào)電阻 n 按制造材料：碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻、水泥電阻、陶瓷電阻、半導(dǎo)體電阻等。 n 按安裝方式：插件電阻、貼片電阻。 5

8、.特種電阻(敏感電阻)常識(shí)：n 熱敏電阻：是一種對(duì)溫度極為敏感的電阻器，分為正溫度系數(shù)阻值隨溫度升高而增大和負(fù)溫度系數(shù)阻值隨溫度升高而降低電阻器。應(yīng)用舉例： 如電視機(jī)消磁電路、電飯鍋電路 n 光敏電阻：阻值隨著光線的強(qiáng)弱而發(fā)生變化的電阻器，稱(chēng)為光敏電阻器。分為可見(jiàn)光光敏電阻、紅外光光敏電阻、紫外光光敏電阻。選用時(shí)先確定電路的光譜特性。實(shí)際應(yīng)用如光控路燈，根據(jù)光線的強(qiáng)度自動(dòng)控制路燈的開(kāi)關(guān)。n 壓敏電阻：是對(duì)電壓變化很敏感的非線性電阻器，具有非線性伏安特性并有抑制瞬態(tài)過(guò)電壓作用的固態(tài)電壓敏感元件。當(dāng)電阻器上的電壓在標(biāo)稱(chēng)值內(nèi)時(shí),電阻器上的阻值呈無(wú)窮大狀態(tài),當(dāng)電壓略高于標(biāo)稱(chēng)電壓時(shí),其阻值很快下降,使電

9、阻器處于導(dǎo)通狀態(tài),當(dāng)電壓減小到標(biāo)稱(chēng)電壓以下時(shí),其阻值又開(kāi)始增加可以自恢復(fù)。實(shí)際應(yīng)用如 機(jī)過(guò)壓保護(hù)、避雷器閥片等。 n 濕敏電阻：是對(duì)濕度變化非常敏感的電阻器,能在各種濕度環(huán)境中使用，它是將濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的換能器件。主要用作濕度傳感器，如嬰兒的尿濕報(bào)警器等。 n 熔斷器、分流器：也可以看作是一種電阻器件，熔斷器是一種阻值很小，功率較小的電阻，當(dāng)通過(guò)的電流超過(guò)一定值時(shí)，其發(fā)熱熔斷起到保護(hù)作用；分流器實(shí)際上就是一個(gè)阻值很小的電阻，串在回路中，當(dāng)有直流電流通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生壓降且隨電流大小變化，供直流電流表顯示，或接到變送器如勵(lì)磁回路，實(shí)際上相當(dāng)于取樣、測(cè)量的作用。 二、電容1.電容器結(jié)構(gòu)原理： 在電子電

10、路中，電容器是必不可少的電子器件；在電力生產(chǎn)中，電力電容器也是廣泛應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說(shuō)，電容器就是一種儲(chǔ)存電荷的容器，他不消耗能量。電容器通常簡(jiǎn)稱(chēng)為電容，用字母“C表示。其根本結(jié)構(gòu)是由兩片靠得較近的金屬片，中間隔以絕緣物質(zhì)而組成，兩金屬片為電容得極板，中間的絕緣物質(zhì)為介質(zhì)， 電容器的電容等于電容器的帶電荷量，平板電容器的電容與極板面積成正比，與極間距離成反比。 一般規(guī)定把電容器外加1V直流電壓時(shí)所儲(chǔ)存的電荷量稱(chēng)為該電容器的電容量。電容的根本單位為法拉F，還有微法F、納法nF、皮法pF，因法拉單位較大，實(shí)際不常用，實(shí)際常用的是微法、皮法。其換算關(guān)系：1法拉F= 微法F 1微法F= 納法nF= 皮法pF

11、2.電容器的根本性質(zhì)、作用： 根本性質(zhì)：簡(jiǎn)單地說(shuō)就是隔直流通交流，即對(duì)直流呈現(xiàn)電阻無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路；對(duì)交流呈現(xiàn)的電阻力受交流電頻率影響，即相同一電容器對(duì)不同頻率的交流電呈 現(xiàn)不同的容抗: 電容器在電路中主要作用有：整流電路平滑濾波、電源電路的退耦濾波、交流信號(hào)旁路、交流信號(hào)耦合隔直、與電阻電感構(gòu)成振蕩、諧振回路、延時(shí)電路等等。電子電路中需要用到各種各樣的電容器，它們?cè)陔娐分蟹謩e起著不同的作用。電力電容器的主要應(yīng)用有：無(wú)功補(bǔ)償、電容式電壓互感器、阻波器、載波耦合電容器、油開(kāi)關(guān)觸頭保護(hù)電容器等等。 小容量的電容，通常在高頻電路中使用；大容量的電容往往是作濾波和存儲(chǔ)電荷用。電解電容為有極性電容，分

12、正、負(fù)極，一般電源電路的低頻濾波均采用電解電容，其正向漏電流較小，而反向漏電流較大，所以在電路中要注意極性不能接反，否那么會(huì)因漏電流大引起爆炸損壞。 電容的充放電：把電容器的兩個(gè)電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過(guò)一會(huì)兒把電源斷開(kāi)，兩個(gè)引腳間仍然會(huì)有殘留電壓，這是因?yàn)殡娙萜鲀?chǔ)存了電荷，電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為電容器的充電。而電容器儲(chǔ)存的電荷向電路釋放的過(guò)程，稱(chēng)為電容器的放電。 n 電容器的充電和放電就形成電容電流，電 容電流與電容和端電壓的變化率成正比。 n 只有加在電容兩端的電壓發(fā)生變化時(shí)，電 容才有電流通過(guò)。n 電容器儲(chǔ)藏的電場(chǎng)能量與端電壓的平方成 正比：充電過(guò)程分析：

13、開(kāi)關(guān)合閘瞬間，過(guò)渡過(guò)程，呈指數(shù)規(guī)律。放電過(guò)程分析：其中 稱(chēng)為電路充放電時(shí)間常數(shù)，它是反映充放電快慢的一個(gè)參數(shù)。 以上是電容在直流電路瞬態(tài)過(guò)渡充放電過(guò)程的簡(jiǎn)單分析，從波形圖可以看出，其充電電流超前電壓。正弦交流電路中，電壓電流的波形、相量關(guān)系： 由其波形和相量圖可以看出：即電流超前電壓90°，這就是我們通常所說(shuō)的容性負(fù)載電流超前電壓90°的原因。電容的串并聯(lián)性質(zhì)：并聯(lián)：總電容為各電容之和。串聯(lián)：總電容的倒數(shù)為各電容倒數(shù)之和。電容器串聯(lián)時(shí)，各電容電壓與電容量成反比,每個(gè)電容分配到的電壓計(jì)算式在形式上與并聯(lián)電阻的分流計(jì)算公式相似。3.電容的參數(shù)：主要有標(biāo)稱(chēng)容量、額定電壓、絕緣電阻

14、漏電阻、溫度范圍等4.電容器的測(cè)量、極性判別：對(duì)于通常的電容器，一般用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量。每次測(cè)試前，需將電容器放電兩極短接一下放電，然后將紅、黑表筆分別接電容器的兩極，由表針的偏擺來(lái)判斷電容器質(zhì)量。好的電容器，表針迅速向右擺起擺的角度與容量大小有關(guān)，然后慢慢向左退回原位靠近，所指示的阻值就是漏電阻。如果表針擺起后不再回轉(zhuǎn)，說(shuō)明電容器已擊穿。如果表針擺起后逐漸退回到某一位置停住，那么說(shuō)明電容器已漏電。如果表針擺不起來(lái)，說(shuō)明電容器電解質(zhì)已干涸失去容量。對(duì)于極性電容電解電容，一般反向漏電比正向大，其測(cè)出的正向漏電阻大于反向漏電組?？梢来伺袆e極性其實(shí)，萬(wàn)用表測(cè)量的過(guò)程就是反映電容充放電的過(guò)程。 5.電

15、容器應(yīng)用舉例：n 分布電容、雜散電容影響： n 旁路、消干擾：n 儲(chǔ)能作用： n 耦合電容、阻波器： n 無(wú)功補(bǔ)償電容器：n 少油斷路器斷口均壓電容： n 電容式電壓互感器： 三、電感1.電感的結(jié)構(gòu)原理：用導(dǎo)線繞制成線圈就構(gòu)成一個(gè)電感器，它是一種能夠儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件。 電感的單位是亨利H，常用單位為毫亨mH、微亨H和納亨nH，其換算關(guān)系為： 電感量的大小表示產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的能力。2.電感的性質(zhì)、作用： 形象說(shuō)法：電感器就是¡°通直流，阻交流¡±。也就是說(shuō)，只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓，而且其電動(dòng)勢(shì)的方向是阻止電流變化的方向，大小與

16、電感量和電流變化率成正比。在直流電路中，電感上即使有電流通過(guò)，但，相當(dāng)于短路。其電壓與電流的關(guān)系： n 同一電感對(duì)不同頻率的交流電呈現(xiàn)不同的阻抗，即感抗：XLL2fL。電感L越大，電源頻率f越高，感抗就越大。對(duì)直流，f0，相當(dāng)于短路。n 電感線圈是一個(gè)儲(chǔ)能元件，它以磁的形式儲(chǔ)存電能，儲(chǔ)存的電能大小可用下式表示： 可見(jiàn)，線圈電感量越大，流過(guò)電 流越大，儲(chǔ)存的電能也就越多。 其儲(chǔ)能和釋放過(guò)程：當(dāng)電流的絕對(duì)值增加時(shí)，電感元件吸收能量并全部轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量；當(dāng)電流的絕對(duì)值減小時(shí)，電感元件釋放磁場(chǎng)能量。 可見(jiàn)，電感元件與電容元件一樣，并不是把吸收的能量消耗掉，而是以磁場(chǎng)或電場(chǎng)的形式儲(chǔ)存，用以交換，釋放與吸

17、收的能量一樣。n 對(duì)于正弦交流電路，其電壓、電流波形圖和相量圖如下： 由以上波形圖和相量圖可以看出，電感在正弦交流電路中電流滯后電壓90°，即: 我們通常所說(shuō)的，感性負(fù)載電 流滯后電壓90°就是這個(gè)道理。3.電感的參數(shù)、測(cè)量：測(cè)量：用電感測(cè)量?jī)x測(cè)量其電感量；用萬(wàn)用表測(cè)量其通斷，理想的電感電阻很小，近乎為零。假設(shè)測(cè)量電阻為，那么說(shuō)明電感器已經(jīng)開(kāi)路損壞。參數(shù)：主要有電感量、額定電流等。4.電感的應(yīng)用舉例： 電抗器：實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)導(dǎo)磁材料的空心線圈。在電力系統(tǒng)中起增大短路阻抗，限制短路電流作用。常串于出線斷路器處，起到維持母線電壓水平的作用，使母線電壓波動(dòng)較小，保證非故障線路上的

18、用戶電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。 消弧線圈：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，減少通過(guò)接地點(diǎn)的電容電流，有效防止鐵磁諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。 消弧線圈補(bǔ)償方式有三種：全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、過(guò)補(bǔ)償?shù)谌植侩娐贩治龇椒ㄒ?、電路的根本概念?為了某種需要、功能而由電源、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)和負(fù)載等元件按一定方式組合起來(lái)的電流的通路稱(chēng)為電路。n 電路的主要功能：一是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配；二是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。n 電路分析的主要任務(wù)就在于解得電路物理量，其中最根本的電路物理量就是電流、電壓和功率。二、電路的根本物理量： 1.電流：導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)形成電流。定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量，即 2.電壓、電位

19、和電動(dòng)勢(shì)： 電位：電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。要有一個(gè)參考零電位點(diǎn) 。 電壓：電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功?；蛘哒f(shuō)，兩點(diǎn)之間的電位差即為電壓： 電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。 電源電動(dòng)勢(shì)：是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克服電場(chǎng)力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱(chēng)為電源的電動(dòng)勢(shì)。 電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向與電壓實(shí)際方向相反，規(guī)定為由電源負(fù)極指向正極。 3.電功率和電能：電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱(chēng)為電功率，簡(jiǎn)稱(chēng)功率。它表示電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，被電路吸收消耗的速率。單位為：瓦W，常用的有

20、KW千瓦、MW兆瓦、mW毫瓦。 在一定時(shí)間內(nèi)，電路負(fù)載吸收消耗的電功率電量稱(chēng)為電能，即電量電度。 電能的單位是焦耳J，它 等于功率1W的用電設(shè)備在1s內(nèi)消耗的電能，量值較小。在實(shí)用上采用kWh(千瓦小時(shí))作為電能的單位，它等于功率1kW的用電設(shè)備在1h3600s內(nèi)消耗的電能，簡(jiǎn)稱(chēng)為1度電。換算關(guān)系：二、電路的根本物理量： 電路的分析計(jì)算有兩大根本定律：一是歐姆定律；一是基爾霍夫定律。歐姆定律反映的是電路中元件上的電流和電壓的約束關(guān)系，而基爾霍夫定律反映的是電路中各支路電流之間的約束關(guān)系或各回路電壓之間的約束的關(guān)系。1.歐姆定律： 歐姆定律只適用于純線性電阻電路。歐姆定律有兩種：即局部電路歐姆定

21、律也稱(chēng)作外電路歐姆定律和全電路歐姆定律。 外電路歐姆定律：表述為在同一電路中,流過(guò)電阻的電流跟其兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。串聯(lián)電阻分壓公式： 并聯(lián)電阻分流公式： 全電路歐姆定律：全電路是指電源以外的電路外電路和電源內(nèi)電路之總和。電源產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，它有內(nèi)電阻。流過(guò)電路的電流，與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與外電路的電阻與內(nèi)電路的電阻之和成反比。這就是全電路歐姆定律。 在實(shí)際電路中，由于內(nèi)阻的存在要消耗一定的功率，產(chǎn)生一定的電壓降Ir。因此，外電路端電壓U=-Ir。當(dāng)外電路開(kāi)路時(shí)，I0，U=；當(dāng)外電路有負(fù)載時(shí)，端電壓隨著負(fù)載I的增大而降低。 2.基爾霍夫定律： 基爾霍夫定律包括電流定律和電壓定律

22、。不管元件是線性的還是非線性的，電流、電壓是直流的還是交流的，基爾霍夫定律總成立。n 基爾霍夫電流定律：對(duì)電路中任一結(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流出結(jié)點(diǎn)的電流之和一定等于流入結(jié)點(diǎn)電流之和，即流出或流入該結(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。 KCL也可以推廣到電路中任一假設(shè)的封閉面，即在任一時(shí)刻，通過(guò)該封閉面的所有支路電流的代數(shù)和等于零。 n 基爾霍夫電壓定律：對(duì)任一電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿著該回路的的所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零,簡(jiǎn)稱(chēng)為KCL。 KCL確定了連接在同一回路中各支路電壓之間的關(guān)系。體現(xiàn)的是電荷在電場(chǎng)中從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí)，它所具有能量的改變量只與這兩點(diǎn)的位置有關(guān)，而與移動(dòng)路徑無(wú)關(guān)的性質(zhì)。

23、 在分析電路列回路KCL方程時(shí)，應(yīng)先規(guī)定回路繞行方向，各支路電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)從¡°+¡±極性向¡°-¡±極性取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。第四局部二極管、可控硅整流原理 電力電子器件是電力電子變流技術(shù)的核心，通常包括非可控器件如整流二極管和可控器件如晶閘管，也叫可控硅兩大類(lèi)。電力電子變流技術(shù)和控制技術(shù)的開(kāi)展，使變流技術(shù)主要能實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：整流器、逆變器、暫波器、交流調(diào)壓器、周波變流器等，以上的幾個(gè)功能都可以通過(guò)晶閘管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 下面，我們主要介紹整流電路原理。一、二極管及其整流原理 1.二極管結(jié)構(gòu)原理：一個(gè)

24、PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)二極管。 二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，因而結(jié)電容小，通流能力小，主要應(yīng)用于小電流的整流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件等；面接觸型二極管PN結(jié)面積大，因而能通過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中，一般的電源整流電路均采用面接觸型。2.二極管的伏安特性 二極管由PN結(jié)組成，因此，具有PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?，它屬于非線性電阻元件。 正向特性右半局部： 當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。 反向特性 左半局部： 當(dāng)二極管外加反向

25、電壓時(shí)，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很??；如果所加反向電壓繼續(xù)增大，大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加，而電壓幾乎保持不變穩(wěn)壓二極管就是利用這一反向擊穿區(qū)特性工作的，控制反向電流數(shù)值，使其不致過(guò)熱而燒壞。 普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造成¡°熱擊穿¡±，使二極管永久性損壞，不再具有單向?qū)щ娦浴?二極管的測(cè)量一般用萬(wàn)用表的電阻檔R×1K測(cè)量，其正向電阻黑表筆接陽(yáng)極，紅表筆接陰極較小幾百1K左右，反向電阻很大一般為接近，而根據(jù)正反向測(cè)量結(jié)果，也可以判斷出其極性。n 二極管在電工電子電路中應(yīng)用很廣，常用于整流、穩(wěn)壓、檢波、限幅、元件保

26、護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開(kāi)關(guān)元件等等。如整流二極管、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管可以與光敏三極管做成 光耦器件，用于信號(hào) 的電路隔離傳輸，如 微機(jī)保護(hù)等輸入輸出 口常采用光耦傳輸， 起電路隔離，防止因 某一輸入輸出口問(wèn)題 影響整個(gè)系統(tǒng)等。 3.二極管整流原理 二極管整流電路實(shí)際就是利用其單向?qū)щ娞匦?，有半波整流、全波整流和橋式整流三種形式，常用橋式整流。n 半波整流： 當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓VoVi(忽略管壓降) ；當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的負(fù)半周時(shí)，二極管截止，輸出電壓Vo0。 半波整流電路的交流利用率只有50，且輸出電壓脈動(dòng)很大，對(duì)于使用直流電源的電動(dòng)機(jī)等功

27、率型的電氣設(shè)備，半波整流輸出的脈動(dòng)電壓就足夠了。對(duì)于電子電路，這種電壓那么不能直接作為半導(dǎo)體器件的電源，還必須經(jīng)過(guò)平滑濾波處理。 電壓正半周時(shí)，交流電源在通過(guò)二極管向負(fù)載提供電源的同時(shí)對(duì)電容充電，在交流電壓負(fù)半周時(shí)，電容通過(guò)負(fù)載電阻放電。 n 全波整流： 當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，VoVi忽略管壓降；當(dāng)輸入電壓處于負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，VoVi。其輸出波形是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓，但脈動(dòng)頻率是半波整流的一倍。 同樣，全波整流輸出的直流脈動(dòng)電壓不能滿足電子電路對(duì)直流電源的要求，必須經(jīng)過(guò)平滑濾波處理。也是在全波整流的輸出端接一個(gè)電容。電容在脈動(dòng)電壓的兩個(gè)峰值之間向負(fù)載放電，使輸出電壓

28、得到相應(yīng)的平滑。 全波整流電路的交流利用率為100，正負(fù)半周均利用，其輸出電壓脈動(dòng)較半波整流小，比擬平滑。全波整流電路必須采用具有中心抽頭的變壓器，而且每個(gè)線圈只有一半時(shí)間通過(guò)電流，所以變壓器的利用率不高。 n 橋式整流： 當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管D1、負(fù)載電阻RL、D3構(gòu)成一個(gè)回路圖中虛線所示，輸出電壓VoVi忽略管壓降；當(dāng)輸入電壓處于交流電壓負(fù)半周時(shí)，二極管D2、負(fù)載電阻RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路，輸出電壓VoVi。 可見(jiàn)，橋式整流電路的輸出波形脈動(dòng)情況、脈動(dòng)頻率。交流利用率與全波整流一樣。不同的是橋式整流電路無(wú)需采用具有中心抽頭的變壓器，整流二極管承受的反向電壓也不高。 二、可

29、控硅及其整流原理 二極管整流電路通常稱(chēng)為不可控整流電路，當(dāng)輸入的交流電壓不變時(shí)，其輸出的直流電壓也是固定的，不能任意控制和改變。在實(shí)際工作中，有時(shí)希望整流器的輸出直流電壓能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在這種情況下，需要采用可控整流電路，而晶閘管正是可以實(shí)現(xiàn)這一要求的可控整流元件。1.晶閘管結(jié)構(gòu)原理 內(nèi)部由四層半導(dǎo)體PNPN構(gòu)成，形成三個(gè)PN結(jié)J1、J2、J3，最下層的P1引出為陽(yáng)極A，最上層的N2引出為陰極K，中間的P2引出為控制極G。 工作原理：如果只在晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓而控制極不加電壓，那么PN結(jié)J2為反向偏置，晶閘管不導(dǎo)通，稱(chēng)為阻斷；如果A、K之間加反向電壓而控制極不加電壓，J1、

30、J3反偏，晶閘管還是阻斷。也就是說(shuō)，在G極沒(méi)有加控制電壓情況下，晶閘管始終處于阻斷狀態(tài)。 當(dāng)在陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓的同時(shí)，在控制極與陰極之間也加一個(gè)正向電壓，那么晶閘管將由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通，而且其壓降很小1V左右，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，可以通過(guò)幾十甚至上千安的電流，只要A、K之間一直加有正向電壓，它就一直維持導(dǎo)通狀態(tài)，控制極一般就不再起控制作用。所以，控制極也叫觸發(fā)極，加在其上的電壓一般為觸發(fā)脈沖電壓。 晶閘管的導(dǎo)通原理可以由其等效電路來(lái)分析：根據(jù)晶閘管的結(jié)構(gòu)，可以把它看成由一個(gè)NPN型三極管和一個(gè)PNP型三極管組合而成。 n 晶閘管導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用。那么，如何使晶

31、閘管由導(dǎo)通變?yōu)樽钄酄顟B(tài)呢？只能通過(guò)降低電源電壓，或增大負(fù)載電阻，或改變電源電壓極性加反向電壓等方法，使陽(yáng)極電流IA減少，到某一特定數(shù)值以下即小于維持電流，才能使晶閘管重新阻斷。n 假設(shè)不加控制極正向電壓，而提高陽(yáng)極電壓，那么當(dāng)?shù)竭_(dá)某一限度時(shí)，由于正向漏電流的增大，也會(huì)導(dǎo)致晶閘管導(dǎo)通。n 當(dāng)A、K加反向電壓時(shí)，兩個(gè)三極管集電極電壓極性接反，都不能放大，只有較小的反向漏電流，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。2.晶閘管的主要參數(shù)n 1電壓定額： 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓( )： 反向重復(fù)峰值電壓 ： 通態(tài)(峰值)電壓 ：n 2電流定額： 通態(tài)平均電流 ： 維持電流 ： 擎住電流 ：n 3門(mén)極定額：門(mén)極觸發(fā)電流 、門(mén)極觸

32、發(fā)電壓 n 4額定結(jié)溫 ：器件在正常工作時(shí)所允許的最高結(jié)溫，在此溫度下，晶閘管有關(guān)的額定值和特性都能得到保證。 3.單相可控整流電路1單相半波可控整流電路：n 電阻性負(fù)載的情況： 其整流輸出電壓是極性不變的脈動(dòng)直流電壓，它的波形只在電源電壓的正半周內(nèi)出現(xiàn)。 VT承受的電壓,在導(dǎo)通時(shí)忽略管壓降為零，其余不導(dǎo)通時(shí)承受全部電源電壓。 從VT開(kāi)始承受正向電壓起到加上觸發(fā)脈沖這一電角度稱(chēng)為控制角，VT導(dǎo)通的電角度稱(chēng)為導(dǎo)通角，-，輸出平均電壓：它是的函數(shù)，也就是說(shuō)改變就可以控制改變 。愈小， 愈大。當(dāng)0時(shí)，晶閘管全導(dǎo)通，相當(dāng)于二極管整流，輸出最大；當(dāng)時(shí)， 0。n 電感性負(fù)載的情況： 當(dāng)在電源電壓正半周的t

33、1時(shí)刻觸發(fā)晶閘管，在負(fù)載側(cè)就立即出現(xiàn)直流電壓，感性負(fù)載通過(guò)電流 ，當(dāng) 在增加的過(guò)程中，L的自感電動(dòng)勢(shì)極性為上正下負(fù)，它力圖阻止電流增加；當(dāng) 過(guò)零變負(fù)時(shí)，電流處于逐步減小的過(guò)程中，在L兩端產(chǎn)生一個(gè)上負(fù)下正的電動(dòng)勢(shì)，力圖阻止電流減小，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比值大，使晶閘管仍然承受正向電壓，繼續(xù)維持導(dǎo)通此時(shí)可以理解為L(zhǎng)釋放出先前儲(chǔ)藏的能量，使晶閘管保持導(dǎo)通維持負(fù)載電流。這個(gè)過(guò)程一直維持到L中的電流降為零，即L中的磁場(chǎng)能量釋放完畢，晶閘管關(guān)斷(即t2時(shí)刻)，并且立即承受電源負(fù)半周的反向電壓。可見(jiàn)，由于電感的存在，延遲了晶閘管的關(guān)斷時(shí)刻，使輸出波形上出現(xiàn)負(fù)值，導(dǎo)致輸出直流電壓的平均值下降。 根據(jù) ，當(dāng)R為一定值時(shí)，L越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就大，進(jìn)入負(fù)半周后維持晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就越長(zhǎng)，輸出電壓波形負(fù)值局部越大，輸出電壓越低。當(dāng)L>>R時(shí)，輸出波形中正負(fù)波形面積接近， ，輸出電流平均值就很小。n 為解決大電感負(fù)載時(shí)的上述矛盾，可在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)整流二極管，稱(chēng)為續(xù)流二極管VD。 當(dāng)電源電壓過(guò)零變負(fù)后，電感L的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可經(jīng)續(xù)流二極管使負(fù)載電流繼續(xù)流通，也就是說(shuō)電感儲(chǔ)藏的能量通過(guò)續(xù)流二極管與負(fù)載形成回路釋放。此時(shí)，輸出不再出現(xiàn)負(fù)電壓，在續(xù)流期間，晶閘管承受電源反向電壓而關(guān)斷。 從波形可以看出，加了續(xù)流二極管后，輸