二極管與晶閘管教學(xué)課件

二極管與晶閘管二極管和晶閘管是電子電路中常用的半導(dǎo)體器件。它們是控制電流流動(dòng)的開關(guān)。課程目標(biāo)理解基本概念掌握二極管與晶閘管的基本原理、特性、分類和應(yīng)用。掌握應(yīng)用技能能夠識(shí)別和分析常見二極管和晶閘管，并進(jìn)行簡單的電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用。提升理論基礎(chǔ)為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)電子技術(shù)和電力電子技術(shù)奠定基礎(chǔ)。二極管概述二極管是一種半導(dǎo)體器件，允許電流在一個(gè)方向上流動(dòng)，而在另一個(gè)方向上阻止電流流動(dòng)。它是一種基本的電子元件，在各種電子電路中發(fā)揮著重要作用，例如整流、穩(wěn)壓、開關(guān)和信號(hào)處理。二極管的特性單向?qū)щ娦远O管只允許電流從正極流向負(fù)極，反向則幾乎不導(dǎo)通。非線性特性二極管的電壓電流關(guān)系是非線性的，可以通過二極管曲線來觀察。電壓降正向?qū)〞r(shí)，二極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓降，稱為正向壓降?？焖夙憫?yīng)二極管的開關(guān)速度非?？?，可以快速響應(yīng)信號(hào)變化，廣泛應(yīng)用于電路中的信號(hào)控制。二極管的基本工作原理1PN結(jié)形成PN結(jié)是二極管的核心。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)PN結(jié)。2擴(kuò)散和漂移由于載流子的擴(kuò)散和漂移，PN結(jié)兩側(cè)會(huì)形成一個(gè)空間電荷區(qū)，并建立起一個(gè)內(nèi)建電場。3導(dǎo)通和截止當(dāng)正向電壓加到PN結(jié)上時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流可以流過。反向電壓會(huì)使二極管截止，電流無法流過。二極管的分類與應(yīng)用整流二極管將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，應(yīng)用于電源適配器、充電器等。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓輸出，應(yīng)用于電子設(shè)備的電源電路中，防止電壓波動(dòng)影響性能。發(fā)光二極管(LED)將電能轉(zhuǎn)換為光能，應(yīng)用于照明、顯示器等領(lǐng)域，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢。光電二極管將光能轉(zhuǎn)換為電能，應(yīng)用于光傳感器、光電探測器等，用于光照檢測、光信號(hào)轉(zhuǎn)換等。整流二極管整流二極管是專門用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的二極管，其主要作用是讓電流在一個(gè)方向上通過，阻止電流在另一個(gè)方向上通過。整流二極管廣泛應(yīng)用于電源電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電源。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管電路圖穩(wěn)壓二極管通常與其他元件組成電路，用于穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓二極管實(shí)物圖穩(wěn)壓二極管是一種電子器件，其外形小巧，常見于各種電子設(shè)備。穩(wěn)壓二極管應(yīng)用場景穩(wěn)壓二極管廣泛應(yīng)用于各種電子電路，如電源供應(yīng)器、音響設(shè)備等。發(fā)光二極管(LED)LED是一種半導(dǎo)體器件，能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為光能，具有高亮度、低能耗、壽命長、體積小、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。LED的應(yīng)用非常廣泛，例如照明、顯示屏、電子設(shè)備、汽車燈具、醫(yī)療設(shè)備等等。光電二極管光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。它利用光照射PN結(jié)產(chǎn)生的光生載流子，從而產(chǎn)生光電流。光電二極管廣泛應(yīng)用于光電探測、光通信、光控制、光伏發(fā)電等領(lǐng)域。光電二極管的特性包括響應(yīng)速度、靈敏度、暗電流、噪聲等。不同的光電二極管在響應(yīng)速度、光譜響應(yīng)范圍、靈敏度等方面有所區(qū)別。晶閘管概述晶閘管是一種具有三個(gè)或更多個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。晶閘管可以控制電流的方向和大小，是一種重要的電力電子器件。晶閘管在電力系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。晶閘管的工作原理1觸發(fā)施加觸發(fā)信號(hào)2導(dǎo)通PN結(jié)導(dǎo)通3電流電流持續(xù)流動(dòng)4維持維持導(dǎo)通狀態(tài)晶閘管的工作原理主要基于PN結(jié)的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)變化。當(dāng)施加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，晶閘管內(nèi)部的PN結(jié)導(dǎo)通，電流開始流動(dòng)。一旦導(dǎo)通，晶閘管可以維持導(dǎo)通狀態(tài)，直到電流降至維持電流以下。晶閘管的特性1單向?qū)▋H在正向偏置且觸發(fā)信號(hào)存在時(shí)導(dǎo)通。2電壓控制通過控制門極電壓來控制導(dǎo)通狀態(tài)。3電流控制電流達(dá)到一定閾值時(shí)導(dǎo)通，維持電流即可保持導(dǎo)通。4低壓驅(qū)動(dòng)門極驅(qū)動(dòng)電壓較低，易于控制。晶閘管的分類與應(yīng)用按結(jié)構(gòu)分類晶閘管可分為單向晶閘管和雙向晶閘管。單向晶閘管只能在一個(gè)方向上導(dǎo)通電流，而雙向晶閘管可以在兩個(gè)方向上導(dǎo)通電流。按控制方式分類晶閘管可分為電流控制型和電壓控制型。電流控制型晶閘管通過電流來控制其開關(guān)狀態(tài)，而電壓控制型晶閘管通過電壓來控制其開關(guān)狀態(tài)。應(yīng)用晶閘管廣泛應(yīng)用于各種電子電路中，例如：電源控制、電機(jī)控制、照明控制、焊接設(shè)備、變頻器等。整流晶閘管整流晶閘管整流晶閘管是一種常用的電力電子器件，它能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電。電路圖整流晶閘管通常與其他電子元件一起構(gòu)成整流電路，用于各種電子設(shè)備中。應(yīng)用場景整流晶閘管廣泛應(yīng)用于電源供應(yīng)、電機(jī)控制、焊接設(shè)備等領(lǐng)域。可控硅可控硅是一種三端半導(dǎo)體器件，又稱晶閘管?？煽毓桀愃朴诙O管，但其具有控制電流方向的能力?？煽毓鑿V泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域，例如直流電機(jī)調(diào)速、交流電機(jī)調(diào)速、照明控制、焊接設(shè)備等?？煽毓璧奶匦噪娏骺刂瓶煽毓杩梢钥刂齐娐分械碾娏鳎试S或阻止電流流動(dòng)。電壓控制可控硅可以控制電路中的電壓，調(diào)整電流強(qiáng)度。功率控制可控硅可以控制電路中的功率，調(diào)節(jié)電路的負(fù)載能力。溫度控制可控硅可以控制電路的溫度，防止過熱或過冷?？煽毓璧墓ぷ髟?觸發(fā)導(dǎo)通控制2正向電壓維持導(dǎo)通3反向電壓截止?fàn)顟B(tài)可控硅是三端器件，控制極、陰極、陽極。當(dāng)控制極觸發(fā)時(shí)，可控硅從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。正向電壓維持導(dǎo)通狀態(tài)，反向電壓使可控硅截止。可控硅的應(yīng)用工業(yè)控制可控硅廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，例如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。電力電子可控硅是電力電子技術(shù)的重要元件，用于各種電源轉(zhuǎn)換、直流調(diào)壓等。家電領(lǐng)域可控硅在洗衣機(jī)、空調(diào)、電風(fēng)扇等家電中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，用于控制功率和調(diào)節(jié)速度。照明系統(tǒng)可控硅可用于調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和人性化控制。晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路是用來控制晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的電路。驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)向晶閘管提供足夠的觸發(fā)電流，使其導(dǎo)通。觸發(fā)方式晶閘管的觸發(fā)方式有兩種：正向觸發(fā)和反向觸發(fā)。正向觸發(fā)是通過向門極輸入正脈沖來觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，反向觸發(fā)則通過向門極輸入負(fù)脈沖來觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)電路類型常見的驅(qū)動(dòng)電路類型包括：單脈沖驅(qū)動(dòng)電路、雙脈沖驅(qū)動(dòng)電路、互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路等等。不同的驅(qū)動(dòng)電路類型在觸發(fā)方式、觸發(fā)信號(hào)的形狀、以及對(duì)晶閘管的控制精度上有所區(qū)別。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)需要考慮以下因素：驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流、以及觸發(fā)脈沖寬度。驅(qū)動(dòng)電路還需確保能夠在安全范圍內(nèi)工作，并且能有效地防止誤觸發(fā)。晶閘管的開關(guān)特性1導(dǎo)通特性晶閘管導(dǎo)通后，其導(dǎo)通電壓很低，電流可以達(dá)到很大的值，并且導(dǎo)通狀態(tài)可以保持較長時(shí)間。2關(guān)斷特性晶閘管關(guān)斷后，其阻抗很大，電流降至零，需要一定的時(shí)間才能重新導(dǎo)通。3開關(guān)速度晶閘管的開關(guān)速度與晶閘管本身的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)，不同的晶閘管開關(guān)速度不同。4溫度影響溫度會(huì)影響晶閘管的開關(guān)特性，溫度過高會(huì)降低其開關(guān)速度，溫度過低會(huì)延長其關(guān)斷時(shí)間。晶閘管的保護(hù)電路過電流保護(hù)使用熔斷器或電流傳感器來監(jiān)測電流。當(dāng)電流超過額定值時(shí)，熔斷器熔斷或電流傳感器發(fā)出信號(hào)，切斷電源，防止晶閘管過載。過電壓保護(hù)使用電壓傳感器來監(jiān)測電壓。當(dāng)電壓超過額定值時(shí)，電壓傳感器發(fā)出信號(hào)，切斷電源，防止晶閘管因電壓過高而損壞。短路保護(hù)在晶閘管的輸出端并聯(lián)連接一個(gè)電阻，用于吸收短路電流，防止晶閘管因短路電流過大而損壞。浪涌保護(hù)使用浪涌抑制器來吸收電路中的浪涌電流，防止晶閘管因浪涌電流過大而損壞。可控硅的驅(qū)動(dòng)電路1觸發(fā)電路觸發(fā)電路是可控硅驅(qū)動(dòng)電路的核心部分，它向可控硅提供觸發(fā)信號(hào)，使其導(dǎo)通。2驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)放大觸發(fā)信號(hào)，并提供足夠的電流來驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通。3保護(hù)電路保護(hù)電路主要用于保護(hù)可控硅，防止其由于過電流、過電壓或其他故障而損壞?？煽毓璧膽?yīng)用案例可控硅廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電力電子、家用電器等領(lǐng)域。例如，在電機(jī)控制中，可控硅可以作為調(diào)速器，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。在電力電子中，可控硅可用于直流電源的整流、逆變和控制。在家用電器中，可控硅常用于電爐、電飯煲、洗衣機(jī)等電器。二極管和晶閘管的區(qū)別開關(guān)特性二極管是單向?qū)ㄆ骷?，晶閘管是雙向可控器件。二極管只能單向?qū)娏?，而晶閘管可以控制電流的通斷。控制方式二極管不需要控制信號(hào)，而晶閘管需要控制信號(hào)來控制其開關(guān)狀態(tài)。電壓降二極管的壓降較小，通常在0.7V左右。晶閘管的壓降較高，通常在1.5V左右。功率容量二極管的功率容量較小，晶閘管的功率容量較大。二極管和晶閘管的發(fā)展趨勢二極管二極管技術(shù)不斷發(fā)展，小型化和高性能化成為趨勢。例如，硅基二極管正在向更高工作頻率和更低功耗的方向發(fā)展。新材料二極管，如氮化鎵二極管，具有更高效率和更快的開關(guān)速度，適用于更高功率和更高速的應(yīng)用。晶閘管晶閘管技術(shù)也正在朝著更高功率、更快的開關(guān)速度和更智能化的方向發(fā)展。新型晶閘管，例如IGBT和MOSFET，具有更高效率和更快的開關(guān)速度，適用于更高功率和更高速的應(yīng)用。本課程小結(jié)二極管二極管是一種重要的半導(dǎo)體器件，具有單向?qū)щ娞匦?，在電路中廣泛應(yīng)用于整流、穩(wěn)壓、信號(hào)處理等。晶閘管晶閘管是一種可控開關(guān)器件，具有控制電流的能力，廣泛應(yīng)用于電力電子、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。應(yīng)用二極管和晶閘管在各種電子設(shè)備中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，例如電源適配器、LED照明、電機(jī)控制等。課程總結(jié)11