电工学-绪论及直流电路.ppt

电工技术部分内容1、直流电路基尔霍夫定律及应用、叠加原理、等效电源定理------等效电阻的求解2、电路的暂态分析储能与换能、RC和RL电路的暂态3、交流电路交流电的相关参数、功率因素及其提高4、供电与用电触电、静电保护及电器的防火与防爆5、变压器变压器使用常识6、电动机电动机的铭牌数据、起动、运行及选择7、电气自动控制控制器件及常用的自动控制,导电能力介于导体与绝缘体之间的物质；硅、锗、砷化镓、金属氧化物和硫化物等都是半导体。,1什么是半导体,2半导体的三大特性热敏性光敏性掺杂性,3半导体的共价键结构带正电的原子核与若干个带负电的电子组成原子。外层电子的自由度较大，容易挣脱原子核的束缚而成为“自由电子”。最外层的电子叫做价电子。,半导体的共价键结构半导体一般都是单晶体结构。,4本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体。,本征激发热激发电子-空穴对,复合。在一定温度下载流子的产生过程和复合过程是相对平衡的，载流子的浓度是一定的。,5掺杂半导体P型半导体掺入三价元素硼、镓等。,空穴浓度远大于电子浓度，主要靠空穴导电，称为P型半导体、空穴型半导体。掺入的三价杂质原子，变成了负离子，被固定在晶格中不能移动，不参与导电。由于热运动还产生少量的电子-空穴对，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。,N型半导体在本征半导体中掺入五价元素杂质，如磷、锑、砷等。N型半导体、电子型半导体。,注意虽然杂质半导体中有大量的多数载流子，但由于带有相反极性电荷的杂质离子的平衡作用，对外表现都是电中性的。,6PN结及其特性,一、PN结的形成,内电场阻碍多子的扩散；引起少子的漂移。,二、PN结的单向导电特性加正向电压，即P区接电源正极，N区接负极，外电场与内电场方向相反，阻挡层变薄。PN结的正向电阻很低，处于导通状态。,PN结加反向电压,外电场与内电场方向一致，增强了内电场，使阻挡层变厚而截止。,反向电流由少子漂移运动形成，随温度升高而增多。在一定温度下，反向电流不仅很小，且基本上不随外加反向电压变化，故称其为反向饱和电流。,7半导体二极管,7-1二极管的结构阳极或正极阴极或负极点接触型面接触型,7-2二极管的伏安特性,正向特性外加电压较小，外电场还不足以克服死区电压的作用，几乎无电流经过。死区电压的大小与管子的材料及温度有关。一般硅管为0.5V，锗管约为0.2V。,正向导通电压一般硅管为0.7V，锗管约为0.3V。,反向特性二极管加反向电压时，电流很小，且基本上不随外加电压而变化。一般硅管的反向电流要比锗管小得多。,反向击穿特性反向击穿电压。加在PN结中很强的外电场把价电子直接从共价键中拉出来成为载流子参与导电的击穿，叫齐纳击穿；强电场使PN结中的少数载流子获得足够的动能，去撞击其它原子，把更多的价电子成为自由电子，如同雪崩一样，叫雪崩击穿。,去掉反压，二极管仍能恢复工作，属于电击穿。电击穿时间长了就会发生热击穿。,7-3二极管的主要参数（1）最大整流电流IFMIFM是指长期工作时，二极管能允许通过的最大正向平均电流值。,（2）最高反向工作电压URMURM是指二极管工作时所能承受的反向电压峰值,也就是通常所说的耐压值。通常标定的最高反向工作电压要比反向击穿电压低一些。,（3）反向电流IR未击穿时的反向电流值。受温度影响较大。,★★★二极管的温度特性★★★,二极管的应用举例限幅电路又称削波器，主要限制输出电压的幅度。,8特殊二极管,一、稳压二极管用特殊工艺制造的面接触型半导体二极管，击穿电压低，反向击穿特性很陡峭。击穿时通过管子的电流在很大范围内变化，而管子两端的电压却几乎不变。,稳压管一般不能并联使用，因为并联有时会因电流分配不匀而引起管子过载损坏。,主要参数1稳定电压UZ就是稳压管的反向击穿电压。同一型号的管子，UZ的值也有可能不同。,2稳压电流IZ指稳压管维持稳定电压的工作电流。手册中规定有最小测试电流IZminIZ1和正常测试电流IZIZ2两项，通常取IZ1值作为标称值。,3最大稳定电流IZmax是稳压二极管允许通过的最大反向电流。,4最大耗散功率PZmaxPZmax是指稳压管不致因过热而损坏的最大耗散功率PZmax＝UZIZmax,二、光电二极管又称光敏二极管。PN结工作在反向偏置状态时其反向电流随光照强度增加而上升。,三、发光二极管简称LED，工作时PN结正向偏置。当载流子复合时，释放出的能量是一种光谱辐射能。砷化镓半导体辐射红光；磷化镓半导体辐射绿光或黄光等。,9整流电路,把大小、方向都随时间变化的交流电变换成直流电。有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路等。单相桥式整流电路用得最为普遍。一、工作原理,4只二极管中两个两个地轮流导电、轮流截止。变压器次级绕组在整个周期的正、负两个半周内都有电流通过，提高了变压器的利用率。,二、负载上的直流电压和直流电流的计算整流后，负载电阻上电流的方向不变，但其大小仍作周期性变化，故称为脉动直流电压。当变压器副边电压u2U2sinωtV,三、整流元件参数的计算二极管的平均电流,最大反向电压承受到的最大反向电压均为u2的最大值，即,桥式整流电路的优点输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，电源的利用率高。缺点二极管用得较多。,整流桥堆出售，如QL51AG、QL62AL等，其中QL62A-L的额定电流为2A，最大反向电压为25～1000V。,C对于直流相当于开路，对交流呈现较小的阻抗。C与负载电阻并联，直流分量全部经负载，交流分量则被C旁路，负载上的电压波形比较平滑。,10滤波电路,RLC＞35时，电容滤波效果较好,电容滤波电路特点1整流二极管的导电时间缩短了，但由于输出直流的平均值提高了，故整流二极管将流过一个很大的冲击电流，易损坏整流管。2负载直流电压随负载电流增加而减小。,二、电感滤波电路,特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦。其缺点是体积大，易引起电磁干扰。,复合滤波可进一步减小负载电压中的纹波。,11硅稳压管稳压电路,工作原理由稳压管V和限流电阻R组成。,注意限流电阻R除了起电压调节作用外，还起限流作用。如果稳压管不经限流电阻R而直接并在滤波电路的输出端上，它不仅没有起到稳压作用，还可能使稳压管中电流过大而损坏管子。,限流电阻和稳压管的选择1稳定电压应按负载电压选取，即UZUo。如果一个管子的稳压值不够，可以用两个或多个稳压管串联。稳压管的最大稳定电流IZmax大致上应该比最大负载电流ILmax大两倍以上。,2限流电阻R的选择①当直流输入电压最低（UImin）而负载电流最大时，流过稳压管的电流应该大于稳压管的稳定电流IZ,②当直流输入电压最高（UImax）而负载电流最小时，流过稳压管的电流不应该超过稳压管的最大稳定电流,本次课内容1、什么是半导体2、半导体的三大特性4、半导体的共价键结构5、本征半导体和杂质半导体6、PN结及其单向导电性7、二极管及其特性和应用8、特殊二极管及应用举例9、单相桥式整流电路10、滤波电路11、稳压二极管稳压电路,作业P.217.分析与思考P.219.分析与思考,