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    五大电子技术知识详解(逻辑门电路 可控硅 二三极管)

    科技绿洲 ? 来源:电工知库 ? 作者:电工知库 ? 2023-09-22 14:28 ? 次阅读

    一、半导体

    1、半导体的有关概念

    1)半导体

    半导体是导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物体。纯净的半导体是四价元素,呈晶体结构,内部原子按一定规律整齐排列。在高温或光照下,其电子冲破束缚,成为自由电子。电子跑出后留下的空位称为空穴。半导体有电子导电和空穴导电两种形式。硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。

    2)晶体

    凡是原子按照一定规律、连续整齐地排列着的物体都称为晶体。半导体一般都具有这种结构,所以半导体也被称为晶体。

    3)本征半导体

    本征半导体是完全纯净的(不含任何其它元素)、具有晶体结构的半导体。本征半导体内部电子和空穴的数量在任何情况下总是相等的。如锗单晶、硅单晶就是本征半导体。

    4)半导体掺杂

    掺杂是指在本征半导体中掺进一定类型和数量的其它元素(五价元素或三价元素),掺进去的其它元素为杂质。掺杂的目的是改善半导体的导电能力,即掺杂后使半导体在原有“电子-空穴对”的基础上,增加大量的电子或空穴。

    5)N型半导体

    如果本征半导体掺进某种(五价元素,如磷)微量的杂质后能获得大量电子,则掺有这种杂质的半导体就称为“电子型半导体”或“N型半导体”。在N型半导体中,除“电子-空穴对”提供的载流子外。主要的、大量的是电子载流子。因此电子称为多数载流子,而空穴则称为少数载流子。

    6)P型半导体

    如果本征半导体掺进某种(三价元素,如硼)微量的杂质后能获得大量空穴,则这种半导体就称为“空穴型半导体”或“P型半导体”。在P型半导体中,除“电子-空穴对”提供的载流子外,主要的、大量的是空穴载流子,所以空穴称为多数载流子,而电子则称为少数载流子。

    7)PN结

    将P型半导体和N型半导体用特殊工艺结合在一起时,由于P型半导体中的空穴多,N型半导体中的电子多,在交界面上,多数载流子就要分别向对方扩散,在交界处的两侧形成带电荷的薄层,称为空间电荷区,又称为PN结。

    2、PN结的单向导电性

    1)PN结空间电荷区的一边带正电,另一边带负电,产生了PN结的内电场,其方向为由N区的正电荷区指向P区的负电荷区,阻碍了P区空穴进一步向N区扩散和N区电子向P区继续扩散。

    图片

    2)如果把PN结的P区接电源正极,N区接电源负极,如上图(a),外加电场方向与内电场相反,并且外电场很强,这样,在外电场作用下,两侧的多数载流子不断越过PN结,形成正向电流。这种接法称为 PN结的正向连接。PN结对正向电流的阻碍作用很小,电流容易通过。相反,如果把外电源反接,如上图(b),则外电场方向与PN结内电场的方向一致,因而加强了对多数载流子的阻挡作用,使得PN结中流过的电流极小,这一电流又称为反向漏电流。PN结加反向电压时对电流的阻碍作用,从外部看,反映出PN结的反向电阻很大,这就是半导体PN结具有单向导电性的基本原理。

    3、半导体的导电特性

    1)在纯净的半导体内部,电子载流子(简称电子)和空穴载流子(简称空穴)是成对地存在的,称“电子-空穴对”。在外电场作用下,空穴沿电场方向移动,电子逆电场方向移动。

    2)半导体内部的“电子-空穴对”会随外界温度升高或光照强度增加而明显增加,使导电能力增强。

    3)绝对零度时,“电子-空穴对”消失,半导体失去导电能力,相当于绝缘体。

    4)在纯净的半导体中掺入微量杂质,半导体的导电能力将成万倍增加。

    二、二极管

    1、二极管的结构和符号

    晶体二极管简称二极管,是在本征半导体基片上利用掺杂生成一个P区和一个N区,并在P区和N区安上电极引线,再用外壳(管壳)封装加固后构成的。如下图所示,安于P区的电极称为阳极,安于N区的电极称为阴极。二极管的符号如下图中的4所示。

    图片2、二极管的分类

    1)根据基片材料分类

    根据基片材料不同,二极管分为锗二极管和硅二极管。锗二极管以本征锗材料为基片,硅二极管以本征硅材料为基片。

    (1)锗管的阀电压或死区电压比硅管小。一般锗管在0.2V左右,硅管在0.5V左右,因此在二极管导通期间硅管的管压降比锗管大;

    (2)锗管的反向电流要比硅管大几十甚至几百倍;

    (3)锗管受温度的影响比硅管大;

    (4)从PN结的允许工作温度来看,硅管可达150-200℃;而锗管只能在100℃左右的范围内使用。因此在同样的PN结面积条件下,硅管允许通过的电流比锗管大,所以大功率二极管都用硅制造。

    2)根据用途分类

    二极管根据用途来分,有普通二极管(作检波和小电流整流用)、稳压二极管开关二极管整流二极管、阻尼二极管、双基极二极管、温度补偿二极管、隧道二极管、体效应二极管、光电二极管等近20种。

    3、二极管的型号组成

    二极管的型号由四部分组成。

    1)第一部分用数字表示。

    “2”表示二极管(如是三极管,则用数字“3”)。

    2)第二部分用字母表示所用的材料。

    A为N型锗材料;B为P型锗材料;C为N型硅材料;D为P型硅材料。

    3)第三部分用汉语拼音字母表示器件类型。

    P为普通管;V为微波管;W为稳压管;Z为整流管;S为隧道管;U为光电管;K为开关管。

    4)第四部分用数字表示器件序号。

    2CP10为硅普通二极管;2AK1为锗开关二极管;2CZ12为硅整流二极管。

    4、二极管的特性

    二极管的主要特性是单向导电性,当阳极处于高电位,阴极处于低电位时,二极管正向导通,即处于低阻状态。当阳极处于低电位,阴极处于高电位时,二极管反向截止,即处于高阻状态。二极管的特性可用两种方式来说明,一种是用伏安特性曲线,另一种是二极管的额定参数

    1)二极管的伏安特性

    用来描述加在二极管两个电极间的电压U和通过二极管的电流I之间的伏安特性曲线,如下图所示。

    图片二极管实质上是一个PN结,它的基本特性是单向导电性,因此二极管的伏安特性分为正向连接和反向连接两种情况。

    (1)二极管正向连接时如外加电压很低,电路中基本上没有电流通过,二极管的这种状态称为截止。但当外加电压增大到一定值时,二极管开始有电流通过,并且电流随外电压极微的增加而很快增长,二极管这种状态称为导通。正向连接时的伏安特性也称正向特性。

    二极管由截止进入到导通所需的电压称二极管的阀电压,一般锗二极管在0.2V左右,硅二极管在0.5V左右。

    (2)二极管反向连接时由少数载流子的漂移运动形成很小的反向电流。在反向电压很低时,反向电流随反向电压的增加而增加。但当反向电压增加到某一值(视不同的管子而不同)后的一段范围内,反向电压增加,反向电流基本不再增加,这是因为为数不多的少数载流子在电场作用下基本上都已参与了漂移运动的缘故。因此反向电流又称为反向饱和电流。但当反向电压增加到超过某一范围后,反向电流突然大增,二极管失去单向导电性,这种现象称为击穿。二极管一经击穿,便不能再恢复其单向导电性。使二极管击穿的电压称反向击穿电压。二极管反向连接时的伏安特性称为反向特性。

    2)二极管的额定参数

    不同类型的二极管因用途、工作条件或使用要求等的不同,额定参数也各不相同。普通二极管的主要额定参数有:

    (1)最大整流电流ICM

    最大整流电流是指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。

    当工作电流超过此允许值时,PN结会因过热而使管子损坏(PN结因过热而损坏,称热击穿)。

    (2)最高反向工作电压URM

    最高反向工作电压是指二极管不被击穿所允许的最高反向电压,一般规定最高反向工作电压为反向击穿电压的1/2~1/3。

    (3)最大反向电流

    最大反向电流是指在规定温度下,二极管加上最高反向工作电压时的反向电流值。此值越小,二极管的单向导电性越好。温度升高时,反向电流会显著增加。

    (4)最高工作频率

    最高工作频率取决于PN结结电容的大小,结电容越大,二极管允许的最高频率越低。

    除上述参数外,还有最大瞬时电流、最高使用温度等。

    5、温度对二极管特性的影响

    温度变化时,对二极管的正向电流、反向电流、阀电压、反向击穿电压等都有影响。

    1)温度升高时,正、反向电流增大,阀电压降低、反向击穿电压降低。温度降低时,上述各项将作相反变化。

    图片2)由于上述各项都反映在伏安特性曲线上,所以只要观察一下上图所示曲线就可看出温度变化对二极管特性和上述各项参数的影响。与硅二极管相比,锗二极管受温度变化的影响要大得多。

    6、二极管的选用

    1)要正确选用二极管,首先应根据用途决定管子的类型(例如作整流用时,根据功率大小选用普通管或整流管)、锗管还是硅管;

    2)根据工作电路的实际参数(如电压、 电阻等)选用额定值合适的管子。由于半导体器件的离散性,在管子接入电路前要对管子的主要参数进行测试。

    7、二极管使用注意事项

    1)二极管使用中电流不能超过最大正向电流,电压不能超过最高反向工作电压(峰值),否则会损坏。

    2)二极管在电路中的连接要可靠,焊接时宜使用45W以下的电烙铁,并且焊接速度要快,不能使二极管因过热而损坏。

    8、二极管好坏和极性的判别

    1)判别二极管的好坏

    (1)将万用表置于Rx100或Rx1k档,黑表笔接二极管正极,红表笔接二极管负极,这时正向电阻值一般在几十欧到几百欧之间。红、黑表笔对调后,反向电阻的阻值应在几百千欧以上。测量结果符合上述情况,则可初步判断被测二极管是好的。

    (2)如果测量结果阻值都很小,接近零欧姆,说明被测二极管内部PN结击穿或已短路;反之,如阻值都很大,接近无穷,说明被测二极管内部已断路。以上两种情况均说明被测二极管已损坏,不能使用。

    2)判断二极管的极性

    同上述方法,当阻值小时,即为二极管的正向电阻,黑表笔接的一端为二极管正极,红表笔接的一端为二极管负极;当阻值大时,即为二极管的反向电阻,黑表笔接的一端为二极管负极,红表笔接的一端为二极管正极。

    3)注意事项

    用万用表测量二极管时不能用Rx10k档,因为万用表高阻档使用的电池电压高,这个电压超过了某些检波二极管的最高反向电压,会将二极管击穿。测量时一般也不用Rx1或Rx10档,因为欧姆表的内阻很小,和二极管正向连接时电流很大,容易把二极管烧坏。

    三、三极管

    1、三极管的结构和符号

    1)半导体三极管又称双极性晶体管(BJT)。它是在一块锗基片或硅基片上分别制作出两个P区、一个N区或两个N区、一个P区,然后再从这几个区分别引出电极而成。有两个P区的管子称PNP三极管,有两个N区的管子称NPN三极管。其结构示意图与对应的符号如下图所示。

    图片从上图可以看出,无论是PNP三极管还是NPN三极管都有两个PN结,分别称为发射结与集电结。三个电极分别称发射极(e)、基极 (b)和集电极(c)。

    2)三极管结构上的特点是基区的厚度极薄,掺杂很轻;发射区的尺寸比集电区小,但集电区的掺杂比发射区轻。一般NPN三极管以硅管居多,而PNP三极管以锗管居多。

    2、三极管的功能

    1)放大作用

    三极管的主要功能是放大作用,根据不同需要,可组成电流放大、电压放大、功率放大、直流放大等不同电路。

    三极管加上工作电压后有三个电流通过三极管,即发射极电流、基极电流和集电极电流。发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。当基极电流有微小变化时,集电极电流相应有一较大的变化,这就是三极管的电流放大作用。

    为说明三极管的电流放大作用,如下图所示,在NPN三极管的三个电极上加适当的电压。

    图片(1)在上图所示的电压极性作用下,发射结处于正向连接(称正偏),当电压Ube大于发射结阀电压时,PN结导通,发射极(N区)的大量电子载流子进入基区,由于基区掺杂轻,只有少量的空穴载流子,因此进入基区的电子只有很少一部分能与基区的空穴相复合,而大量的电子仍继续向前扩散(即向基区靠近集电区一侧扩散)。这些基区的电子在基区(P区)中充当着少数载流子的角色。由于集电结处于反偏,因此这些在基区中的电子以漂移运动的方式进入到集电区,并被集电区所收集。

    (2)发射区电子进入基区后,与基区空穴复合掉一部分,这部分电子又被基极正电源Eb拉走,形成基极电流Ib;从发射区进入基区后又漂移到集电区的电子,被集电极正电源Ec拉走形成集电极电流Ic。这两部分电子被正电源拉走后,又回到发射区,从而形成发射极电流Ie。不难看出:Ie=Ic+Ib。

    (3)由于漂移到集电区的电子数比在基区复合掉的电子数多得多,因此形成的集电极电流Ie>>基极电流Ib。

    Ib改变,使Ie随之而变的作用称三极管的电流控制作用。但被控量Ie的变化比控制量Ib的变化要大得多,工程上将这种以小控大的作用称之为放大。电子技术领域里把这种以小电流控制大电流的作用称为电流放大作用。

    2)开关功能

    利用三极管在饱和区和截止区的工作状态组成开关电路,这在脉冲数字电路中得到广泛应用。

    3、三极管的主要参数

    1)电流放大系数

    电流放大系数用来表征三极管的电流放大能力,可分为静态电流放大系数和动态电流放大系数。由于特性曲线的非线性,所以只有在特性曲线近于水平的部分,Ic随Ib成正比的变化,β值才可认为基本恒定。常用的三极管,其β值约在20-100之间。

    2)极间反向电流

    在三极管中,除了多数载流子的运动以外,还有少数载流子的运动,这些少数载流子的运动所形成的电流称极间反向电流。由于少数载流子受温度的影响较大,因此极间反向电流对三极管的工作有一定的影响。影响较大的极间反向电流有以下两种。

    (1)集电极反向电流(集-基极反向饱和电流)Icbo

    当发射极开路时,如下图 (a)所示,由于Ec>>Eb,所以集电极处于反偏,集电区内的少数载流子空穴在反向电场作用下将向基区漂移。从而形成集-基极反向饱和电流Icbo。饱和电流Icbo的大小表征着三极管质量的好坏。良好的三极管,Icbo应该很小。在室温下,锗管的Icbo约几十微安;小功率硅管的Icbo则在IuA以下,从这点说明硅管的热稳定比锗管好。Icbo的大小几乎与外加电压无关,但受温度影响较大,温度升高时Icbo将增大。

    图片(2)穿透电流(集-射极穿透电流)Iceo

    基极开路时集电结处于反偏,发射结处于正偏,此时通过集电极的电流好似直接从发射区穿透到集电区的,故称其为穿透电流,如上图(b)所示。对这种情况下的载流子进行分析,可得到穿透电流Iceo与集-基极反向饱和电流Icbo的关系式

    Iceo=Iceo+βIcbo=(1+β)Icbo

    由于Iceo的存在,所以集电极电流应为

    Ic=βIb+Iceo=βIb+(1+β)Icbo

    可见集电极电流Ic受Icbo、Iceo及β的影响。而这些量又受温度的影响,因此要使三极管的稳定性好,管子的极间反向电流应尽量小,而β也不宜过大。

    3)极限参数

    (1)集电极最大允许电流ICM

    集电极电流超过一定值后,β值要下降。当β下降到正常值三分之二时的集电极电流称集电极最大允许电流I CM 。当Ic>ICM时,管子虽不一定损坏,但β值下降得太多。

    (2)集-射极击穿电压 BUceo

    基极开路时,加在集-射极间的最大允许电压称集-射极击穿电压BUceo。温度升高时,BUceo要降低。

    (3)集电极最大允许耗散功率PCM

    由于集电极电流流经集电结时会产生热量,使结温升高,并引起参数变化。当三极管受热而引起的参数变化不超过允许值时,集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率P CM

    4、温度对三极管参数的影响

    温度变化时对三极管参数的影响主要有以下方面:

    1)对发射结阀电压和输入特性的影响

    温度升高时,阀电压降低,输入特性左移;温度降低时,则作相反的变化。如下图(a)所示。

    图片2)对Icbo的影响

    温度升高时Icbo增大,Ic也随之增大;反之,Icbo减小,Ic也减小,如上图(b)所示。对硅管来说,Icbo很小,所以与锗管相比,其影响极微。

    3)对电流放大系数的影响

    温度升高时,电流放大系数也将随之增大。关于这一点,从上图(b)的输出特性曲线中也可以看出。

    5、三极管使用注意事项

    1)组成放大电路的三极管必须有足够的放大倍数,但放大倍数也不宜过大,放大倍数过大会使电路的稳定性变差。

    2)集电极和发射极之间的反向电流要小,反向电流越大三极管工作越不稳定。

    3)使用中集电极最大允许电流、集电极和发射极之间的反向击穿电压、集电极最大耗散功率不能超过其极限参数。

    6、三极管的极性判别

    1)基极判别

    将万用表选择开关拨在欧姆档,量程选用Rx100或Rx1k。用万用表的两根表笔分别对三个电极中的任何两个进行正接、反接各测一次。如测得电阻均较大,则剩下的电极(未参加测量的那个极)即为基极。

    2)管型判别

    基极判定后,用万用表的黑笔(表内电池的正极)接到基极,用红笔分别测另外两个电极。如测得的电阻都很大,则该管为PNP型;如测得的电阻均较小,则该管为NPN型。

    3)发射极与集电极的判别

    (1)对于PNP型三极管,将红表笔接到假定集电极上,黑表笔接另一未知管脚,右手手指蘸点水,用拇指和食指捏住红表笔和集电极,用中指碰基极,这样通过手的电阻给三极管加正向偏流,使三极管导通,记下万用表指示的阻值。然后再假定另一管脚为集电极,用同样的方法测试,记下并比较两阻值,其中阻值小的一次假定集电极是正确的。这是因为发射区产掺杂重,集电区掺杂轻。测得的电阻小,表示Iceo大;而测得的电阻大,则表示Iceo小。即红表笔所接的管脚是集电极,黑表笔所接的管脚是发射极。

    (2)对于NPN型三极管,将红、黑两只表笔对调,用同样的方法测试。

    7、三极管的三种连接方式

    BJT是一个三端电流放大器件,在组成四端网络时,势必要有一个电极作为输入与输出信号的公共端,另外两个电极分别是输入端和输出端。根据所选公共端电极的不同,有三种连接方式,如下图所示:

    图片

    四、可控硅(晶闸管)

    1、可控硅的结构和符号

    1)可控硅也称晶闸管,它是一个具有三个PN结的四层三端结构,如下图(a)所示:

    图片它有三个电极,分别称为阳极(A)、阴极(K)和控制极(门极)(G)。

    2)可控硅的图形符号如上图(b)。

    2、可控硅的工作状态

    可控硅和二极管一样,有两种工作状态:导通和截止。

    1)截止状态

    截止又称反向阻断,条件是施加反向电压,即它的阳极与电源的负极相连、阴极与电源的正极相连。

    2)导通状态

    可控硅导通的条件,除了像二极管一样必须具有足够大的正向电源以外,还必须在控制极与阴极基之间施加一个足够大的正向触发电压(称触发信号)。可控硅尚未导通时的状态称正向阻断。

    3、可控硅的工作原理

    1)根据可控硅的结构,可以把它看成由NPN型晶体管T?和PNP型晶体管T?所组成。如下图所示:

    图片2)可控硅阳极加上正向电压U A 、控制极加上正向电压UG时,如下图所示:

    图片

    晶体管T?处于正向偏置,由UG产生的控制极电流I G (即T?管的基极电流Ib?),T?的集电极电流Ic?=β?IG 。Ic?既是T?管的集电极电流又是T?管的基极电流。而T?管的集电极电流Ic?=β?Ic?=β?β?I~G~。如不计T?管的基极电流,则T?管的发射极电流Ie?≈Ic?=β?β?I~G~。这一Ie?又反过来作为T?管的基极电流(此时Ib?=Ie?+Ic),再一次放大。这样反复循环,形成了强烈的正反馈,使两个晶体管很快达到饱和,可控硅导通。可控硅导通后,A、K间的压降(管压降)很小,电源电压几乎全部作用在负载R上,可控硅中就有负载电流通过。

    由于Ie?>>I G ,所以可控硅一经导通,它的导通状态完全依靠自身的正反馈作用来维持,即使IG消失,可控硅仍处于导通状态。

    4、可控硅的特性

    1)可控硅的特性主要是指它的伏安特性,即当IG为某定值时,阳极电压UA与阳极电流IA之间的关系曲线。下图(a)所示是I G =0时的伏安特性。

    图片

    这条曲线说明:当阳极为正,且UA较低时,三个PN结中的T?处于反偏,此时只有很小的电流通过管子,称正向漏电流,相当于二极管反向连接时的反向饱和电流。因此当阳极电流(正向电流)增加时,它基本保持不变,此时可控硅处于正向阻断状态。但当阳极电压增加到某一值时,漏电流突然大增,可控硅由阻断状态突然导通,阳极电流大增(其值取决于负载电阻R的大小),而管压降仅1V左右。可控硅从正向阻断突然转向导通时的阳极电压称正向转折电压U BO 。可控硅导通后逐渐减小正向电压,正向电流随之减小。当电流减小到某值时,可控硅从导通状态转为阻断状态。能保持可控硅继续导通的最小正向电流称维持电流I H 。当正向电流H时,可控硅正向阻断。

    2)当可控硅加上反向电压时(A接电源负极),J?、J?两个PN结反偏,可控硅处于反向阻断状态,此时通过可控硅的电流称反向漏电流。由于可控硅导通需要两个条件,因此在第一个条件未满足的情况下(可控硅反偏),即使加上I G ,它也不会导通。但当反向电压增加到某一值时,反向电流急剧增大。这种情况称为可控硅的反向击穿,与之对应的电压称为反向击穿电压U BR

    3)上图(b)所示的曲线是在不同IG时的伏安特性,从曲线可以看出,不同IG时的差异仅在于正向转折电压。IG越大,正向转折电压越低。

    4)以上I G =0时的导通是不允许的,它可能导致管子的损坏,而我们所指的导通是在正向电压作用下,IG为某一定值(足够大)的导通,是正常情况下的导通。

    5、可控硅的主要参数

    1)额定正向平均电流IF

    在环境温度≯40℃和标准散热及全导通(交流电使阳极为正的半个周期内,可控硅均处于导通状态,称全导通)条件下,可控硅可以持续通过的工频正弦半波电流平均值,称为额定正向平均电流。通常所说的若干安培(A)的可控硅,这若干安培就是指这个电流(I F );

    2)正向阻断峰值电压PFV

    在控制极断开和正向阻断的条件下,可重复加于可控硅的正向峰值电压称正向阻断峰值电压,规定它比正向转折电压UBO小100V。通常所说的可控硅耐压,就是指这个电压(P FV )。

    3)反向阻断峰值电压PRV

    在控制极断开时,可以重复加在可控硅元件上的反向峰值电压,称反向阻断峰值电压。规定它比反向击穿电压小100V。PRV和PFV一般相等,统称“可控硅的峰值电压”。

    除上述三个主要参数外,还有控制极触发电压、控制极触发电流、维持电流、正反向平均漏电流等。

    6、可控硅的常见应用

    可控硅用途非常广泛,常见的应用有以下几种:

    1)可控硅整流

    下图(a)是单相半波可控硅整流电路。与二极管整流电路相比,其输出电压的大小,可以用改变控制极触发信号的输入时刻来加以改变。即改变下图(b)中的α角。α角称控制角,图中的β角称导通角。控制角表示可控硅在正向电压下不导通的范围,而导通角则表示正向电压下导通的范围。单相半波可控整流电路的电压与电流波形如下图(b)所示。

    图片

    2)可控硅开关

    在下图所示的电路中,当可控硅控制极未加控制信号时,可控硅处于阻断状态,电路不通。当控制极加上触发信号后,可控硅导通,电路中就有电流通过。可见此处可控硅起着开关的作用,称为可控硅开关。但是在这个电路中,可控硅一旦导通就无法关断,所以还要另设使可控硅关断的辅助电路。

    图片3)可控硅交流调压器

    (1)下图(a)是单相可控硅调压电路。其中SCR?和SCR?可分别在交流电的正、负半周导通。而是否能导通则取决于控制极有无触发信号和触发信号加入的时间(即控制角α的大小)。

    (2)改变控制角大小的控制方法称移相控制;而以有无触发信号进行控制的方法称零位控制,两种控制所输出交流电压的波形分别如下图(b)、(c)所示。

    图片

    (3)控制角越大,输出交流电压就越小;在一个工作周期内,不导通的周期数越多,输出交流电压也就越小。

    7、可控硅(晶闸管)好坏的判断

    1)初步判断

    (1)将万用表欧姆挡置于R×10档,测量阳极与阴极之间和阳极与控制极之间的正、反向电阻,正常值都应在几百千欧以上;控制极和阴极之间正向电阻约数十欧到数百欧。可初步判断晶闸管是好的。如发现任何两个极短路或对阴极断路,则晶闸管已经损坏。

    (2)注意事项:测量时,特别是测量控制极和阴极的阻值时,绝不允许使用万用表R×10k档,以防表内高压击穿控制极的PN结。

    2)接线试验

    图片合上开关QS时,小灯泡不亮,再按一下按钮SB,小灯泡如果发亮,说明晶闸管良好,能够投入电路工作。

    8、可控硅的常用保护

    可控硅元件的主要弱点是承受过电流和过电压的能力很差,即使短时间的过电流和过电压,也可能导致可控硅的损坏,所以必须对它采用适当的保护措施。

    1)过电流保护

    可控硅出现过电流的主要原因是过载、线路短路和误触发。过电流保护有以下几种:

    (1)快速熔断

    快速熔断器中的熔丝是银质的,只要选用适当,在同样的过电流倍数下,它可以在可控硅损坏前先熔断,从而保护了可控硅。

    (2)过电流继电器

    当电流超过过电流继电器的整定值时,过电流继电器就会动作,切断被保护电路。但由于继电器动作到切断电路需要一定的时间,所以只能用作可控硅的过载保护。

    (3)过载截止保护

    利用过电流的信号将可控硅的触发信号后移,或使可控硅的导通角减小,或干脆停止触发等保护可控硅的方法称过载截止保护。

    2)过电压保护

    过电压可能导致可控硅的击穿,其主要原因是由于电路中电元件的通断、熔断器熔断或可控硅在导通与截止间的转换,有时也可能是因遭受雷击。对过电压保护可采用以下两种措施:

    (1)阻容保护

    阻容保护就是电阻和电容串联后,接在可控硅电路中的一种过电压保护方式。其实质是利用电容器两端电压不能突变和电容器的电场储能以及电阻是耗能元件的特性,把过电压的能量变成电场能量储 存在电场中,并利用电阻把这部分能量消耗掉。

    (2)硒堆保护

    硒堆由硒整流片叠成(用CP表示)。当硒堆上的电压超过规定值时,硒堆击穿,达到抑制过电压对可控硅的冲击。过电压消失后,硒堆由击穿状态恢复到正常。

    五、逻辑门电路

    1、基本概念

    1)门电路

    门电路是数字电路的基本单元部件,如果把电路的输入信号看作“条件”,把输出信号看作“结果”,当“条件”具备时,“结果”就会发生。

    2)逻辑门电路

    门电路输入和输出之间存在一定的逻辑关系,所以门电路又称逻辑门电路,是实现一定逻辑关系的开关电路。

    3)基本门电路

    实现基本逻辑关系的电路称为基本门电路,有与门、或门和非门。而复合门电路由三种基本门电路组成。

    4)正、负逻辑

    在数字系统中,电位的高、低与数字信号1、0相对应。对应的方法称为逻辑约定。1表示高电平,0表示低电平,约定为正逻辑;0表示高电平,1表示低电平,约定为负逻辑。一般无特殊说明时均采用正逻辑。

    2、基本门电路

    1)与门电路

    (1)二极管与门电路

    图片

    如上图,与门电路可由二极管和电阻组成。A、B全部输入低电平时,二极管D A 、DB加正向电压导通,F端输出低电平;A、B两端电位相异时,由于二极管D A 、DB的阳极连在一起,所以阴极输入低电位的先导通,并将F端电位钳位在低电平,而另一个则因加反向电压而截止,隔离了输入高电平对输出F端的影响,使F端始终保持低电平;A、B两端全部输入高电平时,二极管D A 、DB仍因加正向电压而导通,F端输出高电平。

    (2)与门电路的逻辑功能为:输入有0,输出为0;输入全1,输出为1。

    2)或门电路

    (1)二极管或门电路

    图片

    如上图,在二极管组成的或门电路中, 因为D A 、DB两个二极管的阴极连在一起,所以只要A、B端有一个或一个以上为高电平,F端输出就为高电平;只有输入全为低电平时,输出才为低电平。

    (2)或门电路的逻辑功能为:输入有1,输出为1;输入全0,输出为0。

    3)非门电路

    (1)晶体管非门电路

    图片

    a、如上图,在晶体管组成的非门电路中,只有一个输入端和一个输出端,当A端输入低电平时,晶体管截止,集电极输出F端的电压为高电平;反之,A端输入高电平时,晶体管饱和,F端为低电平。

    b、电路中负电源UBB的作用是:保证A端为低电平时,晶体管能很可靠截止。

    c、电源UD和二极管D的作用是:组成钳位电路,保证晶体管截止时输出电压值为规定的高电平。

    (2)非门电路的逻辑功能为:输入为0,输出为1;输入为1,输出为0。

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