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但是在自然界里面，还有一些物质，它们的导电本领即电阻率，处在导体和绝缘体之间，这种物质我们叫它为半导体目前用来制造晶体管的材料主要有锗、硅等1．1．1 、 半导体的导电方式,半导体中载流子有两种：一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们数目相等，但总数不多，远远低于金属导体中载流子的数量，所以半导体的导电性能比导体差而比绝缘体好在金属导体中导电的是自由电子，而在半导体中，电子和空穴是同时参与导电的，这是半导体导电的重要特征1．1．2 、 N型半导体和P型半导体,1、N型半导体,,N型半导体，又称为电子型半导体是在纯净半导体中掺入微量的五价元素（如磷元素）制成的，其中含有数量较多的带负电的自由电子，还有少量的带正电的粒子（称为空穴）即在N型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子2、P型半导体,,P型半导体，又称为空穴型半导体是在纯净半导体中掺入微量的三价元素（如硼元素）制成的，其中含有数量较多的带正电的粒子（称为空穴），还有少量的带负电的自由电子即在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子1．1．3 、 P N结及其单向导电性,PN结的单向导电性     PN结在未加外电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。

当电源正极接P区，负极接N区时，称为给PN结加正向电压或正向偏置;  当电源正极接N区、负极接P区时，称为给PN结加反向电压或反向偏置1．2半导体二极管,1．2．1、二极管的结构、符号和类型,,二极管是由一个PN结构成的半导体器件，即将一个PN结加上两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成P型区的引出线称为正极或阳极，N型区的引出线称为负极或阴极，它的文字符号为“V”，图形符号如图1—4所示，图形中箭头表示PN结正向电流的方向二极管的符号和类型,二极管有许多类型，根据制作材料的不同，二极管可分为硅管和锗管；按工艺可分为点接触型和面接触型；按用途可分为整流二极管、检波二极管、光电二极管、开关二极管、激光二极管等1．2．2、二极管的伏安特性曲线,1、正向特性,,当正向电压升高到一定值Uth以后内电场,,被显著减弱，正向电流才有明显增加,Uth,,被称为门限电压或阀电压Uth视二极管,,材料和温度的不同而不同，常温下，硅管,,一般为0.5V左右，锗管为0.2V左右2、反向特性,,当二极管两端外加反向电压时，PN结内电场进一步增强，使扩,,散更难进行这时只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运,,动形成微弱的反向电流IR。

反向电流很小，常温下，小功率硅,,管的反向电流在nA数量级，锗管的反向电流在μA数量级1．3 稳压管,稳压二极管又叫稳压管，,,它是用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，它既具有普通二极管的单向导电特性，又可工作于反向击穿状态在反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，此时即使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电压也能保持基本不变，实现稳压其被反向击穿后，当外加电压减小或消失时，PN结能自动恢复而不至于损坏但若反向电流增大到一定数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而损坏 稳压管主要用于电路的稳压环节和直流电源电路中，常用的有2CW型和2DW型1．4 半导体三极管,1．4．1、三极管的结构、符号和类型,,半导体三极管也称为晶体管，它是电子线路中的主要放大元件三极管好像是两个反向串联的PN结但是如果把两个孤立的PN结，比如两个二极管反向串联起来，是不会有放大作用的1．4．2、三极管的电流放大作用,1、具有放大作用的条件,,要使三极管具有电流放大作用，必须给三极管加上合适的工作电压，即：使发射结正偏，集电结反偏也就是说发射结的P区接电源负极，N区接电源的正极。

三极管放大电路不论采用哪种管型和哪种电路形式，都要满足这个基本条件即对于NPN型三极管，c、b、e三个电极的电位必须符合：UC＞UB＞UE；对于PNP型三极管，电源的极性与NPN型相反，应符合UC＜UB＜UE2、电流放大作用,,β就是三极管的共发射极电路的电流放大系数在表1—4中，当IB=0时，IC不等于零，这时的IC值叫做穿透电流，用ICEO表示所谓穿透电流就是当基极开路，在发射极与集电极之间加一电压时流过集电极的电流穿透电流对温度很敏感，当温度升高时，它就显著增加选择三极管时，一般希望ICEO小，β选在40~100为宜如有特殊需要可自行选择1．4．3、三极管的伏安特性曲线,1、输入特性曲线,,输入特性曲线是指当三极管的集电极和发射极之间的电压UCE保持一定时，加在基极和发射极之间的电压UBE和基极电流IB之间的关系曲线2、输出特性曲线,,三极管的输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，三极管集电极电流与集电极和发射极之间的电压UCE之间的关系曲线1．5其他半导体器件,1．5．1、场效应管,,场效应管是一个电压控制器件，它是利用场效应原理工作的晶体管，可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。

1．5．2、发光二极管,,发光二极管是一种将电能直接转换成光能的光发射器件，简称LED,它是由镓、砷、磷等元素的化合物制成这些材料构成的PN加上正向电压时，就会发出光来，光的颜色取决于制造所用的材料1．5．3、光电二极管,,光电二极管又称光敏二极管它的管壳上备有一个玻璃窗口，以便于接受光照其特点是，当光线照射于它的PN结时，可以成对地产生自由电子和空穴，使半导体中少数载流子的浓度提高还有,开关二极管,、,变容二极管,、,隧道二极管等第2章 基本放大电路,,2．1基本放大电路的组成,,在三极管放大电路中，因为它与外部电源、信号源及元件的电路组合方式不同，所以它的工作特性也不同按照输入电路与输出电路的交流信号公共端的不同，三极管放大电路可分为共发射极、共基极和共集电极三种基本放大电路这种接法上的改变使放大电路的性能发生了变化，并各具特色2．1．1、共发射极基本放大电路,三极管处于放大状态时必须满足发射结正向偏置、集电结反向偏置的外部条件，对三极管放大电路来说也是如此由三极管V组成的共发射极放大电路（又称固定偏置电路）由下图可见电路中只有一个放大器件，且以三极管的发射极作为输入回路和输出回路的公共电极，故称为共发射极放大电路。

共发射极放大电路的特点是：,1、具有较高的放大倍数；,,2、输入和输出信号相位相反；,,3、输入电阻不高；,,4、输出电阻取决于Rc的数值若要减小输出电阻，需要减小Rc的阻值，,,这将影响电路的放大倍数2．2 共发射极放大电路的分析,为了进一步理解放大电路性能，需要对放大电路进行必要的定量分析分析方法较多，这里只介绍近似估算法和图解分析法两种在放大电路中，直流量和交流量共存由于电容、电感等电抗元件的存在，直流量所流经的通路与交流信号所流经的通路是不完全相同的为了研究问题方便起见，常把放大电路分成直流通路和交流通路分开来研究2．3静态工作点的设置和稳定,信号在放大过程中，总是希望信号的幅值得到增大而信号的波形不变假如信号经过放大器后，输出信号的波形与输入信号相差很远，放大就显得没有意义了输出波形与输入波形不完全一致称为波形失真由于特性曲线非线性引起的波形失真称为非线性失真产生非线性失真的原因与静态工作点选择得是否合适 2．4阻容耦合多级放大电路,,由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用的放大电路都是由多级组成的多级放大器通常可分为两大部分，即电压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大) 。

2．5放大电路中的负反馈,,负反馈在电子线路中的应用十分广泛，几乎所有的实用放大器，都引入负反馈因此了解负反馈对放大电路的影响，是十分必要的反馈：可描述为将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式送回放大电路的输入端我们有时把引入反馈的放大电路称为闭环放大器，没有引入反馈的称为开环放大器反馈的极性与类型的判断,判别反馈极性通常采用电压瞬时极性法简单地说就是先将反馈网络与放大电路的输入段断开，然后设定输入信号有一个正极性的变化，再看反馈回来的量是正极性的还是负极性的，若是负极性，则表示反馈量是削弱输入信号，因此是负反馈反之则为正反馈负反馈的四种基本形式,,,1、电压串联负反馈 2、电流串联负反馈,,3、电压并联负反馈 4、电流并联负反馈,,2．6 功率放大器,前面已经介绍了一些基本放大电路，经过这些放大电路处理后的信号，往往要送到负载，去驱动一定的装置例如，收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等这时我们要考虑的不仅仅是输出的电压或电流的大小，而是要有一定的功率输出，才能使这些负载正常工作这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。

2．6．1、对功率放大器的要求,,1、输出功率大：功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率 2、效率高：功率放大器的效率是输出功率与直流电源提供的直流功率之比3、非线性失真小：为使输出功率大，功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下2．6．2、功率放大器的分类,1、按放大电路的频率可分为：低频功率放大电路和高频功率放大电路2、按功率放大电路中三极管导通时间的不同可分为：甲类功率放大电路、乙类功率放大电路和甲乙类功率放大电路3、按功率放大电路输出端的特点可分为：有输出变压器功率放大电路、无输出变压器功率放大电路（又称OTL功率放大电路）、无输出电容器功率放大电路（又称OCL功率放大电路）和桥接无输出变压器功率放大电路（又称BTL功率放大电路）2．7 正弦波振荡电路,许多技术领域中都要用到不同大小、不同频率的正弦信号例如：在无线电通信、广播和电视中需要用正弦信号来作为载波，以便把语言、音乐和图象信号调制到载波上，然后转换为电磁波发射出去；又例如：在电子测量中也经常需要用到各种频段的正弦信号发生器因此，就需要有一种便于产生各种不同大小的正弦信号的电路，这种电路就是我们在这一节要讨论的正弦波振荡电路。

2．7．1．振荡的基本概念,振荡电路的基本组成,,（1）放大电路 没有放大就不可能产生正弦波振荡，它是满足幅值平衡条件必不可少的电路放大电路必须结构合理，静态工作点选择适当，以保证放大电路具有放大作用2）正反馈电路 其作用主要用来满足自激振荡的相位条件3）选频电路 起振时，电路中激起的电压和电流的变化往往是非正弦的，含有各种频率的谐波分量，因此输出的信号也将是含有不同谐波成分的非正弦波4）稳幅电路 其作用是使振荡幅值稳定，改善波形振荡电路的种类,LC正弦波振荡电路,,LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相同，,,包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成RC正弦波振荡电路,,当LC振荡器用于低频振荡时，所需L和C的数值均应加,,大，这种损耗小的大电感和大容量电容制作困难而使,,用RC振荡器却显得方便而经济石英晶体正弦波振荡电路,,石英晶体正弦波振荡电路具有非常稳定的固有频率 对,,于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络第3章 集成运算放大器,,应用半导体制造工艺把晶体管、电阻、电容以及电路的连线都做在同一块硅片上，然后封装在一个管壳内，这样制成的电子电路称为集成电路。

它的优点是体积小，重量轻，性能好，功耗低，而且元件之间引线短，焊点少，因而提高了工作的可靠性和灵活性，实现了元件、电路和系统的三结合，为电子技术的应用开辟了一个新时代3．1 集成运算放大器的简单介绍,,集成运算放大器（Operational Amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路它的增益高（可达60~180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出3.1.1、集成运算放大器的组成与分类,,1、集成运算放大器的组成,,集成运算放大器的种类很多，电路也各不相同，但基本结构一般都由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分组成,,2、集成运算放大器的分类,,按照集成运算放大器的参数来分，集成运算放大器可分为如下几类:,,（1）通用型运算放大器 （2）高阻型运算放大器,,（3）低温漂型运算放大器 （4）高速型运算放大器,,（5）低功耗型运算放大器 （6）高压大功率型运算放大器,,3.1.2、集成运算放大器的主要参数,1、输入失调电压U,io,2、输入失调电流I,io,,,3、最大差模输入电压U,idm,4、最大共模输入电压U,icm,,,5、转换速率S,r,6、开环差模电压放大倍数A,uo,,,7、最大输出电压 U,OPP,8、差模输入电阻γ,id,,,9、输出电阻γ,O,10、共模抑制比K,CMR,,,3.1.3、集成运算放大器的传输特性,,集成运放的传输特性就是集成运放的输出与输入的关系特性。

它可以分为两个区域：线性区和非线性区，如下图所示1、线性区,,性区，构成集成运放的放大管工作在放大区，集成运放传输特性呈放大关系，可以用公式来表示,,Uo = A uo（U +—U）,,U +——同相输入端的电压,,U——反相输入端的电压,,A uo——开环差模电压放大倍数,,U o——运算放大器的输出电压,,由于集成运放的开环差模电压放,,大倍数都非常大，而输出又为有限值，,,所以集成运放的线性区比较窄 图3—3集成运放的传输特性,,2、非线性区,,当集成运放的输入信号较大时，构成集成运放的放大管则工作在饱和区，所以集成运放的输出达到了正负最大值这个区域称为非线性区此时，,,当U i＞0，即U +＞U时，Uo = +UoM，即正饱和当U i＜0，即U +＜U时，Uo = —UoM，即负饱和3.1.4、理想集成运算放大器的特点,1、集成运算放大电路的理想模型,,在分析运算放大器时为了便于分析和计算，一般可将它视为一个理想运算放大器理想运算放大器的主要条件为：,,开环差模电压放大倍数：Auo→∞,,差模输入电阻：γ,id,→∞,,输出电阻：γ,O,→0,,共模抑制比：K,CMR,→∞,,输入偏置电流I,B1,=I,B2,=0,,2、理想集成运算放大器线性区的特点,（1）因为理想运算放大电路的输入偏置电流为零和输入电阻为无穷大，则该电路不会向外部电路索取任何电流，所以流入放大器反相输入端和同相输入端的电流为零。

也就是说集成运算放大电路是与电路相连接的，但输入电流又近似为零，相当于断开一样，故通常称为“虚断”2）因为开环差模电压放大倍数为无穷大，所以当输出电压为有限值时，差模输入电压=0，即也就是说集成运算放大电路两个输入端对地的电压总是相等的二者不接地，但电位又总相等，相当于短路，通常称为“虚短”如果同相输入端接地（或通过电阻接地），即，则反相输入端电位也为零，但又不接地，则称为“虚地”3．2 基本集成运算放大电路,集成运算放大器因信号输入的方式不同而分为反相输入和同相输入两种基本电路本节讨论这两种基本电路的特性，并通过对它们的讨论说明集成运算放大器的特点和分析方法3.2.1、反相输入比例集成运算放大器,反相输入比例运算放大电路的特点：,,（1）反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低；,,（2）输出电阻小，带负载能力强；,,（3）要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差；,,（4）如果要求放大倍数100，则R1=100 kΩ，Rf =10MΩ3.2.2、同相输入比例集成运算放大器,同相比例运算放大电路的特点：,,(1)输入电阻高；,,(2)由于 UP = Ui = UN (电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高。

3．3 集成运算放大器的应用,集成运算放大器最早用于模拟电子计算机中，完成对信号的加减、乘除、微分、积分等运算近代集成运算放大器的发展，使得运算放大器的应用远远超出运算范畴，而在各种模拟信号和脉冲信号的测量、处理、产生、变换等方面都获得广泛的应用本节主要介绍运算放大器在信号运算、处理、产生等方面的应用电路3.3.1、集成运算放大器在信号运算 方面的应用,1、加法运算电路,,加法运算又叫求和运算，在反相比例运算放大器的基础上增加几个输入支路便组成了反相加法运算电路，也称反相加法器 2、减法运算电路,,减法运算电路是实现若干个输入信号相减功能的电路，常用差动输入方式来实现，,,3.3.2、集成运算放大器在信号处理 方面的应用,,运算放大器除了能对输入信号进行运算外，还能对输入信号进行处理信号处理电路的种类很多，这里只介绍电压比较器电压比较器是将输入端的模拟信号ui和一个参考电压U,R,进行幅度比较，输出高低电平（压）的电路，,,3.3.3、集成运算放大器在波形产生 方面的应用,集成运算放大器与一些外接元件组合，可以灵活地产生各种不同波形、不同频率的周期振荡信号。

这里只介绍集成运放正弦波振荡器用集成运算放大器来代替其中的两级放大器同样可组成正弦波振荡电路，如图3—12所示图中左边的电路构成RC串并联选频网络，右边则为集成运算放大电路集成运算放大电路和电阻R,1,与R,2,组成了电压串联负反馈放大电路， 其电压放大倍数 RC串并联网络引入正反馈到同相输入端，这一部分既是选频电路，又是正反馈网络当选频电路元件参数满足R,1,= R,2,= R时，由第二章的知识可知，该电路谐振频率为 ，改变R或C的数值，就可改变振荡电路的频率3．4 使用运算放大器的注意问题,1、辩认管脚，以便正确连线2、用万用表的电阻挡（“×100Ω”或“×1kΩ”挡），对照管脚测试有无短路和断路现象3、对于内部无自动稳零措施的运放需外加调零电路，使之在输入信号为零时输出电压也为零4、对于单电源供电的运放，有时还需在输入端加直流偏置电压，设置合适的静态输出电压，以便能放大正、负两个方向的变化信号5、为防止电路产生自激振荡，应在集成运放的电源端加上去耦电容有的集成运放还需外接补偿电容C第4章 直流稳压电源,将交流电变换为直流电的过程叫做整流，进行整流的设备叫做整流器，如下图。

整流器一般由四部分组成：,,1、整流变压器 把输入的交流电压变为整流电路所要求的电压值2、整流电路 由整流器件组成 ，它把交流电变成方向不变，但大小随时间变化的脉动直流电3、滤波电路 把脉动的直流电变为平滑的直流电4、稳压电路 保持稳定的直流电压供给负载4．1 单相整流电路,在单相整流电路中，常用的整流形式有半波，全波，桥式与倍压等几种，这些整流电路是利用二极管的单向导电性来将交流电变换为直流电，因此二极管是构成整流电路的关键器件这种用作整流的二极管称为整流二极管，简称整流管4.1.1 、单相半波整流电路,1、工作原理：,,在交流电一个周期内,二极管半个周期,,导通半个周期截止,以后周期重复上述,,过程负载R,L,上电流和电压波形如图4-3,,所示由于该电路输出的脉动直流电,,的波形是输入的交流电波形的一半，故称为半波整流电路2、负载RL上的直流电压和电源的计算,,依据数学推导或实验都可以证明,单相半波整流电路中,输出到负,,载R,L,上的半波脉动直流电压平均值U,L2,,3、整流二极管上的电流和最大反向电压,,由于二极管在u,2,负半周时截止,承受全部u,2,反向电压,所以二极管,,所承受的最大反向电压U,RM,就是u,2,的峰值，即U,RM,,≈,2,,4.1.2 、单相全波整流电路,单相全波整流电路实际上是由两个单相半波,,电路组成,电路如右图所示:在整流变压器次,,级引出两个电压u,2a,和u,2b,,以0点为参考点，,,两电压大小相等，相位相反。

1、工作原理,,由此可见:在交流电一个周期内,二极管V,1,和V,2,交替导通,负载电,,流I,L,=I,L1,＋I,L2,因此，负载R,L,上得到全波脉动直流电压和电流,,2、负载R,L,上的直流电压和电流的计算U,L2,,3、整流二极管上的电流和最大反向电压U,RM,,2,,,4.1.3 、单相桥式整流电路,单相桥式整流电路如右图所示:电路,,中四只二极管接成电桥形式，所以,,被称为桥式整流电路,,1、工作原理,,由此可见:在交流输入电压的正负半,,周，都有同一方向的电流流过R,L,四个二极管中，两个两个轮流导通，I,L,=I,L1,＋I,L2,，在负载上得到,,全波脉动的直流电压和电流2、负载RL上直流电压和电流计算 U,L2,,3、整流二极管上的电流和最大反向电压U,RM,,2,,4．2 三相整流电路,前面我们讨论的都是单相整流电路，它们的输出功率一般不超过几千瓦，如果负载功率太大，将会影响电网三相负荷不平衡目前工矿企业中使用的大功率直流电源，大多数是从三相整流电路得来的三相整流电路具有输出电压脉动小，输出功率大，变压器利用率高并能使相电网的负荷平衡等优点，在电气设备中被广泛应用。

三相整流电路有多种类型，而三相半波整流电路是最基本的，其他类型都是由三相半波整流电路以不同方式组合成的4．2．1 、三相半波整流电路,,右图是一个三相半波整流电路通常变压器的初级绕组接成三角形，,,次级绕组接成星形次级绕组的相,,电压是三相对称电压并按正弦规律变化，彼此相位,,差为120°,电压波形如图4-14a所示:有时也可直接,,由三相四线制的交流电网供电三只整流二极管,,V1,V3和V5的负极接在一起通常称作共阴极接法负载电阻RL一端接K点,另一端接中性点N而构成回路4．2．2、三相桥式整流电路,右图是应用最多的三相,,桥式整流电路，它是两个,,三相半波整流电路串联组,,合成的二极管V1,V3,V5,,组成共阴极联接的三相半,,波整流电路，二极管V2，V4，V6组成共阳极联接,,的三相半波整流电路负载RL接在E，F点4.2.3 、带平衡电抗器的双反星形 整流电路,右图是带平衡电抗器的双反,,星形整流电路变压器次级有,,A,B两组绕组,A组的U,V,W和,,B组的U,′V′,W′的相电压,,大小相等相位相反（同名端相反），电压波形如,,图4-20a所示，由于两组绕组都接成星形故称“双反星,,形”。

这了解决两组电流平衡问题，使两组三相半波整流电路并联工作，特设置了平衡电抗器LP,LP的两端绕组的中性点N和N′，其中点O作为一个输出端接负载RL,6个二极管作共阴极连接并接到RL另一端4．3 滤波电路,,前面我们讨论的几种整流电路，虽然它们都可以把交流电转换为直流电，但是所输出的都是脉动直流电压，其中含有较大的交流万分，因此这种不平滑的直流电仅能在电镀、电焊、蓄电池充电等要求不高的设备中使用，而对于有些仪器仪表及电气设备等，往往要求直流电压和电流比较平滑，因此必须把脉动的直流电变为平滑的直流电保留脉动电压的直流成分，尽可能滤除它的交流成分，这就是滤波这样的电路叫做滤波电路（也叫滤波器）滤波电路直接在整流电路后面，它通常由电容器，电感器和电阻器按照一定的方式组合而成常用的滤波电路结构如图4-22所示4．3．1 、电容滤波电路,右图是单相桥式整流电容滤波,,电路,电容器C并联在负载两端根据电路知识我们知道:电容器,,在电路中有储存和释放能量作用,,,电流供给的电压升高时,它把部分,,能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，从而减少脉动成分，使负载电压比较平滑，即电容器具有滤波的作用。

4．3．2 、电感滤波电路,电容滤波在大电流工作时滤波效果,,较好,当一些电气设备需要脉动小,输出,,电流大的直流电时,往往采用电感滤波,,电路,即在整流输出电路中串联带铁芯,,的大电感线圈称为阻流圈,如右图a我们知道:电感线圈的直流电阻很小,,,所以脉动电压中直流分量很容易通过电,,感线圈,几乎全部加到负载上,而电感线圈对交流的阻抗很大,,,因此脉动电压中交流分量很难通过电感线圈,大部分降落在,,铁芯线圈上根据电磁感应原理,线圈上通过变化的电流时,,,它的两端产生自感电动势来阻碍电流变化,当整流输出电流,,由小增大时,它的抑制作用使电流只能缓慢上升；而整流输,,出电流减小时,它又使电流只能缓慢下降,这样就使得整流输,,出电流变化平缓,其输出电压平滑性比电容滤波好，,,4．3．3 、复式滤波电路,,复式滤波电路是用电容器和电感器、电阻器组成的滤波器、通常有LC型、LCπ型、RCπ型几种它的滤波效果比单一使用电容或电感滤波要好得多，其应用较为广泛下图是LC型滤波电路，它由电感滤波和电容滤波组成，脉动电压经过双重滤波作用，使交流分量大部分被电感器阻止，即使有小部分通过电感器，再经过电容滤波，这样负载上交流分时很小，达到滤除交流成分目的。

第5章 晶闸管电路,,硅晶体闸流管简称晶闸管，俗称可控硅它是一种大功率的变流新器件，主要用于大功率的交流电能与直流电能的相互转换——将交流电转换成直流电，其输出的直流电压具有可控性；将直流电转换为交流电，称为逆变晶闸管广泛用在交流调压、无触点交直流开关等方面20世纪60年代以来，晶闸管研制和应用发展很快，特变是近年来在电力牵引、交流传动与控制技术中，晶闸管器件都起着十分关键的作用，晶闸管变流技术正向着集成化、模块化方向发展本章重点介绍晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线、主要参数、单相和三相可控整流、晶闸管的触发电路及一些特殊晶闸管的应用5．1 晶 闸 管,,5．1．1 、晶闸管的结构、符号,,晶闸管的种类较多，有普通型、双向型、可关断型等在晶闸管整流技术中使用的主要是普通型，而且普通型晶闸管的结构和工作原理也是分析其他晶闸管的基础下面首先介绍普通型晶闸管普通型晶闸管的结构及符号如图5-1所示晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K、门极G5．1．2 、晶闸管的工作原理,不论哪种结构形式的晶闸管,,,管芯都是由四层(PNPN)半导体,,和三端(A、G、K)引线构成因此它有三个PN结,由最外层的,,P层和N层分别引出阳极和阴极,,,中间的P层引出门极,如上图a所,,示。

如果将三个PN结和四层半导体看成是由PNP和NPN型两个三,,极管连接而成,如上图b所示,则每个三极管的基极和另一个三极管,,的集电极相连,阳极A相当于V1管的发射极,阴极K相当于V2管的,,发射极,门极相当于V2管的基极,那么普通晶闸管不仅具有硅整流,,二极管正向导通、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向导,,通是可以控制的，起这种控制作用的就是门极5．2 晶闸管单相可控整流电路,如果用全部或部分晶闸管取代第四章讨论过的各类整流电路中的整流二极管，就能够组成输出电压连续可调的各类可控整流设备一般容量在4kW以下的可控整流装置多采用单相可控整流，对大功率的负载多采用三项可控整流下面先介绍最简单、最基本的单相半波可控整流电路5．2．1 、,单相半波可控整流电路,将单相半波整流电路中的整流二,,极管换成晶闸管即成单相半波可控,,整流电路，如右图所示：R,L,为负载,,电阻,u,1,和u,2,为电源变压器的一次和,,二次正弦交流电压由右图电路可见，若门极不加触发电压，无论在u,2,的正半周还是负半周，晶闸管V均不会导通若在t,1,时刻(ωt,1,=a)将触发脉冲u,G,加到V的门极，晶闸管被触发导通，如果忽略管压降，则负载上得到的电压等于u,2,。

5．2．2 、单相半控桥式整流电路,,将单相桥式整流电路中两只整流,,二极管换成两只晶闸管便组成了单,,相半控桥式整流电路，如右图所示晶闸管V,1,和V,2,的阴极接在一起，触发脉冲同时送给两管的门极，但能被触发导通的只能是阳极承受正向电压的那只晶闸管,5．3 晶闸管三相可控整流电路,,对大功率的负载，如果用单相可控整流电路，将造成供电线路三相负荷的不平衡，影响电网供电质量所以中型以上的整流装置都采用三相可控整流5．3．1 、三相半波可控整流电路,三相半波可控整流电路如下图所示，其中晶闸管V1、V2和V3的阴极连在一起，称为共阴极接法这样连接的V1、V2和V3只有当阳极电位最高且门极加触发脉冲时才导通5．3．2、三相半控桥式整流电路,右图是最常用的三相半控,,桥式整流电路图图中6个,,整流元件分为两组：一组是,,晶闸管V1、V2、V3接成共,,阴极组,三个晶闸管的阳极分,,别接在三相电源上,因此任何时刻总是一个晶闸管的阳,,极电位最高,若在其门极加触发脉冲,它就会触发导通；,,另一组是整流二极管V4、V5、V6接成共阳极组,三个,,二极管的阴极分别接在三相电源上,因此任何时刻总又,,一个二极管的阴极电位最低而处于导通状态。

两组元,,件中只有一组为晶闸管，故称为半控整流电路补充： 负载类型对晶闸管整流的影响,,在前面分析的各种晶闸管可控整流电路中，均假设负载是电阻性的但在实际中，经常遇到的负载是电感性的，例如各种电动机的励磁绕组，各种电感线圈等有时负载是蓄电池（充电）或直流电动机的电枢等这时电路的工作情况和电阻性负载又很大的不同1）电感性负载的影响,在电感线圈中当电流发生变化时会产生自感电动势，而且自感电动势总是阻碍电流变化的电流增大时，自感电动势阻碍它增大；电流减小时，自感电动势又阻碍它减小也就是说，电感线圈中的电流不能突然增大，也不能突然减小在晶闸管可控整流电路中，当晶闸管（导通）阳极上的交流电压减小过零时，晶闸管本应关断，但由于负载中自感电动势的作用，电流并没有同时为零，而且又可能仍大于晶闸管的维持电流 ，因而晶闸管不能及时关断2）反电动势负载的影响,下图a所示时反电动势负载对晶闸管整流影响的电路图整流输出电压 大于反电动势时才有电流输出，其他时间负载电流为零，其波形如下图b所示通过此图进一步说明给负载串联滤波电抗器，同时并上续流二极管的必要性5．4,,晶闸管的触发电路,,由前面讨论知道，要使用晶闸管导通除在它的阳极和阴极间加上正向电压外，还必须在它的门极加上适当的触发信号（电压、电流）。

这种对晶闸管提供触发信号的电路称为触发电路触发电流的种类很多，有分立元件组成的，也有集成电路组成的对触发信号的要求是：上升沿陡，有足够的功率和一定的宽度、幅度，必须和晶闸管阳极电源电压同步，以及又一定的移相范围5．4．1 、单结晶体管触发电路,单结晶体管又称为双基极二极管,它有一个发射极和两个基极,在一块高阻率的N型硅基片上用镀金陶瓷片制作成两个接触电阻很小的极，称为第一基极（B1）和第二基极（B2）而在硅基片的另一侧靠近B2 处掺入P型杂质,并引出一个铝质电极,称为发射极（E）发射极E对基极B1 、B2 就是一个PN结，故称为单结晶体管，如下图a所示，其符号见下图b5．4．2、晶闸管触发电路,右图a所示是常见的同步电,,压为锯齿波的晶体管触发电路在同步电源电压u,2,的正半周是,,(a点为正),二极管V1导通,电容,,器C,1,充电,由于二极管正向电阻很小，所以充电很快，,,当u,2,达到峰值时，C,1,上的电压也相应充到u,2,的峰值u,2,达到最大值以后，二极管V,1,便截止，这时电容器C,1,通过R、L串联回路放电因为电感L较大，放电较慢，L的作用使放电曲线接近直线，一个周期结束时C,1,放电结束，如此在电容C,1,两端便获得近似的锯齿波形电压u,C1,。

5．5 晶闸管的选用和保护,晶闸管的热容量很小，即它导通时电流产生的热效应会使它的温度很快上升前面介绍晶闸管的主要参数时都是在规定的散热条件、额定的结温下的值晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，很短时间的过电压或过电流有可能使晶闸管损坏为了保证晶闸管长时间安全可靠地工作，除了合理选择有关参数外，还必须采取适当的过电流、过电压保护措施5．5．1 、过电流保护,当流过晶闸管的电流有效值超过它的额定通态平均电流的有效值时，称为过电流产生过电流的原因主要是负载过大，输出回路发生短路等过电流保护的意义是当发生过电流时，能迅速将过电流切断，以防晶闸管损坏过电流保护措施主要有灵敏过电流续电器保护、快速熔断器保护等，其中采用快速熔断器较为普遍5．5．2 、过电压保护,当加在晶闸管上的电压超过其额定电压时称为过电压产生过电压的因素很多，例如电源变压器的一次侧断开‘接通，直流侧感性负载的切断，快速熔断器的熔断，突然跳闸等，有时雷电从电网侵入也可能引起过电压如过电压超过晶闸管的正向或反向转折电压时，就会使它误导通（硬开通）或反向击穿（损坏）过电压保护措施主要有阻容保护和非线性电阻保护5．6,,逆变和交流调压,二极管整流、晶闸管可控整流都是将交流电变换为直流电，反之，如果将直流电变换为交流电，即整流的逆过程称为逆变。

利用晶闸管等开关元件组成的逆变电路分为两类：一类是有源逆变，它是通过直流电→逆变器→交流电→交流电网，将直流电逆变成和电网同频率的交流电并反送到交流电网去；另一类是无源逆变，它是通过直流电→逆变器→交流电→用电器，将直流电逆变为某一频率（或频率可调）的交流电并直接供给用电器无源逆变器简称逆变器，其实逆变器就是变频器的一种，下面讨论这种逆变器5．6．1 、逆变的基本工作原理,逆变器的工作原理如下图所示：当晶闸管V,1,和V,4,被触发导通时，负载上得到左正右负的电压 U,L,，如下图a所示当V,2,管和V,3,管触发导通时（同时设法使V,1,和V,4,管承受反向电压而截止），负载上电压极性就改变，如下图b所示若能控制两组晶闸管的轮流导通，就可将直流电逆变成交流电，只要能控制晶闸管切换的频率就可实现变频单相电压型逆变器电路如下图所示 V,1,和V,2,两个晶闸管作为可控开关元件,它们轮流导通时,在负载上就可得到波形为矩形的交流电压，流过负载的电流要根据负载性质而定，在电感性负载时，电流的波形近似正弦波图中：L,1,=L,2,为同一桥臂上,,紧耦合的两个电感线圈,C,1,=C,2,,为换流电容,VD,1,和VD,2,为续流,,用二极管,R为环流衰减电阻。

单相电流型逆变器的基本电路,,如右图所示直流电源上串联的,,大电感使输入电流I,d,的波形平直,,,脉动很小，具有电流源的特性这种逆变器输出的交流电流为,,矩形，交流电压的波形与负载性质有关，当负载为电感性时，其波形接近正弦波图中，C,1,＝C,2,＝C 为换流电容，VD,5,～VD,8,为隔离二极管，它使电容的放电回路与负载隔离5．7．2 、单相交流调压,右图a是用两只普通晶闸管,,V,1,和V,2,反向并联而组成的交,,流调压电路当电源电压u 处在正半周,,时,在t,1,时刻（ωt,1,=a）将触发脉冲加到V,2,管的门极,,,V,2,管被触发导通,此时V,1,管阳极承受反向电压而关断当电源电压u 过零时,V,2,管自然关断在t,2,时刻(ωt,2,=+a),,将触发脉冲加到V,1,管的门极,V,1,管被触发导通,此时V,2,管,,承受反向电压而关断当电源电压u 过零时V,1,管便自然,,关断,此负载上得到的电压波形如上图b所示调节控制,,角a便可实现交流调压第6章 门电路及组合逻辑电路,在数字电路中，门电路是最基本的逻辑单元逻辑门是能实现一定逻辑关系的单元电路在数字电路中，存在三种最基本的逻辑关系：与逻辑、或逻辑和非逻辑，这三种逻辑关系所对应的单元电路为：与门、或门和非门，由这三种逻辑门组合可以构成各种复杂的逻辑电路。

6．1．1 、与逻辑及与门,如下图 (a)所示,由两个二极管组成的与门电路A、B为两个输入端，Y为输,,出端设U,CC,为9V，A、B输入高低电平，分别为U,H,=3V，U,L,=0V，二极管,,VD,1,和VD,2,为理想二极管由图可知，A、B中只要有一个是低电平0V，则必,,有一个二极管是导通的，使Y为0VA、B同时为低电平0V，输出Y为0V只,,有当A、B同时为高电平3V时，Y为高电平3V与门逻辑符号如 (b)图所示图中A、B表示输入逻辑变量，Y表示输出逻辑变量与逻辑表达式为Y=A·B与门的逻辑关系，还可以用真值表来表示如下图表6-1是与门的真值表6．1．2 、或逻辑及或门,能实现或逻辑关系的电路称为或门电路如下图所示,由二极管和电阻组成的或门电路图中A、B是两个输入变量，Y是输出变量由图可知，假设二极管VD,1,和VD,2,为理想二极管，只要A、B当中有一个是高电平，输出Y就是高电平只有当A、B同时为低电平时，输出才是低电平或逻辑的函数表达式为： Y=A+B,,或逻辑符号和或逻辑的真值表如下：,,6．1．3 、非逻辑及非门,实现非逻辑功能的电路叫非门，非门的逻辑符号如右图所示。

非门的逻辑表达式为：Y = A,,式中Y为逻辑函数，A为输入逻辑,,变量上式读作Y等于A非或A反非门逻辑符号和非门的真值表如右所示6．1．4 、组合逻辑门,日常实用中，把与门、或门和非门组合来使用，称为组合逻辑门电路1、与非门,,在与门后面接一个非门就构成与非门，如下图所示与非门的输入与输出的逻辑关系见表6 -4所示的真值表从真值表中，不难看出，与非门的逻辑功能是：有0出1，全1出0逻辑表达式为：Y ＝ A,·,B,,2、或非门,在或门的后面接一个非门，就构成或非门，如下图所示或非门的输入与输出的逻辑关系见表6-5所示的真值表由或非门真值表可以看出，或非门的逻辑功能是：有1出0，全0出1或非门的逻辑表达式为：Y ＝ A + B,,3、与或非门,将两个（或两个以上）与门的输出端接到一个或门的输入端,就构成一个与或门,在其后再接一个非门,就组成了一个与或非门，如下图所示逻辑符号和与或非门的真值表见所示由逻辑符号可以看出，与或非门的逻辑关系是：输入端分组先于，然后各组再或，最后再非从真值表中可以看出,与或非门的逻辑,,功能为：当输入端中任何一组全为1时，,,输出即为0，只有各组输入都至少有一个,,为0时，输出才能为1。

与或非门的逻辑表达式为：Y=AB+CD,,4、,异或门,异或门是判断两个输入信号是否相同的门电路，是一种经常用到的门电路下图为异或门的逻辑图和逻辑符号从异或门的真值表中可以看出，异或门的逻辑关系是：当两个输入端的状态相同时输出为0，当两个输入端状态不同（一个为1，一个为0）时，输出为1异或门的逻辑表达式为Y=A⊕B,,6．2数制转换,6．2．1 、数制,,数制，就是数的进位制按照不同的进位方法就有不同的计数体制例如，有“逢二进一”的二进制计数，有“逢八进一”的八进制计数，有“逢十进一”的十进制计数等本节重点介绍二进制计数的运算和表示方法及二进制数与十进制数的相互转换1、十进制数,①基本数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9②进位原则：逢十进一，即9+1=10对于十进制的任一正整数A，可以写成以10为底的幂次方求和的展开形式，即 A=bn-110n-1+bn-210n-2+…+b1101+b0100 式中，n是十进制数的位数（n=1，2，3，…）， 10n-1、10n-2…101、100是各位数的“权”由上可知，十进制数是由数码的值和位权来表示的2、二进制数,①基本数码：0、1②进位原则：逢二进一，即（1+1),2,=（10),2,。

任何一个二进制数P，可以写成（P）2=bn-12n-1+bn-22n-2+…+b121+b020 式中，n是二进制数的位数，bn-1、bn-2、…b1、b0，2n-1、2n-2、…21、20是各位的位权例如，（1011）2=123+022+121+120,,二进制的加减法,,③二进制的加法运算,,运算法则：“逢二进一”例1 、求（10100）2+（1110）2=？,,解：,,,④二进制的减法运算,,运算法则：“借一作二”例2、 求（11010）2—（1100）2=？,,解：,,二进制数乘除法运算,⑤二进制数乘法运算,,运算法则：各数相乘再作加法运算,,例3 、求（1101）2（110）2=？,,解：,,,,⑥二进制数除法运算,,运算法则：各数相除后，再作减法运算例4 、求（10100）2÷（100）2=？,,解：,,6．2．2 、二进制数和十进制数 的相互转换,,1、二进制数化为十进制数,,原则：二进制数的每位数码乘以它所在数位的“权”，再相加起来，即可得到等值的十进制数这种方法被称为“乘权相加法”例5、将二进制数（1011）2化为十进制数。

解 （1011）2=（123+022+121+120）10,,=（23+0+21+1）10=（11）10,,2、十进制数化为二进制数,原则：把十进制数不断地用2除，并依次记下余数，一直除到商为零然后把全部的余数，按相反的次序排列起来，就是等值的二进制数这种方法被称为“除2取余倒记法”例6、把十进制数（37）,10,化为二进制数解：,,,,所以（37）,10,=（100101）,2,,6．3 逻辑代数及逻辑函数的化简,6．3．1 、逻辑代数,,逻辑代数的基本公式,,①常量和变量的逻辑加 ：A + 0 = A A + 1 = 1,,②常量和变量的逻辑乘： A•0 = 0 A •1 = A,,③变量和反变量的逻辑加和逻辑乘,,A + A ＝ 1,,A,·,A ＝ 1,,逻辑代数的基本定律,①交换律： A+B=B+A A•B=B•A,,②结合律： A+（B+C）=（A+B）+C,,A•（B•C）=（A•B）•C,,③分配律： A+B•C=（A+B）•（A+C）,,A•（B+C）=A•B+A•C,,④吸收律： A+A•B=A A+B=A+B,,A•（A+B）=A AB+C+BC=AB+C,,⑤重叠律： A+A=A A•A=A,,⑥非非律： A = A,,⑦反演律(又称摩根定律)：,,A+B ＝ A • B A•B ＝ A + B,,6．3．2 、逻辑函数化简,,化简的方法,,① 并项法： 利用A+A=1的关系，将两项合并成一项，并消去一个变量。

如： ABC+ABC=AB（C+C）=AB,,② 吸收法：利用公式A+AB=A 吸收多余项如： AB+ABC（D+E）= AB A+ABC＝A,,③ 消去法：利用A+AB=A+B的关系，消去多余的因子如： AB+AC+BC=AB+C（A+B）=AB+ABC=AB+C,,④ 配项法 利用A+A=1的关系式进行配项如: AB+AC+BC=AB+AC+（A+A）BC= AB+AC+A BC+ABC,,=（AB+ABC）+（AC+ACB）=AB+AC,,例题 ： 化简AD+AD+AB+AC+AC+EF,,解 AD+AD+AB+AC+EF=（AD+AD）+AB+AC+EF,,=（A+AB）+AC+EF,,=（A+AC）+EF =A+C+EF,,6．4 逻辑电路图、真值表与 逻辑函数间的关系,对于一个逻辑电路，其输入与输出状态的逻辑关系，可以用逻辑函数式表示，相反，任何一个逻辑函数式总可以有相应的逻辑电路与之对应；逻辑函数表示逻辑电路的构成，其功能可用真值表表示，相反，由真值表可以写出相对应的逻辑函数式。

所以，逻辑电路、逻辑函数与真值表之间有着密切的联系，并且可以互换6.4.1 、逻辑电路图与逻辑函数式 的互换,例4-1右图中的逻辑电路的输出Y,,和输入A、B的逻辑关系写成逻辑函,,数式解：电路中的各个逻辑门的输出Y,1,、Y,2,和Y为,,Y,1,=AB；Y,2,=A+B；Y＝ Y,1,＋ Y,2,,将Y,1,和Y,2,代入Y式中可得：,,,Y ＝ AB（A+B）,,例4-2 画出逻辑函数Y=B+A逻辑电路,解：A、B之间都是与运算，可以用与门实现，其中反变量、可通过非门求反后取得B、A之间是或运算，可以用或门实现，所以，可画出如下图所示的逻辑图6.4.1 、逻辑函数与真值表的互换,1、由逻辑函数列真值表,,①若输入变量数为n，则输入变量不同状态的组合数目为2n②列表时，输入状态按n列、2n行画好表格，然后将变量0和1填入表格中例4-3 列出逻辑函数 Y＝ABC+ABC+ABC的真值表,解：,从逻辑函数式中可看出，输入变量有三个，所以输入状态共有2,3,=8种按上述方法，列出真值表的输入部分，再将每一种状态代入,,Y=ABC+ABC+ABC式，,,求出函数值。

例如，当A=1，B=0，C=0时，,,Y=1+00+100=1，其余都按照此,,方法算出，列出真值表6-72、由真值表列出逻辑函数式,①,从真值表中找出输出为1的各行，把每行的输入变量写成乘积的形式②,把各乘积项相加例4-4试将真值表6-8写出相应,,的逻辑函数式解：由上述方法,将第一,七行写出,,二个逻辑乘积项：ABC、ABC再将各乘积项相加，得逻辑函数式 Y=ABC+ ABC,,6.4.3 、逻辑代数在逻辑电路中的应用,,根据逻辑功能设计电路时,得到的并非是唯一的电路,可运用逻辑代数的基本公式进行化简,得到简单合理的电路例4-5 根据Y=(A+B)(A+C)逻辑函数设计逻辑电路解：由题意可画出相应的逻辑电路，如下图(a)所示如果将函数式Y=(A+B)(A+C)经化简后得Y=A+BC则可得到更简单的逻辑电路，如下图 (b)所示。