第2章　電子技術(shù)基礎(chǔ)

2.1　二極管和整流濾波電路

2.1.1　二極管的基本結(jié)構(gòu)和主要類型

（1）二極管的結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體二極管（又稱晶體二極管，以下簡(jiǎn)稱二極管）是用半導(dǎo)體材料制成的兩端器件。它是由一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝而成的，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-1（a）所示。P型區(qū)的引出線為二極管的正極（陽極），N型區(qū)的引出線為二極管的負(fù)極（陰極）。二極管通常用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，外殼上印有標(biāo)記，以便區(qū)分正負(fù)電極。

在電路圖中，并不需要畫出二極管的結(jié)構(gòu)，而是用約定的電路圖形符號(hào)和文字符號(hào)來表示。二極管的器件圖形符號(hào)如圖2-1（b）所示，箭頭的一邊代表正極，另一邊代表負(fù)極，而箭頭所指方向是正向電流流通的方向。通常用文字符號(hào)VD代表二極管。

常見二極管的外形如圖2-2所示。

（2）二極管的主要類型

①按制造二極管的材料分類，可分為硅二極管和鍺二極管。

②按PN結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類，可分為點(diǎn)接觸型二極管和面接觸型二極管。

③按二極管的用途分類，可分為普通二極管、整流二極管、開關(guān)二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光敏二極管（又稱光電二極管）、熱敏二極管等。

2.1.2　二極管的簡(jiǎn)單測(cè)試與選用

（1）二極管的簡(jiǎn)單測(cè)試

根據(jù)二極管正向電阻小、反向電阻大的特性，可用萬用表的電阻擋大致判斷出二極管的極性和好壞。測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：第一，置萬用表電阻擋，此時(shí)，指針式萬用表的紅表筆接的是表內(nèi)電池的負(fù)極，黑表筆接的是表內(nèi)電池的正極，千萬不要與萬用表面板上表示測(cè)量直流電壓或電流的“+”“-”符號(hào)相混淆，黑表筆接至二極管的正極，紅表筆接至二極管的負(fù)極時(shí)為正向連接；第二，測(cè)量小功率二極管時(shí)，一般用R×100Ω或R×1kΩ擋。R×1Ω擋電流較大，R×10kΩ擋電壓較高，都可能使被測(cè)二極管損壞。

①極性的判斷　用萬用表來判斷二極管的極性的方法如圖2-3所示，若測(cè)得的電阻值較小，一般為幾十歐至幾百歐（硅管為幾千歐），如圖2-3（a）所示，則與黑表筆相接觸的一端是二極管的正極，另一端是負(fù)極；反之，若測(cè)得的電阻值較大，一般為幾十千歐至幾百千歐，如圖2-3（b）所示，則與紅表筆相接觸的一端是二極管的正極，另一端是負(fù)極。

②好壞的判斷　二極管具有單向?qū)щ娦裕虼藴y(cè)量出來的正向電阻值與反向電阻值相差得越大越好。若相差不大，說明二極管性能不好或已損壞；若測(cè)量的正、反向電阻值都非常大，說明二極管內(nèi)部已斷路；若正、反向電阻值都非常小或?yàn)榱悖f明二極管電極之間已短路。

③判別硅二極管和鍺二極管　使用萬用表的電阻擋（R×100Ω或R×1kΩ）分別測(cè)量二極管的正、反向電阻，正向電阻和反向電阻都相對(duì)較大的是硅二極管，正向電阻和反向電阻都相對(duì)較小的是鍺二極管。

（2）選用二極管的一般原則

二極管有點(diǎn)接觸型和面接觸型兩種類型，使用材料有硅和鍺。它們各具有一定的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選用。選擇二極管的一般原則如下。

①要求導(dǎo)通電壓低時(shí)選鍺二極管，要求導(dǎo)通電壓高時(shí)選硅二極管。

②要求反向電流小時(shí)選硅二極管。

③要求反向擊穿電壓高時(shí)選硅二極管。

④要求熱穩(wěn)定性較好時(shí)選硅管。

⑤要求導(dǎo)通電流大時(shí)選面接觸型二極管。

⑥要求工作頻率高時(shí)選點(diǎn)接觸型二極管。

例如，若要求導(dǎo)通后的正向電壓和平均電流都較小，而信號(hào)頻率較高，則應(yīng)選用點(diǎn)接觸型鍺二極管；若要求平均電流大、反向電流小、反向電壓高且熱穩(wěn)定性較好時(shí)，應(yīng)選用面接觸型硅二極管。

（3）二極管使用注意事項(xiàng)

①二極管接入電路時(shí)，必須注意極性是否正確。

②二極管的正向電流和反向電壓峰值以及環(huán)境溫度等不應(yīng)超過二極管所允許的極限值。

③整流二極管不應(yīng)直接串聯(lián)或并聯(lián)使用。如需串聯(lián)使用，每個(gè)二極管應(yīng)并聯(lián)一個(gè)均壓電阻，其大小按每100V（峰值）70kΩ左右計(jì)算；如需并聯(lián)使用，每個(gè)二極管應(yīng)串聯(lián)10Ω左右的均流電阻，以防器件過載。

④二極管接入電路時(shí)，既要防止虛焊，又要注意不使管子過熱受損。在焊接時(shí)，最好用45W以下的電烙鐵，并用鑷子夾住引腳根部，以免燙壞管芯。

⑤對(duì)于大功率的二極管，需加裝散熱器時(shí)，應(yīng)按規(guī)定安裝散熱器。

⑥在安裝時(shí)，應(yīng)使二極管盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱器件，并注意通風(fēng)降溫。

2.1.3　單相半波整流電路

（1）單相半波整流電路的工作原理

單相半波整流電路由電源變壓器T、整流二極管VD和用電負(fù)載R_L組成，其電路圖及波形如圖2-4所示。圖中，u₂表示變壓器的二次電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為；u_L是脈動(dòng)直流輸出電壓，即向直流用電負(fù)載提供的電壓。

當(dāng)變壓器二次電壓u₂為正半周時(shí)，設(shè)a端為正，b端為負(fù)，二極管VD因承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)，二極管的電壓降近似為零，負(fù)載電阻R_L上有電流i_L通過，負(fù)載電阻R_L兩端電壓u_L近似等于變壓器二次電壓u₂ 。當(dāng)變壓器二次電壓u₂為負(fù)半周時(shí)，b端為正，a端為負(fù)，二極管VD因承受反向電壓而截止，負(fù)載R_L上的電壓u_L及通過負(fù)載電阻R_L的電流i_L為零。

由以上分析可知，在交流電一個(gè)周期內(nèi)，整流二極管正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，以后周期重復(fù)上述過程。整流二極管就像一個(gè)自動(dòng)開關(guān)，u₂為正半周時(shí)，它自動(dòng)把電源與負(fù)載接通；u₂為負(fù)半周時(shí)，則自動(dòng)將電源與負(fù)載切斷。因此，負(fù)載R_L上獲得大小隨時(shí)間改變，但方向不變的脈動(dòng)直流電壓u_L，其波形如圖2-4（b）所示。這種電路所獲得的脈動(dòng)直流電好像是交流電被“削掉”一半，故稱為半波整流電路。

（2）單相半波整流電路的計(jì)算

①負(fù)載上的電壓大小雖然是變化的，但可以用其平均值U_L來表示其大小（相當(dāng)于把波峰上半部割下來填補(bǔ)到波谷，將波形拉平），如圖2-5所示。負(fù)載R_L上的半波脈動(dòng)直流電壓平均值U_L可用直流電壓表直接測(cè)得，也可按下述方法計(jì)算得到：

U_L=0.45U₂

式中　U₂——變壓器二次電壓有效值。

②負(fù)載上的電流平均值I_L 可根據(jù)歐姆定律求出，即

③整流二極管的平均電流I_D。由整流電路圖可知，流過整流二極管的正向工作電流（平均電流）和流過負(fù)載R_L的電流I_L相等，即

④當(dāng)二極管截止時(shí)，它承受的反向峰值電壓U_RM是變壓器二次電壓的最大值U_2max，即

選用半波整流二極管時(shí)，應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件。

a.二極管允許最大反向工作電壓應(yīng)大于其承受的反向峰值電壓。

b.二極管允許最大整流電流應(yīng)大于流過二極管的實(shí)際工作電流。

2.1.4　單相全波整流電路

（1）單相全波整流電路的工作原理

單相全波整流電路實(shí)際上是由兩個(gè)單相半波整流電路組合而成的，其電路圖及波形圖如圖2-6所示。該電路的特點(diǎn)是在變壓器T的二次側(cè)具有中心抽頭。

當(dāng)交流電壓u₂為正半周時(shí)，設(shè)a端為正、b端為負(fù)，二極管VD₁正偏導(dǎo)通，二極管VD₂反偏截止，電流I_L 經(jīng)過VD₁、R_L、變壓器T的中心抽頭構(gòu)成回路。當(dāng)交流電壓u₂ 為負(fù)半周時(shí)，b端為正、a端為負(fù)，二極管VD₁反偏截止，二極管VD₂ 正偏導(dǎo)通，電流i_L經(jīng)過VD₂ 、R_L、變壓器T的中心抽頭構(gòu)成回路。

由以上分析可知，在交流電一個(gè)周期內(nèi)，二極管VD₁和VD₂ 交替導(dǎo)通，即兩個(gè)整流器件構(gòu)成的兩個(gè)單相半波整流電路輪流導(dǎo)通，從而使負(fù)載R_L上得到了單一方向的全波脈動(dòng)直流電壓和電流。這種整流電路稱為單相全波整流電路。

（2）單相全波整流電路的計(jì)算

①因?yàn)閱蜗嗳ㄕ麟娐肥莾蓚€(gè)單相半波整流電路的合成，只是應(yīng)用了同一個(gè)負(fù)載R_L。所以，負(fù)載R_L上的電壓和電流比單相半波整流高一倍，即

U_L=2×0.45U₂=0.9U₂

②流過二極管的電流I_D為負(fù)載電流I_L 的一半，即

③當(dāng)一個(gè)二極管導(dǎo)通，另一個(gè)二極管截止時(shí)，截止的二極管將承受變壓器二次繞組a、b兩端全部電壓的峰值，即

2.1.5　單相橋式整流電路

（1）單相橋式整流電路的工作原理

單相橋式整流電路由變壓器T 、4個(gè)整流二極管VD₁～VD₄和負(fù)載R_L組成。其中，4個(gè)整流二極管組成橋式電路的4條臂，變壓器二次繞組和接負(fù)載的輸出端分別接在橋式電路的兩對(duì)角線的頂點(diǎn)，電路如圖2-7所示。

必須注意4個(gè)整流二極管的連接方向，任一個(gè)都不能接反、不能短路，否則會(huì)引起整流二極管和變壓器燒壞。

當(dāng)交流電壓u₂為正半周時(shí)，設(shè)a端為正、b端為負(fù)，二極管VD₁和VD₃正偏導(dǎo)通，負(fù)載R_L上得到單向脈動(dòng)電流，電流流向?yàn)閍→ VD₁→R_L→VD₃→b，此時(shí)，VD₂、VD₄ 因反偏而截止。負(fù)載中的電流方向?yàn)閺纳系较拢潆妷簶O性為上正下負(fù)。當(dāng)交流電壓u₂ 為負(fù)半周時(shí)，b端為正、a端為負(fù)，二極管VD₂、VD₄正偏導(dǎo)通，脈動(dòng)電流流向?yàn)閎→ VD₂→R_L→VD₄→a，此時(shí)，VD₁、VD₃ 因反偏而截止，負(fù)載中的電流方向仍然是從上到下，其電壓極性仍為上正下負(fù)。

由以上分析可知，在交流電正、負(fù)半周都有同一方向的電流流過負(fù)載R_L，4個(gè)二極管中兩個(gè)為一組，兩組輪流導(dǎo)通，在負(fù)載R_L上得到全波脈動(dòng)的直流電壓和電流。所以這種整流電路屬全波整流類型。

（2）單相橋式整流電路的計(jì)算

①負(fù)載上的電壓平均值U_L　在橋式整流電路中，交流電在一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)半波電流以相同的方向通過負(fù)載，所以該整流電路輸出直流電壓U_L 比半波整流電路增加一倍，即

U_L=2×0.45U₂=0.9U₂

②負(fù)載上的平均電流I_L　根據(jù)歐姆定律，可求出負(fù)載上的直流電流（平均電流）I_L，即

③整流二極管的平均電流I_D　在橋式整流電路中，每個(gè)二極管在電源電壓變化一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期導(dǎo)通。因此，每個(gè)二極管的平均電流I_D是負(fù)載電流（平均電流）I_L的一半，即

④反向峰值電壓U_RM　由圖2-8可知，整流二極管VD₁、VD₃導(dǎo)通時(shí)，將u₂并聯(lián)加到不導(dǎo)通的VD₂、VD₄的兩端，使VD₂、VD₄承受的反向峰值電壓U_RM （最大反向工作電壓）為變壓器二次電壓的最大值U_2max，即

由于橋式整流電路優(yōu)點(diǎn)顯著，現(xiàn)已生產(chǎn)出二極管組件——硅橋式整流器，又稱為硅整流橋堆，如圖2-9所示。它將4個(gè)二極管集成在同一硅片上，再用絕緣瓷、環(huán)氧樹脂等外殼封裝成一體而成。

圖2-9所示為單相整流橋堆，它有4個(gè)引腳，其中兩個(gè)腳上標(biāo)有“～”符號(hào)，它們與輸入的交流電相連接；另外兩個(gè)腳上分別標(biāo)著“+”“-”，它們是整流輸出直流電壓的正、負(fù)端。

整流橋堆的主要參數(shù)是最大反向工作電壓和最大整流電流。在選用時(shí)，要根據(jù)電路具體要求來選擇這兩個(gè)參數(shù)。

2.1.6　三相半波整流電路

三相半波整流電路及波形如圖2-10所示。它的電源變壓器是三相變壓器，其一次側(cè)為三角形連接，二次側(cè)為星形連接。三相半波整流電路中，整流元件的導(dǎo)電原則是：哪一相的相電壓正值最大，串接在哪一相的整流元件即導(dǎo)通。

當(dāng)變壓器一次側(cè)接入電網(wǎng)之后，其二次側(cè)就感應(yīng)出三相對(duì)稱的電壓，并按正弦規(guī)律變化，彼此相差120°。

當(dāng)變壓器二次側(cè)U₂相電壓u_u0為正半周，并且高于其他兩相電壓時(shí)，二極管VD₁導(dǎo)通，VD₂、VD₃截止，電流由U₂點(diǎn)經(jīng)二極管VD₁、負(fù)載R_L到N點(diǎn)。

當(dāng)V₂相電壓u_v0為正半周，并且高于其他兩相電壓時(shí)，二極管VD₂導(dǎo)通，VD₁、VD₃截止，電流由V₂點(diǎn)經(jīng)二極管VD₂、負(fù)載R_L到N點(diǎn)。

當(dāng)W₂相電壓u_w0為正半周，并且高于其他兩相電壓時(shí)，二極管VD₃導(dǎo)通，VD₁、VD₂截止，電流由W₂點(diǎn)經(jīng)二極管VD₃、負(fù)載R_L到N點(diǎn)。

由以上分析可知，在電源電壓的一個(gè)周期內(nèi)，三個(gè)二極管VD₁、VD₂、VD₃輪流導(dǎo)通，每個(gè)二極管導(dǎo)通的時(shí)間是周期，以后重復(fù)上述過程。這樣負(fù)載可以得到單一方向的脈動(dòng)直流電壓，其脈動(dòng)程度比任何一種單相整流電路都小。

2.1.7　三相橋式整流電路

三相橋式整流電路及波形如圖2-11所示。它是由兩個(gè)三相半波整流電路串聯(lián)組成的，其中一個(gè)是共陰接法（見圖2-10），另一個(gè)是共陽接法。共陽接法中，整流元件的導(dǎo)通原則是：在任何瞬間，哪一相的相電壓負(fù)值最大，串接在哪一相的整流元件即導(dǎo)通。

當(dāng)變壓器二次電壓u_UV為正半周時(shí)， 因?yàn)?i>u_U最正， 所以，對(duì)應(yīng)在共陰接法中，VD₁導(dǎo)通；又因?yàn)?i>u_V 最負(fù)，所以，對(duì)應(yīng)在共陽接法中，VD₆導(dǎo)通，其他4個(gè)二極管均截止，電流由U₂點(diǎn)經(jīng)VD₁、R_L、VD₆到V₂點(diǎn)。

當(dāng)變壓器二次電壓u_UW為正半周時(shí)， 因?yàn)?i>u_U最正， u_W 最負(fù)，二極管VD₁、VD₂導(dǎo)通；其他4個(gè)二極管均截止，電流由U₂點(diǎn)經(jīng)VD₁、R_L、VD₂到W₂點(diǎn)。

當(dāng)電壓u_VW為正半周時(shí)， 因?yàn)?i>u_V最正， u_W 最負(fù)，二極管VD₃、VD₂導(dǎo)通；其他4個(gè)二極管均截止，電流由V₂點(diǎn)經(jīng)VD₃、R_L、VD₂到W₂點(diǎn)。

由以上分析可知，當(dāng)三相電壓隨時(shí)間變化時(shí)，6個(gè)二極管輪流進(jìn)行組合，同一時(shí)間有兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，使三相橋式整流電路輸出的電壓波形平滑得多，脈動(dòng)更小。

三相整流電路的主要參數(shù)比較見表2-1。

　　　U₂——整流變壓器二次電壓；

　　　I_L——輸出直流電流，即整流電流平均值；

　　　R_L——負(fù)載等效電阻，R_L=U_L/I_L；

　S=；

　γ=。

2.1.8　常用濾波電路的主要類型與特點(diǎn)

整流電路輸出的電流是脈動(dòng)的直流電流，含有直流分量和交流分量?jī)煞N成分。為了獲得較平滑的直流電流，需要通過濾波電路進(jìn)行濾波。濾波電路常用電容、電感、電阻組成不同的形式。利用電容對(duì)交流電流阻抗很小而直流電流不能通過的特性，將電容與負(fù)載并聯(lián)，可以起到使交流分量旁路的作用。利用電感對(duì)交流電流的阻抗很大而對(duì)直流阻抗很小的特性，將電感與負(fù)載串聯(lián)，可以達(dá)到減小交流分量的作用。

①常用濾波電路見圖2-12。

②常用濾波電路的比較見表2-2。

2.采用電感濾波時(shí)，若電感量較大，在斷開電源時(shí)，電感線圈兩端會(huì)產(chǎn)生較大的電動(dòng)勢(shì)，有可能擊穿二極管。因此，所采用的二極管電壓等級(jí)應(yīng)有一定的裕度。

2.2　晶體管和基本放大電路

2.2.1　晶體管的基本結(jié)構(gòu)和主要類型

（1）晶體管的基本結(jié)構(gòu)

晶體管本名是半導(dǎo)體三極管，它是放大電路和開關(guān)電路的基本元件之一。

晶體管是由兩個(gè)PN結(jié)組成的，兩個(gè)PN結(jié)由三層半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成，根據(jù)組成的形式不同，可分為NPN型和PNP型兩種類型。在三層半導(dǎo)體區(qū)中，分別引出三個(gè)電極。晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)如圖2-13所示。晶體管的文字代號(hào)通常用VT表示。

圖2-13（a）是NPN型晶體管的管芯結(jié)構(gòu)剖面圖，圖2-13（b）為其結(jié)構(gòu)示意圖。NPN型管有兩個(gè)N型區(qū)和一個(gè)P型區(qū)。其中一個(gè)N型區(qū)摻雜濃度高，稱為發(fā)射區(qū)，由發(fā)射區(qū)引出的電極稱為發(fā)射極，文字符號(hào)為E。另一個(gè)摻雜濃度低的N型區(qū)稱為集電區(qū)，由集電區(qū)引出的電極稱為集電極，記為C。夾在它們中間的P型區(qū)稱為基區(qū)，其特點(diǎn)是摻雜濃度較小，很薄，約幾微米到十幾微米，由基區(qū)引出的電極稱為基極，記為B。發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，用J_e表示；集電區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為集電結(jié)，用J_c表示。這種NPN型晶體管的器件圖形符號(hào)如圖2-13（c）所示。與NPN型對(duì)應(yīng)的是PNP型晶體管，PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)分別如圖2-13（d）和圖2-13（e）所示。

NPN型與PNP型晶體管是不能互相代換的，兩種類型晶體管的圖形符號(hào)區(qū)別僅在于基極與發(fā)射極之間箭頭的方向，而箭頭方向就是發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)的電流方向。因此，從晶體管圖形符號(hào)中的箭頭方向就可判斷該管是NPN型還是PNP型。

（2）晶體管的主要類型

晶體管的種類很多，按半導(dǎo)體材料可分為硅管、鍺管等；按兩個(gè)PN結(jié)組合的方式可分為NPN型和PNP型晶體管兩類，目前，我國制造的硅管多為NPN型，而鍺管多為PNP型；按工作頻率可分為低頻、高頻、超高頻晶體管；按照額定功率可分為小功率、中功率、大功率晶體管；按外形封裝可分為金屬封裝和塑料封裝晶體管；根據(jù)工作的特性不同，晶體管又分為普通晶體管和開關(guān)晶體管；還有一些特殊的晶體管。常見晶體管的外形和封裝如圖2-14所示。

2.2.2　晶體管的簡(jiǎn)易測(cè)試

（1）晶體管的管型和引腳的判別

①基極和管型的判別　由于晶體管的基極和其余兩個(gè)極之間是兩個(gè)PN結(jié)，故根據(jù)PN結(jié)正向電阻小、反向電阻大的特性，可以測(cè)定其基極和管型。

測(cè)試時(shí)，將指針式萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)置于 R×1kΩ擋或R×100Ω擋，用萬用表的黑表筆（萬用表內(nèi)電池正極）接晶體管的某一引腳（假設(shè)它是基極B），用紅表筆（萬用表內(nèi)電池負(fù)極）分別接另外兩個(gè)引腳，測(cè)量其電阻值。如果阻值一個(gè)很大，一個(gè)很小，那么黑表筆所接的引腳就不是晶體管的基極，則應(yīng)把黑表筆所接的引腳調(diào)換一個(gè)，再按上述方法測(cè)試。如果表針指示的兩個(gè)阻值都很小，則說明該管是NPN型管，黑表筆所接的引腳是基極，如同2-15（a）所示。原因是：黑表筆與表內(nèi)電池的正極相接，這時(shí)測(cè)得的是兩個(gè)PN結(jié)的正向電阻值，所以很小。若指針指示的兩個(gè)阻值都很大，則說明該管是PNP型管，黑表筆所接的引腳是PNP型管的基極，如圖2-15（b）所示。

②集電極和發(fā)射極的判別　判定基極和管型后，就可以進(jìn)一步判斷集電極和發(fā)射極。仍然用萬用表R×1kΩ擋或R×100Ω擋，將兩支表筆分別接除基極之外的兩個(gè)引腳。如果是NPN型管，將一個(gè)100kΩ的電阻接于基極與黑表筆之間，可測(cè)得一個(gè)電阻值，然后將兩支表筆交換，同樣在基極與黑表筆之間接入一個(gè)100kΩ的電阻，又測(cè)得一個(gè)電阻值，兩次測(cè)量中電阻值小的那一次，黑表筆所接的引腳為NPN型管的集電極，紅表筆所接的引腳為發(fā)射極。這是因?yàn)榫w管只有電極電壓極性正確時(shí)才能處于放大狀態(tài)。如果待測(cè)的是PNP型管，則應(yīng)用一個(gè)100kΩ的電阻接于基極與紅表筆之間，并分別測(cè)量其電阻值，電阻值小的那一次，紅表筆所接的引腳為PNP型管的集電極，黑表筆所接的引腳為發(fā)射極。

在測(cè)試中，也可以用潮濕的手指代替100kΩ的電阻，即用手指捏住集電極與基極。注意測(cè)量時(shí)不要讓集電極和基極碰在一起。

（2）判斷晶體管的性能

①估測(cè)晶體管的I_CEO　將萬用表轉(zhuǎn)換開關(guān)置于電阻R×1kΩ（或者R×100Ω）擋。如果測(cè)PNP型管，將萬用表黑表筆（萬用表內(nèi)電池正極）接發(fā)射極，紅表筆（萬用表內(nèi)電池負(fù)極）接集電極；如果測(cè)NPN型管，紅表筆應(yīng)接發(fā)射極，黑表筆應(yīng)接集電極。

對(duì)于小功率鍺管，測(cè)出的電阻值在幾十千歐以上；對(duì)于小功率硅管，測(cè)出的阻值在幾百千歐以上，這表明I_CEO不太大。如果測(cè)出的電阻值小，且表針緩慢向低阻值方向移動(dòng)，表明I_CEO大，管子質(zhì)量差，且管子穩(wěn)定性也差；如果阻值接近于零，表明管子已被擊穿；如果阻值無窮大，表明管子內(nèi)部已經(jīng)開路（斷路）。但要注意：有些小功率管的I_CEO很小，測(cè)量時(shí)阻值很大，表針移動(dòng)不明顯，不要誤認(rèn)為是斷路；對(duì)于大功率管，由于I_CEO通常比較大，所以測(cè)得的阻值很小，有的只有數(shù)十歐，不要誤認(rèn)為管子已擊穿。

②估測(cè)晶體管的電流放大系數(shù)β　用萬用表R×1kΩ擋測(cè)量。如果測(cè)NPN型管，黑表筆（萬用表內(nèi)電池正極）接集電極，紅表筆（萬用表內(nèi)電池負(fù)極）接發(fā)射極，用一個(gè)電阻（30～100kΩ）跨接于基極與集電極之間，如圖2-16所示。比較開關(guān)S斷開和接通時(shí)的電阻值，前后兩個(gè)讀數(shù)相差越大，表示晶體管的電流放大系數(shù)β 越高。這是因?yàn)椋寒?dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，管子截止，集電極與發(fā)射極之間的電阻大，故萬用表指針有一點(diǎn)擺動(dòng)（或幾乎不動(dòng)）；當(dāng)開關(guān)S接通后，管子發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處于導(dǎo)通放大狀態(tài)，根據(jù)I_C=βI_B的原理可知，如β大，則I_C也大，集電極與發(fā)射極之間的電阻就小，故萬用表的指針偏向低電阻一側(cè)。表針擺幅越大（電阻值越小），表明管子的β值越高。

如果被測(cè)的是PNP型管，只要將萬用表黑表筆接發(fā)射極，紅表筆接集電極（與測(cè)NPN型管的接法相反）即可，其他不變，仍用同樣的方法估測(cè)、比較β的大小。

測(cè)試時(shí)，跨接于基極與集電極之間的電阻不可太小，也不可使基極與集電極短路，以免損壞晶體管。集電極與基極的跨接電阻未接（即開關(guān)S斷開）時(shí)，若萬用表的指針擺動(dòng)較大，表明該晶體管的穿透電流太大，不宜采用。

③晶體管的穩(wěn)定性能的判斷　在判斷穿透電流的同時(shí)，用手捏住晶體管，受人體溫度影響，集電極與發(fā)射極之間的反向電阻將有所減小。若電阻變化不大，則管子穩(wěn)定性較好，如圖2-17所示。

2.2.3　晶體管的選用

選用晶體管時(shí)，應(yīng)注意以下七點(diǎn)。

①根據(jù)使用場(chǎng)合和電路性能選擇合適類型的晶體管，例如，用于高、中頻放大和振蕩的晶體管，應(yīng)選用特征頻率較高和極間電容較小的高頻管，保證管子工作在高頻段時(shí)仍有較高的功率和穩(wěn)定的工作狀態(tài)；用于前置放大的晶體管，應(yīng)選用放大系數(shù)較大而穿透電流（I_CEO）較小的管子。

②根據(jù)電路要求和已知工作條件選擇晶體管，即確定晶體管的主要參數(shù)。參數(shù)選擇原則見表2-3。

③加在晶體管上的電流、電壓、功率及環(huán)境溫度等都不應(yīng)超過其額定值。

④用新晶體管替換原來的晶體管時(shí)，一般遵循就高不就低的原則，即所選管子的各種性能不能低于原來的管子。

⑤使用大功率時(shí)，散熱器要和管子的底部接觸良好，必要時(shí)中間可涂導(dǎo)熱有機(jī)硅膠。

⑥安裝晶體管時(shí)注意事項(xiàng)同二極管的使用注意事項(xiàng)。

⑦要特別注意溫度對(duì)晶體管的影響。

由于半導(dǎo)體器件的離散性較大，同型號(hào)管子的β值也可能相差很大。為了便于選用晶體管，國產(chǎn)晶體管通常采用色標(biāo)來表示β值的大小，各種顏色對(duì)應(yīng)的β值見表2-4。進(jìn)口晶體管通常在型號(hào)后加上英文字母來表示其β值。

2.2.4　晶體管基本放大電路

（1）放大電路的種類

①按信號(hào)的大小分類，可分為小信號(hào)放大電路和大信號(hào)放大電路。小信號(hào)放大電路一般指電壓放大電路；大信號(hào)放大電路一般指功率放大電路。

②按所放大信號(hào)的頻率分類，可分為直流放大電路、低頻放大電路和高頻放大電路。

③按被放大的對(duì)象分類，可分為電壓放大電路、電流放大電路和功率放大電路。

④按放大電路的工作組態(tài)（晶體管的連接方式）分類，可分為共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路。

⑤按放大電路的構(gòu)成形式分類，可分為分立元件放大電路和集成放大電路。

本章主要介紹共發(fā)射極放大電路，它是最基本的放大電路，應(yīng)用最為廣泛。共發(fā)射極放大電路的分析方法也適用于其他兩種放大電路。

（2）放大電路的組成原則

放大電路的組成必須遵循以下原則。

①外加直流電源的極性必須使晶體管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，以保證晶體管工作在放大區(qū)。

②輸入回路的連接，應(yīng)該使輸入電壓的變化量能夠傳送到晶體管的基極回路，并使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量，控制集電極電流產(chǎn)生一個(gè)較大的變化量，兩者之間的關(guān)系為

③輸出回路的連接，應(yīng)該使集電極電流的變化量能夠轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化量，并傳送到放大電路的輸出端。

④信號(hào)波形基本不失真。放大后的信號(hào)波形應(yīng)與放大前的信號(hào)波形相似，即只有大小變化，而不改變波形形狀。為了保證信號(hào)波形基本不失真，在電路沒有外加信號(hào)時(shí)，不僅必須使晶體管處于放大狀態(tài)，而且要有一個(gè)合適的靜態(tài)工作電壓和靜態(tài)工作電流，即要合理設(shè)置放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

只要符合上述原則，即使電路的結(jié)構(gòu)形式有所變化，也仍然能夠?qū)崿F(xiàn)放大作用。

（3）放大電路中電壓和電流符號(hào)的規(guī)定

為了便于區(qū)別放大電路中電流或電壓的直流分量、交流分量、總量等概念，對(duì)文字符號(hào)寫法一般有如下規(guī)定。

①直流分量用大寫字母和大寫下標(biāo)的符號(hào)，如I_B表示基極的直流電流。

②交流分量用小寫字母和小寫下標(biāo)的符號(hào)，如i_b 表示基極的交流電流。

③交、直流疊加，既有直流又有交流時(shí)的瞬時(shí)總量用小寫字母和大寫下標(biāo)的符號(hào)，如i_B=I_B+i_b，即i_B表示基極電流的總量。

④交流有效值或振幅值用大寫字母和小寫下標(biāo)的符號(hào)，如I_b表示基極的交流電流的有效值。

（4）共發(fā)射極基本放大電路

圖2-18為共發(fā)射極基本放大電路，又稱為單極共發(fā)射極放大電路。它包括一個(gè)晶體管、兩個(gè)電容、兩個(gè)電阻和直流電源U_CC。

各元器件的作用如下。

①晶體管VT起電流放大作用。

②直流電源U_CC為電路提供工作電壓和電流，它通過電阻R_B向共發(fā)射結(jié)提供正偏電壓；通過電阻R_C向集電結(jié)提供反向偏壓。

③R_B稱為基極偏置電阻（或稱基極偏流電阻），其作用是使U_CC正極加到晶體管基極，使發(fā)射結(jié)正偏，并與U_CC配合，供給晶體管一個(gè)固定基極電流（稱偏置電流，簡(jiǎn)稱偏流），使晶體管工作于適當(dāng)?shù)姆糯鬆顟B(tài)。改變R_B值可改變偏流大小，以控制晶體管VT的工作狀態(tài)。R_B還可防止輸入信號(hào)被直流電源U_CC短路。

④C₁為輸入耦合電容，耦合輸入交流信號(hào)u_i，并起隔離直流的作用；C₂為輸出耦合電容，耦合輸出交流信號(hào)u_o，并起隔離直流的作用。在低頻放大電路中，C₁、C₂通常采用電解電容。

⑤R_C為集電極電阻，電源U_CC通過R_C為晶體管集電極供電。R_C的另一個(gè)作用是將放大的電流i_c轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

（5）共集電極放大電路

共集電極放大電路如圖2-19（a）所示，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是集電極直接接電源，而負(fù)載接在發(fā)射極上，圖中各元器件的功能與共發(fā)射極基本放大電路一樣。圖2-19（b）是共集電極放大電路的直流通路。圖2-19（c）是共集電極放大電路的交流通路，可見，輸入信號(hào)u_S 加到基極-集電極之間，輸出信號(hào)取自發(fā)射極-集電極之間，因此，集電極是輸入回路和輸出回路的公共地端，故稱為共集電極放大電路。由于輸出信號(hào)從發(fā)射極取出來，故又稱為射極輸出器或射極跟隨器。

（6）共基極放大電路

共基極放大電路如圖2-20（a）所示，其中R_C為集電極電阻，R_B1、R_B2為基極分壓電阻。圖中各元器件的功能同分壓式偏置共發(fā)射極放大電路一樣。圖2-20（b）是共基極放大電路的直流通路。圖2-20（c）是共基極放大電路的交流通路，可見輸入電壓信號(hào)加到發(fā)射極-基極之間，輸出信號(hào)從集電極-基極之間取出，基極是輸入回路和輸出回路的公共地端，故稱為基極放大電路。

（7）三種組態(tài)的晶體管基本放大電路性能比較

三種組態(tài)的晶體管基本放大電路（共發(fā)射極、共集電極、共基極）各具有以下特點(diǎn)。

①共發(fā)射極放大電路的電壓、電流和功率放大倍數(shù)都較大，輸入電阻和輸出電阻適中，所以在多級(jí)放大電路中可作為輸入、輸出和中間級(jí)，用于放大信號(hào)。

②共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)A_u≈1，但電流放大倍數(shù)大，它的輸入電阻大，輸出電阻小。因此，除了用作輸入級(jí)、緩沖級(jí)以外，也常作為功率輸出級(jí)。

③共基極放大電路的主要特點(diǎn)是輸入電阻小，其他性能指標(biāo)在數(shù)值上與共發(fā)射極放大電路基本相同。因共基極放大電路的頻率特性好，所以多用作寬頻帶放大電路。

三種組態(tài)的晶體管基本放大電路的性能比較表見表2-5。

2.2.5　晶體管多級(jí)放大電路

（1）晶體管多級(jí)放大電路的類型

單級(jí)放大器的放大倍數(shù)一般只有幾十倍，但在實(shí)際應(yīng)用中，放大器的輸入信號(hào)，通常都是極其微弱的，需要將其放大到幾百倍，甚至幾萬倍。要完成這樣的放大任務(wù)，靠單級(jí)放大器是不能勝任的，這就需要用幾個(gè)單級(jí)放大器連接起來組成多級(jí)放大器，如圖2-21所示，把前級(jí)的輸出加到后級(jí)的輸入，使信號(hào)逐級(jí)放大到所需要的數(shù)值。

圖2-21中前面的幾級(jí)稱為前置級(jí)，主要用作電壓放大。它們將微弱的輸入信號(hào)放大到足夠的幅度以推動(dòng)后面的功率放大器（稱末級(jí)）工作。

（2）多級(jí)放大電路的耦合方式

在多級(jí)放大器中，相鄰兩個(gè)放大電路之間的連接方式稱為級(jí)間耦合，實(shí)現(xiàn)耦合的電路稱為級(jí)間耦合電路。根據(jù)耦合的方式不同，多級(jí)放大器可分為直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合等。

①直接耦合多級(jí)放大電路的特點(diǎn)　直接耦合是指級(jí)間不通過任何電抗元件，把前級(jí)的輸出端和后級(jí)的輸入端直接（或通過電阻）連接起來。如圖2-22所示是直接耦合二級(jí)放大電路，此種耦合方式多用于直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào)，以及集成電路放大器中。

②阻容耦合多級(jí)放大電路的特點(diǎn)　阻容耦合是指級(jí)間通過電阻和電容連接。如圖2-23所示的阻容耦合二級(jí)放大電路，第一級(jí)的輸出信號(hào)通過電容C₂耦合到第二級(jí)的輸入電阻上。這種耦合方式的特點(diǎn)是：由于電容的隔直作用，各級(jí)的直流工作狀態(tài)互不影響，即各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)可以單獨(dú)設(shè)置。若耦合電容量越大，信號(hào)在傳輸過程中的損失越小，傳輸效率越高。該放大電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小、頻率響應(yīng)好等特點(diǎn)，所以得到了廣泛應(yīng)用；其缺點(diǎn)是不能放大頻率極低的信號(hào)。

③變壓器耦合多級(jí)放大電路的特點(diǎn)　變壓器耦合指把前級(jí)的輸出交變信號(hào)通過變壓器耦合到下一級(jí)。如圖2-24所示是變壓器耦合二級(jí)放大電路，這種耦合方式的特點(diǎn)是：由于變壓器不傳直流，故各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立的。另外，由于變壓器有阻抗變換的作用，可使級(jí)間阻抗匹配，放大電路可獲得較大的功率輸出，所以此種耦合方式常用于功率放大電路。這種耦合方式的缺點(diǎn)是體積大、成本高、不適應(yīng)小型化或集成化，且不能放大頻率極低的信號(hào)。

2.3　晶閘管和可控整流電路

2.3.1　晶閘管概述

（1）晶閘管的用途

晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，它包括普通晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管和快速晶閘管等。普通晶閘管曾稱可控硅（常用SCR表示）。如果沒有特殊說明，所說的晶閘管皆指普通晶體管。晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件。

晶閘管可以把交流電壓變成固定或可調(diào)的直流電壓（整流），也能把固定的直流電壓變成固定或可調(diào)的交流電壓（逆變），還能把固定的交（直）流電壓變成可調(diào)的交（直）流電壓，另外還能把固定頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電。

晶閘管是一種不具有自身關(guān)斷能力的半控型電力半導(dǎo)體器件，具有體積小、重量輕、效率高、使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，它既有單向?qū)щ姷恼髯饔茫志哂幸匀蹼娍刂茝?qiáng)電的開關(guān)作用。也就是說，晶閘管的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體器件的應(yīng)用進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，應(yīng)用于整流、逆變、調(diào)壓和開關(guān)等方面，應(yīng)用最多的是整流。但是，晶閘管的過載能力和抗干擾能力較差，控制電路復(fù)雜。

（2）晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

晶閘管是一種大功率四層結(jié)構(gòu)（P₁、N₁、P₂、N₂）的半導(dǎo)體器件，內(nèi)部有三個(gè)PN結(jié)（J₁、J₂、J₃），它是一種三端器件，有三個(gè)電極，A稱為陽極，K稱為陰極，G稱為門極或控制極，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)，如圖2-25所示。

（3）晶閘管的外形

晶閘管的外形如圖2-26所示。其中圖2-26（a）為螺栓式晶閘管，螺栓是陽極，粗辮子為陰極，細(xì)辮子為門極，陽極做成螺栓式是方便與散熱器相連，故冷卻效果差，適用于200A以下的小、中容量器件；圖2-26（b）為平板式晶閘管，其兩側(cè)是陽極和陰極，邊緣引出的細(xì)辮子是門極，門極離陰極較近，由于它的陽極、陰極可以緊緊地被夾在散熱器中間，散熱效果好，故適用于200A以上的中、大容量器件。

2.3.2　晶閘管可控整流的基本概念

根據(jù)晶閘管可控整流的基本工作原理定義六個(gè)基本概念。

（1）移相控制角α

從晶閘管承受正向電壓起，到觸發(fā)導(dǎo)通之間的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度稱為移相控制角，用α表示。

（2）導(dǎo)通角θ

晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度，用θ表示。

（3）移相

改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻，即改變移相控制角α的大小，稱為移相。改變移相控制角α的大小，可以改變輸出整流電壓平均值的大小，即為移相控制技術(shù)。

（4）移相范圍

改變移相控制角α的數(shù)值，使輸出整流電壓平均值從最大值變化到最小值，α角的變化范圍即為觸發(fā)脈沖移相范圍。

（5）同步

為了使每一個(gè)周期中的α角或者θ角保持不變，必須使觸發(fā)脈沖與整流電路電源電壓之間保持頻率和相位的協(xié)調(diào)關(guān)系，稱為同步。

（6）換相

在多相晶閘管可控整流電路中，某一相晶閘管導(dǎo)通變換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過程稱為換相，實(shí)際上負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管切換到另一個(gè)晶閘管上，就發(fā)生了晶閘管換相。

2.3.3　晶閘管的選擇

（1）晶閘管額定電壓的選擇

過載能力差是晶閘管的主要缺點(diǎn)之一，因此，在選擇晶閘管時(shí)，必須留有安全余量，通常按式（2-1）選取晶閘管的額定電壓值。

U_TN=（2～ 3）U_M　　　　　（2-1）

式中　U_TN——晶閘管的額定電壓，V；

　U_M——晶閘管在電路中可能承受的最大正向或反向值。

例如，在單相電路中，交流側(cè)正弦相電壓的有效值是220V，晶閘管承受的最大電壓為其峰值，即，按式（2-1）計(jì)算出晶閘管的額定電壓U_TN為

U_TN=（2～3）×311=622～933（V）

則應(yīng)在此范圍內(nèi)按標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)取700V（或800V、900V）。

（2）晶閘管額定電流的選擇

由于晶閘管整流設(shè)備的輸出端所接負(fù)載常用平均電流來衡量其性能，所以晶閘管的額定電流不像其他電氣設(shè)備那樣用有效值來標(biāo)定，而是用在一定條件下的最大通態(tài)平均電流（額定通態(tài)平均電流）按電流標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)就低取整數(shù)來標(biāo)定。所謂額定通態(tài)平均電流，是指工頻正弦半波（不小于170°）的通態(tài)電流在一周期內(nèi)的平均值，常用I_T（AV）表示。

晶閘管在工作中，其結(jié)溫不能超過額定值，否則會(huì)使晶閘管因過熱而損壞。結(jié)溫的高低由發(fā)熱和冷卻兩方面的條件決定。發(fā)熱多少與流過晶閘管的電流的有效值有關(guān)，只要流過晶閘管的實(shí)際電流的有效值等于（小于更好）晶閘管額定電流的有效值，晶閘管的發(fā)熱就被限制在允許范圍之內(nèi)。

若將晶閘管的額定電流用有效值表示，可根據(jù)額定通態(tài)平均電流I_T（AV）的定義，求出兩者關(guān)系為

I_TN=1.57I_T（AV）　　　　　（2-2）

式中　I_TN——晶閘管額定電流的有效值。

式（2-2）表示，額定電流為100A的晶閘管，能通過的電流的有效值為157A，其余以此類推。

根據(jù)晶閘管可控整流電路的形式、負(fù)載平均電流I_Ld、晶閘管導(dǎo)通角θ 可以求出通過晶閘管的實(shí)際電流有效值I_T。考慮到晶閘管的過載能力差，在選擇晶閘管的額定電流時(shí)，取實(shí)際需要值的1.5～ 2倍，使之有一定的安全余量，保證晶閘管可靠運(yùn)行。因此，根據(jù)有效值相等原則，通常按式（2-3）計(jì)算晶閘管的額定通態(tài)平均電流I_T（AV）。

　　　　　（2-3）

然后再按標(biāo)準(zhǔn)電流等級(jí)取整數(shù)。

2.3.4　晶閘管的簡(jiǎn)易檢測(cè)與使用注意事項(xiàng)

（1）極性的判別

大部分晶閘管控制極的引出線很細(xì)，一看便知，但小容量晶閘管的三個(gè)極引出線粗細(xì)是一樣的。在實(shí)際使用時(shí)，晶閘管三個(gè)電極可以用萬用表來判別，判別方法如圖2-27所示。萬用表應(yīng)置于R×100Ω或R×10Ω擋。

（2）質(zhì)量的判別

利用圖2-27所示的方法也可以鑒別晶閘管的質(zhì)量。將萬用表置于R×1kΩ擋，若測(cè)得的陽極-陰極之間的正向及反向電阻都很小，說明晶閘管已經(jīng)短路；若測(cè)得的控制極-陰極之間的正、反向電阻都很大，說明已損壞或斷路；若測(cè)得的控制極-陰極之間的正反向電阻都很小，尚不能說明晶閘管已壞，這時(shí)應(yīng)將萬用表置于R×1Ω擋再一次測(cè)量，如仍然只有幾歐或零，才表明晶閘管已損壞，這是因?yàn)楫?dāng)控制極-陰極的PN結(jié)不理想時(shí)，其反向電阻也可能較小，但元件仍算合格。

測(cè)量控制極-陰極之間的正、反向電阻時(shí)，絕不允許使用R×10kΩ擋測(cè)量，以防表內(nèi)高壓電池?fù)舸┛刂茦O-陰極的PN結(jié)。

（3）判斷晶閘管能否投入工作

初步鑒別晶閘管好壞后，還需按圖2-28所示的簡(jiǎn)易電路進(jìn)行測(cè)試，判斷晶閘管能否投入工作。

欲使晶閘管導(dǎo)通，需要同時(shí)具備兩個(gè)條件，即在晶閘管陽極-陰極之間加正向電壓，并在控制極-陰極之間加正向電壓，使足夠的門極電流流入。因此，按圖2-28接線，閉合開關(guān)S時(shí)，小燈泡HL不亮，再按一下按鈕SB，小燈泡如果發(fā)亮，說明晶閘管良好，能投入電路工作。

以上是鑒別晶閘管好壞的一種簡(jiǎn)易方法，如果想要進(jìn)一步知道晶閘管的特性和有關(guān)參數(shù)，則需要查產(chǎn)品手冊(cè)或用專門的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

（4）晶閘管使用注意事項(xiàng)

晶閘管在使用中應(yīng)注意以下八點(diǎn)。

①合理選擇晶閘管額定電壓、額定電流等參數(shù)和可控整流電路的形式。

②晶閘管在使用前應(yīng)進(jìn)行測(cè)試與觸發(fā)試驗(yàn)，保證器件良好。測(cè)試時(shí)嚴(yán)禁用兆歐表來檢測(cè)晶閘管的絕緣情況。

③要有足夠的門極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流值。

④大功率晶閘管應(yīng)按要求加裝散熱器，并使散熱器與晶閘管之間接觸良好。特大功率的晶閘管，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行風(fēng)冷或水冷。

⑤當(dāng)晶閘管在實(shí)際使用中不能滿足標(biāo)準(zhǔn)冷卻條件和環(huán)境溫度時(shí)，應(yīng)降低其允許工作電流。

⑥應(yīng)裝設(shè)適當(dāng)?shù)倪^電壓、過電流保護(hù)裝置。

⑦選用代用晶閘管時(shí)，其外形、尺寸要相同，例如螺栓式不能用平板式代換。

⑧選用代用晶閘管時(shí)，它的參數(shù)不必要留過大的余量，因?yàn)檫^大的余量不僅浪費(fèi)，而且有時(shí)會(huì)起到不好的作用，例如額定電流提高后，其觸發(fā)電流、維持電流等參數(shù)也會(huì)跟著提高，可能出現(xiàn)更換后不能正常工作的情況。

2.3.5　單相可控整流電路

（1）單相半波可控整流電路

單相半波可控整流電路的主電路是由整流變壓器T、一個(gè)晶閘管VT和負(fù)載R_L組成的，如圖2-29（a）所示。

觸發(fā)電壓加在控制極與陰極之間，當(dāng)晶閘管承受輸入交流電壓正半周時(shí)，如果施加觸發(fā)脈沖，管子就導(dǎo)通。如果觸發(fā)脈沖延遲到某時(shí)刻t才加到控制極上，則晶閘管導(dǎo)通時(shí)間相應(yīng)延遲到t，此時(shí)導(dǎo)通角θ 減小，負(fù)載上得到的電壓就較低。改變控制角α的大小（即移相），就可得到不同的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)了整流輸出的可控性。

單相半波可控整流電路簡(jiǎn)單，當(dāng)控制角α=0°時(shí)，直流輸出平均電壓最大為0.45U₂。晶閘管承受的最大峰值電壓為，移相范圍為0～π，最大導(dǎo)通角為π。因?yàn)檩敵霾ㄐ尾▌?dòng)大，故主要用于波形要求不高的小電流負(fù)載。

（2）單相全波可控整流電路

單相全波可控整流電路相當(dāng)于兩個(gè)單相半波可控整流電路的并聯(lián)，其電路如圖2-30所示。電路由整流變壓器（二次繞組帶有中心抽頭）、負(fù)載和兩個(gè)晶閘管組成。

工作期間，兩個(gè)晶閘管VT₁和VT₂輪流導(dǎo)通，改變控制角α可使兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角改變，輸出電壓大小也隨之改變，負(fù)載R_L上得到的直流平均電壓是單相半波可控整流時(shí)的兩倍，每個(gè)晶閘管承受的最大峰值電壓為，導(dǎo)通平均電流為負(fù)載平均電流的一半。

單相全波可控整流電路比單相半波可控整流電路輸出電壓的脈動(dòng)小，輸出的電壓高。每個(gè)晶閘管承受的反向電壓較高，需要選擇反向重復(fù)峰值電壓高的晶閘管。這種電路一般只適用于中小容量的低電壓的整流設(shè)備中。

（3）單相橋式全控整流電路

單相橋式全控整流電路的主電路是由整流變壓器、負(fù)載和四個(gè)晶閘管組成的，其電路如圖2-31所示。

圖2-31中的VT₁、VT₄為一對(duì)橋臂，VT₂、VT₃為另一對(duì)橋臂。顯然，欲使承受正向電壓的晶閘管導(dǎo)通，構(gòu)成電流回路，必須同時(shí)給一對(duì)橋臂中的兩個(gè)晶閘管加觸發(fā)脈沖電壓才行。

單相橋式全控整流電路的直流輸出平均電壓比單相半波可控整流電路高，最大為0.9U₂，輸出電壓脈動(dòng)程度小，整流變壓器利用率高。其晶閘管最大峰值電壓、移相范圍和最大導(dǎo)通角與單相半波可控整流電路相同。這種電路主要用于對(duì)輸出波形要求較高或要求逆變的小功率場(chǎng)合。

（4）單相橋式半控整流電路

單相橋式半控整流是由整流變壓器、負(fù)載和兩個(gè)晶閘管、兩個(gè)二極管組成的，電路如圖2-32所示。

單相橋式半控整流電路可以采用一個(gè)觸發(fā)電路，把觸發(fā)脈沖同時(shí)加到兩個(gè)晶閘管的控制極上，承受正向電壓的晶閘管得到觸發(fā)脈沖時(shí)導(dǎo)通，而另一個(gè)晶閘管因承受反向電壓不會(huì)導(dǎo)通。因此，觸發(fā)電路簡(jiǎn)化了。其他特點(diǎn)如直流輸出電壓、移相范圍等與單相橋式全控整流電路一樣。

2.3.6　三相可控整流電路

（1）三相半波可控整流電路

三相半波可控整流電路是由整流變壓器、負(fù)載和三個(gè)晶閘管組成的，電路如圖2-33所示。

三相半波可控整流電路的最大導(dǎo)通角為120°，移相范圍最大為150°，輸出電壓隨控制角的增大而減小。各個(gè)晶閘管正向通態(tài)平均電流均為負(fù)載電流的1/3 。觸發(fā)脈沖應(yīng)分別加在對(duì)應(yīng)的各相晶閘管的控制極上，各相觸發(fā)脈沖相差120°，以保證三相輸出相等。

三相半波可控整流電路較為簡(jiǎn)單，主要用于功率小的場(chǎng)合。

（2）三相橋式全控整流電路

三相橋式全控整流電路是由整流變壓器、負(fù)載和六個(gè)晶閘管組成的，如圖2-34所示。

三相橋式全控整流電路中晶閘管兩端承受的最大峰值電壓與三相半波可控整流電路相同，輸出電壓比三相半波可控整流電路增大一倍，整流變壓器利用率比三相半波全控整流電路高。

三相橋式全控整流電路必須用雙窄脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)，其移相范圍為0°～120°，最大導(dǎo)

通角為120°。它主要用于電壓控制要求高或要求逆變的場(chǎng)合。

（3）三相橋式半控整流電路

三相橋式半控整流電路是由整流變壓器、負(fù)載和三個(gè)晶閘管、三個(gè)二極管組成的，如圖2-35所示。

三相橋式半控整流電路的移相范圍為0°～ 180°，最大導(dǎo)通角為 120°，每個(gè)晶閘管通態(tài)平均電流為負(fù)載

平均電流的1/3 ，每個(gè)晶閘管承受的最大峰值電壓為2.45U₂。這種電路適用于功率較大、高電壓的場(chǎng)合，但不能進(jìn)行逆變工作。

2.3.7　晶閘管觸發(fā)電路

（1）晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求

要使晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通，除了陽極和陰極之間加正向電壓之外，還必須在控制極和陰極之間加觸發(fā)電壓。觸發(fā)電壓由觸發(fā)電路產(chǎn)生。觸發(fā)電壓可以是交流、直流，也可以是脈沖。觸發(fā)電路的種類很多，既可以由分立元件組成，也可以由集成電路組成。

根據(jù)晶閘管的性能及主電路的實(shí)際需要，觸發(fā)電路必須滿足以下要求。

①觸發(fā)電路應(yīng)能提供足夠的觸發(fā)功率。

②觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的寬度。

③觸發(fā)脈沖必須與主電路同步。

④觸發(fā)脈沖要有一定的移相范圍。

此外，還要求觸發(fā)電路工作可靠、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、體積小、重量輕等。

（2）觸發(fā)脈沖的輸出方式

觸發(fā)脈沖輸出方式有以下兩種。

①直接輸出方式　觸發(fā)電路與晶閘管控制極直接連接稱為直接輸出方式，如圖2-36（a）所示。直接輸出的優(yōu)點(diǎn)是效率較高，電路簡(jiǎn)單，對(duì)脈沖前沿的陡度影響小。它的缺點(diǎn)主要是觸發(fā)電路與主電路有電的聯(lián)系，只有在觸發(fā)少量晶閘管，而且觸發(fā)電路與主電路無須絕緣的情況下才能運(yùn)用。 

②脈沖變壓器輸出方式　當(dāng)需要同時(shí)觸發(fā)多個(gè)晶閘管時(shí)，常采用脈沖變壓器輸出方式，如圖2-36（b）所示，其優(yōu)點(diǎn)是主電路與觸發(fā)電路沒有電的聯(lián)系，選擇極性方便；缺點(diǎn)是脈沖變壓器要消耗一部分觸發(fā)脈沖功率，使輸出脈沖的幅度與前沿陡度受到損失。

（3）常用觸發(fā)電路的種類與性能

常用晶閘管觸發(fā)電路的種類及其性能見表2-6。

（4）常用觸發(fā)電路實(shí)例

①阻容移相觸發(fā)電路　阻容移相觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、調(diào)整方便，適用于50A以下的單相晶閘管可控整流電路。

阻容移相觸發(fā)電路由帶中心抽頭的同步變壓器TS、電容器C和電位器RP組成阻容移相橋，如圖2-37所示。

阻容移相觸發(fā)電路參數(shù)由下面的公式求得

　　　　　

式中　U_OD——移相輸出電壓，V；

　I_OD——移相輸出電流，mA；

　K——電阻系數(shù)，可由表2-7查得。

調(diào)節(jié)電位器RP可以改變移相控制角α。RP值增大時(shí)，α角增大；反之，則α角減小。

②單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路　單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路由同步電源、移相和脈沖三部分組成，其電路圖和波形圖如圖2-38所示。

實(shí)現(xiàn)同步的電路如圖2-38（a）所示。同步電壓由同步變壓器獲得，它與主電路接到同一電源，由同步變壓器TS、整流橋及穩(wěn)壓管VS組成同步電路。經(jīng)過穩(wěn)壓管削波限幅以后的電壓，既是同步信號(hào)，又是觸發(fā)器的電源，與不削波限幅相比可擴(kuò)大移相范圍。

只要改變圖2-38（a）中電位器RP就可以改變電容電壓u_C上升到峰點(diǎn)電壓U_P的時(shí)刻（即改變電容C的充電時(shí)間常數(shù)），從而改變α角、達(dá)到觸發(fā)脈沖移相的目的。當(dāng)RP值增大時(shí)，則α角增大；反之，則α角減小。

2.4　集成穩(wěn)壓器

2.4.1　集成穩(wěn)壓器的分類及主要參數(shù)

用集成電路的形式制成的穩(wěn)壓電路稱為集成穩(wěn)壓器，它將調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓、比較放大器、取樣電路和過熱、過電流保護(hù)電路集成在同一芯片中，具有體積小、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

集成穩(wěn)壓器按其輸出電壓是否可調(diào)可分為輸出電壓固定式集成穩(wěn)壓器和輸出電壓可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。

集成電路按結(jié)構(gòu)形式可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和開關(guān)型。

常見的集成穩(wěn)壓器為三端集成穩(wěn)壓器，其外形如圖2-39所示。它有三個(gè)接線端：輸入端、輸出端和公共端（或調(diào)整端），屬于串聯(lián)型穩(wěn)壓器。

（1）三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器

三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器的三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。

目前，應(yīng)用最普遍的三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器是CW78××系列和CW79××系列。CW78××系列是正電壓輸出，CW79××系列為負(fù)電壓輸出，其外形及引腳排列如圖2-40所示。

三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器的型號(hào)由五部分組成，其含義如下。

①最大輸入電壓U_imax 　集成穩(wěn)壓器安全工作時(shí)允許外加的最大輸入電壓稱為最大輸入電壓。若超過此值，穩(wěn)壓器有被擊穿的危險(xiǎn)。

②輸出電壓U_o　穩(wěn)壓器的參數(shù)符合規(guī)定指標(biāo)時(shí)輸出的電壓稱為輸出電壓，對(duì)同一型號(hào)而言是一個(gè)常數(shù)。

③最大輸出電流I_OM　穩(wěn)壓器能保持輸出電壓不變的輸出電流的最大值稱為最大輸出電流，一般也認(rèn)為它是穩(wěn)壓器的安全電流。

（2）三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器

三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器雖然可以通過外接電路構(gòu)成輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路，但其性能指標(biāo)有所降低，而且使用也不方便。因此，三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器應(yīng)運(yùn)而生。

三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器的三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和電壓調(diào)整端，它的輸出電壓可調(diào)，而且也分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩類。這種穩(wěn)壓器使用非常方便，只要在輸出端上外接兩個(gè)電阻，就可獲得所要求的輸出電壓值。

三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器的型號(hào)由五部分組成，其含義如下。

①最小輸入輸出壓差　最小輸入輸出壓差是指使穩(wěn)壓器能正常工作的輸入電壓與輸出電壓之間的最大差值。若輸入輸出小于，則穩(wěn)壓器輸出紋波變大，性能變差。

②輸出電壓范圍　輸出電壓范圍指穩(wěn)壓器的參數(shù)符合規(guī)定指標(biāo)要求時(shí)輸出的電壓范圍，即用戶可以通過取樣電阻獲得的輸出電壓范圍。

2.4.2　三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用

（1）輸出電壓固定的基本穩(wěn)壓電路

圖2-41（a）所示為正電壓輸出的輸出電壓固定的基本穩(wěn)壓電路，其輸出電壓數(shù)值完全由所選用的三端集成穩(wěn)壓器決定，例如需要15V輸出電壓，就選用CW7815。在電路中，電容C₁的作用是消除輸入連線較長(zhǎng)時(shí)，其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小波紋電壓；電容C₂ 的作用是消除電路高頻噪聲。

如果需要用負(fù)電壓輸出，可改用CW79××系列穩(wěn)壓器，電路的其他結(jié)構(gòu)不變，如圖2-41（b）所示。

（2）正、負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電路

當(dāng)用電設(shè)備需正、負(fù)兩組電壓輸出時(shí)，可將正電壓輸出穩(wěn)壓器CW78××系列和同規(guī)格的負(fù)電壓輸出穩(wěn)壓器CW79××系列配合使用，組成正、負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電路，如圖2-42所示。

（3）輸出電壓連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電路

圖2-43所示是輸出電壓連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電路，集成運(yùn)算放大器起電壓跟隨器作用。

由圖2-43可知

　　　　　

即

　　　　　

式中　U_××——三端固定輸出電壓集成電路的固定輸出電壓，在圖2-43中就是5V。

調(diào)節(jié)電阻R₂，可以在較大范圍內(nèi)改變輸出電壓的大小。

2.4.3　三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用

（1）輸出電壓可調(diào)的基本穩(wěn)壓電路

圖2-44（a）和圖2-44（b）分別是三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器CW117和CW137的基本應(yīng)用電路。電位器R_P和電阻R為取樣電阻，改變R_P值可使輸出電壓在1.25～37V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。C₁為高頻旁路電容；C₂為消振電容。該電路的輸出電壓U_o為

　　　　　

使用中，電阻R要緊靠在集成穩(wěn)壓器的輸出端和調(diào)整端接線，以免當(dāng)輸出電流大時(shí)，附加壓降影響輸出精度；電位器R_P的接地點(diǎn)應(yīng)與負(fù)載電流返回接地點(diǎn)相同；R和R_P應(yīng)選擇同種材料制作的電阻，精度盡量高一點(diǎn)。

（2）正、負(fù)電壓同時(shí)輸出的可調(diào)穩(wěn)壓電路

圖2-45所示的電路是由CW117和CW137組成的正、負(fù)電壓同時(shí)輸出的可調(diào)穩(wěn)壓電路，其輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為±（1.2～20）V。

（3）步進(jìn)式可調(diào)穩(wěn)壓電路

上述可調(diào)穩(wěn)壓電路在家庭應(yīng)用時(shí)，由于電壓值是連續(xù)可調(diào)的，一般家庭又沒有萬用表，無法準(zhǔn)確調(diào)到所需電壓值，給應(yīng)用帶來了不便。而給穩(wěn)壓電路加裝指示儀表又將使成本大大增加，于是出現(xiàn)了一種多擋固定電壓輸出的穩(wěn)壓電路，又稱為步進(jìn)式可調(diào)穩(wěn)壓電路，如圖2-46所示。

圖2-46中的VD₁、VD₂ 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸出端電壓短路或輸入端/調(diào)整端電壓短路時(shí)，二極管導(dǎo)通，保護(hù)CW317不被損壞。晶體管VT可以避免轉(zhuǎn)換開關(guān)S切換電阻時(shí)由于瞬間斷開或接觸不良而導(dǎo)致輸出電壓過高，從而保護(hù)用電器。

（4）集成穩(wěn)壓器使用注意事項(xiàng)

①在裝入電路前，一定要弄清楚各引腳（端子）的作用（如CW78××系列與CW79××系列穩(wěn)壓器的引腳就有很大不同），避免接錯(cuò)。

②安裝、焊接要牢固可靠，避免有大的接觸電阻而造成壓降和過熱。

③使用時(shí)，對(duì)要求加散熱裝置的，必須加裝符合尺寸要求的散熱裝置。

④嚴(yán)禁超負(fù)荷使用。

⑤為確保輸出電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)保證最小輸出壓差。

⑥為確保器件安全，要注意最大輸入電壓不超過規(guī)定值。