1、汽车电路检修基础 刘美灵 主编 电子工业出版社,全国高等职业教育汽车类规划教材,第4章 整流电路,4.1 二极管整流电路 4.2 晶闸管可控整流电路 4.3 技能训练 本章小结,熟悉二极管、晶闸管在汽车上的应用。,4.1 二极管整流电路,功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。,4.1.1 半导体基础知识,半导体的导电特性,(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。,掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。,热敏
2、性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,共价键中的两个电子，称为价电子。,1本征半导体,价电子,价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。,本征半导体的导电机理,这一现象称为本征激发。,空穴,温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。,自由电子,在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。,本征半导体的导电机理,当半导体两端加
3、上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 ： 自由电子作定向运动 电子电流； 价电子递补空穴 空穴电流。,注意：本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差；温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。,自由电子和空穴都称为载流子。,2杂质半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为
4、空穴半导体或 P型半导体。,掺入三价元素,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。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,3PN结,（1）半导体内部载流子的运动,载流子的两种运动扩散运动和漂移运动 扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓度高的区域向浓度较低区域的运动。 漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的定向运动。,（2）PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,P 型半导体,N 型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,空间电荷区也称 PN 结,扩散和漂移这一对相
5、反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,形成空间电荷区,（3）PN结特性,PN 结加正向电压（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,I,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,PN 结变宽,PN 结加反向电压（反向偏置）,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,I,P接负、N接正,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,（3）PN结特性,4.1.2 二极管,1二
6、极管的基本结构,2二极管的伏安特性,硅管0.5V 锗管0.2V,反向击穿 电压UBR,导通压降,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,硅管0.60.7V 锗管0.20.3V,死区电压,反向电流在 一定电压范 围内保持常 数。,3二极管的主要参数,最大整流电流：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。,最高反向工作电压：指允许加在二极管两端的最高反向电压。,反向电流：在室温下，二极管加反向电压未击穿时的反向电流值。,最高工作频率：指保证二极管具有单向导电作用的最高工作频率。,4特殊半导体二极管,（1）稳压管,稳压
7、管正常工作时加反向电压,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,使用时要加限流电阻,稳压管的主要参数, 稳定电压UZ, 动态电阻, 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZmax,rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,（2）发光二极管,半导体发光二极管是一种由磷砷化镓等半导体材料制成的将电能直接转 换成光能的固体器件，简称LED。,发光二极管的工作电压在2V以下，其工作电流在几毫安至十几毫安。,4.1.3 整流电路,（1）电路工作原理,u2正半周，VaVb， 二极管D导通；,u2负半周，Va Vb， 二极管D截止 。,1单相半波整流电路,图4.
8、11(a) 单相半波整流电路,（2）单相半波整流电路的性能指标, 输出电压平均值, 整流管平均整流电流, 整流管承受的最大反向电压,（1）电路工作原理,2单相桥式整流电路,u2 正半周，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止 。,u2 负半周，二极管 D2、 D4导通， D1、 D3 截止 。,单相桥式整流电路的工作波形图,（2）单相桥式整流电路的性能指标, 输出电压平均值, 整流管平均整流电流, 整流管承受的最大反向电压,3三相桥式整流电路,图4.15 三相桥式整流电路及电压波形,在同一瞬间，只有与电位最低的一相绕组相连的负极管导通，同样，只有与电位最高的一相绕组相连的正极管导通，
9、同时导通的两个管子将发电机的电压加在负载两端。,4.1.4 滤波电路,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。 滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压（或通过电感中的电流）不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。 方法：将电容与负载RL并联（或将电感与负载RL串联）。,1电容滤波电路, 输出电压的脉动程度与放电时间常数有关。,近似估算取： Uo = 1. 2 U （ 桥式）Uo = 1. 0 U （半波）, 电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。,2电感滤波电路,Uo =
10、0.9U （ 桥式）Uo = 0.45U （半波）, 电感滤波适用于负载较小、输出电流较大的场合。,3LC滤波电器,4型滤波电器,4.1.5 硅稳压管稳压电路,RL(IO) IR , UO (UZ ) , IZ,设UI一定，负载RL变化,4.1.5 硅稳压管稳压电路,设负载RL一定， UI 变化,UI UZ , IZ , IR ,4.2 晶闸管可控整流电路,4.2.1 晶闸管基础知识,晶闸管是具有三个PN结的四层结构。,1晶闸管的结构,2晶闸管的工作特性,2晶闸管的工作特性,晶闸管的导通条件, 晶闸管主电路（阳极与阴极之间）施加正向电压。 晶闸管触发电路（控制极与阴极之间）加正向脉冲(正向触发
11、电压)。,晶闸管导通后，控制极便失去作用。,晶闸管的关断条件, 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。,3晶闸管主要参数,（1）额定电压,（2）正向平均电流,（3）通态平均电压,（4）维持电流,（5）控制极触发电压 和触发电流,4.2.2 单相可控整流电路,1单相半波可控整流电路,u 0 时: 可控硅承受反向电压不导通。,u 0时:,加触发信号，晶闸管承受正向电压导通。,图4.22 单相半波可控整流电路的电压与电流的波形,控制角晶闸管在一个周期内承受正向阳极电压时不导通的电角范围。,导通角晶闸管在一个周期内承受正向阳极电压时导通的电角范围。,可控整流原理通过控制触发脉冲输入的时刻
12、（即控制角）， 就可以控制输出直流电压平均值的大小。,整流输出电压及电流的平均值,改变控制角，可改变输出电压Uo。,2单相半控桥式整流电路,电压u2 为正半周时,a,电流的通路为,电压u2 为负半周时,电流的通路为,b,单相半控桥式整流电路波形图,4.2.3 晶闸管在汽车电路中的应用,4.3 技能训练,4.3.1 二极管特性测试,4.3.2 直流稳压电源实验,4.3.3 晶闸管特性测试,半导体的导电特性：导电能力可以人为地加以调整；导电能力对环境的变化很敏感，特别是对温度和光照的变化最敏感；半导体的电流是电子电流和空穴电流之和。,1,杂质半导体分两类： N型半导体和 P型半导体。在 N型半导体
13、中自由电子是多子，而空穴是少子。在 P型半导体中，空穴是多子，而自由电子是少子。,2,PN结是在P型半导体和N型半导体交界面形成了一个空间电荷区，PN结具有单向导电性。,3,5,晶体二极管是由PN结加两个引出电极和管壳组成。晶体二极管的主要特点是具有单向导电性，在电路中可以起整流和检波等作用。,4,小功率直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压4个环节组成。,6,单相半波整流在纯电阻负载下，输出电压的平均值，单相桥式整流在纯电阻负载下，输出电压的平均值 。,7,整流电路加上电容滤波后，如果电容容量选择合适，则有 （半波整流）， （桥式整流）。单相桥式整流电容滤波电路在实际应用中非常普遍。,利用硅稳压管可以组成简单的稳压电路。通过稳压电路，可以保证输出在负载上的直流电压不会随负载电阻的变化而变化，不会随电网电压的波动而波动。,8,晶闸管原称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。晶闸管有三个电极，阳极A、阴极K和控制极G，是一个四层三端半导体器件，具有可控单向导电性，可以用作可控整流和无触点功率静态开关。,9,The End !,
